Leistungsphysiologie
Werbung
Leistungsphysiologie SS 2006 I. VO II. VO III. VO IV. VO V. VO VI. VO VII. VO VIII. VO IX. VO X. VO XI. VO 14.3.2006 21.3.2006 28.3. 2006 4.4.2006 25.4.2006 2.5.2006 9.5.2006 16.5.2006 23.5.2006 30.5.2006 13.6.2006 I Adaptationen Sportherz vegetatives Nervensystem Herz/ EKG Blutdruck/ Max O2 Aufnahme Lunge/ Doping Muskulatur (Genetik) Energiebereitstellung Anthropometrie (Körperzusammensetzung) Ernährung und Sport Hormonelle Regulation u körperl. Belastung Adaptationen Adaptationen sind die organische Widerspiegelung von Anforderungen. Sie erfolgen gesetzmäßig; sie sind damit vorhersagbar, und es besteht ein kausaler Zusammenhang mit bestimmten Stimuli. (Bsp.: Krafttraining – es kommt zu Hypertrophie) Infolge der Adaptation kommt es zu einer Steigerung der: Funktionstüchtigkeit Leistungsfähigkeit Belastungsfähigkeit Belastungstoleranz Leistungsbreite zB Ausdauertraining – bessere Ausdauer – Muskelhypertonie; Gips Muskelatrophie ROUX: FORM FUNKTION Ausmaß der Adaptationen kann unterschiedlich sein genetische Prädisposition Low-responder niedrige Adaptation High-responder hohe Adaptation Slow-responder langsame Adaptation Fast-responder schnelle Adaptation high fast responder Gutes Merkmal (von vornherein) high slow responder low fast responder Durchschnitlliches Merkmal low slow responder Menschen reagieren auf die gleichen Reize unterschiedlich Adaptationen wirken als stabilisierendes Moment vergrößern des Spielraums körperlicher Reaktionen. Adaptationen hängen von Reizeinwirkung ab. D.h. bilden sich bei Wegfall des auslösenden bzw. unterhaltenden Stimulus zurück sind umkehrbar, höheres Niveau muss ständig neu erworben werden. WHO: Definition GESUNDHEIT Nicht nur Freisein von Krankheiten und Gebrechen sondern Zustand volligen körperlichen, seelischen und sozialen Wohlbefindens. Gesund ist jedes Biosystem, welches Störungen auszugleichen vermag. Gesundheit ist Reagibilität Krankheit ist Reatkionsstarre Herzvariabilität: Gesundheit hängt von Unregelmäßigkeiten ab. Herz schlägt unregelmäßig (ms) Chaos in der Ordnung Sportbedingte Adaptation geht mit Optimierung von Regelungsprozessen (regulative Adaptationen) und gegebenenfalls mit einer Zunahme der Kapazität von Funktionssystemen (kapazitive Adaptation) einher. Kraftzuwachs ohne morphologischen Muskelzuwachs HERZ kapazitive (morphologische) Adaptation [Sportherz = größeres Herz] regulative (funktionelle) Adaptation [bessere Erschlaffung des Herzmuskels; bessere Blutfüllung; kein Größenzuwachs] Genetische Adaptation Es handelt sich um das im Zellkern kodierte genetische Programm, das sich im Laufe der Evolution entwickelt hat, das stabil ist und das nur im Laufe von Generationen auf der Grundlage von Mutation, Neukombination und Selektion veränderbar ist. Extragenetische Adaptation Die extragenetische Adaptation kann nur in dem genetisch determinierten Rahmen stattfinden. Die Fähigkeit zu extragenetischer Adaptation ist somit ein Bestandteil des genetischen Programms, das sich im Laufe der Entwicklungsgeschichte ausgebildet hat. Die extragenetische Adaptation äußert sich in naturgesetzlichen Vorgängen, die von der Umwelt und dem Verhalten abhängig sind und sich somit auf dieser Basis gestalten lassen. Sie sind eine genetisch abgelegte, aber gezielt realisierbare Chance! Die extragenetische Adaptation lässt die Differenzierung von 2 Reaktionsformen zu: Epigenetische Adaptation Es handelt sich um länger anhaltende, relativ stabile organismische Veränderungen, die darauf gerichtet sind, das innere Milieu bei wiederholten Anforderungen (z.B.: im Verlauf eines Trainingsprozesses) aufrecht zu erhalten. Sie gehen mit mehr oder weniger ausgeprägten morphologischen Veränderungen (morphologische Adaptation), wie z.B. Vermehrung (Hyperplasie) oder Vergrößerung (Hypertrophie) von Zellen, einher, die in einem regelmäßigen Zusammenhang mit funktionellen Veränderungen (funktionelle Adaptation) stehen und die im Sinne des Adaptationsziels zweckmäßig sind. Metabole Adaptation Es handelt sich um akute, überwiegend funktionelle Umstellungen zur Bewältigung einer aktuellen Störung des inneren Gleichgewichts. Der Begriff metabol (den Stoffwechsel betreffend) kennzeichnet der Stimulus dieser Adaptionsform; aktuell gesteigerte Stoffwechselansprüche lösen im Organismus zahlreiche akute adaptive Folgereaktionen aus (z.B.: gesteigerte Herzschlag- und Atemfrequenz, erhöhte Sauerstoffaufnahme u.v.a.), die in ihrer Gesamtheit als metabole Adaptation bezeichnet werden. Diese Adaptation bildet sich bei Wegfall des sie bewirkenden Reizes, also in der Wiederherstellungsphase, relativ schnell wieder zurück. (wichtig: die Rezeptoren bleiben sensibel; Einsatz in Prävention) Homöostase Kennzeichnet eine ungestörten Gleichgewichtszustand der körperfunktionen und eine Konstanz des inneren Milieus zB Laufen – Bildung von Laktat Übersäuerung d. Muskels – pH Wert steigt Körper zeigt Bestreben die Homöostase aufrecht zu erhalten. In der Homöstase befinden sich anabole und katabole Stoffwechselprozesse im Gleichgewicht, oder es überwiegen unter bestimmten Bedingungen – Wachstum. Spätphase nach körperlicher Belastung – die anabolen Vorgänge. Die Aufrechterhaltung der Homöostase wird durch zahlreiche neurale, hormonelle sowie lokal – eigenregulatorische Mechanismen gewährleistet. Die Einhaltung der Sollwerte erfolt im Regelfall nach den Prinzipien der Kybernetik. Heterostase Kennzeichnet einen gestörten Gleichgewichtszustand der Körperfunktionen von dem inneren Milieus. Auch vermag der trainierte Organismus in der Regel stärkere (heterostatische) Auslenkungen und Abweichungen des inneren Milieus zu tolerieren und zu kompensieren, bevor es zum versagen kommt. Nicht zuletzt auf diesem Befund beruht die gesteigerte Leistungsfähigkeit des Trainierten. Die Trophotropie kennzeichnet eine Stoffwechselsituation im Organismus, die sich durch aufbauende bzw. resituierende Grundvorgänge auszeichnet. Sie wird maßgeblich vegetativ gesteuert. Im Bereich des vegetativen Nervensystems führt eine Dominanz des Nervs „Parasympathicus“ (Nervus vapus – wirkt entspannend auf das Herz und aktivierend auf die inneren Organe) zu einer trophotropen Einstellung. Ein Ausdauertraining fördert eine derartige Stoffwechsellage (erkennbar z.B. an der verminderten Herzschlagfrequenz, der Trainingsbradykardie). Die Ergotropie charakterisiert eine Stoffwechselsituation, die sich durch den Zustand einer Mobilisation, einer „Alarmsituation“ des Organismus auszeichnet (Symathicus überwiegt im Bereich des vegetativen Nervensystems und ist an der Beschleunigung der Herzfrequenz und der Atmung erkennbar – wirkt aktivierend auf das Herz und entspannend auf die inneren Organe). Für den Trainierten ist ein großer Abstand zwischen seiner trophotropen Einstellung unter Ruhebedingungen und seiner ergotropen Mobilisationsfähigkeit bei körperlicher Aktivität gegeben. Eine stark ausgeprägte Trophotropie in Ruhe vermag einer ebenso ausgeprägten Ergotropie bei Belastung Platz zu machen und umgekehrt. Allgemeine (fähigkeitsspezifische) Adaptation: Sie betrifft die innere Funktionstüchtigkeit des Organismus entsprechend der fähigkeitsspezifischen Anforderungen. Während die spezielle Adaptation bei Läufern, Straßenrennradfahrern und Skilangläufern teilweise unterschiedlich ist, stimmen die allgemeinen Adaptationen überein (z.B.: Herzfunktion, Vo 2max). Spezielle (tätigkeitsspezifische) Adaptation: Die spezielle Adaptation ist die organismische Konsequenz des Einsatzes tätigkeitsspezifischer bzw. sportartspezifischer Trainingsmittel. Ihr Ausmaß hängt ab von der Intensität, der Dauer und der Häufigkeit der gesetzten Reize. Gekreuzte Adaptation: Unter gekreuzter Adaptation oder Kreuzadaptation wird das Phänomen verstanden, dass es unter dem Einfluss eines adaptativ wirksamen Stimulus nicht allein in den direkt angeregten Systemen zu einer Adaptation kommt, sondern dass sich auch in anderen organismischen Bereichen, die durch den einwirkenden Reiz direkt nicht betroffen wurden, Adaptation ausbilden. Von einer positiven Kreuzadaptation ist die Rede, wenn gleichzeitig ein adaptiver Gewinn eintritt; eine negative Adaptation tritt ein, wenn der gleichzeitige Adaptationsverlust einsetzt. Die positive Adaptation ist eine Abhärtung und durch generelle Steigerung der Resistenz gekennzeichnet (=Widerstandskraft). Effekte der positiven Adaptation: Hohe Stabilität gegenüber Temperaturschwankungen (bessere Hitze- und Kältetoleranz) Gesteigerte Sauerstoffmangelverträglichkeit Höhere Abwehrfähigkeit gegen Infektionen Verbesserte Widerstandsfähigkeit gegen Toxinen Gesteigerte psychische Stabilität Effekt der negativen Adaptation: Gesteigerte Infektanfälligkeit sportlich hochbelasteter Personen bezeichnend Positive Kreuzadaptation = Kooperation der Adaptation Negative Kreuzadaptation = Konkurrenz der Adaptation II Sportherz Das Sportherz ist ein harmonisch vergrößertes (dilatiertes) und hypertrophiertes Herz (exzentrische Hypertrophie). Die Relation zwischen Größe der Herzhöhle und Wanddicke bleibt gleich. Daten zur Unterscheidung von Sportherz zu untrainiertem Herz: Sportherz Untrainiertes Herz Herzvolumen absolut ♂: bis 1700ml / ♀: bis 1300ml ♂: 750-850ml / ♀: 500-600ml Herzvolumen relativ ♂: 20ml/kg / ♀: 18ml/kg ♂: 10ml/kg / ♀: 9ml/kg 600g 250-350g Herzgewicht 7-7,5g/kg = kritisches Maximum Herzgewicht relativ 200ml (Max) 70ml (Ruhe) – 100ml (Max) Schlagvolumen pro HS 5,3-5,5l/min (Ruhe) 36-40l/min 5,3-5,5l/min (Ruhe) 18-20l/min Herzminutenvolumen (Max) Max) (SVxHF) 5-6l/min 3-3,5l/min Vo2max bis 90ml/kg/min Vo2max relativ Zwischen „untrainiert“ und „hoch AD-trainiert“ verdoppeln sich alle Werte! Mittels Röntgen (Herz-Fernaufnahme) oder Ultraschall kann man in Ruhe und unter Belastung die Strukturen des Herzens erkennen und überprüfen. Das Herz wird als Rotationsellipsoid dargestellt, von der vorderen Herzwand aus wird die Tiefe gemessen. Kennzeichen des Sportherzens Herz wächst nach außen Erhöhtes Volumen Erhöhte Muskelwanddicke d.h. Relation zwischen Innenraum und Wanddicke bleibt erhalten Der linke Ventrikel wird stärker als rechter; Reiz für die Muskelfaserverdickung & -verlängerung ist die bei der Systole erzeugte Spannung AD Training: Das Sportherz ist ein Ausdauertrainings-Herz: es ist exzentrisch hypertrophiertes, häufige Druckanstiege harmonisch dilatiertes Herz. Diese Adaptation kann nur durch AD-Training erfolgen, wo es zu einer Volumenbelastung, d.h. zu einem erhöhten Volumen, kommt. Veränderungen am Sportherz-Myocard Mitochondrienzahl Kapazität der oxydativen Enzyme Glycogengehalt Coronar-Arterien-Durchschnitt Noradrenalingehalt Das Kraftherz hingegen ist ein konzentrisch hypertrophiertes Herz. Hier kommt es zu einer Druckbelastung, d.h. die Muskelwand wird auf Kosten des Innenraums dicker. Sport- und Kraftherz im Vergleich Der linke Ventrikel normal untrainiert R = N h/R = N (beschreibt die Muskelwand) Sportherz R= h/R = N normal untrainiert R = N h/R = N Kraftherz R=N h/R = Exzentrische Hypertrophie, Herz wächst nach außen, Herz wird größer, Muskelwand dicker, aber die vergrößerte Muskelwand bleibt in Relation zur Herzgröße = Adaption an Volumenbelastung Innendurchmesser kann sein, kleineres SV als beim untrainierten Herz, Herz wächst nach innen (Myocard) = konzentrische Hypertrophie = Adaption an Druckbelastung Das Abdrücken der Gefäße bewirkt einen erhöhten peripheren Wiederstand & es kommt so zu einer Druckanforderung an den linken Ventrikel. Das Pressen gegen den Widerstand führt zu einer Druckerhöhung, somit kommt es zu einer Hypertrophie auf Kosten des Herzdurchmessers. Das Sportherz hat im Gegensatz zum Kraftherz einen präventiven Effekt: Im Alter wird das Herz zunehmend steifer, durch AD Training bleibt es aber elastisch und kann schneller erschlaffen, d.h. das Sportherz ist im Alter leistungsfähiger. Beide Formen sind reversible Adaptionen, d.h. nach Trainingsende kommt es zur (fast vollständigen) Rückadaption. Leistungssportler müssen lang abtrainieren, mind. 8-11 Monate; ansonsten Stechen/Ziehen im Herz, evtl. spontane Extrasystolen, weil AD-Reiz fehlt; ist aber NICHT krankhaft!. 4x1h/Woche ist schon ein leichter Reiz für Kraft und AD, ist aber individuell unterschiedlich. Zwischen Sport- und Kraftherz gibt es noch eine Mischform, das Kraft-AusdauerHerz (dennoch Betonung auf AD-Sport), das auch eine andere Hämodynamik hat. Diese Form ist exzentrisch hypertrophiert, hat aber auch eine etwas dickere Herzmuskelwand (8 – max.11mm). Vorkommen: Rudern, Bahnradrennfahren Vergleich schnelles Gehen vs. Rudern: Schritt = hohe Spannung, kurz Rudern = niedrige Spannung, lang d.h. schnelles Gehen ist für Herzkranke besser als Rudern. Ökonomisierung (= funktionelle Verbesserung) Fick’sche Gleichung VO2 max = HMV x avDO2 Folgen von 8 Wochen AD-Training (3h/Woche): erhöhte VO2 max um 10-15%; Ursache ist ein erhöhtes HMV (Relation von HMV und VO2 max ist annähern linear) niedrigere Ruhe-Hf erhöhte Vagotonie: Parasympathikus (Entspannung), Sympathikus (Stress) => d.h. Herz wird mehr durchblutet, größere Diastole, größere diastolische Relaxationsgeschwindigkeit => FOLGE: Herz kann sich besser entspannen = funktionelle Adaption Maximierung = durch langjähriges Training an die Grenzen der funktionellen & morphologischen Adaptionsfähigkeiten der Herzgrößen gehen. Funktionelle Veränderungen sind z.b.: HV, Hf, ... Morphologische Veränderungen sind z.b.: Größe, Muskeldicke, ... Sauerstoffpuls: Sauerstoffpuls VO2P = O2-Aufnahme Hf Der VO2P wird bei der Stufenergometrie gemessen. Er gibt an, wie viel O 2 pro Herzschlag transportiert wird. Der VO2P hängt hs. vom SV an, aber auch von der avDO2. Unter Belastung nimmt der VO2P zuerst steil zu (periphere O2-Ausschöpfung), dann plateausiert er. Unter max. Belastung vergrößert sich der VO2P nicht mehr. max. VO2P bei Untrainierten männlich weiblich 15-20 ml 10-13 ml (im max. LASS) Der Sauerstoffpuls kann aber nur bei gesunden Menschen bis Ende des 5. Lebensjahrzehnts als Maß für die AD Leistungsfähigkeit gesehen werden. Später kommt es zu einer erhöhten avDO2 und evtl. zu einer altersbedingten geringeren HfZunahme unter Belastung, d.h. der erhöhte VO2P würde eine erhöhte Leistungsfähigkeit vortäuschen. Herzvolumenleistungsquotient: Herzvolumenleistungsquotient HVLQ = HV VO2P max Der HLVQ setzt die Größe des Organs mit der max. Leistungsfähigkeit in Beziehung: HLVQ steigt bei Belastung an: VO2P = 400/2000 = 20 HLVQ = 800/20 = 40% Sportherz 1700/30 = 55% krankhaftes Herz 1700/10 = 170% => im Verhältnis zur Größe ist die Funktion stark eingeschränkt => Der HLVQ ist kein gutes Parameter für Kraftherzen, wird eher für AD-Sport und Gesundheit verwendet. Mit wachsender Herzgröße bleibt auch der HLVQ gleich. HV HLVQ Untrainierter klein groß, weil O2Puls klein Trainiert groß klein, weil O2Puls groß Herzkranker sehr groß sehr groß, weil O2-Aufnahme klein Untrainierter 750ml hintere Herzwand: 8,4mm ESD 33m EDD EDD 24mm 49mm ESD 33mm EDD ... Enddiastolisches Diameter ESD ... Endsystolisches Diameter Trainierter 1100ml hintere Herzwand: 9,44mm ESD 40m EDD EDD 32mm 68mm ESD 39mm III vegetatives Nervensystem Somatisches NS: versorgt die Nerven der Skelettmuskels, der Oberflächensensibilität und der Sinnesorgane; willkürliche Kontrolle Vegetatives NS: innerviert hauptsächlich die glatte Muskulatur aller Organe, das Herz und die Drüsen; neuronale Kontrolle des inneren Milieus; keine direkte willkürliche Kontrolle 2 wesentlichen Aufgaben VN: Regelung der Organfunktionen im Körper Kontrolle des inneren Milieus Autonomes Nervensystem, da die Aktivitäten des VN der direkten willkürlichen Kontrolle weitgehend entzogen sind. Funktioniert auf dem Reflexbogen: afferent, efferent Teile des vegetativen Nervensystems 1. Sympatikus Vegetatives Zentrum: Rückenmark, endet in den Grenzstrangganglien Wirkt aktivierend auf das Herz und entspannend auf die inneren Organe Dominiert bei körperlicher Arbeit 2. Parasympatikus Vegetatives Zentrum: Hirnstamm und Sakralmark Wirkt aktivieren auf innere Organe und entspannend auf das Herz Dominiert in Ruhe und während Erholungsphasen Sympatikus Aktivierung und Erhöhung der Herzschlagfrequeny Verengung der Blutgefäße, Blutdruckanstieg Erschlaffung der Blasenmuskulatur Erweiterung der Pupillen Verengung Erschlaffung und Entspannung der Darmmuskulatur, Peristaltikhemmung Aktivierung der Schweißdrüsen Aktivierung und Produktion von Stresshormonen, die den Körper in Alarmbereitschaft versetzen Glykogenabbau Organ Parasympatikus – jeweils Gegenteil von Sympatikus Herz Blutgefäße Blase Augen Bronchien Darm Schweißdrüsen Nebennieren Leber Glykogenspeicherung Fasern von Zentren: Sympatikus: Parasympatikus: Ganglion, postganglionären Fasern präganglionär: Acetylcholin; postganglionär: Noradrenalin prä- und postganglionär: Acetylcholin Vegetatives Nervensystem: Veränderung durch Ausdauertraining Reduzierte sympathische Aktivität Gesenkte renale Katechomalinausscheidung (Stress) Erniedrigter Noradrenalinspiegel Erniedrigter Adrenalinspiegel Veränderung der Dichte und Affinität von Katecholaminrezeptoren die Ökonomisierung erlaubt eine Vergrößerung der maximalen körperlichen Leistungsfähigkeit Charakteristik der vegetativen Umstellung: Ruhe- Bradykardie Arbeits- Bradykardie Größeres Schlagvolumen des Herzens Geringerer Blutdruckanstieg Verminderte Laktatbildung Diese Adaptationen erreicht man nach einem Training von 6-12 Wochen, mindestens 30 Minuten wöchentlich Unter Übertraining versteht man eine Überforderung, die die Summe übermäßiger Reize darstellt: Zu hartes Training (zu schnelle Steigerung der Trainingsintensität, Überforderung Koordination, zu starke Einseitigkeit) Berufliche und private Überlastung Schlafmangel Fehlernährung und andere Störgrößen 1. Sympatikotones Übertraining: - Überwiegen von Trainingsprozessen - Verstärkte Antriebsfunktion - Erholung nach der Belastung ist ungenügend und erfolgt verzögernd Erhöhte Herzfrequenz in Ruhe Verzögerter Rückgang der Herzfrequenz nach einer Belastung auf dem Ruhewert Gesteigerter Energieumsatz Herabgesetzter Appetit Gewichtsabnahme Leichte Erregbarkeit und Gereiztheit Schlafstörungen 2. Parasympatikotones Übertraining - Überwiegen von Hemmungsfunktionen - Körperliche Schwäche - Antriebslosigkeit Leichte Ermüdbarkeit und verminderte Belastbarkeit Oft ausgeprägte Erniedrigung der Ruheherzfrequenz Deutlich schlechtere Koordination, besonders bei höheren Belastungsintensitäten Leistungsverminderung, vor allem bei höheren Belastungsintensitäten Basedowoides (symp.) Übertraining Addisonoides (parasymp.) Übertraining Leichte Ermüdbarkeit Leichte Ermüdbarkeit Erregung Hemmung Schlafstörungen Schlaf nicht gestört Körpergewichtsabnahme Gleichbleibend Appetit herabgesetzt Normal Schwitzen, Nachtschweiß, feuchte Hände Thermoregulation normal Halonierte Augen, Blässe Neigung zum Kopfschmerz Klarer Kopf Herzklopfen, Herzdruck, Herzstiche Ruhepuls beschleunigt Bradykardie Grundumsatz gesteigert Normal Körpertemperatur Leicht erhöht Normal Verzögerte Einstellung der Herzfrequenz Schnelle Kreislaufberuhigung nach auf Ruhewerte nach Belastung Belastung Blutdruck uncharakteristisch Unter und nach Belastung oft Erhöhung des diastolischen Blutdruck auf < 100 Abnorme Hyperpnoe unter Belastung Keine Atembeschwerden Überempfindlichkeiten gegenüber Sinnesreizen (besonders akustisch Bewegungsablauf wenig koordiniert, oft Bewegungsablauf eckig und ungenügend überschießend koordiniert (nur bei höherer Belastungsintensität) Reaktionszeit verkürzt, allerdings viele Reaktionszeit normal oder verlängert Fehlreaktionen Erholung verzögert Gute bis sehr gute Erholungsfähigkeit Tremor Innere Unruhe, leichte Erregbarkeit, Normale Stimmungslage Gereiztheit, Depression IV Herz/ EKG Abschnitte des EKGs (= Summenpotentiale eines Menschen) Reizleitungssystem: 1) P-Welle -> Vorhofserregung 2) Kammerkomplex -> Ausbreitung der Erregung in die Kammern, in den Kammern, in den Sinusknoten, über spezifische Zellen in den AV-Knoten (Artrioventrikular) in der Ventilebene. 3) Hillsche Bündel 4) Havaraschenkel 5) Purkinie´schen Fasern 6) Reiz bis an die Spitzen der Herzkammern, Herz kontrahiert/innerviert von unten 7) Diastole -> Durchblutungszeit Rhythmusstörung Extrasystolen: - Vorhofextrasystole (Sinusknoten schlägt ein Mal schneller) - Kammerextrasystole (Fehlerregung aus der Kammer) Extrasystolen bei Belastung -> aufhören (Gefahr für Kammerflimmern) (Puls springt) Eitrige Entzündungen (Zähne, Nasenhöhlen, Mandeln) können Herz innervieren Myokarditis -> Entzündung am Herzen -> Muskel kann sich nicht mehr richtig zusammenziehen -> Gefügedilatation z.B. Kreislaufprobleme Infekt gefährlich (Virus oder bakteriell) QRST-Strecke: ST – Streckensenkung – Vorsicht! Herzinfakt: ST- Streckenerhöhung Kardiomyopartie -> Verdickung des Herzmuskels (Pumpleistung kann gestört werden) Gesundheitliche Bewertung des Sportherzens Die Gesundheit des Sportherzens ergibt sich aus folgenden Kriterien: Es verfügt über eine hohe Funktionstüchtigkeit als Muskel und als Pumpe. In der Ausbelastung ist ein überdurchschnittlicher Blutauswurf (Herzschlag- und Herzzeitvolumen) möglich Der Herzmuskel ist bei mikroskopischer Untersuchung einwandfrei. Bei tödlich verunglückten Sportlern fand sich kein Anhalt für krankhafte Veränderungen. Der Herzmuskel ist sehr gut durchblutet und überdurchschnittlich widerstandsfähig gegenüber Sauerstoffmangel. Es herrscht ein normaler Herzinnendruck Diagnostische Verfahren wie Elektromyographie, Herztonaufzeichnung u.a. ergeben Normalbefunde. Abweichungen von der Mehrheitsnorm können als Anpassungszeichen oder Normvarianten interpretiert werden. Es besteht eine spontane Rückbildungsfähigkeit. Beim Ausbleiben der Reize, die die Sportherzbildung der Herzgröße und –funktion auf aktivitätsgemäße Werte. Es findet sich eine herabgesetzte bzw. in höhere Alterabschnitte verlagerte Erkrankungsrate und Sterblichkeit bezüglich Herz- und Kreislauferkrankungen bei Sportveteranen gegenüber gleichaltrigen Nichtsportlern. V Blutdruck/ Max O2 Aufnahme Kreislauf Blut geht in: Magen/Darm 25-30% Herz 4-5% Nieren 20-25% Skelett 3-5% Hirn 15% Haut 5% Muskulatur 15-20% Zurück: Muskulatur 80-85% Hirn 4-6% Skelett 0,5-1% Nieren 2-3% Herz 4-5% Magen/Darm 3-5% (Hirn wahrscheinlich höher) größeres Herz, niedriger Puls, max. Herzfrequenz niedriger Herzfrequenz: Kurve weniger Steil (x: km/h, y: heart rate beats/min) Untrainierter: Trainierte: 70 Schläge, Schlagvolumen 70ml 5Liter 200 x 100 = 20.000 50 x 100 = 5.000 200 x 200 = 40.000 Männer: 3.2 l/min; 42 ml/kg/min Frauen: 2,3 l/min; 36 ml/kg/min Submaximales Niveau: gleiches Herzminutenvolumen (bei gleichen Voraussetzungen), dafür Schlagzahl bei Trainierten niedriger Je besser ausdauertrainiert ein Herz ist, desto mehr kann der systolische Druck ansteigen, aber sehr individuell, maximal 230-250 VO2 max Mit abnehmendem Ausdaueranteil der Sportart nimmt die VO2max ab. wichtig!! Beim Mann nimmt die VO2max um 10% pro Dekade ab Bei der Frau um 8% Holmann-Spruch: „20 Jahre 40 bleiben“ nur möglich, wenn der Trainingsumfang systematisch gesteigert wird! [„Prinzip der Verdopplung“ behält seine Gültigkeit bis ins hohe Alter] SV max Hf max avDO2 = VO2 max Die VO2 max gilt als Bruttokriterium für die AD-Leistungsfähigkeit (d.h. der aeroben Kapazität) und lässt eine Aussage über die Anpassungsbreite des Herz-KreislaufsSystems zu. Die VO2 max. ist beim Gesunden abhängig von: Trainingszustand Alter Geschlecht Die VO2 max ist limitiert durch: Ventilation und Gasaustausch in der Lunge VO2 max Kapazität des Blutes Blutversorgung und Gasaustausch im Muskel Die VO2 max ist umso größer, wenn SV Hf avDO2 Unter Belastung vergrößert sich durch die vermehrte O2 - Ausschöpfung die Differenz zwischen arteriellem und venösem O2 -Gehalt: In Ruhe ca. 25% (50ml O2 /l), unter Belastung ca. 75% (120ml O2/l). HMV Ruhe Belastung submax. Belastung max. x l/min 5 15 20 avDO2 = ml O2 /l 50 120 150 VO2 max ml/l 0,25 1,8 3,0 Die aufgenommene O2 -Menge in der Lunge ist umso größer, je mehr Blut/min. durch die Lunge fließt ( HMV) und je O2 -ärmer das Blut ist. Die VO2 max ist somit ... ... der max. möglicher aerober Stoffwechsel ... die Höhe der O2 -Aufnahme unter max. Bedingungen ... die O2-Aufnahme an der anaeroben Schwelle, also an der Dauerleistungsgrenze, somit der oxidative Umsatz an der anaeroben Schwelle VO2 max. im Vergleich jung-alt Untrainiert, 20-30 Jahre männlich absolut ~3,3l/min (± 0,3) relativ ~45ml/kg/min (± 3) weiblich ~2,2l/min (± 0,2) ~36ml/kg/min (± 3) (Vergleiche sind immer nur mit den Relativwerten möglich, es sei denn, die Gruppe ist homogen z.B.: Personen einer Gewichtsklasse!) Auch bei der VO2 max kann es durch AD Training zu einer Verdoppelung der Spitzenwerte kommen. Die O2-Aufnahmefähigkeit nimmt ab dem 30.Lj. beim Mann um -10%, bei der Frau um -8% pro Dekade ab: Untrainiert, 60 Jahre: männlich - 23 bis 30% weiblich - 25 bis 26% Die VO2 max im Sport, bei Gesunden und Kranken Die Werte der VO2max haben sich in den letzten Jahren tw. stark geändert, fast nur in steigender Richtung. Heute werden bis zu 90ml realisiert, besonders in Skilanglauf, Radsport und Schwimmen. Ausdauer-Anteil an Sportart = VO2max Radsport, Kanu, Schwimmen, Langstreckenlauf, Rudern,.. Gerätturnen, Judo, Sprint, Golf, Badminton, Ringen,… erreichen meist Werte um die 60ml, wobei man auch hier differenzieren muss zwischen z.B.: Volleyball und Fußball. Im Hochleistungs-Ausdauersport: VO2max absoluter und relativer anaerober Schwelle Systematik: „höhere“ Sportarten: „niedrigere“ Sportarten: Spielsportarten: IST DIE MUSKULATUR UNFÄHIG, O2 ZU VERBRAUCHEN, WIRD AUCH NICHT SOVIEL AUFGENOMMEN!! Beispiele: 1. Klaban (62): hat ca. 180% seiner „für sein Alter adäquate“ VO2max 2. Patient mit RR unter Belastung: kann mit Hilfe des -Blockers Visken bei Hf Leistungen und Maximalwerte erreichen. 3. Patient, 69, hatte Herzinfarkt, künstliche Aortenklappe, Koronarerkrankung, Herzschrittmacher,...: bringt nur 55kW zustande, VO2max steigt von 5 auf 1011ml an (bedenkliche Werte). Beispiel: Patient nach einer Herztransplantation (d.h. Herz wurde denerviert, geht anfangs mit der Hf mit und geht daher auch nach Belastungsende weiter; erst später, nach 1-10 Jahren, kommt es zu einer humoralen Anpassung): wenn die periphere Muskulatur jahrelang krank gewesen ist und daher nichts leisten kann, ist ein junges, transplantiertes Herz unnütz! Beispiel: Untersuchung von Patienten mit congestive heart failure und controls Wmax VO2max Blutlaktat Muskellaktat CHF 96 15,1 2,5 25,6 Controls 220 33,5 6,7 6,1 d.h. das Herz pumpt weniger weniger Blut geht an die periphere Muskulatur (wird aber nicht im Blut gemessen, daher wesentlich niedrigere VO2max) Parameter für die Leistungsfähigkeit VO2 max anaerobe Schwelle Laktatmaximum spezifisches Stehvermögen Je nach Sportart sind Parameter verschieden wichtig! Beispiel 1: Radergometer-Untersuchung von 6 Top-Radrennfahrern von 1982-1985 Trainingsumfang ca. 30.000 bis 35.000km/Jahr erreichte Maximalleistung: 575 Watt, das entspricht ca. 6-8Watt/kg Körpergewicht Anaerobe Schwelle lag hier knapp um 90%, d.h. bei diesem Test war der Athlet noch nicht mal 100% ausgelastet! Man kann deutlich erkennen, dass sich in den letzten 10 Jahren die Leistungsfähigkeit fast über das Doppelte des Normalmaßes entwickelt hat: Relativwerte von Untrainierten männlichca. 3Watt/kg Relativwerte von Untrainierten weiblich ca. 2,8Watt/kg Beispiel 2: 3 Laktatkurven Kurve 1: 16jähriger Nachwuchs-Radsportler Kurve 2: 18jähriger Nachwuchs-Radsportler Kurve 3: 22jähriger Profi-Radsportler Laktat-Kurve des Profis war ... ... eindeutig am flachsten ... deutlich nach rechts verschoben Beispiel 3: Energieverbrauch eines Top-Straßenradrennfahrers Grober Durchschnitt für Nicht-Athleten: männlich 2200kcal/Tag weiblich 1600-1800kcal/Tag Radfahrer der Tour de France verbraucht ca. 6.000-10.000kcal/Tag, je nachdem ob Berg/Ebene! Solange man nur sein Eigengewicht trägt, sind Extrembewerbe nicht schädlich! Während dem Race-Across-America kommt es akut zu starken homöostatischen Veränderungen, aber nach Ende des Bewerbes hat sich alles wieder eingependelt, und der Athlet trägt keine Schäden davon. Viel gefährlicher hingegen sind z.b.: Doppel- oder Dreifachtriathlons, weil hier v.a. das Knie unter den Ermüdungserscheinungen leidet: Ermüdung = schlechtere Koordination = Belastung der Gelenke. Beispiel 5: Skilauf Nach einem normalen Skiurlaubstag mit guter km-Anzahl kann es zu einer 4050%igen Glycogenentleerung des Muskels kommen! DAHER: Skiurlaub niemals zum Abnehmen verwenden! Ständige, KH-reiche Ernährung wichtig! VI VII Lunge/ Doping Muskulatur (Genetik) Die Muskulatur ist das wahrscheinlich größte Organ des Organismus. Sie ist ein wesentlicher Eiweißpool und eines der stoffwechselreichsten Organe. Je größer der Anteil der Muskulatur, desto höher ist folglich der Grundumsatz. Man unterscheidet grundlegend „Fast twitch Fasern“ und „Slow twitch Fasern“ Nomenklatur der Muskelfasern Klassifikation 1. Myoglobin 2. Mitochondriale Enzyme 3. Glykolitische Enzyme 4. Lipide (unwichtig) 5. Myofibrilläre ATPase 6. Kombination 2+3+5 Nomenklatur Red High oxidative (HO) Low glycolytic (LG) Nomenklatur Intermediate Oxidative (O) Nomenklatur White Low oxidative (LO) Glycolytic (G) -- -- High glycolytic (HG) -- Slow twitch (ST) (type1) Slow oxidativ (SO) Fast twitch (FTa) (type2A) Fast oxidativ gylcolytic (FOG) Fast twitch (FTb) (type2B) Fast glycolytic (FG) Dies ist allerdings eine starre Thematik; Es gibt viele Übergangsstadien/Zwischenstufen. (Fasern können sich z.B. entwickeln) Muskelfaserart Funktion Vorkommen Geeignete Sportarten Ermüdung Energiebereitstellung Aktin Myosin Kapillardichte + Mitochondrien Muskelfaserquerschnitt Myosin ATPase (Enzyme) Glycolytische Kapazität Oxidative Kapazität Kontraktionsgeschwindigkeit Kraftentwicklung Ermüdungsgeschwindigkeit Rot/langsam Stützmotorik 50-60% Ausdauer Langsam Vorwiegend aerob Identisch Typ I Hoch/Viel Weiß/schnell Zielmotorik 40-50% Schnellkraft-limitiert Schnell Vorwiegend anaerob Identisch Typ II Gering/Wenig Niedrig Wenig Gering Hoch Langsam Gering Langsam Hoch Viel Hoch Gering Schnell Hoch Schnell Langsame Muskelfasern Erregung ist kontinuierlich, MF sind dünn und von vielen Kapillaren umgeben (Diffusionsstrecke für Sauerstoff ist kurz); haben sehr hohen Myoglobingehalt (darum rot); sind reich an Mitochondrien; werden von kleinem Motoneuron energiert; haben viele Enzyme des oxidativen Stoffwechsels; Energiebereitstellung hauptsächlich aerob; Schnelle Muskelfasern Erregung ist salbenartig; MF sind dick und überwiegen in Muskeln mit zielmotorischer Funktion (z.B. Trizeps); kontrahieren viel schneller als die roten; werden von großen Motoneuron energiert; ca. 40 Aktionspotentiale pro Sekunde; enthalten viele glykolytische Enzyme; Energiebereitstellung hauptsächlich anaerob; ATPase (Enzym für die Spaltung von ATP) ist nicht mehr enthalten; FG… fast glykolytik (ermüden schnell); FOG… fast oxidativ gylkolytik (ermüden nicht so schnell); SO… slow oxidativ (ermüden garnicht); FG und FOG = schnelle, SO = langsame Muskelfasern Bis jetzt grobe Gliederung in FTG- und FTO-Fasern (beides fast twitch Fasern) Weitere Unterteilung in: Typ IIb Fasern, Typ IIa Fasern, Typ IIc Fasern (=fast twitch); Typ I Fasern (=slow twitch) Typ IIa: o Sind schnelle MF, o enthalten relativ viel Mitochondrien, o haben relativ hohe aerobe Kapazität obwohl sie fast twitch sind, o haben daher sehr hohe Kontraktionsgeschwindigkeit, o ermüden aber sehr langsam o und erholen sich schnell Typ IIb: o Sind die schnellsten MF im Menschen, o haben sehr großen Querschnitt, o hohe glykolytische Aktivität, o sehr viel Myosin ATPase, o sehr hohe Kontraktionsgeschwindigkeit, o ermüden aber sehr schnell Typ IIc: o Mischform/Übergangsform; fallen eher schon wieder zu den Typ I Fasern dazu [Reihenfolge: I-IIc-IIa-IIb] Aktin ist bei allen Säugetieren annähernd gleich aufgebaut. Beim Myosin gibt es Unterschiede: In den schweren und leichten Myosinketten gibt es jeweils schnelle und langsame Ausprägungen (Ketten). [Beim schweren (Mero)Myosin: 2 schnelle und eine langsame Ausprägung Beim leichten (Mero)Myosin: 3 schnelle und 2 langsame Ausprägungen] M. vascus lateralis und M. soleus z.B. haben relativ hohen Anteil an langsamen MF VIII Energiebereitstellung Funktionszustände o Zustand der plastischen Sicherung (Bewegungsapparat, Muskulatur – Wie viel? Welche Faser? Güte?) o Zustand der energetischen Sicherung (Fähigkeit der Muskulatur, Energie zur Verfügung zu stellen; Muskeln benötigen dafür genügend Sauerstoff und Substrate – Wie groß sind die Kreatinphosphatspeicher bzw. ATP-Speicher? Wie hoch der Myoglobingehalt?) o Zustand der neuro- endokrinen Regulation (das gesamte vegetative Nervensystem spielt hier eine Rolle: Parasympathikus, Sympathikus; vegetative Veränderungen; anabole Hormone wie das Wachstumshormon, Schilddrüsenhormon und andere; Zusammenhang zwischen Belastung und Erholung anabole – katabole Ausgleichsfunktion - laufen wäre katabol – muss anabol ausgeglichen werden) o Zustand der nervalen Ansteuerung und Regulation (Bewegungsökonomie, Rekrutierung, Frequenzierung) Motorische Fähigkeiten Konditionelle Faktoren Faktoren Ausdauer Kraft Flexibilität Technisch-Koordinative Schnelligkeit Sauerstofftransport / Substratverwertung „Energie“ Aerobität... Anaerobität... Beweglichkeit Neurale Ansteuerung „Information“ Lunge, Blut, Herzkreislauf, Zytratzyklus, Atmungskette - Alaktazit: ATP, Kreatinphosphat; - Laktazit: KH ohne Sauerstoff Phosphofruktokinase Ist der zentrale Schalter in der Glykolyse. Die verfügbare Energie der Zelle (ATP, Citrat, NADH) bzw. des Organismus (Blutglucose) wird hier eingestellt. Das Enzym katalysiert den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt im ersten Teil des Energiestoffwechsels. Diese Schlüsselposition unterstützt die Rolle der PFK als Regulatorenzym. klassisches Engpassenzym; Beim Kind ist es in einer sehr niedrigen Konzentration vorhanden. Der kindliche Organismus bremst zu hohe Flussraten (anaerobe Energiebereitstellung) um Schutz vor Laktat zu gewährleisten. Bei einer halbe Stunde laufen im rein aeroben bereich produziert man nur CO2 (wird abgeatmet) und gibt Wasser (Schweiß) ab. Mechanismen der Energiebereitstellung I. Alaktazide Energiebereitstellung ATP und Kreatinphosphat II. Laktazide Energiebereitstellung Anaerobe Glykolyse III. Aerobe Energiebereitstellung Zitratzyklus und Atmungskette Energieliefernde Substanzen in Abhängigkeit von Leistung und Zeit Leistung (kJ/min) 400ATP+CP 300Glukose anaerob 200KH aerob 60-90’ 100- Fette richtiger! aerob ** 10’’ 1’ 2’ 10’ 30’ 60’ 120’ Zeit Anhaltspunkt: von links nach rechts halbiert sich die Flussrate ungefähr! Alaktazide Energiebereitstellung: 7-10 Sekunden ** Sprinter anaerob: 20-24 Watt/kg Körpergewicht (Ein Sprinter braucht beim Beschleunigen aus dem Startblock bis zu 40 Watt/kg Körpergewicht etwa 5-6 Ps. daher leert er bereits in der Startphase die Kreatinphosphatspeicher Laktatbildung, später bis zu 11-14 mmol) „Aerobe Kapazität des Menschen“… wie viele Minuten ist man im Stande mit einer maximalen Flussrate aerob zu arbeiten ( „Halbierung“ der Flussraten von hochenergetisch – zu den fetten) Der Mensch besitzt - 2 schnelle Systeme: alaktazid, laktazid - 2 langsame Systeme: Oxidation der KH, Oxidation der Fette 10kcal/kg Körpergewicht/Stunde bei ca. 12 km/h beim Marathon ca.1600 kcal/stunde aerobe Leistungsfähigkeit eines Radrennfahrers: beim Untrainierten: 6-7 Watt/kg Körpergewicht 2-3 Watt/kg Körpergewicht IX Anthropometrie = Lehre von der Bestimmung der Maßverhältnisse des menschlichen Körpers innere Betrachtung: Größe, Gewicht, Bauchumfang, usw. äußere Betrachtung: Lean Body mass (Magerkörpermasse), Fett, Wasser,.. 3 Betrachtungsweisen Chemisch: Fett, Eiweiß, Wasser, Asche Anatomisch: legt den Gewebsbau zu Grunde (Knochen, Depotfett, Muskeln, Haut, innere Organe,..) Funktionell: Stoffwechsel aktive (LBM, Muskeln) und inaktive Masse (Fettmasse, Skelett) Bestandteile des Körpers Wasser (60-70%) nimmt mit zunehmendem Alter ab, da die Zellen austrocknen und der Fettgehalt bei „gleich bleibendem“ Körpergewicht zunimmt (Fett hat kein Wasser). Frauen besitzen mehr Fettgewebe, haben daher weniger Wasser. 2/3 des Wassers sind intrazellulär (innerhalb der Zellen) 1/3 extrazellulär (außerhalb der Zellen, zwischen den Zellen, Plasmawasser) gespeichert EZF (20% d. KG) kann direkt gemessen werden (Isotopen Dilutionstechnik) IZF (40% d. KG) Fett Aufgaben o Energiespeicher o thermischer Regulator o Polstermaterial Unterscheidung - Braunes Fett (haupts. Säuglinge) - weißes Fett (Bau-/ Depotfett) Baufett ~ dient als Polster und ist kaum reduzierbar ~ Erhaltung der Organe ~ Frauen: 12% essentiell; Männer: 3% essentiell Depotfett ~ dient als Energiespeicher, als thermischer Isolator/ Regulator ~ reduzierbar und kann fast aufgebraucht werden (Hungerzustand) ~ 50% befinden sich unter der Haut, der Rest in den Organen ~ Strukturlipide (essentiell) Bindung H2O ~ Der minimale, nicht gesundheitsschädliche Körperfettanteil beträgt bei der Frau etwa 15 % und 5% beim Mann. mageren Körpermasse (LBM) Körperzellmasse (ist stoffwechselaktiv) Für physiologische Funktion verantwortlich Kalorienverbrauch von ihr abhängig Verbraucht O2 für Energieübertragung Muskulatur, ZNS, Knochen und Knorpel Extrazellulärmasse fettfreie, nicht muskuläre Masse z.B. Knochen, Flüssigkeiten, etc. EZF, Mineralien und Proteinfasern UNTERSCHEIDUNG Fettfreie Masse LBM (Lean Body mass) Begriff der chemischen Analytik 2% essentielle Fette Fettextraktion mit Äther in vitro Gesamtkörpermasse - Fettmasse Enthält kein Fett Körperkompartiment Modelle 1) 2-Kompartiment-Modell Unterteilung des Körpers in Kompartimente: Gesamtkörperfett (TBF) und fettfreie Masse (FFM). 2) 3-Kompartiment-Modell Genauere Analyse der fettfreien Masse. Unterteilung in Fettmasse (FM), Extrazelluläre Masse (ECM) und Zellmasse (BCM) 3) Mehrkompartiment-Modell Kostenintensiv und zeitaufwendig aber viel genauer. Vorteil: Hydrationsgrad der LBM, Dichte von FM und FFM können unberücksichtigt bleiben Methoden zur Erfassung der Körperzusammensetzung: o Direkte Methoden: chemische Analyse von Leichen o Indirekte Methoden: Teilkörpermethoden (Infrarotspektroskopie, Computertomografie, Magnetresonanztomografie) Ganzkörpermethoden (Hydrodensitometrie, Bioelektrische Impedanzanalyse) Physikalische Pars-pro-toto Methoden = Messung n bestimmten Körperarealen – hochrechnen auf den Rest Antropomethrie: Gewicht, Größe, Hautfaltendicke Infrarotspektroskopie: Lichabsorption, -reflexion Computertomografie: radiologische Methode Magnetresonanztomographie: Kernspinresonanz Sonographie: Ultraschall Methoden zur Erfassung des Körpergewichts (jedoch ungeeignet zur Bestimmung der Körperzusammensetzung): BROCA-Index: Größe u Gewicht annähernd lineare Beziehung (Erwachsene) Körpergröße – 100 = Normalgewicht +/- 10% kleine zu dick, große erscheinen zu dünn BMI: Gewicht (kg)/ Größe (m²) Körpergröße und Körpergewicht in Relation Normalwert zwischen 19 und 24; ab 30 = Adiposidas; ab 40 = schwere Adiposidas ist als Richtwert fürs Abnehmen ungeeignet Schwankungsbereich Körperfett sehr hoch Fehlinterpretation hoher BMI kann auch viel Muskelmasse keine Info ob Gewichtsänderung auf Grund Zunahme/ Abnahme LBM oder FM WHR: Maß für die Bewertung der Fettverteilung misst die Fettverteilung (im Bauchraum oder eher in Hüftgegend) = Taillenumfang/ Hüftumfang (andruide und gynoide Form) Grenzwerte bei der Frau zw. 0,8 und 0,9 Grenzwerte beim Mann zw. 1 und 1,1 Hautfaltendickenmessung Erfassung der Subkutanen Fettgewebes an mehreren Stellen Messung mit Kaliper Abheben einer Hautfalte Messung der Dicke der Hautfalte nach 3 sek Formel-Hochrechnung Dominante Seite (Rechtshänder) Computertomographie (CT) Radiologische Methode mit eng begrenzten Röngtenbündel Vermessung v Körperquerschnitten Magnetresonanz Prinzip der Kernspinresonanz Magnetisches Feld Physikalische Ganzkörpermethoden Hydrodensitometrie: wiegen des Körpers in H2O Dual Energy X-Ray Absorption: DEXA, Absorption der schwächeren Strahlen Isotopen-Dilutionstechnik: Bestimmung H2O mittels Isotopen Ganzkörperkaliumzählung: Kalium in FFM Bioelektrische Impedanzanalyse: Messung der Wechselstromwiderstände d. Körpers X Ernährung und körperliche Aktivität Bedingungen, die einer vollwertigen Ernährung entsprechen - Deckung des Energiebedarfs - Ausreichende Zufuhr von Vitaminen und Mineralien - Deckung des Stoffbedarfs für Aufbau, Erhalt und Reparation der Zellen (EW) - Schmackhafte Zubreitung ohne Einschränkung der Nährwerte Spezielle Ernährung für Sportler erst notwendig ab + 5000kcal/ Tag!! Wesentliche Nahrungsbestandteile 1. Kohlehydrate - Wichtigster Energieträger - Mono-, Di-, Oligo-, Polysaccharide 2. Fette - Fette u fettähnliche Substanzen = LIPIDE - Charakteristika: Unlöslichkeit in Wasser + Löslichkeit in organ. Lösungsmittel (Benzol, Alkohol,…) - Cholesterin, Triglyceride, Fettsäuren Ad Cholesterin Pathophysiologische Bedeutung (Ateriosklerose) Ausgangspunkt für Hormone (zB Steroid-) Baustein der Zellmembran In tierischen LM Wird auch im Organismus selbst synthetisiert Täglich Cholesterin Zufuhr nicht über 0,3 – 0,5g/ Tag Ad Triglyceride Transport über Blutweg Speicherung hauptsächlich im Fettgewebe Bei Bedarf: Freisetzung von freien Fettsäuren (von Fettspeicher) FUNKTION: wichtiger Energielieferant ( Muskelzelle) Wärmeisolation im Unterhaufettgewebe Funktion von Druckpolster (zB Fußsohle) Ad Fettsäuren Gesättigte Fettsäuren Ungesättigte Fettsäuren (stoffwechselaktiv) Einige ungesättigte FS kann der menschliche Organismus nicht selbst synthetisieren muss sie mit Nahrung aufnehmen 3. Eiweiße - Bestehen aus Aminosäuren - Enthalten Stickstoff (ca. 16%) - Hauptteil organische Moleküle in den Zellen - Im Darmtrakt: zu AS gespalten, resorbiert und von Leber aufgenommen - Blut: enthält freie AS und körpereigene Proteine (Albumine, Globuline) Proteinsynthese in den Zellen - 8 Aminosäuren, die nicht selbst synthetisiert werden essentiell - Es gibt keinen Speicher zu viel wird in Fett umgewandelt - Funktion: Transportfunktion Abwehrreaktion Blutgerinnung Aufrechterhaltung des osmotischen Druck des Blutes Stabilisierung von Geweben (Kollagen) 4. Vitamine - Chemische Verbindungen - In geringen Mengen täglich benötigt - Notwenig für die Funktion von Enzymsystemen - Körper kann sie nicht oder nicht in ausreichenden Mengen synthetisieren - Fettlösliche Vitamine: A, D, E, K (können nicht gespeichert werden) - Wasserlösliche Vitamine: B-Komplex (B1, B2, B6, B12) Folsäure, Vitamin C (Askorbinsäure) 5. Mineralstoffe - Anorganische Substanzen - Elektrolyte - Kationen+ (Natrium, Kalium, Magnesium, Zink, Kupfer,…)/ Anionen- Funktionen: Skelett und Zähne Muskeltätigkeit Funktion der Zellen 2 Gruppen von Mineralstoffen 1) Mineralien mit relativ hoher Konzentration im Organismus = Mengenelemente 2) mit relativ geringer Konzentration im Organismus = Spurenelemente (zB Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Jodid, Flurid) 6. Ballaststoffe - Nahrungsmittelbestandteile vorwiegend pflanzlicher Herkunft - Keine Energielieferanten - Wichtige Bedeutung im Bereich der funktionierenden Darmtätigkeit - Hohes Wasserbindungsfähigkeit (Quellfähigkeit) - Positive Beeinflussung der Darmflora - Enthalten in Gemüse, Obst und Vollkornprodukte - EMPFEHLUNGEN für die prozentuale Zusammensetzung der Gesamtenergiemenge in der Nahrung: EW: 10 – 15 % Fette: 25 – 30 % (1/3 ungesättigte) KH: 55 – 60 % (besonders Polysaccharide) Nährstoffbedarf bei körperlicher Leistung Eiweiß + Erhöhte EW-Bedarf bei Sportler im Leistungsbereich (Ausdauer + Kraft) + Da größere EW-Depots im Körper fehlen, Gefahr des vermehrten Abbaus von körpereigenem Muskeleiweiß + Funktionelle Proteine + Starke Eiweißproduktion: größere Stickstoffmengen gehen verloren Ausdauersport: 1,2 – 1,8g/ kg Körpermasse/ Tag Kraftsport: 2g/ kg Körpermasse/ Tag Glykogen (= Zelluläre Speicherform der KH) + Ausdauerbelastungen: Energielieferant Glykogen + Belastungen unter 30 min Glykogendepots kein leistungslimitierender Faktor + Über 30 min: Größe des Glykogendepots reicht nicht mehr aus Leistung begrenzt + Während länger dauernden Belastungen: KHreiche Flüssigkeiten zuführen + Durch geeignete Kostform: mögliche große Mengen Glykogen in Muskulatur speichern (KH Kost) Fettsäuren als Energielieferant + Muskuläre Dauerleistung Abbau von freien FS im Fettgewebe erhöht Konzentration der freien FS im Blut steigt mit Intensität bei Arbeit + Durch AD-Training: Fettmobilisierung bei Arbeit verstärkt + Während körperlicher Belastung: Adrenalin Konzentration im Blut steigt Adrenalin fördert Fettabbau Gleichzeitig: Extraktion der FS aus Blut Verhältnis KH – FETTE an Energiebereitstellung bei körperlicher Belastung durch folgende Faktoren beeinflusst: Körperzusammensetzung Arbeitsintensität Arbeitsdauer daraus ergibt sich: Leichte und mittelschwere Arbeit unter Normalkost: KH u Fette fast gleich Mittelschwere von längerer Dauer: Fette vermehrt Hohe Intensität: größter Energieanteil aus Glykogendepot Erholungsphase: Wiederauffüllung Glykogenspeicher Nahrungsaufnahme bei gesteigerter körperlicher Aktivität Forderung an Nahrung: ~ Deckung des erhöhten Energiebedarfs ~ KH bei Ausdauer ~ EW mit hoher biologischen Wertigkeit ~ erhöhte Vitaminzufuhr (B Gruppe + C) ~ Eisen (besonders bei Frauen) ~ gesteigerte Wasser u Elektrolyte Nahrungszusammensetzung und SPORT Kraft: Schnellkraft: Spielsport: AD: 22% Eiweiß 18% Eiweiß 18% Eiweiß 15% Eiweiß 36% Fett 30% Fett 28% Fett 25% Fett 42% KH 52% KH 54% KH 60% KH zB Gewichtheben zB Sprint zB Handball zB Langlauf KH-reiche Kost: + hoher Glykogengehlt in der Muskulatur verlängert Arbeitsdauer + ca. 10% größere Energieausbeute/ L O2 gesteigerte Fett + geringe erforderliche Verdauungsleistung - gesteigerte Gärungstätigkeit im Darm (Durchfall - oft großes Nahrungsvolumen – hoher Wasser u. Zellulosegehalt (Völlegefühl) Fettreiche Kost: + Lange im Magen-Darm-Trakt - verringerte AD-Leistungsfähigkeit - geringere Energieausbeute/ L O2 nur bei Energiebedarf > 20.000kJ/ Tag Eiweiß ZUFUHR + eiweißhaltige Nahrungsmittel – Ergänzungspräparate normal entbehrlich (Ausnahme: Leistungssport – Kraft) EISEN + Bestandteil roter Blutfarbstoff Hämoglobin O2 Transport + Enzym der Atmungskette enthalten Elektrolyt- u Wasserbedarf 1) Lösungsmittel für Vielzahl an Substanzen 2) Transportmittel: ca 90% Wassergehalt des Blutplasmas 3) Thermoregulation: Schweiß zB Marathonläufer/ Lauf 2-4L Schweiß (/L Schweiß 0,3-3g NaCl) VOR WK: gleichmäßig über Tag verteilen, 4-8 kleine Mahlzeiten, letzte Nahrungsaufnahme nicht zu groß und 3h vor WK - Verdauungstätigkeit Während WK (> 10.000m): in flüssiger Form KH-reich, 15-20 min 150-250ml NACH WK: leicht verdauliche KH-reich, flüssig auch bei Apetitlosigkeit XI Hormonelle Regulation und körperliche Belastung Während einer Belastung muss der Körper viele physiologische Veränderungen durchführen – hierfür gibt es zahlreiche Steuerungs- und Regelprozesse. 1. Nervensystem (schnelle Reaktionen, kurz andauernde Veränderungen) 2. Endokrines System (hormao=antreiben, endon=innen, krine=absondern) (langsame Reaktionen, länger andauernde Veränderungen) Beide Systeme hängen über den Hypothalamus zusammen – er ist das übergeordnete Informationszentrum. Das Zusammenwirken dieser beiden Systeme nennt man neuro-endokrine Regulation. Das Nervensystem arbeitet mit sehr schnellen Reizleitungsgeschwindigkeiten, entgegen dem endokrinen System, welches sehr langsam reagiert, bei dem die Veränderungen länger dauern und dafür auch länger anhalten (z.B. das Wachstum über Jahre). Botenstoffe des endokrinen Systems sind Hormone, sie haben Einfluss auf Kreislauf, Ernährung, Wachstum, Verhalten, Elektrolyt- u. Wasserhaushalt usw. klassische hormonbildende Organe: o Hypothalamus (bestehend aus vorderem, mittlerem, hinterem Teil) o Hypophyse (bestehend aus Hypophysenvorder- und Hinterlappen; über den Hypophysenstil hat sie Verbindung zum Hypothalamus) o Schilddrüse (Thyreoidea) o Nebenschilddrüse(n) (4 Stück auf der Rückseite der Schilddrüsen) o Nebennieren (2 Stück; kappenartig auf dem oberen Pol der Nieren; man unterscheidet Nebennierenrinde (ca. 80%) und Nebennierenmark) o Bauchspeicheldrüse (hinter dem Magen etwa auf Höhe des 2. Lendenwirbels, vor allem für die Verdauung wichtig – produziert den Pankreassaft und Hormone; [auch die Langerhans’schen Inselzellen produzieren Hormone] o Keimdrüsen oder „Gonaden“ (Hoden bzw. Eierstöcke) Weitere hormonbildende Orte: o Nieren: Renin und Erythropoietin o Leber: Angiotensiogen o Zellen des rechten und linken Vorhofes des Herzens: Atriopeptin o Magen-Darm-Trakt: zahlreiche lokal wirksame Hormone (Gastrin, Sekretin) Hormonarten: 1. Peptidhormone: Wachstumshormon, Insulin und Glykoproteinhormone: Erythroprotein; sind wasserlöslich und benötigen beim Transport keine Transportproteine 2. Steroidhormone: Kortisol, Testosteron; Werden aus Cholesterin synthetisiert, können nicht gespeichert werden und ihre Synthese wird bei Bedarf verstärkt; sind fettlöslich – Transport mittels Transportproteinen 3. Tyrosindervate leiten sich aus der Aminosäure Tyrosin ab; Schilddrüsenhormone – fettlöslich Katecholamine – wasserlöslich Transport – 2 Möglichkeiten: 1) über das Blut: entweder mit oder ohne Transportproteinen 2) über Gewebshormone: wirken unmittelbar in der Nähe ihres Produktionsortes; hierbei erfolgt der Transport über Diffusion durch die Zellwände (z.B. Histamin) Hormone des Hypothalamus: Releasing-Hormone (im mittleren Teil des Hypothalamus; Funktion: Anregung oder Hemmung der Produktion anderer Hormone) und Inhibiting-Hormone Hormone des Hypophysenvorderlappens: Gladotrope Hormone: wirken auf die peripheren Hormondrüsen (z.B. auf die Schilddrüsen) Bsp.: TSH (stimuliert die Schilddrüse), ACTH (wirkt auf die Nebennierenrinde), FH, LH (wirken beide auf die Keimdrüsen) jedes dieser Hormone wird durch ein Releasing-Hormon stimuliert Effektorhormone: Somatotropin (= Wachstumshormon; wirken direkt im Erfolgsorgan) Hormone des Hypophysenhinterlappens: (auch 2 Effektorhormone) Adiuretin und Oxytocin; Periphere Hormondrüsen Schilddrüse: Thyroxin (T4), Trijodthyronin (T3) deren Wirkungen beziehen sich auf den gesamten Stoffwechsel o Steigerung des Energieumsatzes und damit der Wärmeproduktion o Förderung der Gylkogenspaltung o Fettmobilisation o Beeinflussung von Organentwicklung und Längenwachstum Kalzitonin: 3. Hormon der Schilddrüse – beeinflusst den Kalziumhaushalt. Nebennierenrinde Produktion der Kortikosteroide o Äußere Schicht: Produktion der Mineralkortikoide, z.B. Aldosteron (fördert den Elektrolyt- und Flüssigkeitshaushalt) o Mittlere Schicht: Bildungsort der Glukokortikoide; Hauptvertreter Kortisol (wirkt entzündungshemmend und beeinflusst den KH- und Eiweißstoffwechsel) o Innere Schicht: Bildung der Androgene (= männlichen Geschlechtshormone; haben anabole, Eiweiß aufbauende Wirkung) Nebennierenmark o Bildung der Katecholamine: Noradrenalin, Adrenalin, Dopamin (die Ausschüttung dieser Hormone funktioniert über einen nervalen Reiz; das Hormongemisch (80% Adrenalin) welches ausgeschüttet wird besteht zu einem Großteil aus Adrenalin; werden auch als Stresshormone bezeichnet) o Hauptziel: schnelle Anpassung des Organismus an erhöhte Stoffwechselanforderungen; Inselorgan der Bauchspeicheldrüse Peptidhormone Insulin und Glukagon: o in Langerhans’schen Zellen gebildet o wirken antagonistisch o spielen wichtige Rolle im KH-Stoffwechsel Keimdrüsen Bilden die Sexualhormone (männlich: Androgene; weiblich: Östrogene, Gestagene). Bei den männlichen ist Testosteron der Hauptvertreter, bei den weiblichen Östron und Östradiol Wirkung für die körperliche Leistung relevanter Hormone Somatropin (Wachstum), Thyroxin und Trijodthronin (T3), Aldosteron und Kortisol, Adrenalin und Noradrenalin (Katecholamine), Insulin und Glukogen Somatropin (STH, HGH – Wachstumshormon) Wirkung: - Mobilisation von Fettsäuren aus dem Gewebe - Erhöhung des Blutzuckerspieles - Erhöhung der Proteinbiosynthese in der Muskulatur - Förderung des Knochen-, Knorpel-, und Muskelwachstums Tyroxin und Trijodthyronin Wirkung: - Erhöhung des Energieumsatzes, Wärmeproduktion - Förderung der Glykogenspaltung - Fettmobilisation - Beeinflussung von Organentwicklung und Längenwachstum Kortikosteroide Aldosteron: Regulation des Elektrolyt u Flüssigkeitshaushalts Korisol: Beeinflussung des KH u EW Stoffwechsels + Verstärkung der Herzkraft sowie Gefäßverengung im peripheren Kreislauf durch Verstärkung der Katecholaminwirkung Katecholamine Weitstellung der Bronchien Weitstellung von Gefäßen in der Arbeitsmuskulatur Engstellung von Gefäßen in der nicht arbeitenden Muskulatur Erhöhung von Herzfrequenz und Kontraktionskraft Hemmung der Magen-Darmtätigkeit (hauptsächlich der Sympathikus wirkt im Bereich Herzkreislauf anregend und im Bereich Magen-Darm hemmend) Förderung der Glykogenspaltung und des Fettabbaus (Lipolyse) Insulin und Glukagon Funktionen von Insulin: 1. aufgenommene Nahrung in Form von Glykogen und Fett zu speichern und 2. das Wachstum zu fördern Funktionen von Glukagon: Mobilisation der Energiedepots im Bedarfsfall, zB bei körperl. Aktivität beide sind für die Konstanthaltung des Blutzuckerspiegels verantwortlich wirken antagonistisch Hormonelle Produktion bei körperlicher Arbeit Prinzipiell kommt es zu verschiedenen Veränderungen wie: der Steigerung von Herz-Kreislauftätigkeit sowie der Atmungstätigkeit, Ziel: möglichst viel O2 in arbeitende Muskulatur transportieren + verstärkte Nutzbarmachung der großen Energiespeicher Aktivierung von Mechanismen der Elektrolyt- und Flüssigkeitsregulation und der Thermoregulation Aktivierung von hormoregulatorischen Maßnahmen Regulation des Energiestoffwechsels Adrenalin, Noradrenalin, Kortisol, Insulin, Glukagon, Trijodthyronin, Somatropin Aufgaben des Energiestoffwechsels 1) Versorgung der arbeitenden Muskulatur mit Brennstoffen 2) Konstanthaltung der Blutglukosekonzentration Bei körperlicher Belastung: verstärkte Ausschüttung von Adrenalin und Noradrenalin Glukagonbildung in der Bauchspeicheldrüse wird direkt vegetativ beeinflusst Freisetzung der Schilddrüsenhormone Freisetzung von Kortisol Vermehrte Ausschüttung des Wachstumshormons Folgen: o Katecholamine fördern den Glykogenabbau in der Leber o Glukagon fördert ebenfalls den Glykogenabbau o Abfall des Insulinspiegels – dadurch kann das Glukagon verstärkt wirksam werden (wirken antagonistisch) o Glykogenneubildung durch Koritisol, T3 und T4 o Wachstumshormon steigert die Mobilisation der freien Fettsäuren o Erythropoietin wird in den Nieren bei Sauerstoffmangel gebildet und stimuliert die Neubildung von Erythrozyten im Knochenmark
