Veränderung der Muskulatur im Altersgang
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Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie: 1. Vorlesung am 05.10.2005 A) Sport im Sinne der Prävention (Gesundheitsvorsorge) Chronische Erkrankungen Übergewicht 32 % Herz – Kreislauferkrankungen 29 % Stress 28 % Rückenschmerzen 14 % Krebs 14 % Bluthochdruck 13 % Allergische Erkrankungen 11 % Hypercholesterolemia 10 % Kopfschmerzen / Migräne 9 % Gefäßkrankheiten 6 % Schlafstörungen 6 % Verticularulceration 4 % Je älter und kränker man ist, desto schlechter ist die Immunabwehr. Um diese zu stärken ist sportliche Tätigkeit, vor allem Ausdauersport ein wertvolles Instrument, um das Immunsystem zu stärken. Eine Umfrage ergab, dass sich 46 % der Arbeiter in ihrer Lebensweise beeinträchtigt fühlen (Arbeits- und Freizeitfähigkeit). 57 % Körperliche Tätigkeit / Sport 32 % Ernährung 17% Positives Denken 12 % versch. Strategien um mit dem Druck fertig zu werden 8 % Erholung 8 % Nicht rauchen 12 % andere Vorsorge Für die Gesundheit des Menschen verantwortlich sind folgende Faktoren: o o o o Umfeld (soziales Umfeld, Infrastruktur) Lebensweise, - stil (Hygiene, Ernährung, Bewegung) Genetische Veranlagung Medizin (Impfungen, Gesundenuntersuchungen) 30% 30% 30% 10% In Zahlen: 30 % Genetik, 30 % Umfeld, 30 % Lebensstil, 10 % Medizin Für die Genetik kann man nichts, sie kann jedoch beeinflusst werden. Beispielsweise können die Risiken eines Herzinfarktes mit EKG, regelmäßigen Ausdauersport und gesunder Ernährung reduziert werden. Durch aktive Vorsorge, mit Nutzung der Medizin und der Änderung des Lebensstils können chronische Erkrankungen niedrig gehalten werden. -1- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl W. Hollmann: Gäbe es ein Medikament, dass den Stoffwechsel verbessern würde die Entstehung von Arteriosklerose hemmen würde die Fließeigenschaften des Blutes in Verbindung mit einem antithrombotischen Effekt verbessern würde dem Effekt von Korpulenz entgegenwirken würde optimale Entwicklung des Körpers und des Verstandes bevorzugen würde körperliche und altersgebundene geistige Abnahme der Leistung verringern würde Dieses Medikament gibt es. Es ist bekannt als passendes einzelnes körperliches Training des Kindes bis ins fortgeschrittene Alter. Aufgrund unserer Tätigkeiten ist leider die Anwendung in unserer Gesellschaft sehr schwierig. Warum ist Bewegung so ein Schutzfaktor? 5 Components: a) Morphologische Komponenten Körpermasse : Körpergröße Körperkompensation (Kompensation = Ausgleich anatomischer od. funktioneller Störungen eines Organs) Subkutane Fettverteilung (subkutan = unter der Haut) Abdominal visceral fat ( ~Bauchfett, in den Eingeweiden) Knochendichte Beweglichkeit Die besten Bewegungsreize, die die Knochenmasse erhöhen sind Krafttraining und Springen. Die so genannten High impact loads sind Reize, bei denen das 2 – 3fache des Körpergewichts auf den Körper wirkt und die Knochen so stärker macht. Osteoporosevorsorge beginnt in der Jugend; im Alter kann nur der weitere Abbau verhindert werden. Der Knochen ist auch ein Gewebe, das seine Reize braucht. b) Muskuläre Komponenten (Muskelkraft, Kraftausdauer, Maximalkraft) Leistung, Stärke Kraft Ausdauer Bsp.: 25 % der amerikanischen Bevölkerung über 70 sind nicht fähig aufgrund ihrer schwachen Muskulatur über 400 Meter zu gehen und 8kg zu halten. c) Metabolische Komponenten Glukosetoleranz Sensibilität der Insulinrezeptoren (~wie der Körper auf Insulin anspricht) Fettstoffwechsel und Lipoprotein-STW (Lipoprotein = aus Lipiden und Proteinen zusammengesetzte organisch-chemische Verbindung) Charakteristische Oxidation von Substraten (Substrat = Substanz, die bei enzymatischen Vorgängen abgebaut wird) -2- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Für Bewegung braucht man Treibstoff (Kohlenhydrate, Fette). Wenn man sich bewegt, steigt die Sensibilität der Insulinrezeptoren, der Blutzuckerspiegel nimmt ab und die Bauchspeicheldrüse wird nicht so gefordert. d) Cardiorespiratory Components Submaximale Übungskapazität (submaximal exercise capacity) Maximale aerobe Leistung Herzfunktionen Lungenfunktionen Blutdruck Chronische Erkrankungen sind charakterisiert, dass sie langsam ausbrechen, jedoch lang in der Fortschreitung sind, was zu einer erheblichen Verminderung der Lebensqualität führt. e) Motorischen Komponenten Beweglichkeit Gleichgewicht Koordination Bewegungsgeschwindigkeit 2.VO am 11.Oktober.2005 A) Belastung in Höhenlagen: Überblick: 1) Physische Aspekte in mittleren und großen Höhen 2) Kurzfristige Anpassungsmechanismen (akute Hypoxie) 3) Langfristige Anpassungsmechanismen (chronische Hypoxie) 4) Training unter Höhenbedingungen Hypoxie = Sauerstoffmangel 1) Physische Aspekte in mittleren und großen Höhen Mittlere Höhe: Große Höhe: Niedrige Höhe: 1500 - 3500 m 3500 - 5000 m < 1500 m Leistungsverhalten ist durch 3 Charakteristika geprägt Verringerte Luftdichte Reduzierter Wasserdampfdruck (trockene Luft) Herabgesetzter O2-Partialdruck Luftdruck und O2-Partialdruck: Abb. Quelle Hollmann 2000, S. 458 Lediglich Druck ändert sich, aber O2 Gehalt bleibt gleich -3- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Veränderung des Luftdrucks: Abb. DeMaares Luftdruck ist eine Summe der Teildrücke >> sinkt mit Höhe 1.1. Luftdichte: Nimmt mit zunehmender Höhe ab Weniger Atemwiderstand Weniger Luftwiderstand Vorteil für Sportarten mit hoher Eigen- oder Objektgeschwindigkeit (Sprint, Rad, Speer,..); z.B.: Höhenlage von Mexico City 2240 m entspricht einem Rückenwind von 1,5 - 1,7 m/s 1.2. Wasserdampfdruck: Sinkt mit zunehmender Höhe (Temperatur nimmt ab und kann daher weniger O2 aufnehmen >> die Luft ist trockener, weniger Luftfeuchtigkeit >> Körper erleidet hohen Wasserverlust) Gefahr der Austrocknung der Schleimhäute Höherer Wasserverlust 1.3. Weitere Parameter in Höhe: Abnahme der Temperatur: Abnahme etwa 6,5 Grad Celsius/1000 m Bezogen auf 15 Grad in Meereshöhe Wetterabhängig Zunahme der Strahlungsintenstität: Kürzerer Weg der UV-Strahlen Wegfall UV-Strahlen absorbierender Dunst- und Staubschichten Reflexion der Strahlung an Schnee und Eis 2) Kurzfristige Anpassungsmechanismen: “Akute Hypoxie” Atemtätigkeit (AF) und Herzfrequenz (HF) erhöht (=mehr Blut kann transportiert werden) Akute Hypoxie: Geringer O2-Partialdruck in Inspirationsluft Abnahme des arteriellen PO2-Drucks Gefahr von O2-Mangel in Gewebe >> Akute Hypoxie Kompensation: HMV steigt, AMV steigt (= AF und HF steigt) 2.1. Atemminutenvolumen: Chemorezeptoren in Aorta und Arterie Carotis stellen geringen PO2 fest AMV steigt Geringere Luftdichte erleichtert Atemarbeit Bsp.: Extrembergsteiger am Mount Everest in 6340 m: 62 Atemzüge/min, AMV: 207 l/min -4- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl 2.2. Herzminutenvolumen: (Ruhe)HF steigt mit zunehmender Höhe Schlagvolumen sinkt durch steigenden Hämatokrit >> HMV steigt 2.3. Blut: Verringerung des Plasmavolumens durch Flüssigkeitsverluste in der Höhe Relative Zahl an Erythrozyten steigt Hämatokrit steigt Mehr Erythrozyten >> mehr O2 Weitstellung der Gefäße verbessert die Durchblutung 2.4. Sauerstoffaufnahme: VO2max sinkt 3) Längerfristige Anpassungsmechanismen: “chronische Hypoxie” 3.1. Akklimatisation: Zeit für Akklimatisation von verschiedenen Faktoren abhängig: Absolute Höhe Relativer Höhenunterschied Aufstiegsgeschwindigkeit Klima Erbfaktoren und Hormonhaushalt Richtwerte: 0 auf 2000m: 1-3 Tage 0 auf 3000m: 2-4 Tage 0 auf 4000m: 3-6 Tage In den ersten paar Tagen bei Höhentraining auf 2500m dem Körper Zeit geben sich zu akklimatisieren. 3.2. Blut: Vermehrung von Erythrozyten (nach etwa 4-6 Wochen) Erhöhung des Hämoglobingehaltes (= mehr O2 und ökonomischer) Verringerung des Plasmavolumens >> Viskosität steigt (höherer Hämatokrit) Hohe Hämatokritwerte (60 - 70% bei Expeditionsteilnehmer im Himalaya) Verbessern der Leistungsfähigkeit bei geringen Leistungsniveaus Zu hohe Viskosität wirkt aber negativ bei maximalen Belastungen 3.3. Herzminutenvolumen: Abnahme des Herzminutenvolumens auf Werte, die in Meereshöhe gemessen wurden Herzfrequenz sinkt wieder auf ursprüngliche Werte 3.4. Atemminutenvolumen: Steigerung d. AMV bereits als kurzfristige Anpassungserscheinung Bleibt nach etwa 8 Tagen konstant für die Dauer des Höhenaufenthaltes -5- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl 3.5. Muskuläre Anpassungen: Gibt Unterschiede, aber noch zu wenige Untersuchungsergebnisse Steigerung des Myoglobingehaltes Kapillardichte erhöht Aufenthalte in großen Höhen über längere Zeit führen zur Abnahme bei der Muskelfaserdichte > bessere Versorgung des Gewebes mit O2 (Muskelfasern werden auch weniger)! Prüfungsfrage!! 3.6. 2,3 DPG = Enzym Diphosphoglyzerat: Erleichtert O2 Abgabe ins Gewebe Wird vermehrt gebildet (mehr O2 ins Gewebe) Verschiebung der O2-Bildungskurve nach rechts Verbesserte O2-Abgabe in der Peripherie Akklimatisation hält auf Meeresniveau 2-3 Wochen an. 3.7. Maximale Sauerstoffaufnahme: Verbessert sich durch erhöhtes AMV und Zunahme der Hämoglobinkonzentration, bleibt aber weiterhin reduziert Bsp.: Mexico City 2300m: - anfangs Reduktion 14% - nach 19 Tagen: Reduktion nur mehr 6% 4) Training unter Höhenbedingungen Vorbereitung auf einen Wettkampf in gleicher oder ähnlicher Höhe Steigerung der Leistungsfähigkeit für WK im Flachland 4.1. Hypoxietrainingsformen: Klassisches Höhentraining: Aufenthalt im Gebirge, natürliche Luftdruckreduzierung Barokammertraining: Training in einer Unterdruckkammer, künstliche Luftdruckreduzierung Training mit Gasgemisch: Training in einer Kammer oder mit Atemmaske, künstliche Volumenreduzierung des O2 4.2. Leistungsfähigkeit: Geringere Vo2max bedeutet geringere Ausdauerleistungsfähigkeit Anaerobe Leistungsfähigkeit wird unter Höhenbedingungen nicht negativ beeinflusst Sportarten mit hohen Bewegungsgeschwindigkeiten werden von der geringen Luftdichte begünstigt 4.3. Wirkung von Höhentraining: Wirkung von Höhentraining für Wettkampf auf Meereshöhe ist umstritten Wirkung der Höhe wird durch die geringere Trainingsintensität wieder reduziert In Studien werden oft nicht völlig austrainierte Sportler herangezogen. Hier bestehen möglicherweise stärkere positive Effekte von HT Bei gut ausdauertrainierten Sportlern wiederum sind Verbesserungen oft nur gering und daher schwer messbar Wettkampf in Höhenlagen erfordern eine Akklimatisationsphase von 10-20 Tagen (siehe langfristige Anpassungsmechanismen) -6- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Leistungsfähigkeit bleibt in AD-Sportarten zwar reduziert, verbessert sich aber bei einem Aufenthalt in Höhe im Flachland für 2-3 Wochen 4.5. Durchführung: Günstigste Höhe: 1800 - 2800 m Dauer: 2-3 Wochen Erst Gewöhnung an die Höhe Reduzierte Leistungsfähigkeit durch längere Pausen berücksichtigen Auf genügend Flüssigkeitszufuhr achten Nach Rückkehr ins Flachland: 2-5 Tage Reakklimatisation 4.6. Living High - Training Low: Neue Studien (vgl. Wilmore 1999, Armstrong 2000, ...) empfehlen Kombination aus Training in Meereshöhe und Leben in Höhenlagern (2500 m) Führt zu höheren Vo2max Werten und vermehrten Erythrozytenzahlen Literatur: Armstrong 2000, Berghold F. 1987, Fuchs U. 1990, Hollmann W. 2000 3.VO am 18.Oktober 2005 B) Körperliche Inaktivität Risikofaktoren Zivilisationserkrankungen Degenerative HKL-Erkrankungen Hypertonie Periphere Gefäßerkrankungen (auch koronare GK) Herzinfarkt Schlaganfall Diabetes Typ 2 (Altersdiabetes) Fettstoffwechselstörungen Adipositas Gallenblasenerkrankung Colon Karzinom (Darmkrebs)² Mamma Karzinom¹ Osteoporose Unspezifische Rückenschmerzen Muskelschwäche Gebrechlichkeit Allg. funktionelle Beeinträchtigung Einschränkung kognitiver Funktionen Depression (exogene, Winter-, Einsamkeitsdepression,…) Frühzeitige Mortalität o „open window“: Überbelastung (> Sinkung der Ressourcen > Superkompensation) Überbeanspruchung des Immunsystems 6-8h - 2 Tage nach der Belastung erhöhte Anfälligkeit für Infekte,… -7- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl o körperliche Aktivität zieht gesündere Ernährung mit sich > Darmtätigkeit wird angeregt o früher Altersdiabetes; heute auch Jugendliche durch Inaktivität Funktionierendes Immunsystem: >> Schutz für schlechte fehlgeschlagene Zellteilung; Psychoneuroimmunologische Achse >> gestärkt durch das Immunsystem und durch sinnvolle körperliche Aktivität; Sedentary Death Syndrom (SeDS) To categorize the emerging entity of sedentary lifestyle-mediated disorders that ultimately resulted in increased mortility. 1/3 der Todesfälle durch körperliche Inaktivität verursacht + Fehlernährung, zu starke Stressoren/Risikofaktoren; Klassifikation in Abhängigkeit des BMI: Grad 0 = 20 bis 24,9 (Normalgewicht) Jeder dritte Österreicher ist übergewichtig. Insgesamt bringen die Österreicher 18 Millionen kg zuviel auf die Waage. In Wien sind 20% der Kinder und Jugendlichen zu dick; Ost-West-Gefälle: Burgenland zu viele Übergewichtige; Stadt-Land Unterschiede; Fettleibigkeit macht krank: (Anteil der Erkrankungen, der auf Fettleibigkeit zurück zu führen ist in % - 2001) Typ 2 Diabetes 57% Gallenblase 30% Hypertonie 17% HKL 17% Arthrosen 14% Brustkrebs 11% Dickdarmkrebs 11% Gebärmutterkrebs11% Obesity-Fettsucht: BMI > 30 Functional capacity throughout life: Disability threshold Fitness gab Ressourcen vorhanden – nehmen aber ab; (Ressourcen schrumpfen im zunehmenden Alter) F.W. Booth et al., 2002 Regelmäßige körperliche Aktivität (walken, Gartenarbeit,…) verbessert die Fitness, nicht nur -8- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Sport, und Risken für Zivilisationserkrankungen werden ebenso drastisch gesenkt: - Reduktion der Gesamtsterblichkeit - Koronare Herzerkrankungen gesenkt (koronar = die Herzkranzgefäße betreffend) - Osteoporose gesenkt - Colon Karzinom gesenkt - Erhöhung der Lebensqualität - Mobilität bleibt erhalten - Risiken für Zivilisationserkrankungen gesenkt Morris Studie: Doppeldeckerstudie Post mortem Studie Risiko cardiovaskulärer (HKL-Erkrankungen) Erkrankungen Je mehr körperliche Arbeit (tägliche Bewegung), desto niedriger wird das relative Risiko. Je mehr körperliche Arbeit desto niedriger das Risiko an CV-Krankheiten zu erkranken; Light (am Schalter) 1,0 mehr als 50% Activ (Fahrer) 0,84 Reduktion der CVHeavy (Schaffner) 0,43 Erkrankungen Harvard-Studie (1993): Zusammenhang zwischen Kalorien und Risiko activity score Sportaktivitäten Studenten unterschiedlich alt Kalorien (kcal/week) bezogen auf die Gesamtmortalität; 1= <500kcal (1h langsam laufen, 1h spazieren gehen mit 4 km/h für 70kg = 200kcal) 0,78 = 501 – 999 kcal (motorische Kilokalorien) 0,73 = 1000 – 1499 kcal 0,63 = 1500 – 1999 kcal 0,62 = 2000 – 2499 kcal 0,52 = 2500 – 2999 kcal 0,46 = 3000 – 3500 kcal 0,62 = > 3500 Mit zunehmend wöchentlichen motorischen Energieverbrauch sinkt die Mortalitätsrate um ca. 50%; ~ 5h/Woche 12km/h laufen; Optimal: ca. 1800 kcal/Woche (ca. 60-80kg) 1500 kcal pro Woche müssen möglich sein motorisch zu verbrauchen >> z.B.: 1h Laufen, 1h Tennis, … (Dafür gibt es keine Ausrede) → 40% Reduktion des Risikos der Gesamtsterblichkeitsrate; optimal: 3 mal 1h Ausdauersport pro Woche ausreichend: 3 mal 30 min zur Prävention pro Woche Präventiv von Vorteil: jeden Tag körperliche Aktivität Bei > 3500 kcal kommt es zu einem Anstieg der Werte: 1.Ursache: Anteil der Teilnehmer der Studie, die über 3500 kcal pro Woche motorisch verbrauchen war sehr gering 2.Ursache: bei hohen Intensitäten in höherem Alter steigt das Risiko -9- Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Studie: Diabetes männl. Ärzte (40 – 80 J.; Durchschnitt 52/52) 20 000 Männer Body mass index knapp an der Grenze Je höher die Zahl an wöchentlichen Trainingseinheiten mit trainingswirksamer Intensität >> sinkt das Risiko an Diabetes 2 zu erkranken; Studie: Colon Karzinom Je höher die Aktivität desto niedriger das Risiko, bis zu 30%, aber viele Einflussfaktoren. Studie: Mamma Karzinom 20 – 25% geringeres Risiko zu erkranken; 4. Vo am 09.November.2005 Bewegungsapparat: (Fortsetzung der 3ten Vorlesung) Mit zunehmenden Alter nimmt Querschnittsfläche und Anzahl der Muskelfasern ab >> “Muskelprofil” ändert sich “bird legs” oder “chicken legs”: dünne Muskelschläuche bei Astronauten; durch Schwerelosigkeit keine Beanspruchung der unteren Extremitäten - Inaktivitätsathrophie; Studie in Zusammenarbeit mit Russen an der Raumstation Mir: Training in der Schwerelosigkeit und Abnahme der Muskulatur in der Schwerelosigkeit untersucht >> Astronauten mussten 2,5h pro Tag trainieren (Kraft und Ausdauer) um Leistungszustand zu erhalten; “High Impact Loads”: Reiz auf Knochen und Sehnen; hohe Kraftspitzen - Beim Laufen entstehen relativ hohe Kraftspitzen (exzentrische Phase - abbremsend); - wichtiger Bestandteil des Trainings, besonders für junge Menschen, da durch diese “High Impact Loads” die Knochenmasse vermehrt wird; daher muss der natürliche Bewegungsfreiraum von Kindern erhalten werden; - Osteoporose: wenig Knochenmasse in jungen Jahren hat zur Folge, dass auch später früher größere Probleme eintreten Rückenmuskulatur nimmt ab 30/40 Jahren kontinuierlich ab (weniger körperliche Aktivität) Greifmuskulatur erst ab 60 Jahren, weil sie täglich benötigt wird > Wenn ein Organ ständig in Anspruch genommen wird, dann wird es auf einem gewissen Niveau gehalten. Wenn nicht, dann nimmt das Niveau ab. Studie von Frontera WR: Dauer der Studie über 12 Jahre; in diesem Zeitraum minderte sich die Kraft um 24% “Innerhalb von 12 Wochen konnten 16% des Kraftverlustes durch Krafttraining kompensiert werden!!” “Nur wer sich anstrengt, wird belohnt!” - 10 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Hüftfrakturen: durch Osteoporose Frauen: Männer: 1997 400 000 1997 100 000 2031 600 000 2031 150 000 Studie: Medos Study - körperliche Aktivität minimiert Risken für bestimmte Krankheiten Exogene Depressionen: (Stimmungslage, Vereinsamung, Winterdepression,...) Sport = Gruppendynamischer Effekt, Gemeinsamkeit, Sport als Therapie Gesamtsterblichkeit: Ranges of distance walked Inaktivität 1,2 – 2 Meilen pro Tag (~ 4km) Reduktion um 40% 5/6 Meilen pro Tag (~9km) Reduktion um 50% 1 MET = 3,5 ml/O2 Aufnahme = VO2max (= ml/kg/min) Myers J. (2002): 12% verbesserte Überlebenschance bei 1 MET Steigerung der Leistungsfähigkeit Koordination und Kognition sehr wichtig, nicht nur Kraft und Ausdauer Die Zeit rennt davon Human Frailty Disease Disuse “Use it or lose it.” Das heutige menschliche Genom hat sich die Fähigkeit erhalten, sich an erhöhte Energieumsätze anpassen zu können: Dies bedeutet, dass das menschl. Genom “erwartet” dass regelmäßige körperliche Aktivität erfolgt >> normale Funktionieren des Genoms wird gewährleistet Länger andauernde körperliche Inaktivität physiologisch abnormal Aus der Sicht der Evolutionstheorie, der Tierexperimente sowie diverser Humanstudien bedeutet eine länger andauernde körperliche Inaktivität eine abnormale phänotypische Expression unseres Genoms mit einer erhöhten Prädisposition für Risikofaktoren bzw. zum Entstehen chronischer Erkrankungen. - 11 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Amerikaner: Normal: 3000 kcal/Tag 2000 kcal/Tag Genom ist auf Bewegung ausgerichtet! Kosten - Nutzen - Effekt?!: noch Studienbedarf (nicht leicht berechenbar) - die letzten 2 Lebensjahre sind am kostenintensivsten health care costs inactive person active person age (years) Metaanalyse: bestehend aus 3 Blöcken - Studien wie sich das Risiko der Gesamtsterblichkeit verändert, wenn man trainiert und wenn man sich bewegt - durch zumindest tägliche Bewegung kommt es zu einer Reduktion von 30% des Risikos Dimension Mögliche Mechanismen Beeinflusste Krankheitsbilder Kalorienverbrauch Aerober Stimulus Gesteigerter Metabolismus Gesteigerte kardiale Funktion Muskulärer Stimulus Kraftausdauersteigerung Gesteigerter ossärer Zug, Druck Verbesserte neuromuskuläre Funktion Kardiovaskuläre Erkrankungen Hypertonie Fett-STW-störungen Adipositas Maligne Tumore Unspezifische Rückenschmerzen Osteoporose Allgemeine funktionelle Beeinträchtigung Koordinativer Stimulus Dehnungsreiz Gelenksbeweglichkeit Allg. funktionelle Beeinträchtigung Gesundheitstrias - krank macht ein unbewegtes Leben - Bewegungschancen im Alltag suchen - Sport in der Freizeit - Bewegung im Alltag vermehren PAR (Population Attributable Risk): Index der Kosten, die durch bestimmte Krankheiten entstehen und die durch Bewegung vermieden werden könnten; - 12 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl CHD (kardiovaskuläre KH) Colon Cancer Diabetes Mellitus Rauchen Übergewicht (BMI > 30) Schlechte Ernährung Lt. Weiss: inactive 1-2mal/Monat moderat 1-2mal/Woche frequent 3mal/Woche 60% Doppelte Risiko 22% 1-1,5fache Risiko 18% 1 Risiko Kosten/Nutzen Faktor: C) 35% (Todesfälle die vermieden werden könnten) 32% 35% 42% Männer 44% Frauen 13% Männer 15% Frauen 30% 30% 566 Mio. 301 Mio. 265 Mio. Das Alter: “Nicht nur das Alter, sondern auch Zufriedenheit wichtig!” Was bedeutet Alter?, Wie beeinträchtigt uns das Alter?, Welche Ressourcen im Alter vorhanden?, Wie beeinflusst uns das Alter?,... Aging - Population: 3,5 Mio US-Bürger = 85 Jahre und älter: Bis 2040 8-13 Mio US-Bürger = 85 und älter: Ö: 1,3% Mit zunehmenden Alter vermindert sich die Zahl derer, die Sport betreiben dramatisch (quer durch Europa bis auf Finnland, Norwegen) 1.1. 1,7% 3,6 - ?? Alternstheorien: Zellabnützung (Verschleiß der Organe)? Begrenzte Anzahl an Zellteilungen? Freie Radikale?: wesentliche Rolle, entstehen bei jedem Stw-Prozess; besonders bei oxidativen Belastungen >> während Training höherer Umsatz, aber Schutzmechanismen sind verstärkt; freie Radikale schädigen Zellstrukturen (Rauchen, exzessive Hormoneinnahme, Bestrahlung,...); wichtige Rolle bei der Interaktion Genetik und Umwelt Reduktion der Abwehrkräfte? Reduktion der Hormonausschüttung?: im Alter lassen die anabolwirkenden Hormone nach Erscheinungsbild des Alters; Genetisches Programm? - 13 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Ad Zellabnützung: Telomerase: ist für die Geschwindigkeit für den Telomerenabbaus bzw. -aufbaus verantwortlich Telomere schützen die Enden des Chromosoms und damit den genetischen Bauplan (wie schützende Erdkappen), werden bei jeder Zellteilung kürzer und sind nach 12 bis 100 Zellteilungen aufgebraucht >> die Zelle kann sich nicht mehr teilen, wird funktionsuntüchtig und stirbt ab In Versuchen mit Zellkulturen konnte durch Zugabe von Telomerase eine bis zu 3fach verlängerte Lebenszeit erreicht werden. Derzeit noch nicht auf andere Lebewesen transferierbar!!! Hohe Telomeraseaktivitäten besitzen stark beanspruchte Zellen unseres Körpers: Haut, Blutbildungszellen, Darmtrakt, Keimdrüsen aber auch Krebszellen (theoretisch auch eine verlängerte Teilungsfähigkeit) 1.2. Kalendarisches Alter Biologisches Alter In der Kindheit große Unterschiede, ab 20. Lebensjahr Angleichung und ab ca. 40 können wieder größere Unterschiede zwischen Kalendarischen und Biologischen Alter auftreten; >> Tests um biologisches Alter festzustellen: - Auditive Reaktionszeit, sek - höchster hörbarer Ton, kHz - Forcierte Lungenkapazität, Liter - vibrotaktile Sensitivität, dB - Sehreaktionszeit, sek - Muskelgeschwindigkeit, sek - FEV1 = Forcierte Ausatmung in 1 sek, Liter - Sehreaktionszeit mit Entscheidung, sek - Gedächtnisleistung, Länge der Sequenz - Motorik = abwechselndes Tastendrücken, sek - Augenakkomodation, Dioptrien >> Fragebögen: Alter, Gewicht, Geschlecht, sozialer Status, Ausbildung, Ernährung,... viele Lebensstilfaktoren werden gefragt - 14 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl 5.VO am 15.11.2005, Fortsetzung von letzter VO 1.3. The vicious cycle of physical inactivity (Berger und Hecht, 1989): Physical deterioration increased age Functional capacity Greater decline in physical activity decreased physical activity Less activity decreased physical ability „Feeling old“ Acting one´s age Aging 2. 3 wichtigsten Organsysteme: Heart circulation: (Herzkreislauf) HF ↓ SV ↓ HMV ↓ AVDO 2max ↓ Arterial PO2 ↓ Hämoglobin ↓ Blutvolumen ↓ Max VO2 ↓ (ab 30 LJ Abnahme, 10% beim Mann pro Dekade und 8% bei der Frau) Elastizität der Fasern - connective tissues and vessel walls ↓ Noradrenaline Druckregulation ↑ Systolischer Blutdruck (reguliert die Frequenz) ↑ Ad Elastizität der Fasern: überall im Körper, Bindegewebe (Herz, Gefäße, Organe, …) >> bleiben eher etw. „enger“ (können sich weniger gut kontrahieren); Erhöhung des peripheren Widerstandes Ad Noradrenalin: Kind Frequenzregulator, ältere Mensch Druckregulator; Verhältnis von Adrenalin und Noradrenalin ändert sich auch während der Belastung – Kreislaufverschiebung Ventilation: Thorax compliance ↓ (Beweglichkeit des Brustkorbes, der Stützelemente in der Lunge) Elasticity of connective tissues ↓ Kapillaren ↓ Anzahl der Alveolen ↓ Diffusionskapazität ↓ (aufgrund des Bindegewebes) - 15 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Max. AF ↓ Max. AMV – max. AF ↓ Ad Thorax compliance: kann sich nicht mehr weit aufdehnen >> betrifft alle Bindegewebe in der Lunge = Stützelemente) = knöcherner Thorax; Thorax ist steifer > Erschwernis möglichst schnell und tief zu atmen > Abnahme des max. Atemvolumens Ad capillaries: Aufsättigung der Alveolen reduziert Ad number of alveoli: Austauschfläche und Durchblutung reduziert Muskulatur: Enzyme ↓ CrP ↓ Glykogenspeicher ↓ Max. anaerobe Leistung und Kapazität ↓ Anzahl der Mitochondrien ↓ Anzahl der Kapillaren ↓ Myoglobin ↓ Mineralstoffgehalt ↓ (Mineralstoffe) Wassergehalt ↓ Muskelmasse ↓ Ad Enzymes: aerobe und anaerobe Energiebereitstellung reduziert Ad myoglobine: = Sofortspeicher für Sauerstoff in der Muskulatur Ad Mitochondrien/capillaries: Diffusionsstrecke zwischen Mitochondrien wird länger Austauschfläche im Muskel geringer At rest . . . . . 3. systolischer und diastolischer Blutdruck Herzgewicht . Herzvolumen Hämoglobin HF O2pulse Blutvolumen Forced exspiratory ventilation Vitalkapazität Pulmonare Ventilation Max. HF Max cardiac output Max. respiratory frequency Diffusion capacity . VO2 max Max. exercise Das Herz und Veränderungen im Alter: Das Herz eines alten Menschen ist ohne Krankheitszeichen, mit langsam kontinuierlicher Leistungsabnahme und verminderter Anpassungsfähigkeit. Eine deutliche Vergrößerung des Herzens, eine Atrophie oder generelle Fibrose werden nicht als gewöhnliche Alternsprozesse - 16 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl gesehen. Folgende anatomische Veränderungen am Herzen können nach Hombach, Hutchins, Linzbach, Reindell und Smith 1982, im Alternsprozess beobachtet werden: Herzmuskelfasern: Vermehrter Lipofuszingehalt (braune Atrophie) – Enzym Zunahme von kleinen Fibrosen im Myokard Basophile Degeneration der Herzmuskelzelle Aufscheinen von Fettgewebe zwischen den Muskelbündeln Durch schlechte Sauerstoffversorgung >> absterben von Muskelzellen und Aufbau von Bindegewebe Je mehr Bindegewebe, desto steifer >> schlechte diastolische Erschlaffung >> Füllung erfolgt schlechter >> Reduktion der max. HF und max. HMV 70-Jähriger, der ausdauertrainiert ist, kann dieselbe Relaxationsgeschwindigkeit wie ein 30jähriger Untrainierter aufweisen!! Wenn 70jähriger ebenfalls untrainiert ist, ist die Relaxationsgeschwindigkeit entsprechend langsamer als die des 30-jährigen Untrainierten. AD-Training ist sehr präventiv, da organische Veränderungen!! Endokard, Herzklappen: Progressive Verdickung (vermehrt kollagene und elastische Fasern) Noduläre Klappenverdickungen (mechanische Beanspruchung) (Klappen schließen sich nicht mehr so schnell; organisches Substrat funktionstüchtiger halten) Auftreten von Lipiden in der Kollagenschicht der Herzklappe (mechanische Beanspruchung) Reizleitungssystem: Kalzifikation des Herzens Alterung des Sinusknoten Fibrose des Reizleitungssystems (Kollagenfasern nehmen zu) Als Folgen können Bradykardien, Sick Sinus, AV-Blockierungen, supraventrikuläre und ventrikuläre Arrhythmien auftreten. Sick Sinus: HF extrem langsam >> Herzschrittmacher; ein pathologisches Phänomen Alle anderen Veränderungen sind keine normalen Veränderungen des Alters; Das Herz schlägt rhythmisch, aber vielleicht langsamer Nervensystem unterliegt auch dem Alterungsprozess Lunge: Reduzierung der inneren Oberfläche (Alveolarzahl) der Lunge um ca. 0,27m2/Jahr Ursache: altersbedingte Destruktion der Alveolarsepten / Ateremphysen Veränderungen des Strukturfasergerüstes (löslicher Anteil der Kollagenfraktion nimmt ab) Verdickung der Basalmembran der Lungenkapillaren Zunahme des unlöslichen Kollagen im peribronchialen und perivaskulären Raum Abnahme der Lungencompliance (Dehnungsfähigkeit) von Lunge und Thorax → Einreißen von Alveolen ergeben „Alveolensäcke“ (auf der Lungenoberfläche entstehen Blasen); Alveolenzahl nimmt im Alter ab - 17 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Bei der Belastung: Leistungsfähigkeit der Lunge nimmt deutlich ab Emphysem ist eine Erkrankung Alveolenzahl nimmt ab, aber nicht pathologisch Junge gesunde Menschen auf Meereshöhe scheint Lungenkapazität unbegrenzt >> im Alter sinkt diese Lungenkapazität als Alterserscheinung Liters x min -1 Pulmonary ventilation, max. exercise Männer Frauen 15 25 Leber: age Abnahme der Leberparenchymzellen herabgesetzte Aktivität verschiedener Enzymsysteme Veränderungen der Mitochondrien Vermehrung der Skleroproteine Lipofuszineinlage Abnahme der Proteinsynthese der Leber sowie RNA-Gehalts Abnahme des Splanchnicusblutflusses Glycogen- und Ascorbingehalt nehmen ab Glykogenspeicherfähigkeit reduziert Zunahme des Fettgehalts Die Leber ist ein extrem plastisches Organ, das seine Funktion bis ins hohe Alter voll erfüllen kann, trotz Alterserscheinungen (weniger Enyzme,...), wenn sie gesund ist!!! Durch körperliches Training wird auch die Leber gefordert >> Funktionen bleiben besser erhalten Leberzelle = STW-Organ, Intermediär-STW Endokrine Organe: Hypophyse: - Reduzierung des Gewichts, vorwiegend des HVL - Senkung des RNA-Gehaltes der Betazellen (Gonadotropine und Thyreotropin) - Senkung der Alphazellen (Somatotropin) Wenn Organe mehr gebraucht werden, haben sie eine bessere Funktion: "Use it, or lose it!" Blut unterliegt auch Veränderungen. Nebennieren: Rückbildung der Zona glomerulosa (Mineralcortikoide) und Zona reticularis (Adrenocortikoide) Sekretion von Glukocorticoiden ist relativ konstant - 18 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Anhand der 17 Ketosteroidausscheidung im Harn Annahme, dass der androgene Funktionszustand der NN eingeschränkt ist. ???? Funktionspotenz der Zellen bleibt besser Muskulatur: Reduzierung der Anzahl der Muskelzellen Reduzierung der Fibrillen bei gleichzeitiger Vermehrung der Zellkerne Reduzierung von elastischen Elementen Reduzierung des Muskeltonus Reduzierung des Kaliumgehaltes, des Wasserhaushaltes, der Proteine und RNA Abnahme der Kreatinphosphatreserven (um etwa 35%) Erhöhter ATP-Bedarf für Kontraktion Abnahme der cholinergen Transmittermechanismen an der motor. Endplatte Reduzierte O2-Versorgung (Gefäße) Abnahme der enzymatischen aeroben und anaeroben Energieverwertung Testosteron: Zunahme des intertubulären Bindegewebes Verbreiterung der Basalmembran der Samenkanälchen Abnahme der Testosteronproduktion um bis zu 75% Muskelmasse 40 – 50 % Abnahme Abnahme Anzahl der Fasern Faserquerschnitt Typ 1 Fasern Typ 1 Typ 2 Fasern Typ 1 und Typ 2 gleichermaßen betroffen Typ 2 Abnahme Typ 2 stärker als Typ 2a Anzahl der motorischen Einheiten „sprouting“ →Verschlechterung der Koord. Zunahme Größe der motorischen Einheiten Ad Größe der motorischen Einheiten: Anzahl/Dichte der motorischen Endplatten in Händen am größten >> bessere Abstufung der Bewegungen; Je feinkoordinierter, desto höher die Zahl der motorischen Endplatten (feinere Bewegungssteuerung. - 19 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Altersprozess: Zahl der Endplatten nimmt ab >> Verschlechterung der Koordination (Feinsteuerung der Muskulatur); körperliche Aktivität reduziert diesen Prozess >> Training von Koordination und Kognition: hören, taktiles Empfinden, größeres Gesichtsfeld, Reaktionszeit kürzer,... Summary of Strength Changes with Aging -better maintenance -Muscles used in daily activities - greater decline - muscles used infrequently in specialized activities - dynamic strength - concentric contractions - rapid velocity contractions - power production - strength using large joint angles - isometic strength - eccentric contractions - slow velocity contractions - repeated lower level contractions - strength using small joint angles Power (W) Males' strength females' strength young old Velocity (rpm) VO2max (ml/kg/min) Sauerstoffaufnahme Männer Frauen VO2max (ml/kg/min) age Gut trainiert (Endurance Training) Mittel trainiert (Active) Untrainiert (Sedentary) age - 20 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Egal wie gut trainiert, Vo2max nimmt im Alter ab (ab 30. LJ; 8% pro Dekade bei der Frau und 10% pro Dekade beim Mann)!! Mit 80 Jahren knapp 50% Reduzierung der Leistungsfähigkeit (untrainiert) Untrainierter 30jähriger ~45 ml Untrainierter 80jähriger ~23ml "20 Jahre 40 bleiben" - leistungsfähiger bleiben als 40jähriger 3h pro Woche AD-Training: wenn Trainingsumfang gesteigert wird, steigt auch die Leistungsfähigkeit >> dadurch kann Vo2max auf einem gewissen Niveau bleiben. Leistungssportler Senioren (70 Jahre): teilweise über 50 ml/l/min In der Literatur kein Beispiel, dass jemand 80 Jahre lang Leistungstraining betreibt >> Bindegewebe hält diese Belastungen nicht aus. Wenn jemand aber das Training nach dem Leistungssport moderat weiterführt, kann sich das Bindegewebe regenerieren >> Leistungen im hohen Alter noch möglich; auch genetische Prädispositionen ausschlaggebend; 80jähriger: 26 - 27 000 km Training im Jahr (Radsport) möglich Tour de France: 32 - 33 000 km Training im Jahr D) Belastung unter Hitzebedingungen 1. 2. 3. 4. 5. 1. Mechanismen zur Temperaturregulation im Körper Temperaturregulation bei Belastungen Physiologische Auswirkungen von Belastungen unter Hitzebedingungen Flüssigkeitsbilanz Hitzeakklimatisation Mechanismen zur Temperaturregulation im Körper Temperatur des Menschen Konstante Körpertemperatur von etwa 37 °C (homoitherm = gleichwarm) = betrifft Körperkern (Kopf – Rumpf) Konstante KT ist ein Gleichgewichtszustand zwischen Wärmezunahme und –abnahme Temperaturregelzentrum im Hypothalamus (zentrale Rezeptoren) misst mit Sensoren die Temperatur des Blutes Wärmerezeptoren (und Kälterezeptoren) auf der Haut melden dies dem Hypothalamus (periphere Rezeptoren) Mensch kann Schwankungen der Umgebungstemperatur gut tolerieren (-50 bis +100 °C) aber nur Umgebungstemperatur; durch Kleidung,… kann sich der Mensch ganz gut schützen; Bei der Kerntemperatur kann der Mensch bloß Schwankungen von +/- 4 °C tolerieren. Messen der Körpertemperatur über Körperöffnungen (Nase, Ohr, Mund, rektal – in der Nähe des Körperzentrums; bei Achselhöhlen Temperaturmessung eher ungenau) 1.1. Wärmeabgabe Konduktion: (Wärmeleitung): Transport von Wärmeenergie aufgrund molekularer Vorgänge in ruhendem Medien Konvektion: Transport von WE durch strömende Flüssigkeiten und Gase (Blut oder Luft) Strahlung: Transport von WE durch elektromagnetische Wellen - 21 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Verdunstung: Transport von WE durch Verdampfen von H²O an der Hautoberfläche (schwitzen) 1.2. Energieumsatz und Wärmeabgabe Energieumsatz in Ruhe 250 – 380 kJ/h (20 – 25 °C) Wärmeabgabe 20% Verdunstung 20% Konduktion, Konvektion 60% Strahlung Energieumsatz bei Belastung 2500 – 3800 kJ/h (70% VO²max, 20 – 25 °C) Wärmeabgabe: 80% Verdunstung 15% Konduktion, Konvektion 5% Strahlung Kältezittern – Wärmeproduktion Metabolischer Umsatz wird versucht zu erhöhen. 1.3. Wärmetransport: Körperkern Körperschale (Haut) Vor allem über Konvektion über Blutstrom Nur wenig über Konduktion über das Körpergewebe; 2. Umgebung Konvektion durch vorbeiströmende Luft Konduktion durch die umgebende Luftschicht Verdunstung durch Schweiß Strahlung Temperaturregulation: Temperaturregelzentrum (Hypothalamus) → → → → Schweißproduktion Gefäßmuskulatur Hormondrüsen Skelettmuskulatur Thermorezeptoren Haut Thermorezeptoren Kern (ZNS) Stellgrößen Messgrößen Körpertemperatur Steuergrößen - 22 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl 2.1. Reaktion auf Hitze: a) Vasodilatation (Gefäßerweiterung): Durch geringere Aktivität der sympathischen Nervenfasern zur Gefäßwandmuskulatur >> Anstieg des venösen Rückflusses über oberflächliche Hautvenen (bis zu 20% des HMV); Gefäße erweitert >> mehr Blut; Hauttemperatur steigt Zunahme von Konvektion und Strahlung 2.2. Wärmeabgabe bei Hitze: Abb: kJ/Std Energieumsatz bei Arbeit (150 Watt) Wärmeabgabe durch Schwitzen Wärmeabgabe durch Konvektion und Strahlung, Raumtemperatur Mit zunehmender Temperatur erfolgt die Wärmeabgabe vermehrt durch Verdunsten (Schwitzen) und immer weniger durch Konvektion und Strahlung. b) Aktivierung der Schweißdrüsen: Frauen etwa 1,8 Mio Schweißdrüsen Männer etwa 2,5 Mio Verdunsten von Schweiß bewirkt Kühlung 1l verdunsteter Schweiß = 2400 kJ max. Produktion von etwa 12 – 18l in 24h, bei einem max. von 2 – 3h Wirkungsgrad abhängig von relativer Luftfeuchtigkeit der Umgebung Ab 28°C Umgebungstemperatur starker Anstieg der Wasserdampfabgabe Umrechnung: kJ > kcal: 4,18 Fortsetzung: 6. Vo am 23. November.2005 2.3. Temperaturregulation bei Belastung: Temperatur bei Belastung: Körperliche Arbeit führt zu Ansteigen der Muskeltemperatur In Ruhe: 34°C Bei Belastung: 41°C (bei Umgebungstemperatur von 5-25°C) - 23 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Körperkerntemperatur °C 39 38 37 1 2 3 4 O2-Aufnahme Bsp.: Marathonläufer: 3. 60 kg schwerer Mann, Renndistanz in etwa 2h bewältigt Schweißproduktion 1,25 l/h Nur 40% des Schweißes verdampft >> Hitzeverlust etwa 1380 kJ/h >> Rektaltemperatur steigt an ( etwa 38,2°C – 41°C bei Weltklasseläufern unmittelbar nach Wettkampf) Physiologische Auswirkungen von Belastungen unter Hitzebedingungen: 3.1. Leistungsfähigkeit bei Hitze: Hitze reduziert vor allem die Ausdauerfähigkeiten Maximalbelastungen von kurzer Dauer (5-10 min): normales O2-Aufnahmevermögen 3.2. Blutkreislauf: Mehrdurchblutung der Haut, teilweise zuungunsten der Muskulatur → Verringerung des Schlagvolumens → Erhöhung der Herzfrequenz → Erreichen der maximalen Herzfrequenz schon bei geringen Belastungsstufen Blutkreislauf: Quelle Armstrong 1999 bei Belastung unter Hitzebedingungen: Vasodilatation: Haut Muskulatur Vasokonstriktion: Innere Organe Nieren Leber Diese Mechanismen reichen nicht aus um normale Bedingungen herzustellen >> Die Leistungsfähigkeit sinkt - 24 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Ad. Blutkreislauf: Dehydration durch Schweißverlust kann zu Verlust von Plasmavolumen führen >> geringeres Schlagvolumen >> Herzfrequenz steigt stärker an 3.3. Energiebereitstellung bei Hitze: Konzentration von Blutlaktat steigt früher an Ursache ist vermutlich stärkere Durchblutung der Haut zuungunsten der Muskulatur Ausdauersportler: anaerobe STW-Mechanismen schon bei geringeren Intensitäten als unter Normalbedingungen 4. Flüssigkeitsbilanz Symptome von Wasserverlust: 2% (1,5l bei 70kg Mann) Durst, Mattigkeit 6% (4l bei 70kg Mann) Durst, Blutdruckabfall, Muskelkrämpfe, Schwäche, Reizbarkeit, Leistungsfähigkeit ist noch gut. >6% (>4,5l bei 70kg Mann) Symptome wie oben, zusätzlich körperlicher und geistiger Leistungsabfall, drohender Kollaps 4.1. Leistung bei Dehydration: 100% Leistungsabfall Wasserverlust reduziert das Durchhaltevermögen Maximale O2-Aufnahme bleibt aber im Normbereich → Ausdauerleistungen unter Hitzebedingungen; regelmäßige Aufnahme von Flüssigkeit in kleinen Mengen 4.2. Salzverluste: NaCl-Konzentration im Schweiß von Trainingszustand abhängig 0,1-0,4 % NaCl-Konzentration des Schweißes aber geringer als der des Plasmas (0,9%) Salzgehalt des Wassers sollte 0,3% nicht überschreiten, sonst Wasserverlust durch Ausscheiden der überflüssigen Salzmenge 5. Hitzeakklimatisation: 5.1. Wirkung: Zunahme der Anzahl aktiver Schweißdrüsen Schweißmenge nimmt bei gleicher Körperkerntemperatur zu, wird dabei auch gleichmäßiger und ökonomischer - 25 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Geringere NaCl-Konzentration im Schweiß (von 0,3% auf 0,03%) → besserer Kühleffekt → geringere Hautdurchblutung notwendig Expansion des Blut- und extrazellulären Volumens Erhöhung des Venentonus → Erhöhung des Schlagvolumens → Absinken der HF → Erhöhte Leistungsfähigkeit Durstempfinden nimmt zu 5.2. Erreichen der Akklimatisation: Abhängig von Hitzebedingungen in der Umgebung Dauer der Hitzeexposition Intensität der Belastungen Der Aufenthalt in Hitze genügt NICHT! Körperliche Belastung ist notwendig. Minimum: 8 Hitzeexpositionen über 2h mit Belastung 5.3. Akklimatisationsdauer: Zeitdauer, nach der jeweils ein Plateau erreicht wird: HF: Expansion des Plasmavolumens: Absinken der Rektaltemperatur: Schweißproduktion: NaCl-Konzentration Schweiß: 3-6 Tage 3-6 Tage 5-8 Tage 8-14 Tage 8-10 Tage Bsp.: 9-tägige Hitzeakklimatisation Körperliche Arbeit: 100 min, 1250 kJ/h Tag 0: kühle Umgebung HF = 120/min, TR = 37,7°C Tag 1: Hitzebelastung (48,9°C) HF = 165/min, TR = 39,3°C, Schweiß = 1,2l/h Tag 9: Hitzebelastung HF = 130/min, TR = 38°C, Schweiß = 1,4l/h - 26 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Rektaltemperatur Hf Vo vom 7.12.05 E) 1. 2. 3. 4. Geschlechterdifferenzen Historische Entwicklung - Weltrekorde Anatomischer Unterschiede Leistungsfähigkeit der Frau: Muskulatur Herz-Kreislaufsystem Menstruation und Leistungsfähigkeit 1. Historische Entwicklung – Weltrekorde (Stand 1988) Bewerb: Frauen: Frauen: Differenz: 100m 1500m 10000m 9,84s 3:26min 26:22:75min 10,49s 3:50,46min 29:31:78min 6,6% 11,9% 11,9% 100m Freistil 400m Freistil 1500m Freistil 12,0% 9,0% 8,0% Beim 100m Lauf schaffen Frauen 93,3% der Leistungen der Männer. Beim Marathonlauf schaffen Frauen 90,5% der Leistungen der Männer. Beim Hochsprung schaffen Frauen 85,3% der Leistungen der Männer. - 27 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Men´s fist record 100m – 1912: 10,6 sec Men´s last record 100m – 1999: 9,79 sec (gibt aber schon einen neuen Rekord) Women´s first record 100m – 11,7 sec Men´s fist record 400m – 1900: 47,8 sec Men´s last record 400m – 1999: 43,18 sec Women´s first record 400m –1957: 57 sec Women´s last record 400m – 1999: 47,18 sec Die Differenz zwischen den Leistungen von Männern und Frauen nimmt mit der Zeit ab >> theoretische Berechnungen 1.1. Zukünftige Entwicklung: - Starke Abnahme der WR-Differenzen sind nicht mehr zu erwarten - Teilweise schwere Vergleichbarkeit (Doping in Kraftbewerben) - Eher Parallelentwicklung der Rekorde 1.2. Zukünftige Entwicklung – Faktoren: Verringerung der Differenzen: - Verbesserte Nahrung und medizinische Versorgung - Professionalisierung des Frauensports - Höherer Frauenanteil im Spitzensport - Doping Vergrößerung der Differenzen: - Anti-Doping-Tests 2. Anatomische Unterschiede 2.1. Entwicklung: - Kaum Unterschiede bis zur Pubertät in Größe und Gewicht - Pubertät: Einfluss von Östrogen und Testosteron auf Körperbau - Östrogen: verstärkte Fetteinlagerung - Testosteron: verstärkter Muskelaufbau, stärkeres Knochenwachstum 2.2. Größe und Gewicht: Größe: - 10-12 cm kleiner - geringere Schulterbreite - größere Hüftbreite - X-Stellung der Arme und Beine jeweils im Durchschnitt Gewicht: - 14-18kg geringer (Körpergewicht) - 18-22kg geringer (fettfreie Körpermasse) 2.3. Muskelmasse – Fettmasse: - Muskelmasse: Männer Frauen 40-50 % 30-35% - 28 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl - Fettanteil (jung, untrainiert): 2.4. Männer Frauen 15% 25% Herzgröße: Männer: Frauen: 800ml (max. 1600ml z.B.: Radrennfahrer) 600ml (max. 1150ml z.B.: Schwimmerin) Boys girls Entwicklung fettfreier Masse Biologische Größe: Herzvolumen (ml) Herzgewicht (g) Schlagvolumen (ml) VO2-max untrainiert Hämoglobin (g%) Blutmenge (l) Vitalkapazität (l) Frauen 500-600 280-320 ~ 60-80 ~ 30-40 14,5 ~ 3,8 3,5 Männer 600-800 320-350 ~ 70-90 ~ 35-40 16 ~5 5 Merkmale Körperhöhe Körpermasse Rumpf (Anteil) Schultern Becken Obere und untere Extremitäten Muskulatur Relative Muskulatur Absolute Muskulatur Maximale Muskelkraft Fettpolster Frauen ~10-12cm kleiner ~ 10kg geringer 38% (zur Endgröße) Schmaler (37,4cm) Breiter und niedriger Vermehrt X-Stellung Männer % zur Körpermasse ~ 36% ~ 23kg 20-35% geringer Gut entwickeltes Unterhautfett (physiolog. Rundungen) 3. Leistungsfähigkeit weiblicher Sportler: 3.1. Muskulatur: 36% Breiter (39cm) Schmäler und höher Gerade Stellung ~ 42% ~ 35% Fettarm, muskelbetont Muskelkraft: - Muskelkraft der Frauen geringer als jene der Männer (55-80% der Kraft der Männer) - Unterschiede in Relation zur fettfreien Körpermasse nicht so deutlich - 29 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl - Unterschiede je nach Muskelgruppen: Rumpf geringe Unterschiede Extremitäten: große Unterschiede - im Wesentlichen keine Unterschiede bei der Faserverteilung Trainierbarkeit – Kraft: - Extremitäten: Trainierbarkeit beim Mann deutlich größer - Rumpf: keine Unterschiede - Geringe Hypertrophie bei Frauen trotz Kraftzunahme; Grund: geringerer Testosteronspiegel >> andere Anpassungsmechanismen (nervale Steuerung) 3.2. Herzkreislauf: Leistungsvoraussetzungen: - gleiche maximale Herzfrequenz - kleineres Schlagvolumen durch - kleineres Herz (~ 25%) - geringeres Blutvolumen - geringerer Hämoglobingehalt des Blutes (~10-15%) - geringere Vitalkapazität >> maximales AMV geringer (Frauen: 125l/min, Männer: 150l/min, bis zu 250l/min) 3.3. Max. O2-Aufnahme: - Untrainierte, junge Personen Männer: 3,5 l/min >> 45 ml/min/kg Frauen: 2 l/min >> 38 ml/min/kg - Nationalteam SLL, Norwegen: Männer: 90 ml/min/kg Frauen: 77 ml/min/kg Trainierbarkeit: Änderungen im Herzkreislaufsystem als Trainingsanpassung scheint bei beiden Geschlechtern gleich zu sein; Gleiche relative Verbesserungen des VO2max bei Frauen und Männern. 3.4. Fett-Stoffwechsel: - Vermutung: Frauen haben höheren Fettanteil >> besserer Fett-STW - Hat sich in Studien als unrichtig erwiesen - Kein Unterschied im Fett-STW bei Frauen und Männern 3.5. Thermoregulation: - Schweißproduktion: Männer: mehr Schweißdrüsen, mehr Schweißproduktion Frauen: weniger Schweißdrüsen, geringere Schweißproduktion - Verhältnis Oberfläche/Volumen: Männer: geringerer Wert, weniger Strahlung Frauen: höherer Wert, mehr Strahlung - Gesamt: gleich - 30 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl 4. Menstruation und Leistungsfähigkeit: 4.1. Allgemein: - Pauschalierte Aussagen lassen sich nur schwer treffen - Sport während der Menstruation jedenfalls kein Problem - Sport kann sogar Menstruationsbeschwerden lindern 4.2. - In den Tagen vor und während der Menstruation Es überwiegt Sympathikusaktivität Vor allem Dauerkraftleistungen sind beeinträchtigt Aber: individuell verschieden! 4.3. - Leistungstief: Leistungshoch: In den Tagen nach der Menstruation Es überwiegt Parasympathikusaktivität Erhöhte Erregbarkeit des Nervensystems Aber: individuell verschieden! The Female Athlete Triade: - Disordered eating (z.B. Turnerinnen) - Secondary Amenorrhea - Bone Mineral Disorders F) Körperliche Leistungsfähigkeit des Kindes Die gegenüber der Erwachsenen geringere Leistungsfunktion des Kindes ergibt sich hauptsächlich aus der: o geringeren Körperlänge o kleineren Körpermasse des Kindes Kinder sind keine kleinen Ausgaben von Erwachsenen. o ausgeprägte Wachstumsvorgänge => hoher Ruhe – Energieumsatz => körperliche Leistungsfähigkeit begrenzt o fehlende Bewegungserfahrung => koordinative Defizite Abbildung 1.: Wachstum von Kindern bzw. Größe von Körpersegmenten, Elben 1. Wachstumsbedingte Besonderheiten bei Kindern 1.1. Wachstumsgeschwindigkeit Kinder wachsen in Schüben, nicht kontinuierlich Wachstum am größten im 1 Lebensjahr, Längenzunahme knapp 50 % Wachstumsgeschwindigkeit nimmt mit zunehmenden Alter ab - 31 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Ausnahme: vorübergehende Wachstumsbeschleunigung in der Pubertät, jährlich 6 cm bei Mädchen und 7 – 8 cm bei Burschen Mädchen: Beginn des Wachstumsschubs mit 11. und 13. Lebensjahr Burschen: Beginn des Wachstumsschubs mit 13. und 15. Lebensjahr – 5 Jahre nach der Pubertät ist die Endlänge erreicht 1.2. Wachstum und Stoffwechsel Erhöhung des Grundumsatzes: um 20 – 30 % höher als beim Erwachsenen Erhöhter Vitamin- und Mineralstoff- bzw. Nährstoffbedarf 1.3. Wachstum und passiver Bewegungsapparat Die im Wachstum befindlichen Strukturen weisen noch nicht die Bealastungsresistenz der Erwachsenen auf Gefahr von Belastungsschäden durch unphysiologische Trainingsreize Knochen sind erhöht biegsam aber vermindert druck- und zugfest Insgesamt verringerte Belastbarkeit des gesamten Skelettsystems Sehnen und Bänder sind noch nicht ausreichend zugfest Das Knorpelgewebe bzw. die noch nicht ganz verknöcherten Wachstumsfugen weisen eine hohe Gefährdung gegenüber allen starken Druck- und Scherbelastungen auf. 1.4. Wachstum und passiver Bewegungsapparat Bis Beginn der Pubertät: Mädchen und Burschen unterscheiden sich bezüglich Muskelkraft und Hormonhaushalt nicht wesentlich voneinander Testosteronspiegel sehr niedrig Puberale Phase: starker Anstieg von Testosteron, 10 x so hoch bei Burschen wie bei Mädchen Geschlechtsdismorphismus: Divergenz der physischen Leistungsfaktoren bzw. der anthropometrischen Größen zwischen Mädchen und Burschen Burschen: Zunahme der Muskelmasse von 27 auf 40 % Verbesserung der anaeroben Leistungsfähigkeit Geringere glykolytische Kapazität größere Fähigkeit für oxidative Stoffwechselvorgänge: höherer Anteil an oxidativen Enzymen, erhöhte Anzahl an Mitochondrien 2. Altersstufen - Überblick Einteilung der Altersstufen nach dem kalendarischen Alter Säuglingsalter Kleinkindalter Vorschulalter Frühes Schulkindalter Spätes Schulkindalter 0 – 1 LJ 1 – 3 LJ 3 – 6/7 LJ 6/7 – 10 LJ 10 – Eintritt Pubertät (Mädchen 11/12 LJ, Burschen 12/13 LJ) Erste puberale Phase (Pubeszenz) Mädchen 11/12 – 13/14 LJ Burschen 12/13 – 14/15 LJ Zweite puberale Phase (Adoleszenz) Mädchen 13/14 – 17/18 LJ Burschen 14/15 – 18/19 LJ - 32 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Erwachsenenalter jeweils 17/18 bzw. 18/19 LJ 3. Entwicklungsphase des Kindes und Trainingsgestaltung 3.1. Säuglingsalter Geburt bis Ende des 1. Lebensjahr Wachstumsgeschwindigkeit in dieser Phase am Größten (Gewicht x 3, Größe x 2, Kopf ¼ der Körperlänge, Gehirnmasse x 2) 3.2. Kleinkind- und Vorschulalter bis Ende 6. Lebensjahr erlernen elementarer Bewegungen wie Gehen, Laufen und Springen Hälfte des Kleinkindalters: Skilaufen, Schwimmen, Eislaufen, Ballspiele können erlernt werden Trainierbarkeit im Vorschulalter Ausdauertraining möglich, ohne negative Folgen/Überforderung, wenn kindgemäß Trainingsform: Dauermethode, intervallartige Belastungen mit alaktazider anaerober Energiebeanspruchung Laktazide Belastungen vermeiden (HWZ von Laktat verlängert) Training: vielseitig, abwechslungsreich, spielerisch 3.3. Kindesalter (frühes Schulkindalter) 7. LJ bis Eintritt in die Vorpubertät erster Gestaltwandel: Extremitäten wachsen schneller als Rumpf proportional zum Körperwachstum vergrößern sich die Organe des Herzkreislaufsystems und des Atemapparates maximale Sauerstoffaufnahme und Ausdauerleistungsfähigkeit steigen an Bewegungen werden ökonomischer, bereits gekonnte Bewegungsabläufe werden verfeinert Trainierbarkeit im frühen Schulkindalter Zunahme des absoluten Herzgewichtes, Vergrößerung der Herzhöhlen Zunahme der Herzschlagvoluminas und Abnahme der Ruheherzfrequenz VO2max durch Training steigerbar Ausdauertraining mit mittlerer Intensität, aerobe Bedingungen besser als anaerobe (geringe Laktateliminationsfähigkeit) 3.4. Erste puberale Phase (Pubeszenz) Mädchen: 11 – 12,5 LJ Burschen: 12 – 14 LJ - 33 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Gesteigertes Längenwachstum durch vermehrte Produktion von Testosteron (vor allem Extremitäten) Vermehrte Produktion von Sexualhormonen, Ausbildung der sekundären Geschlechtsmerkmale Wachstum und Reifung der Keimdrüsen (Hoden, Eierstöcke) und Geschlechtsorgane Körperproportionen: Mädchen – weibliche Formen, Brust und Becken Burschen – breite Schultern 3.5. Zweite puberale Phase (Adoleszenz) Mädchen: 12 – 16 LJ Burschen: 14 – 18 LJ Abnahme des Längenwachstums Herzkreislaufsystem und Skelettmuskulatur können ähnlich belastet werden wie bei Erwachsenen Trainierbarkeit in der ersten und zweiten puberalen Phase Trainierbarkeit am größten da kindlicher Organismus umfassende Veränderungen erfährt Besonders Ausdauer und Kraft entwickeln sich aufgrund der wachstumsbedingten Zunahme der Körpergröße und Körpergewichts Anaerobe Kapazität nimmt bedeutend zu; Training zur Schulung der anaeroben Ausdauer => Methoden und Umfang weiterhin im begrenzten Umfang Ende Adoleszenz: Belastungsvoraussetzung für Annäherung der Intensität und des Umfanges an das Erwachsenentraining 4. Körperliche Leistungsfähigkeit und Akzeleration bzw. Retardierung Akzeleration = „Frühentwicklung“ Beschleunigung der Wachstumsprozesse und der körperlichen Entwicklung bei Kindern Biologisches Alter > kalendarisches Alter größere Körperlänge, größere Körpermasse, größeres Herzvolumen, größeres VO2max, größere Muskelkraft als der Durchschnitt ABER: kein disharmonisches Wachstum (alles entwickelt sich gleich schnell, auch innere Organe….)!!! Retardierung = „Spätentwicklung“ Biologisches Alter < kalendarisches Alter Kleiner und leichter als Normalentwickler und Akzelerierte daher geringere Leistungsfähigkeit Bei Normalentwicklern, Akzelerierten und Retardierten besteht ein harmonisches Wachstum hinsichtlich der organischen Leistungsfunktion, der Organmaße und dem Skelettsystem!!! Abbildung 2: Lineares Verhältnis von Herzvolumen und VO2max bei allen!!! - 34 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Abbildung 3: Verfügbare Substrate, Saltin & Erikson - 5. Kreatinphosphat und Glykogen bei Kindern erniedrigt Umsatzrate bei Glykogen deutlich niedriger wie bei Erwachsenen Anaerober Stoffwechsel Eingeschränkte anaerobe Leistungsfähigkeit im Vergleich zu Erwachsenen Niedrigerer Testosteronspiegel – geringere Aktivität des Enzyms Phosphorfructokinase => maximale Laktatkonzentration niedriger! Mit zunehmenden Alter verbessert sich die anaerobe Kapazität wachstumsbedingt Trainierte Jugendliche und Kinder erreichen nach erschöpfenden Wettkampfbelastungen vergleichbare Blutlaktatwerte wie Erwachsene ABER: Elimination und Erholungsfähigkeit beim Kind gegenüber Erwachsenen verringert Anaerobe Belastungen: 10 x höherer Katecholaminspiegel (Stresshormone) = geringere Stresstoleranz von Kindern = psychosoziale Überforderung Die geringere glykolytische Kapazität und die niedrigeren Katecholaminspiegel sollen den kindlichen Organismus vor einer zu starken Übersäuerung und katabolen Stoffwechsellage (Glykogenabbau) schützen. Schonung der begrenzten Kohlenhydratdepots für die glukoseabhängigen Organe (Gehirn)!!! Mädchen Burschen Abb.: Maximaler Laktatspiegel vom 6. – 16. LJ Herzvolumen bei gesunden Kindern Bei normalem Training Training im Ausdauerbereich Erwachsene Funktion Submaximale Herzfrequenz maximale Herzfrequenz Submaximales/maximales Schlagvolumen Submaximales Herzminutenvolumen Submaximale aterio-venöse O2differenz Durchblutung d. aeroben Muskulatur Systolischer/diastolischer Blutdruck Submaximal/maximal 11 ml/kg/KG 12 – 13 ml/kg/KG 15 ml/kg/KG ca. 20 ml/kg/KG Kindliche Reaktion im Vergleich zu Erwachsenen Höher, speziell in der 1. Lebensdekade Höher Niedriger Etwas niedriger Etwas höher Höher Niedriger - 35 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Parameter Morphologische Parameter - Herzvolumen - Myokard - Blutvolumen - Gesamthämoglobin Funktionelle Parameter Submaximales/maximales Schlagvolumen Submaximale Herzfrequenz Maximale Herzfrequenz Submaximales Herzminutenvolumen Veränderung Vitalkapazität Submaximale Atemminutenvolumen maximale Atemminutenvolumen Submaximale Atemfrequenz Maximales Atemzugvolumen Submaximales/maximales Atemäquivalent Ausdauer der Atemmuskulatur Lungendiffusionskapazität Keine Veränderung Abnahme Zunahme Abnahme Zunahme Abnahme oder unverändert Zunahme Unverändert Zunahme Konzentrische Hypertrophie Zunahme Leichte Zunahme Zunahme Abnahme Keine Veränderung oder Abnahme Keine Veränderung oder Abnahme Zunahme Abnahme Unverändert Unverändert Unverändert Zunahme Unverändert oder Zunahme Unverändert Vo am 11.01.06 H) Genetic Effects on Fitness and Performance Phenotypes Necessary genes Nongenetic affectors susceptibility genes gene-gene interactions gene-environement interactions health-related and performance related fitness phenotypes Beeinflussungen durch Umwelt >> Möglichkeit der Beeinflussung der genetischen Prädisposition. 80-90 Genplätze >> Verdachtsgene für Leistung Mensch besteht aus 46 Chromosomen. An jedem Chromosom sind Genplätze >> verantwortlich für bestimmte Eigenschaften, Ausprägungen,… z.B.: Fähigkeit für Ausbildung großer O2-Aufnahme nicht an nur einem Genplatz festgelegt! Multifaktorielles Geschehen - 36 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Vererbbarkeit max. O2-Aufnahme geringer als Vererbung der aeroben Kapazität. Viele komplexe Systeme müssen mitspielen. Im Moment gibt es ~30 000 Gene. Gen bekommt durch Trainingsstimulus einen Reiz (jemand trainiert etw. und Körper gibt Auftrag, dass 2 Ketten mehr gebildet werden sollen, damit der Sportler nächstes Mal eine bessere Leistung erbringen kann) >> DNA spaltet sich auf >> Messenger RNA wird gebildet = Abbild der ursprünglichen DNA >> wandert in die Ribosomen >> nach Muster des Stranges wird ein neues Eiweiß produziert Ein Gen wird exprimiert >> Gen arbeitet (aktiviert durch verschiedene Stimuli) Unsere Gene sind nicht immer aktiv, es gibt welche die nur in der Kindheit aktiv sind und die später dann stumm sind. Warum das so ist, ist noch nicht geklärt. Es gibt auch Gene, die abwechselnd stumm und aktiv sind, zw. Exprimierung und Stille. Allele: Genes that occupy the same position (locus) on corresponding chromosomes. Each gene is represented twice in a normal cell (a pair of alleles); this gene locus can occur in certain variations i.e. different alleles, for example one from the father and one from the mother. Zu vorhin: Vo2max = Phenotyp 1-ste Subphenotyp: O2Anlieferung, Diffusion, O2Utilisation, … 2-te Subphenotyp: cardiac output, O2Transsportkapazität, .. 3-te Subphenotyp: selected candidate genes,… Phenotyp beinhaltet verschiedene Einflussfaktoren! (Sensibilität der Rezeptoren, Produktion des Erythropoetin = genetisch bedingt, …) Eineiige Zwillinge: Übereinstimmung sehr groß bei zweieiigen nicht so groß. Vo2max Identitätslinie Studien zur Ausdauerleistungsfähigkeit: Wie verändert sich die Ausdauer nach Training (20 Wochen). Jedes Familienmitglied musste dieses Training machen. Bouchard C. et al: Heritage Bergsteigerstudie: (Montgomery) - ACE (angiotensin converting enzyme); 33 Bergsteiger über 7000 m ohne O2versorgung untersucht; deutliche Strukturunterschiede zwischen Höhenbergsteigern und nicht höhenadaptierten Bergsteigern bzgl. Des ACE. British Recruits Study: (Montgomery) Wie verändert sich die Leistungsfähigkeit der Rekruten? >> Abhängigkeit der Allelestruktur nachgewiesen ??? - 37 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Erythropoetin rezeptor-Gen (EPOR): Ein Finne fand eine Familie, die alle an Erythrozytose litten (eine KH die vererbbar ist, aber nicht empirischen Gesetzmäßigkeiten entspricht). Etliche Familienmitglieder/Vorfahren waren Olympiasieger in AD-Sportarten. Zusammenhang zwischen EPO-rezeptoren und AD-Leistungsfähigkeit gegeben. Gene-Athlete-Study: Typisches Merkmal in höherer Frequenz gefunden als bei Untrainierten. Heritage Studie: Zunahme der Vo2max Durchschnittlich 393 mlO2 Max. heritability = 47% Fand Nullresponser, die 6 Monate trainieren und keine Leistungsverbesserung verzeichnen. Leistungsfähigkeit Leistungsfähigkeit High responder Low responder Fast responder Slow responder Trainingsaufwand α-Actinin-3 In Z-Scheiben ist Aktin durch das α-Actinin fixiert = Bindungseiweiß Dieses Bindungseiweiß kann unterschiedlich sein, je nachdem ob der Mensch Schnelligkeit/Schnellkraft oder Ausdauer prädispositioniert ist >> abhängig von der Entwicklungsgeschichte ACTN3: wichtigste nachweisbare Skelettmuskelgen, wo dies bewiesen werden konnte. „Zum Sprinter muss man geboren werden.“ Fragenkatalog Das Sportherz: Def., Größe, Volumen, Schlagvol., HMV, *) harmon. Dillediertes u. hypertrophiertes (exzentr.Hypertrop.)- nach außen gewachsen. Keine pathologische Veränderung, sondern durch Training. *) Gewicht: untrainiert trainiert 250 g max.500-darüber krankhaft Volumen m. 800-850ml max.1700ml W. 600-650 max. 1300 Schlagvol. 90-100ml/Sl. Max.200ml HMV 15-20l 30-40l max. - 38 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Veränderungen im Herz-Kreislauf-System im Altersgang HV-,SV-,HMV-Windkesselfunktion Aorta-,Wasserhaushalt-,Avpo2-,arterieller PO2-, Elastizität der Herzwandgefäße sinkt, VO2 max sinkt Blutvolumen und Hämoglobin sinkt. Es steigen- Pulmonarorteriendruck,Blutdruck,Herzgewicht(1g/Jahr durch Fett und Bindegewebe)Kollagengehalt (Herz wird steifer) Physikalische Def. der anaeroben Schwelle. Das ist die Dauerleistungsgrenze. Bis zu der Grenze von ca 4mmol/l Blut – ab diesem Punkt kann der Körper die Milchsäure(Laktat) nicht mehr in diesem Maße abbauen, in dem er sie aufbaut. Die anaerobe Schwelle ist letztes isodynamisches Gleichgewicht zw. Laktatproduktion und Laktatneutralisation (Utilisation?) gemeinsame Leistung über eine gewisse Zeit.— Belastungsabbruch. Das Verhalten der rel. Max. Sauerstoffaufnahme bis zum 20 Lj. Burschen etwa gleich bleibend Mädchen sinken ab dem 12 LJ. Grafik Besonderheiten des anaeroben Stoffwechsels beim Kind. Das Kind ist ein Aerobier- die Fähigkeit zum anaeroben Stoffwechsel ist begrenzt- durch das Engpassenzym Phosphorfruktokinase Katalytisch begrenzt(Glycoseaktivierung!!) Kind wenig,--Anaerobität gering,- (Testosteron) *) Laktat max.6-8 mmol/l (Alter 6-8 Jahre) Konzentration im Muskel(Ruhe) In mmol ATP 3,5-5 CP 12-22 Glykogen 45-75 Vergleich z.Erw. Flussrate bei körperl. Arbeit etwa gleich niedriger niedriger etwa gleich niedriger klar niedriger (Posphofruktokinase) Begriffe „Leistung“ und „Kapazität“ bei anaeroben laktaziden Energiebereitstellung: Anaerobe Energiebereitstellung: Glykogen + P + ADP—Laktat + ADP Soffwechselendprod. Glykose Leistung= Arbeit/Zeiteinheit—Flussrate der laktaziden Mechanismen ca. 1mm/ 6Feuchtigkeit ? Kapazität= Dauer, wie lange diese Flussrate der laktaziden Mechanismen aufrecht erhalten werden kann.- ca.1-1,5 min (max.) Z.B.: 400 m Lauf: 1.) anaerob alaktazid2.) laktazid, man ist bald erschöpft (1min) Mechanismen der Wärmeabgabe: 1.) Wärmeleitung 2.) 2.) Abgabe von Wärme über Körperteile, die rel. klein sind und eine einigermaßen große Oberfläche haben- rel. Wärmemengenabgabe ist groß. – Extremitäten -Finger 3.) Wärmestrahlung- Wärme über elektromagnetische Wellen 4.) Verdunstung- Verdampfen von Wasserstoff an Hautoberfläche. Pos. und neg. Anpassungserscheinungen des Höhentrainings + Erythrozyten und Hämoglobin steigen- besserer O2 Transport Myoglobin in der Muskelzelle steigt- bessere O2 Versorgung der Muskel Kapillaren im Skelettmuskel steigen Mitochondrienanzahl steigt- Kraftwerk der Zelle 2,3 DPG steigt - Viskositätszunahme(Dicke des Blutes steigt, Herzarbeit steigt) - 39 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Hyperventilation:die Atmungsmuskulatur wird stärker beansprucht Die Bicarbonat Puffer sinken—HCO3 sinkt---schnellere Übersäuerung Werte der max. VO2 Aufnahme m. und w -untrainiert- trainiert Untrainiert trainiert mit 70 M 25-27 ml/kg/min 50-55 22-26 W 20-22 40-(45) 20-22 Welche Aussage hat der Faktor b aus Laktat-Leistungdef. getroffen Faktor b ist die Distanz der Laktat- Leistungskurve zur 1mmol/l Grenze Grafik ATP+CP( alaktazid!!) b ist klein = dann ist anaerob trainiert worden- abgeflachte Kurve b ist groß dann ist aerob trainiert worden,bzw. anaerobes vernachlässigt Was bedeutet Rechtsverschiebung der Laktatleistungskurve Besser Ausdauer trainiert bei gleicher anaerober Leistungsfähigkeit Parallel!! + Abflachung – auch anaerob besser Stoffwechsel bei kurzer intensiver anaerober Belastung Wenn Leistung abrupt anfängt, dann (Sauerstoffschuld) –anaerobe, alaktazide Energiegewinnung. ATP--ADP+P+E 1-2 sec, 3-4 Kontraktionen dann KP+ADP-K+ATP 5-6 sec. Ca. 10 Kontraktionen ATP resynthetisiert aus Kreatinphosphat Dann anaerob laktazid Glykogen + P +ADP-ATP + Laktat (Stoffwechselendprodukt) 10-120 sec. Glucose Wenn die Belastung gering genug – aerobe Energiegewinng. Wenn zu hoch- anaerobe bis Abbruch Grafik Veränderung der Lunge im Altersgang Die Elastizität des knöchernen Thorax + Lungengewebes sinkt Lungenkapillaren sinken Alveolenzahl sinkt ebenso Atemfrequenz und AMV Lungendiffusionskapazität sinkt, ebenso Windkesselfunktion Physikalische Definition der anaeroben Schwelle für trainierte und untrainierte. Männer – 80 J Siehe Frage 3 + mit welchem Umsatz man über längere Zeit arbeiten kann ist auch VO2max. abhängig ( rel. VO2 hoch- hohe anaerobe Schwelle 80 j. Mann trainiert 40-45 ml/kg/min untrainiert 15-20 ml/kg/min - 40 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Veränderung der Muskulatur im Altersgang Es sinken: - Muskelmasse, Muskelfasern, Mitochondrienzahl, Myoglobingehalt, Enzyme,FTMuskelfasern, anaerobe Belastungsgrenze, Wassergehalt, Kapillarisierung, Substrate (Glykogen + Fett) Proteine,.. Warum Höhentraining?- Veränderungen? Höhe: 1500-2500 m zur Vorbereitung für einen Wettkampf in ähnlicher Höhe, oder zur Leistungssteigerung im Flachland Max. 2-4x pro Jahr- Die Aerobität wird verbessert Erster Microzyklus nur 5-6 Tagte- Adaptionsphase + mehr Kapillarisierung in den Skelettmuskeln + mehr Erythrozyten und Hämoglobin, + 2,3 DPG, + Myoglobingehalt,Mitochondrien, - Ventilation,Viskosität steigt,- Bicarbonatpuffer fällt,(HCO3) Die Herzfrequenz steigt 10-50% je nach Höhe bei 2000-4000 fällt sie unter Durchschnitt Im Flachland kommt es zu einer Reakklimatisation 3 Phasenleistung steigt- 2-6 14-24 35-45 Tag 1. Es gibt eine Vielzahl an Risikofaktoren/Erkrankungen, die durch lang andauernde körperliche Inaktivität begünstigt bzw durch körperliche Aktivität als Schutzfaktor hingehalten werden können. Zählen Sie mindestens 15 dieser auf: Osteoporose Adipositas Hypertonie Erhöhte Blutfette Degenerative Herzerkrankungen Depressives Syndrom Haltungsschäden Stoffwechselerkrankungen Erhöhter Cholesterinspiegel (Hypercholesterinämie) KHK Diabetes Typ II Gefäßerkrankungen AVK HK-Störungen Erhöhtes Krebsrisiko Arteriosklerose 2. Erklären Sie den protektiven Wirkungsmechanismus von regelmäßiger körperlicher Aktivität im Hinblick auf Diabetes Mellitus Typ II. Durch körperliche Aktivität werden die Insulinrezeptoren sensibler. Dadurch kann der Zucker aus dem Blut schneller in die Zelle gelangen. Dieser Zustand hält ca. 18 Std. an, deshalb sollte man täglich körperlich aktiv sein. 3. Nennen Sie mindestens 5 Erkrankungen/Risikofaktoren, bei denen Übergewicht ein zusätzlicher Risikofaktor darstellt: Diabetes Mellitus Typ II HKE Gefäßerkrankungen Hypertonie Haltungsschäden Depressives Syndrom - 41 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl KHK Hypercholesterinämie 4. Zählen Sie die wichtigsten Altersveränderungen der Muskulatur auf: Muskelmasse sinkt um ca 40 – 50 % Anzahl der Muskelfasern sinkt (beide Fasertypen gleichermaßen betroffen) Faserquerschnitt sinkt (Typ I unverändert; Typ II sinkt) Anzahl der motorischen Einheiten nimmt ab Größe der motorischen Einheiten nimmt ab Reduktion der Myofibrillen; dadurch wird man schwächer Elastische Elemente des Muskels verringern sich Die Dehnbarkeit nimmt ab H2O Gehalt, Kalzium, Kalium-Konzentrationen nehmen ab ATP und KP-Reserven nehmen ab Kapillardichte nimmt um ca. 25 % ab 5. Beschreiben Sie das Verhalten folgender Parameter unter Belastungen im Altersgang (Zunahme, Abnahme in etwa in welchem Prozentbereich) Vitalkapazität: SINKT um ca. 15 % Blutvolumen: SINKT um ca. 15 % Max. HF: SINKT um ca. 220 – Lebensalter AMV (Atemminutenvolumen): SINKT um ca. 25 % VO2 max: SINKT um ca. 40 % 6. Der periphere Widerstand verhält sich im Altergang Zunehmend (zum ankreuzen) 7. Die Phosphofruktinaseaktivität bei Kindern im Vergleich zu Erwachsenen Niedriger (ak) 8. Die maximale HF bei Kindern ist Höher als bei Erwachsenen (ak) 9. Grafische Darstellung des Verhaltens der RELATIVEN maximalen Sauerstoffaufnahme im Altersgang zwischen 6. und 20. Lebensjahr für beide Geschlechter: 10. Welche Geschlechtsspezifischen Unterschiede bestehen bei Größe: Gewicht: Muskelmasse: Fett: Herzgröße: Hämoglobingehalt: Blutmenge: Vitalkapazität: Männer + 10-12 cm Männer + 15 kg Männer zw. 40 – 50 % Frauen zw. 30 – 40 % Männer 15 % Frauen 25 % Männer 800 ml Frauen 600 ml Männer 15 % Frauen 14,5 % Männer 5 Liter Frauen 3,8 Liter Männer 5 Liter Frauen 3,5 Liter - 42 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl 11. Bei welchen Muskelgruppen sind die geschlechtsspezifischen Unterschiede gering, bei welchen größer? Bei der Rumpfmuskulatur gibt es keine großen geschlechtsspezifischen Unterschiede. Die Arm- und Beinmuskulatur (dh Extremitäten) ist beim Mann jedoch stärker ausgeprägt (wg Testosteron – Muskelaufbau) 12. Die Trainierbarkeit der VO2 max (relative Verbesserung) bei Frauen und Männern ist: Gleich (ak) 13. Welche Höhe wird als mittlere Höhe bezeichnet? 1500 – 3500 Meter 14. Für welche Sportarten ist die abnehmende Luftdichte mit zunehmender Höhe ein Vorteil? Sportarten mit hoher Eigen- und Objektgeschwindigkeit (ak) 15. Welche Risiken sind mit dem abnehmenden Wasserdampfdruck mit zunehmender Höhe verbunden? Gefahr der Austrocknung der Schleimhäute Höherer H2O-Verlust Blut wird dickflüssiger 16. Die Akklimationszeit von 0 auf 3000 m beträgt: 2 – 4 Tage (ak) 17. Die Mechanismen der Temperaturregulation beim Menschen: Konduktion Konvektion Wärmestrahlung Verdunstung Wärmeleitung auf Grund molekularer Vorgänge Transport von Wärmeenergie auf Grund von strömenden Flüssigkeiten und Gasen (Blut- oder Atemgase) Übertragung von Wärmeenergie durch elektromagnetische Wellen Wärmeabgabe durch verdampfen von Wasser an Hautoberfläche und der Schleimhäute der Atemwege 18. Welches sind die geschlechtsspezifischen Unterschiede bei der Thermoregulation? Männer haben mehr Schweißdrüsen und mehr Schweißproduktion. Frauen haben im Verhältnis Oberfläche zu Volumen einen höheren Wert darum mehr Strahlung. 19. Während länger andauernder Schwerelosigkeit ist die Muskelatrophie Bei unteren Extremitäten stärker ausgeprägt (ak) Bei der Streckmuskulatur stärker ausgeprägt (ak) 20. Zählen Sie die wichtigsten Altersveränderungen des Herzens auf: In Ruhe: Herzgewicht steigt - 43 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl Herzvolumen steigt Bei Belastung: Max HF sinkt HMV (Herzminutenvolumen) sinkt Diffusionskapazität sinkt 21. Wie ist die Beziehung zwischen Entwicklung des Herzvolumens und der max. Sauerstoffaufnahme? Im Vorschulalter ähnliche Herzvolumen und max. 02 Aufnahme. Bei akzelerierten Jugendlichen (früh-pubertär) Herz u. VO2max wachsen mit Bei retardierten Jugendlichen (spät-pubertierende) Herz u. VO1 max bleiben gleich. 22. Die intramuskuläre wie auch kapillare Laktatkonzentration bei maximaler Ausbelastung liegt bei Kindern und Jugendlichen: Ist niedriger als bei Erwachsenen (ak) 23. Durch welche Einflussfaktoren hat sich die Differenz der Weltrekorde zwischen Männern und Frauen verringert? Ernährung Professionalisierung des Frauensports (mehr Training) Höherer Frauenanteil im Spitzensport Doping 24. Geschlechtsspezifische Unterschiede der max. Sauerstoffaufnahme bei untrainierten Frauen und Männern zwischen 20. u. 30. Lebensjahr sowie Höchstleistungssportlern (Werte in max. relativer Sauerstoffaufnahme) Untrainiert: Trainiert: Männer 50 – 60 ml/kg/min Männer 70 – 90 ml/kg/min Frauen 30 – 40 ml/kg/min Frauen 50 – 60 ml/kg/min 25. Grafische Darstellung des Verhaltens der ABSOLUTEN max. Sauerstoffaufnahme im Altersgang zwischen 6. und 20. Lebensjahr für beide Geschlechter 26. Die max. 02 sinkt bei akuter Höhenexposition in einer klassischen Höhentrainingshöhe von etwa 2400 m um etwa 13 – 15 %. Nach Akklimatisation kann durch die Adaptionsmechanismen etwa die Hälfte des Verlustes wieder gut gemacht werden. Welche Adaptionsmechanismen sind dafür verantwortlich? AMV steigt Zunahme der Hämoglobinkonzentration 2-3 DPG Enzym steigt Transportkapazität steigt Kapillarisierung steigt 27. BMI bei Übergewichtigen? 25 – 29 (ak) - 44 - Spezielle Aspekte der Leistungsphysiologie WS 2005/06, Univ.Prof.Dr. Norbert Bachl 28. Bei welcher wöchentlichen Kalorienverbrennung durch regelmäßiges körperliches Training sinkt das Sterberisiko (oder so ähnlich) um 40 %? 1500 – 2000 kcal (ak) bin nicht sicher, ob diese Antwort richtig ist!!!!! - 45 -
