Seminarprogramm und Dokumente bis Nr. 9 (S.49)
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1 JOHANNES GUTENBERG - UNIVERSITÄT MAINZ FACHBEREICH SPORTPROF. DR. MED. H.-V. ULMER SPORTPHYSIOLOGISCHE ABTEILUNG : 06131/39-23583 (25415) Fax: 06131/39-23525 Email: [email protected] http://www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/ Skript für das Medizinische Seminar (Sportphysiologie) im Wintersemester 2003/04 Rahmenthema: Atmung, Kreislauf, Wärmehaushalt Projekt: Sportphysiologische Experimente mit einfachen Mitteln (E = Experiment, R = Referat, V = maximale Vortragsdauer) 28.10.03 4.11.03 11.11.03 18.11.03 25.11.03 2.12.03 Vorbesprechung: Eingangsvoraussetzungen, Spielregeln, Platzund Themenvergabe, Nachrücker, Sprechstunde, Verbindlichkeit des Aushangs, Internetseiten der Abteilung, Bibliotheksbenutzung, Zitieren aus dem Internet, Umgang mit vorangegangenen Versuchsplänen, Bedeutung der Vorversuche, zur Lesbarkeit von Projektionen – Leseprobe, Protokolle und Datenschutz, Tischvorlagen (Auflagenhöhe, Verteilmodus), Hallenreservierung, Nachgeholter Versuchsbericht vom SS 03: Ganzkörperschwingungen nach schwerer körperlicher Arbeit Fortsetzung der Vorbesprechung: Restliche Themenvergabe, Statistische Anforderungen, Hinweise zu Sorgfaltspflicht und Risiko bei Experimenten mit Menschen, Deklaration von Helsinki. Zum Wissenschaftlichen Arbeiten einschließlich Diskussionskultur in der Wissenschaft sowie im Seminar. KR-Effekte. Bei Experimenten am Menschen: Standardisierung, Instruktion, Motivation. Anlass von Streuungen (methodische und zufallsbedingte Fehler versus echte Variabilität). 1. Messung des Atemzugvolumens, einschließlich der Vitalkapazität (E) 2. Umfangsänderungen von Bauch und Thorax während systematisch abgestufter Atmungstiefe (E) Berichte zu den Versuchen vom 4.11.03 (V=10 min) 3. Atemminutenvolumen, Atemzugvolumen und Atmungsfrequenz nach körperlicher Arbeit unterschiedlicher Intensität (E) 4. Maximale Atemanhaltezeit und Atmungsregulation (E) Berichte zu den Versuchen vom 11.11.03 (V=10 min) 5. Vortrag: Zum Aufbau von Versuchsberichten und zum wissenschaftlichen Arbeiten (V = 15 min) 6. 1. Experiment nach Wahl: Atmungsregulation bei vergrößertem Totraum (E) Bericht zum Versuch vom 18.11.03 (V=10 min) 7. Vortrag: Redetechnik und Vortragskunst (R, V=15 min) 8. Einübungsversuch zu Pulsfrequenz- und Blutdruck-Messung (E) Bericht zum Versuch vom 25.11.03 (V=10 min) 9. Kreislaufregulation während und nach körperlicher Arbeit (E) 10. Kreislaufregulation bei Lagewechsel (E) ULMER, H.-V. RICHTER, N. ULMER, H.-V. LEIBFRIED, K. GRESCHEK, G. SCHECHTER, M. BURKHARDT, T. SCHENK, N. RICHTER, M. AHLERS, D. DASCHMANN, N. THIES, R. BORINSKI, A. 2 9.12.03 16.12.03 Berichte zu den Versuchen vom 2.12.03 (V=10 min) 11. Kreislaufregulation als Ausdruck der Beanspruchung bei körperlicher Arbeit – Belastung und Beanspruchung (R, V=15 min) 12 2. Experiment nach Wahl: Experimente mit der BORG-Skala (E) Bericht zum Versuch vom 9.12.03 (V=10 min) 13. 3. Experiment nach Wahl: Herzfrequenz- und Blutdruckentwicklung bei Pressatmung.(E) 14. Kreislauf- und Atmungsregulation bei vergrößertem Totraum (E) DIETZE, H. LUBOJANSKI, J. FLECKENSTEIN, T. BERZ, A. WEIHNACHTSPAUSE 6.1.04 13.1.04 20.1.04 27.1.04 3.2.04 10.2.04 17.2.04 Berichte zu den Versuchen vom 16.12.04 (V=10 min) Vorstellung zweier Empfindlichkeitsskalen für klimatische Behaglichkeit 15. 4. Experiment nach Wahl: Maximales Atemzugvolumen bei gestörter Atmungsmechanik (E) Bericht zum Versuch vom 6.1.04 (V=10 min) 16. Thermische Behaglichkeit bei unterschiedlicher Bekleidung und unter-schiedlicher Raumtemperatur (E) 17. Thermische Behaglichkeit nach körperlicher Arbeit (E) Berichte zu den Versuchen vom 13.1.04 (V=10 min.) 18. Thermische Behaglichkeit beim Aufenthalt in der Sauna (E) 19. Thermische Behaglichkeit beim Aufenthalt im Schwimmbad (E) Berichte zu den Versuchen vom 20.1.04 (V=10 min) 20. 5. Experiment nach Wahl der Versuchsleiterin zum Rahmenthema: Thermische Behaglichkeit im Schwimmbad (Luft) ohne und mit vorherigem Duschen (E) 21. 6. Experiment nach Wahl der Versuchsleiterin: Thermische Behaglichkeit bei längerem, passiven Aufenthalt im Wasser (12 min, 28° C) (E) Berichte zu den Versuchen vom 27.1.04 (V=10 min) 22. Kreislaufregulation während psychischer Aktivität (V=10 min) 23. 7. Experiment nach Wahl des Versuchsleiters zum Rahmenthema: Verhalten von Pulsfrequenz, Lippenfarbe und Atmungsfrequenz bei 10minütiger Rückatmung (vergrößerter Totraum) (E) Bericht zum Versuch vom 3.2.04 und 20.1.04 (BREILER), (V=10 min) Verteilung der Evaluationszettel ("Top, Flop, sonstige Bemerkungen") 24. Schriftliche Prüfung übungshalber 25. Ergebnis der schriftlichen Prüfung (V=15 min), Vortrag mit Diskussion. 26. Auswertung der Evaluationszettel, Leitung der Abschlussdiskussion, Seminarkritik Schlussbetrachtungen ULMER, H.-V. SCHEFFLER, P. KREDEL, J. MIELISCH, H. BREILER, C. DIEFENBACH, A. KOBLER, S. SIEGL, D. FARNUNG, A. HÄHNEL, D. s. Nr. 26 WINKLER, S. BECK, H. GÜNTHER, C. ULMER, H.-V. Homepage der Sportphysiologischen Abteilung: http://www.uni-mainz.de/FB/Sport/Physio/[email protected] (H.-V. ULMER, Mainz) 3 Johannes- Gutenberg- Universität Mainz Seminar: Sportphysiologie – „Experimente mit einfachen Mitteln“ WS 03/04 Seminarleitung: Prof. Dr. H.- V. Ulmer Leibfried, Kathrin ([email protected]), Datum 4.11.2003 1. Messung des Atemzugvolumens (AZV) und der Vitalkapazität (VK) – Versuchsplan 1. Versuchsziel Messung des Atemzugvolumens, einschließlich der Vitalkapazität mit Hilfe von Spirometern. 2. Versuchsplanung 2.1. Organisation Die Probanden (14) werden in zwei Gruppen mit jeweils 7 Teilnehmern aufgeteilt, diese unterteilen sich dann nochmals in 3er und einer 4er Gruppe. Es gibt zwei verschiedene Tests (A und B). Eine Gruppe führt ca. 15 Minuten den Test A durch, in der gleichen Zeit absolviert die andere Gruppe den Test B. Nach Ablauf der Zeit wird gewechselt. Benötigt wird pro Test: - 1 Protokollant (P) - 1 Versuchsperson (VP) - 1 Person, die das Ergebnis abließt - eventuell 1 Peron, die zusätzlich kontrolliert, ob das Ergebnis richtig abgelesen wurde. In der jeweiligen Testgruppe wird die Position VP, P usw. nach jeder Messung durchgewechselt. 2.2. Material: - eine mit Wasser gefüllte Zinkwanne zum eintauchen des Messbehälters - ein Messbehälter mit Skalierung (Spirometer) - ein Plastikschlauch (ca. 1m) 3. Versuchsdurchführung 3.1. Erfassung der persönlichen Daten Jede Versuchsperson bekommt vor dem Versuch ein Versuchsprotokoll. Hier werden auch die Versuchsergebnisse eingetragen. 3.2. Messung des Atemzugvolumens (AZV) Die Wasserwanne und den Messbehälter vollständig mit Wasser füllen. Den gefüllten Messbehälter mit der Hand verschließen und mit der Öffnung nach unten auf den Grund der Wanne stellen (möglichst ohne Wasserverlust). Danach die Luft aus dem Schlauch unter Wasser entweichen lassen und ein Ende in die Messbecheröffnung schieben, das andere Schlauchende mit dem Daumen verschließen. Die Versuchsperson führt das Schlauchende an den Mund und atmet nach normaler Atmung aus und verschließt danach sofort die Schlauchöffnung mit dem Daumen. Der Protokollant notiert die verdrängte Wassermenge. Wiederholung des Versuchs. 3.3. Messung der Vitalkapazität (VK): Verlauf siehe 3.2., die VP nimmt hier eine aufrechte Stehposition ein und hält sich die Nase zu. Nun wird maximal in den Schlauch ein- und ausgeatmet. Der P notiert die Daten. Wiederholung des Versuchs. 4. Versuchsprotokoll AZV (L) VK (L) NAME: 1. Messung GESCHLECHT: GRÖßE: cm, GEWICHT: kg 2. Messung Abweichungen vom Versuchsplan und besondere Vorkommnisse bitte auf der Rückseite notieren 4 Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Kathrin Leibfried, Datum: 11.11.2003 E-Mail: [email protected] 1. Messung des Atemzugvolumens einschließlich der Vitalkapazität – Versuchsbericht Versuchsbericht und Ergebnisse 1. Allgemeine Grundlagen „Ein Spirometer ist ein gasdichter Raum, aus dem Gas eingeatmet und Gas ausgeatmet werden kann. Verbindet man die Atemwege eines Probanden mit dem Spirometer, so kann man die Veränderung seines Lungenvolumens (...) aufzeichnen.“1 Es gibt verschiedene Atemvolumina: Atemzugvolumen, VT = ein- und ausgeatmetes Volumen exspiratorisches Reservevolumen, ERV = das Volumen, welches nach normaler Ausatmung (Atemruhelage) noch ausgeatmet werden kann inspiratorisches Reservevolumen, IRV = das Volumen, das nach normaler Einatmung noch zusätzlich eingeatmet werden kann Vitalkapazität VC = maximales Atemzugvolumen (IRV + VT + ERV)2 Inspirationskapazität = Volumen, das nach normaler Exspiration maximal eingeatmet werden kann Residualvolumen = Volumen, das nach maximaler Exspiration noch in der Lunge zurückbleibt Funktionelle Residualkapazität = Volumen das nach normaler Exspiration noch in der Lunge enthalten ist Totalkapazität = Volumen, das nach maximaler Inspiration in der Lunge enthalten ist Von größerer Bedeutung sind neben dem Atemzugvolumen nur noch die Vitalkapazität und die funktionelle Residualkapazität.3 In unserem Fall reicht die Betrachtung von AZV und VK aus. Bei Atemruhelage beträgt das Atemzugvolumen (AZV) bei normaler Atmung ca. 0,5 l.4 Die Werte der Vitalkapazität (VK) liegen bei Männern, die zwischen 20 und 30 Jahren sind, bei 5,1 l und bei Frauen im selben Alter bei 4,4 l.5 2. Zur Versuchsdurchführung An dem Versuch das AZV und die VK zu messen nahmen am 4.11.2003 insgesamt 27 Versuchspersonen teil. Davon waren 16 männlich und 11 weiblich. 19 Probanden haben ihr AZV und VK an einem Wasser-Spirometer und 8 an einem Trocken-Spirometer gemessen. Beide Spirometerversuche wurden von 3 Personen durchgeführt. Das Ziel war die Messung des Atemzugvolumens einschließlich der Vitalkapazität mit Hilfe von Spirometern. In dieser Arbeit soll ein geschlechtsspezifischer Unterschied zwischen den erlangten Werten der verschiedenen Spirometer (nass, bzw. trocken) herausgestellt werden. Von einer Person sind keine Ergebnisse vorhanden. Wie an den beiden Diagrammen ersichtlich, liegen die Mittelwerte von Männern über denen von Frauen und zwar sowohl bei dem AZV als auch bei der VK. Eine weitere Erkenntnis ist, dass bei dem Nass-Spirometer-Versuch eine Steigerung bei dem AZV erfolgt ist. Diese Entwicklung scheint geschlechtstunabhängig zu sein. Bei den Frauen ist im 1. Versuch ein Mittelwert von 2,0 l ermittelt worden und im 2. Versuch ein Mittelwert von 2,5 l. Bei den Männern ist diese Erhöhung ein bisschen niedriger ausgefallen, nämlich von 2,4 l im ersten Versuch auf 2,6 l im zweiten Versuch. Bei den Nass-Spirometer-Versuchen kann man erkennen, dass die Werte nicht mit der Angabe aus der Literatur übereinstimmen. 1 SCHEID, P.: Atmung, S. 223 ebd., S. 223 3 THEWS, G.: Anatomie, Physiologie, Pathophysiologie des Menschen, S. 270-271 4 SILBERNAGL, S.: Taschenatlas Physiologie, S. 85 5 SCHMIDT, R.-F./THEWS, G./LANG, F.: Physiologie des Menschen, S. 570, Abb.: 25-8 2 5 Ergebnisse der Nass-Spirometer-Versuche Mittelwerte der 1. und 2. Messung Nass 3,0 2,6 2,5 2,5 2,4 2,0 AZV (l) 2,0 1. Messung Frauen 1,5 2. Messung Frauen 1. Messung Männer 1,0 2. Messung Männer 0,5 0,0 Mittelwerte der 1. und 2. Messung VK Nass 5,0 4,7 4,6 4,5 4,0 VK (l) 3,5 3,0 2,5 2,0 3,1 3,1 1. Messung Frauen 2. Messung Frauen 1. Messung Männer 2. Messung Männer 1,5 1,0 0,5 0,0 Bei der Messung der Mittelwerte bei VK nass ist eine divergierende Entwicklung bei Frauen und Männern zu beobachten. Während bei den Frauen eine geringe Steigerung von 3,1 l auf 3,1 l zu beobachten ist, kommt es bei den Männern zu einer leichten Verringerung von 4,7 l im ersten Durchgang auf 4,6 l im zweiten Durchgang. Die absoluten Tendenzen von den Nassversuchen lassen sich auch bei den Trockenversuchen beobachten, d.h. das Volumen der Frauen ist geringer als das ihrer männlichen Mitstudenten. Auch die Tatsache, dass sich die Mittelwerte zwischen den beiden AZV-Versuchen unabhängig 6 Ergebnisse der Trocken-Spirometer-Versuche Mittelwerte der 1. und 2. Messung AZV Trocken 3,0 2,7 2,7 2,5 AZV (l) 2,0 1,9 2,1 1. Messung Frauen 2. Messung Frauen 1. Messung Männer 2. Messung Männer 1,5 1,0 0,5 0,0 Mittelwerte der 1. und 2. Messung VK Trocken 6,0 5,0 5,0 4,9 1. Messung Frauen VK (l) 4,0 3,0 3,6 3,5 2. Messung Frauen 1. Messung Männer 2. Messung Männer 2,0 1,0 0,0 vom Geschlecht des Probanden erhöhen, kann man hier erkennen. Beim Trockenversuch ist bei den Frauen eine Steigerung von 1,9 l des AZV im ersten Versuch auf 2,1 l festzustellen und analog bei den Männern eine Zunahme von 2,7 l AZV auf 2,7 l. Die Mittelwerte der VK nehmen bei beiden Geschlechtern ab. Ist bei den weiblichen Testpersonen eine Senkung von 3,6 l auf 3,5 l der VK zu verzeichnen, so ist die Reduktion bei den männlichen Probanden von 5 l auf 4,9 l des VK. Die Genauigkeit der Spirometer ist, wie man an den ermittelten Werten sehen kann, recht hoch. Probleme gab es bei den unterschiedlichen Handhabungen der Spirometer. Abschließend kann man sagen, dass ein Versuch mit einfachen Mitteln nicht nur Tendenzen aufgezeigt werden können, sondern Werte, wie sie in der Literatur genannt sind erreicht werden können. Literaturangaben: MUTSCHLER, E./VAUPEL, P./THEWS, G. Anatomie, Physiologie, Pathophysiologie des Menschen, 5. völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage, Stuttgart 1999 SCHEID, P.; Atmung. In: KLINKE. R./SILBERNAGL, S.(Hrsg.): Lehrbuch der Physiologie, 4. korrigierte Auflage, Stuttgart, New York 2001 SILBERNAGL, S.: Taschenatlas Physiologie, 4. überarbeitete Auflage, Stuttgart – New York 1988 THEWS, G.: Lungenatmung. In: SCHMIDT, R.-F./THEWS, G./LANG, F.: Physiologie des Menschen, 26. vollständig überarbeitete Auflage, Springer – Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1995 7 Johannes Gutenberg- Universität Mainz, Fachbereich Sport Seminar: „Sportphysiologie- Experimente mit einfachen Mitteln“ Seminarleiter: Prof. Dr. med. H.-V. Ulmer, Versuchsdatum: 03.11.2003 Referentin: Kerstin Greschek 2. Umfangsänderungen von Bauch und Thorax in Ruhe, bei maximaler Inspiration und bei maximaler Exspiration – Versuchsplan 1. Versuchsziel Veranschaulichung der Bauch- und Brustatmung als Teil der Atmungsmechanik. 2. Versuchsplanung Organisation: Die Studenten bilden Vierergruppen bestehend aus einer Versuchsperson (VP), einer Person, die für die Protokollierung der Daten verantwortlich ist und zwei Assistenten, die für die Messungen verantwortlich sind. Dabei misst Assistent (a) den Bauchumfang und Assistent (b) den Thoraxumfang. Nach Beendigung der Messungen werden die Positionen gewechselt, bis am Ende jede Person einmal VP war. Geräte: pro Gruppe zwei Maßbänder pro Person ein Versuchsprotokoll und ausrechend Schreibmaterial 3. Versuchsdurchführung an jeder VP werden jeweils 8 Messungen durchgeführt, d.h. Thorax- und Bauchumfangmessung bei normaler Ein- und Ausatmung, sowie bei max. Inspiration und max. Expiration. die Messungen werden im aufrechten Stehen durchgeführt der Bauch muss bei der Messung frei sein!! Messung des Thoraxumfangs: männliche VP: eine Handbreit unter der Brustwarze weibliche VP: unterhalb des Brustansatzes Messung der Bauchumfangs: mit der Oberkante des Maßbandes am unteren Ende des Bauchnabels. Messung bei Ruheatmung: normales Ein- und Ausatmen, am Übergangsmoment kurz den Atem anhalten. Messung bei Maximalatmung: maximale Ein- und Ausatmung, dabei wird kurz die Luft angehalten. Die jeweiligen Ergebnisse werden in die dafür vorgesehene Tabelle eingetragen. Die Reihenfolge der Messungen entspricht der untenstehenden Tabelle. 4. Versuchsprotokoll Name: Größe: Gemessene Werte in cm Thoraxumfang Bauchumfang Bemerkung: Ruheinspiration Geschlecht: Gewicht: Ruhe-Exspiration Max. Exspiration Max. Inspiration Abweichungen vom Versuchsplan und besondere Vorkommnisse bitte auf der Rückseite notieren 8 Johannes Gutenberg- Universität Mainz, Fachbereich Sport Seminar: „Experimente mit einfachen Mitteln”, Semester: WS 2002/ 2003 Seminarleiter: Prof. Dr. med. H.- V. Ulmer, Vortragsdatum: 11.11.03 Referentin: Kerstin Greschek ([email protected]) 2. Umfangsänderungen von Bauch und Thorax in Ruhe und bei maximaler Ein- und Ausatmung – Versuchbericht 1 Versuchsziel Ziel des Experimentes ist die Veranschaulichung der Bauch- und Thoraxatmung als Teil der Atmungsmechanik. 2 Sachstand 2.1 Anatomische Grundlagen: 2.1.1 Atmungsarten Brustatmung/Thoraxatmung: die Zwischenrippenmuskeln heben und senken den Brustkorb (Thorax) Bauchatmung/Abdominale Atmung: das Zwerchfell kontrahiert sich bei der Einatmung und entspannt sich bei der Ausatmung. > Diese Bewegung wird an der vorderen Bauchwand sichtbar. Je nachdem, ob die Atmung hauptsächlich durch Heben der Rippen oder durch Senken des Zwerchfells erfolgt, spricht man von thorakaler- oder von abdominaler Atmung. Beide Arten treten immer gemeinsam auf und somit ist die Definition der Atmungsart nur über die hauptsächlich genutzte Atemmuskulatur zu definieren. 2.1.2 Atmungsmuskeln Zwerchfell: wichtigster Atemmuskel. Es schließt den Thoraxraum kuppelförmig, in horizontale Richtung nach unten gegen die Bauchhöhle ab. Bei der Einatmung kommt es zu einer Kontraktion des Zwerchfells, aufgrund dessen sich der Thoraxraum vergrößert (Kuppeln flachen ab). Bei Ausatmung erschlafft das Zwerchfell und der Thoraxraum verkleinert sich wieder. Innere Zwischenrippenmuskeln: auch Exspirationsmuskeln, da sie für die Senkung der Rippen und somit für die Thoraxverkleinerung verantwortlich sind. Äußere Zwischenrippenmuskeln: auch Inspirationsmuskeln, da sie für die Hebung der Rippen und somit für die Thoraxvergrößerung verantwortlich sind. Atemhilfsmuskeln: unterstützen die regulären Atmungsmuskeln, überwiegend bei erhöhtem Atmungsbedarf, z.B. Atemnot. 2.1.3 Atmungsphasen In der Einatmungsphase (Inspirationsphase) wird der Thoraxinnenraum durch die Zwerchfellkontraktion und Hebung des Brustkorbes durch die äußeren Zwischenrippenmuskeln erweitert → aktiver Vorgang. Exspiration: In der Ausatmungsphase (Exspirationsphase) wird der Thoraxinnenraum durch Entspannung des Zwerchfells und Senkung des Brustkorbes verkleinert → passiver Vorgang. Inspiration: 2.2 Erwartungen Im Allgemeinen ist zu erwarten, dass eine Differenz im Umfang von Bauch und Thorax bei Inspiration und Exspiration besteht. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Umfänge von Thorax und Bauch bei Inspiration größer als bei Exspiration sind. Außerdem sollten die Differenzen (D) während der Maximalatmung größer sein als bei der Ruheatmung. 3 Messmethodik Der Versuch wurde gemäß dem Versuchsplan vom 04.11.03 an 28 Probanden, davon an 16 Männern und 12 Frauen, durchgeführt. Parallel zu diesem Versuch nahmen die Probanden noch an ei- 9 nem Experiment zur Bestimmung des Atemzugvolumens teil (Versuchsthema Nr. 1). Die Datensätze waren alle komplett. 4 Ergebnisse Die Werte des am 04.11.03 ausgeteilten Datenblattes wurden in einer Tabelle zusammengefasst und die Differenzwerte sowie die Mittelwerte der Differenzen gebildet. Dabei bildet Tabelle 1 die Versuchsergebnisse der Probanden und die Tabelle 2 die der Probandinnen ab (Anhang, S. 4). In Tabelle 3 findet die Gegenüberstellung der Mittelwerte sowie der Gesamtmittelwerte statt. A) Ruheatmung Die Mittelwertsdifferenzen des Thoraxumfanges sind sowohl bei den Männern als auch bei den Frauen größer als die Mittelwertsdifferenzen des Bauchumfangs (vgl. Tabelle 1, 2 u. 3). Bei Bauchumfang besteht eine sehr geringe Differenz zwischen Inspiration und Exspiration. B) Maximalatmung Die Mittelwertsdifferenzen des Thoraxumfanges bei der Maximalatmung liegen bei beiden Geschlechtern mit 6,5 cm bei den Männern und 7,7 cm bei den Frauen eindeutig höher als die Mittelwertsdifferenz des Bauchumfangs bei der Maximalatmung (0,1 cm bei den Männern und – 1,2 cm bei den Frauen). Außerdem wies eine Probandin (Nr. 23) bei der Differenz des Bauchumfangs bei maximaler Atmung mit – 8,5 einen auffallend hohen Negativwert auf. C) Vergleich der Thoraxumfangsänderung bei Ruhe- und Maximalatmung Die Veränderung des Thoraxumfanges ist bei Ruheatmung erheblich geringer als die Umfangsänderung des Brustkorbes bei maximaler Atmung (siehe Tabellen 1, 2 und 3). D) Vergleich der Bauchumfangsänderung bei Ruhe- und bei Maximalatmung Im Allgemeinen lässt sich feststellen, dass sowohl bei der Ruhe- als auch bei der Maximalatmung bei beiden Geschlechtern eine sehr geringe Umfangsdifferenz zwischen Inspiration und Exspiration zu erkennen ist. Dabei ist auffällig, dass die mittlere Differenz bei der Ruheatmung größer ist als die bei der Maximalatmung. Eine weitere Auffälligkeit ist die bereits in B) angesprochene negative Mittelwertsdifferenz der Frauen. 5 Diskussion 5.1 Diskussion Da in den Erwartungen formuliert wurde, dass die Umfänge von Thorax und Bauch bei Inspiration größer sein sollten als bei Exspiration, wurden demnach positive Werte erwartet. Somit verdeutlicht die negative Mittelwertsdifferenz bei der abdominalen Maximalatmung, dass der Bauchumfang bei maximaler Exspiration größer ist, als bei maximaler Inspiration. Dieser negative Wert kommt daher, weil 8 von 12 Probandinnen größere Bauchumfänge bei der maximalen Exspiration aufweisen, als bei maximaler Inspiration. Auch 7 von 16 Männern zeigen negative Differenzwerte auf (siehe Abb. 2). Jedoch bleibt hier die Mittelwertsdifferenz mit einem Wert von 0,1 cm nur knapp im positiven Bereich. Aufgrund der Versuchsergebnisse kann man erkennen, dass in beiden Fällen der Atmung eine thorakale der abdominalen Atmung vorgezogen wurde. Vor allem anhand der Werte der Maximalatmung ist ersichtlich, dass hier überwiegend Brust- bzw. Thoraxatmung durchgeführt wurde (vgl. Abb. 1). Auch bei der Ruheatmung ist eine verstärkte thorakale Atmung zu erkennen. Die Differenz zur Bauchatmung ist allerdings nicht so deutlich. Die Mittelwertsunterschiede zwischen Männern und Frauen sind auf anatomische Unterschiede, wie Statur und Körpergröße zurückzuführen. Große Unterschiede im Umfang konnte man bei beiden Atemarten im Brustkorbbereich erkennen, wohingegen der Bauchumfang kaum auffällige Veränderungen aufwies. Die Umfangsänderungen bei Thorax und Bauch in der Ruheatmung sind gering, demgegenüber unterscheiden sich die Umfangsänderungen bei der Maximalatmung in ihrem Ausmaß erheblich. 10 5.2 Methodenkritik Die Tabelle aus dem Versuchsplan, in die die Probanden ihre Werte eintragen sollten, sorgte bei einigen Studenten für Irritationen. Es wurde angenommen, dass bei der Maximalatmung erst der Wert der Inspiration eingetragen werden sollte und danach der der Expiration. Jedoch war die Tabelle umgekehrt angeordnet, sodass es möglich wäre, dass einige Daten vertauscht wurden und dies Einfluss auf das Ergebnis haben könnte. 6 Fazit Es ist eine nicht zu erwartende Mittelwertsdifferenz bei der abdominalen Maximalatmung der Frauen aufgetreten. Warum letztendlich ein anderes Ergebnis als das in den Erwartungen formulierte aufgetaucht ist, konnte nicht ausgemacht werden. Diese Frage soll in der anschließenden Diskussion mit den Studierenden erörtert werden. Anhand der Versuchsergebnisse konnte das Versuchsziel, nämlich die Veranschaulichung der Bauch- und Thoraxatmung als Teil der Atmungsmechanik sehr gut nachvollzogen werden. 7 Nachweis der verwendeten Literatur 1) FRÖHLICH, S.: Versuchsbericht: Umfangsänderung von Brustkorb und Bauch während Ruheatmung und Maximalatmung. Zum Seminar: Sportphysiologische Experimente mit einfachen Mitteln - Atmung, Kreislauf, Wärmehaushalt WS 01/02. Mainz, 2001. 2) TITTEL, K.: Beschreibende und funktionelle Anatomie des Menschen 13. Auflage. München/ Jena 2000. 3) VLACH, C.: Versuchsbericht: Endfassung des Versuchberichts zum Experiment Nr.5: Umfangsänderung von Bauch und Thorax während Ruhe- und Maximalatmung. Zum Seminar: Sportphysiologische Experimente mit einfachen Mitteln - Atmung, Kreislauf, Wärmehaushalt WS 02/03, Mainz, 2002. 4) VLACH, C.: Atmungsmechanik im Praktikumsversuch: Thorax- und Bauchumfang mit Bezug zu thorakaler und abdominaler Atmung, online verfügbar unter: http://www.unimainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/354AtmungPrakt03.pdf (06.02.2003). 5) WIRSCHINGER, H.: Versuchsbericht: Umfangsänderung von Bauch- und Thoraxumfang während Ruhe- und Maximalatmung. Zum Seminar: Sportphysiologische Experimente mit einfachen Mitteln- Atmung, Kreislauf, Wärmehaushalt WS 02/03. Mainz, 2002 Zugehörige Tabellen und Abbildungen auf den nachfolgenden Seiten 11 Für die Tabellen 1, 2 und 3 gilt die nachfolgende Legende, alle Werte sind in cm angegeben. (Die uneinheitlichen Nachkommastellen innerhalb der Spalten liegen in der Verantwortung der Seminarteilnehmerin, Kommentar des Seminarleiters) VP= Versuchsperson D= Differenz: Inspiration - Exspiration G= Geschlecht m= männlich M= Mittelwert w= weiblich Tabelle. 1: Versuchsergebnisse der Probanden, D= Differenz “ ein – aus“ VP 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 M s G m m m m m m m m m m m m m m m m Thoraxumfang (cm) Ruheatmung Maximalatmung ein aus D ein aus D 1 94 93 99 96 88,5 87 1,5 94 85 86,5 87 -0,5 90 84 82,5 79 3,5 86,3 77 100,5 96 4,5 103,5 95,5 86 82,5 3,5 91,5 82 84,5 81 3,5 86 79 107 105 2 110 105 99,8 98 1,8 103 97 91,5 89 2,5 94,7 94,7 88,9 88,1 0,8 93,2 88,1 86,4 85,6 0,8 91,6 82,4 94 93,5 0,5 96,5 91 83 81 2 85,5 77 94,5 93,5 1 97 91 93 90 3 95 88 91,3 89,3 2,0 94,8 87,7 ± 6,9 ± 6,4 ± 1,4 ± 6,7 ± 5,5 Bauchumfang (cm) Ruheatmung ein aus D 3 98,5 98,7 9 84,5 83,7 6 80 80 9,3 80,5 79,5 8 96 95 9,5 84 83 7 80 78 5 107 106 6 92 92,5 0 92,3 91,5 5,1 85,8 85,7 9,2 80,6 79,5 5,5 88 87,1 8,5 73 75,2 6 92 92,4 7 82 82 6,5 87,3 86,9 ± 2,6 ± 8,6 ± 9,0 Maximalatmung ein aus D -0,2 99,5 96,4 3,1 0,8 81 80 1 0 2 78,5 76,5 1 78 79 -1 2,5 1 97 94,5 1 79,5 85 -5,5 2 78 78 0 1 106 106 0 -0,5 90,8 91,4 -0,6 0,8 93,7 89,8 3,9 0,1 85,7 84,5 1,2 1,1 77,9 77,3 0,6 0,9 87,2 88,4 -1,2 -2,2 74,5 76,5 -2 -0,4 90 92,5 -2,5 0 80,5 81 -0,5 0,4 86,1 86,1 0,1 ± 1,0 ± 9,2 ± 8,4 ± 2,3 Tab. 2: Versuchsergebnisse der Probandinnen, D= Differenz “ein – aus”, Ausreißerwert von Probandin 23, nach Berechnung der Mittelwertsdifferenz und der dazugehörigen Standardabweichung ergaben sich folgende Vergleichswerte: -0,5 ± 1,6. VP 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 M s G W W W W W W W W W W W W Thoraxumfang (cm) Bauchumfang (cm) Ruheatmung Maximalatmung Ruheatmung Maximalatmung ein aus D ein aus D ein aus D ein aus D 80 76 4 84 73,5 10,5 78 77 1 76 78 -2 80 76 4 82 73 9 83 81 2 83 84 -1 -1 77 74,5 2,5 79 71 8 79 77,5 1,5 76 77 75 72 3 76 71 5 80 79 1 85 83 2 76 73 3 80 72 8 82 82 0 80 82 -2 2 -2 -1 74 72 76 71 5 79 81 79 80 1,6 77,1 75,5 82,4 75 7,4 77 79,5 -2,5 71,5 80 -8,5 77,5 73 4,5 79 72,5 6,5 78 79 -1 76 79 -3 0 2,5 81 77 4 82 74 8 77 77 78 75,5 0 0,5 81 79 2 86,5 75,5 11 86 86 85,5 85 0,5 -0,5 68 67 1 71,3 63,8 7,5 70,5 70 68,5 69 0,5 0 77 74 3 78 71 7 78 77,5 77 77 77,0 74,1 2,9 79,7 72,0 7,7 79,0 78,9 0,1 78,0 79,1 -1,2 ± 3,6 ± 3,1 ± 1,1 ± 4,1 ± 3,0 ± 1,8 ± 3,8 ± 3,9 ± 1,0 ± 5,1 ± 4,3 ± 2,8 Tab. 3: Gegenüberstellung der Mittelwerte und Differenzen aus den Tab. 1 und 2, sowie der Gesamtmittelwerte und Gesamtdifferenzen der 28 Probanden. Thoraxumfang (cm) Ruheatmung Ein Aus D Maximalatmung Ein Aus D 94, 8 Männlich(n=16) 91,3 Weiblich (n=12) Gesamt (n=28) Bauchumfang (cm) Ruheatmung Ein Aus D Maximalatmung Ein Aus D 77 84,2 89,3 74,1 81,7 2 87,7 6,5 87,3 72 79,9 7,7 7,1 79 83,2 79,7 2,9 2,5 87,3 86,9 78,9 82,9 6,4 0,1 3,3 86,1 78 82,1 79,1 82,6 0,1 -1,2 0,6 12 13 Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, Fachbereich Sport Seminar: Sportphysiologie - Experimente mit einfachen Mitteln Seminarleitung: Prof. Dr. med. H.-V. Ulmer, Versuchsleiter: Marc Schechter, [email protected], Datum: 11.11.2003 3. Atemminutenvolumen, Atemzugvolumen und Atmungsfrequenz nach körperlicher Arbeit unterschiedlicher Intensität – Versuchsplan Versuchsziel: Feststellung der Thoraxumfangänderung und der Atemfrequenz vor und nach körperlicher Arbeit unterschiedlicher Intensität Versuchsplan Organisation: Das Experiment wird im Foyer des Hauptgebäudes des FB Sports an der Treppe durchgeführt. Jede Versuchsgruppe besteht aus vier Personen. Gruppe: 1 Proband Material: Stoppuhr 1 Protokollant/Zeitnehmer Stift 1 Person zur Messung des Thoraxumfangs Maßband 1 Person zur Messung der Atemfrequenz Pro Proband ein Versuchsprotokoll Versuchsdurchführung Alle Messungen werden im aufrechtem Sitzen auf einem Stuhl durchgeführt. 1. Messung im Ruhezustand (insgesamt 2 min.): Alle 30 Sekunden werden Atemfrequenz und Thoraxumfang gemessen. Die Messung der Atemfrequenz erfolgt durch Auflegen je einer Hand auf Bauch und Brust. Der Thoraxumfang wird bei männlichen Probanden unter dem M. pectoralis major, bei weiblichen Probanden direkt unter der Brust gemessen. 2. Erste Belastungsphase: Der Proband läuft 2 Minuten lang die Treppen (20/18 Stufen) auf und ab mit mittlerer Intensität (Richtwert: jeweils max. 15 Sekunden). 3. Messung nach mittlerer Belastung (insgesamt 3 min.): Unmittelbar nach der Belastung erfolgt erneut eine Messung von Atemfrequenz und Thoraxumfang im Rhythmus von 30 Sekunden. 4. Zweite Belastungsphase: Der Proband läuft nun 2 Minuten lang die Treppen (20/18 Stufen) auf und ab mit hoher Intensität (Richtwert: jeweils max. 10 Sekunden). 5. Messung nach hoher Belastung (insgesamt 5 min.): Die Messung erfolgt wie nach der ersten Belastungsphase, aber jetzt insgesamt 5 Minuten. Versuchsprotokoll Name, Vorname: Gewicht ( in kg): Alter: Zeit (in s) Messung im Ruhezustand Messung nach 1. Belastung Messung nach 2. Belastung Größe (in cm): 30 Anzahl der Atemzüge Umfangsänderung als Differenz Anzahl der Atemzüge Umfangsänderung als Differenz Anzahl der Atemzüge Umfangsänderung als Differenz 60 90 120 150 180 210 240 300 14 Sportphysiologisches Seminar - Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/4, Fachbereich Sport, Johannes-Gutenberg-Universität Mainz Seminarleitung: Prof. Dr. med. H.-V. Ulmer, Referent: Marc Schechter, Datum: 18.11.2003, Versuch vom 11.11.2003, E-Mail: [email protected] 3. Atemminutenvolumen, Atemzugvolumen und Atemfrequenz nach körperlicher Arbeit unterschiedlicher Intensität – Versuchsbericht 1. Versuchsziel Ziel des Experimentes ist es, die Auswirkung von körperlicher Arbeit unterschiedlicher Intensität auf Thoraxumfang, Atemfrequenz und Atemminutenvolumen zu untersuchen. 2. Sachstand 2.1. Begriffsklärung (Marées, S. 224 f) Atemfrequenz: Zahl der Atemzüge in einem bestimmten Intervall, meist eine Minute Atemzugvolumen: Lungenvolumen, das bei normaler Atmung ein- und ausgeatmet wird Atemminutenvolumen: Volumen, das innerhalb einer Minute ein- und ausgeatmet wird, also das Produkt aus Atemfrequenz (pro Minute) und Atemzugvolumen. 2.2. Atemregulation Die Regulation der Atmung erfolgt im Atemzentrum im verlängerten Mark, der Medulla oblongata. Die Faktoren, die diese Regulation bestimmen, sind (nach Marées, S. 232 f): Sauerstoffpartialdruck des Blutes Kohlendioxidpartialdruck des Blutes Wasserstoffionenkonzentration Rückmeldung aus der arbeitenden Muskulatur Kortikale Mitinnervation Bei körperlicher Arbeit kommt es nun durch ein Zusammenwirken dieser Faktoren zu einer Steigerung der Ventilation, also des Atemzugvolumens und der Atemfrequenz und damit des Atemminutenvolumens (Marées, S. 234). 2.3. Erwartungen Bei Inspiration vergrößert sich der Thoraxinnenraum, bei Exspiration verkleinert er sich. Daraus kann man folgern, dass sich auch der Thoraxumfang bei Inspiration und Exspiration ändert. Bei zunehmender körperlicher Arbeit steigt das Atemzugvolumen, zudem wird verstärkt auf Brustatmung umgestellt (Marées, S. 236). Somit wird erwartet, dass sich auch die Änderung des Thoraxumfangs nach körperlicher Arbeit vergrößert. Zudem soll diese Änderung hier als Maß für die Vergrößerung des Lungenvolumens und damit als Äquivalent für das Atemzugvolumen genommen werden. Es wird also erwartet, dass sich durch die körperliche Arbeit die Atemfrequenz, der Thoraxumfang und damit das Atemzugvolumen (Äquivalent) erhöhen. Im Folgenden soll der Einfachheit halber nur noch von Atemzug-, Atemzeit- und Atemminutenvolumen die Rede sein, ohne explizit zu erwähnen, dass es sich um Äquivalente handelt. 3. Methodik Am Versuch am 11.11.2003 nahmen insgesamt 11 Probanden teil, ein Versuchsprotokoll war nicht auswertbar, so dass letztlich je fünf weibliche und männliche Probanden in der Auswertung erfasst sind. Der Versuch verlief gemäß Versuchsplan. 4. Ergebnisse Die einzelnen Ergebnisse der Probanden sind in den Tabellen im angehängten Datenblatt dargestellt. Tabelle 1 stellt die Atemfrequenzen der Probanden zu den verschiedenen Messzeitpunkten dar, Tabelle 2 die Differenzen den Thoraxumfanges bei Ein- und Ausatmung zu den Messpunkten. Aus den Atemfrequenzen und den Differenzen wurden durch Multiplikation Atemzeitvolumina errechnet. Hierbei ist zu beachten, dass die Messungen in Intervallen von 30 s erfolgten, so dass 15 sich erst durch die Addition der Werte zweier Messzeitpunkte ein Atemminutenvolumen ergibt, was lediglich bei den Mittelwerten zu den einzelnen Zeitpunkten geschehen ist. Die Ergebnisse sind in Tabelle 3 dargestellt. Für alle Messzeitpunkte wurden Mittelwerte für die verschiedenen Werte gebildet, auf eine Trennung nach Geschlechtern wurde verzichtet, ebenso auf die Bildung von intraindividuellen Mittelwerten. 4.1. Atemfrequenzen Die Atemfrequenzen lagen bei Ruhe zwischen fünf und zwölf Atemzügen im Intervall von 30 s. Nach der 1. Arbeitsphase von mittlerer Intensität stiegen die Atemfrequenzen auf 8 bis 23 Atemzüge im 1. Messintervall von 30 s. Zum Ende der Mess- und Ruhephase von insgesamt 120 s sank die Atemfrequenz wieder, bei den Probanden 3, 5, 6 und 8 sogar unter den Ruhewert. Nach der 2. Arbeitsphase von hoher Intensität stieg die Atemfrequenz bei allen Teilnehmern, außer bei den Probanden 2 und 4, wieder an, meist auch über den Wert der 1. Messung nach der 1. Arbeitsphase. Nach der Mess- und Ruhephase von diesmal insgesamt 4 min. erreichten die Probanden 3, 7, 8, 9 und 10 wieder ihren Ruhewert. Abbildung 1 zeigt nun die Mittelwerte für die Atemfrequenz zu den verschiedenen Messzeitpunkten. Es zeigt sich, dass sich die Zahl der Atemzüge nach den Arbeitsphasen steigert, nach der zweiten, intensiveren Phase noch mehr als nach der ersten. Mit der Zeit nähern sich die Werte wieder den Ruhewerten, erreichen diese aber nicht ganz, bleiben aber nach der 1. Arbeitsphase bei 90 s, nach der 2.Arbeitsphase bei 150 s auf leicht erhöhtem Niveau konstant. Anzahl der Atemzüge Atemfrequenz Mittelwerte in Ruhe Mittelwerte nach 1. Arbeitsphase Mittelwerte nach 2. Arbeitsphase 16 14 12 10 8 6 1 2 3 4 5 6 7 8 Zeitintervalle (30 s) Abbildung 1: Mittelwerte der Atemfrequenzen zu den verschiedenen Messzeitpunkten 4.2. Thoraxumfangsänderung Im Ruhezustand lagen die Differenzen des Thoraxumfanges zwischen 0,3 und 2 cm, nach der 1. Arbeitsphase stiegen die Wert auf 1 bis 5 cm, um dann bis zum Beginn der 2. Arbeitsphase wieder auf 0,2 bis 2 cm abzusinken. Die Ruhewerte wurden von allen Probanden außer 2 und 6 wieder erreicht oder sogar unterschritten. Nach der zweiten Arbeitsphase lagen die Werte der 1. Messung bei 1 bis 7 cm und damit bei allen Probanden außer 2, 7 und 9 über den Werten nach der 1. Arbeitsphase. Die Ruhewerte erreichten die Probanden meist schon vor Ablauf der Ruhephase, lediglich die Probanden 8 und 10 hatten noch höhere Differenzen als im Ruhezustand. In Abbildung 2 sind nun die Mittelwerte der Differenzen der Thoraxumfänge aufgetragen. Auch hier liegen die Werte nach der 2. Arbeitsphase bei der ersten Messung über denen der 1. Arbeitsphase, sowie diese wiederum über denen der Ruhemessung. Nach 90 s haben sich die Werte nach den beiden Arbeitsphasen einander angenähert, nach 120 s liegen sie fast wieder auf den Ruhewerten. 16 Umfangsänderung in cm Thoraxumfangsänderung 4 Mittelwerte in Ruhe Mittelwerte nach 1. Arbeitsphase Mittelwerte nach 2. Arbeitsphase 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 Zeitintervalle (30 s) Abbildung 2: Mittelwerte der Thoraxumfangsänderungen zu den verschiedenen Messzeitpunkten 4.3. Atemzeitvolumina und prozentuale Veränderungen Die Atemzeitvolumina für ein Zeitintervall von 30 s lagen in den Ruhemessungen zwischen 2.7 und 16. Nach der 1. Arbeitsphase stiegen sie auf 10 bis 42,5 und damit bei allen über die Ruhewerte. Am Ende der Messphase waren sie bei allen Probanden bis auf Nummer 4 und 9 auf die Ruhewerte abgesunken, teilweise sogar darunter. Nach der 2, Arbeitsphase wurden Werte von 10 bis 70 gemessen, alle Probanden außer 2 und 7 lagen damit sowohl über ihren Ruhewerten als auch über den Werten nach der 1. Arbeitsphase. Bis auf die Probanden 4, 5, 8 und 10 erreichten alle Probanden auch wieder zumindest annähernd die Ruhewerte innerhalb des gesamten Messzeitraumes von 240 s. Die Mittelwerte der Atemzeitvolumina zu den verschiedenen Messzeitpunkten sind in Abbildung 3 abgetragen. Es ergibt sich das gleiche Bild wie in den Abbildungen 1 und 2. In Abbildung 4 sind die prozentualen Änderungen der Mittelwerte von Atemfrequenz, Thoraxumfangsänderung und Atemzeitvolumen durch die beiden Arbeitsphasen dargestellt. Dabei steigert sich das Atemzeitvolumen auf 600% des Ruhewertes, während sich Atemfrequenz und Thoraxumfangsänderung nur auf ca. 200%, bzw. 300% steigern. Prozentuale Änderungen Atemzeitvolumen Atemzeitvolumen (Äquivalent) 50 40 Mittelwerte in Ruhe 30 Mittelwerte nach 1.Arbeitsphase 20 Mittelwerte nach 2.Arbeitsphase 10 0 700% 600% 500% 400% 300% 200% 100% 0% Messung in Ruhe Messung nach 1. Arbeitsphase Messung nach 2. Arbeitsphase 1 1 2 3 4 5 6 7 8 Zeitintervalle (30 s) Abbildung 3: Atemzeitvolumen (Äquivalente) 2 3 1 - Atemfrequenz 2 - Thoraxumfang 3 - Atemzeitvolumina Abbildung 4: Prozentuale Änderungen der Mittelwerte 5. Diskussion 5.1. Allgemeine Diskussion In den Abbildungen zeigt sich eindeutig, dass sich die Mittelwerte von Atemfrequenz, Differenzen und daraus resultierend des Atemminutenvolumens durch körperliche Arbeit erhöhen, und zwar in Abhängigkeit von der Intensität dieser körperlichen Arbeit. Dabei zeigt sich, dass die Erhöhung der Atemfrequenz länger anhält als die Vergrößerung des Thoraxumfanges. Im Mittelwert werden die Ruhewerte im gesamten Messzeitraum nicht mehr erreicht, und auch ein konstantes Niveau wird bei der Atemfrequenz ungefähr ein Zeitintervall später erreicht als bei der Thoraxumfangsänderung. 17 Die Probanden 2 und 7 zeigten bei Atemfrequenz und Thoraxumfang, sowie Proband 9 nur beim Thoraxumfang nach der 2. Arbeitsphase geringere Werte als nach der 1. Arbeitsphase. Mögliche Erklärung hierfür können zum einen die Ausdauerfähigkeiten der Probanden (Beispiel Proband 2) sein und zum anderen ein Abfallen der Leistung zum Ende der 2. Arbeitsphase sein. 5.2. Methodenkritik Ein Problem bildet die Messung des Thoraxumfanges. Da die Werte oft im Bereich von nur 0,5 bis 1 cm liegen, ist der Einfluss der Störfaktoren doch erheblich. Diese Störfaktoren sind vor allem die Kleidung und die Heftigkeit der Atmung nach der körperlichen Arbeit. Hierdurch kann es leicht zu Ungenauigkeiten beim Ablesen der Werte kommen, da auch das Messinstrument (Maßband) nicht so genau ist. Die Einschätzung der Probanden über die zu leistende Arbeit ist doch sehr subjektiv, es kann leicht dazu kommen, dass der Proband die Aufgabe des Treppensteigens unter- oder überschätzt. Ebenfalls stellt die Motivation der Teilnehmer ein Problem dar, da es sich um eine anstrengende Tätigkeit handelt. In Anbetracht des Teilnehmerkreises dieses Versuchs (motivierte, sportliche Seminarteilnehmer) erscheint dieses Problem hier nicht relevant. Ein weiteres Problem stellt der Einfluss der 1. Arbeitsphase auf die 2. Arbeitsphase dar. Die Messwerte haben sich zwar zu Beginn dieser 2. Arbeitsphase zwar den Ruhewerten angenähert, diese aber nicht ganz erreicht, so dass doch von einem gewissen Einfluss auszugehen ist. Wie groß dieser Einfluss ist, wäre ein mögliches Thema für weitere Experimente. Der Unterschied der Geschosshöhen der beiden Versuchsstrecken scheint keinen Einfluss auf die Ergebnisse gehabt zu haben, da alle Teilnehmer ähnliche Ergebnisse aufweisen und auch die Ausreißer an beiden Stationen zu finden waren. 6. Fazit Insgesamt kann man sagen, dass das Versuchsziel erreicht wurde. Ein Einfluss von körperlicher Arbeit auf Atemfrequenz und Thoraxumfang konnte festgestellt werden. Es ist davon auszugehen, dass die Werte von der Intensität der körperlichen Arbeit abhängen. Es konnten Unterschiede in der Anpassung festgestellt werden. Die Erhöhung der Atemfrequenz ist langanhaltender als die Veränderung der Thoraxumfangsdifferenz. 7. Literaturverzeichnis MARÈES, H. de: SPORTPHYSIOLOGIE, 9., vollst. überarb. und erweit. Aufl., Bearb.: Hermann Heck; Ulrich Bartmus, Köln 2002 Datenblatt: Tabelle 1: Atemfrequenzen zu den einzelne Messzeitpunkten VP Geschlecht Alter Größe Gewicht Messung in Ruhe Messung nach 1. Arbeitsphase Zeit (in s) 30 60 30 60 90 120 1 m 26 182 76 7 6 10 9 7 8 2 m 22 180 69 9 10 15 10 9 10 3 m 24 178 71 8 8 10 8 7 7 4 m 24 168 53 11 12 23 22 19 19 5 m 29 180 74 6 6 9 6 6 6 6 w 23 179 70 9 8 13 11 8 6 7 w 24 162 53 9 10 12 11 10 9 8 w o.a. o.a. o.a. 7 5 8 7 4 5 9 w 24 168 64 10 10 14 15 13 13 10 w 23 170 60 7 8 8,5 9 9 8,5 Mittelwert 8,3 8,3 12,3 10,8 9,2 9,2 Messung nach 2.Arbeitsphase 30 60 90 120 150 180 210 240 18 15 14 12 10 10 10 10 10 10 10 11 9 11 9 11 14 10 8 8 7 7 8 7 19 15 13 14 15 16 14 15 15 11 9 10 7 8 8 9 22 17 17 13 13 12 13 11 12 11 11 10 9 9 10 9 14 9 7 7 4 5 4 4 16 16 14 14 13 14 14 10 10 9 10 9 9 8 9 8 15,0 12,3 11,3 10,8 9,6 10,0 9,9 9,4 18 Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Tom Burkhardt, Datum: 18.11.2003 E-Mail: [email protected] 4. Thema: Maximale Atemanhaltezeit und Atmungsregulation – Versuchsbericht 1. Versuchsziel Ziel des am 11.11.2003 durchgeführten Versuchs war es, die maximalen Atemanhaltezeiten bei max. Inspiration und max. Expiration festzustellen. Des Weiteren sollte durch diesen Versuch ermittelt werden inwieweit sich Hyperventilation auf diese auswirkt. Tabelle 2: Thoraxumfangsänderungen zu den einzelne Messzeitpunkten VP Messung in Ruhe Messung nach 1. Arbeitsphase Zeit (in s) 30 60 30 60 90 120 1 1 1 1,5 0,5 1 0,5 2 0,5 0,5 1,5 2 1 1 3 1 1 1 1 0,4 0,2 4 0,5 0,5 1,5 1 0,7 0,6 5 1 1 3 2 1,5 1 6 0,5 0,5 1,5 1 1,8 1,6 7 0,3 0,5 1,8 1,5 1 0,5 8 1 1 3 1,5 5 2 9 1 1 2,1 1,4 1 0,8 10 2 2 5 3,5 2,3 2 Mittelwert 0,9 0,9 2,2 1,5 1,6 1,0 Tabelle 3: Atemzeitvolumina zu den einzelne Messzeitpunkten VP Messung in Ruhe Messung nach 1. Arbeitsphase s 30 60 30 60 90 120 1 7 6 15 4,5 7 4 2 4,5 5 22,5 20 9 10 3 8 8 10 8 2,8 1,4 4 5,5 6 34,5 22 13,3 11,4 5 6 6 27 12 9 6 6 4,5 4 19,5 11 14,4 9,6 7 2,7 5 21,6 16,5 10 4,5 8 7 5 24 10,5 20 10 9 10 10 29,4 21 13 10,4 10 14 16 42,5 31,5 20,7 17 MW 6,9 7,1 24,6 15,7 11,9 8,4 AMV(MW) 14,0 40,3 20,4 Messung nach 2.Arbeitsphase 30 60 90 120 150 2 1 0,4 0,7 0,5 1 1 0,5 0,5 0 1,3 0,8 0,7 0,6 0,5 3,5 2,5 1,5 0,8 1 4 2,5 2 1,5 1,5 2,5 1,5 1,3 0,8 1 1,5 1 1 0,5 0,5 4 4 3 3 3 2 2,2 1,2 0,6 0,8 7 5 4 3 3 2,9 2,2 1,6 1,2 1,2 180 0,4 0,5 0,5 1 1 0,9 0,5 2 0,5 3 1,0 Messung nach 2.Arbeitsphase 30 60 90 120 150 180 36 15 5,6 8,4 5 4 10 10 5 5,5 0 5,5 18,2 8 5,6 4,8 3,5 3,5 66,5 37,5 19,5 11,2 15 16 60 27,5 18 15 10,5 8 55 25,5 22,1 10,4 13 10,8 18 11 11 5 4,5 4,5 56 36 21 21 12 10 32 35,2 16,8 8,4 10,4 7 70 45 40 27 27 24 42,2 25,1 16,5 11,7 10,1 9,3 67,2 28,1 19,4 210 0,8 0,5 0,6 0,5 1 0,6 0,5 2 1 2 1,0 210 8 4,5 4,8 7 8 7,8 5 8 14 18 8,5 Tabelle 4: Prozentuale Veränderungen von Atemfrequenz, Thoraxumfangsdifferenz umd Atemzeitvolumen nach Arbeit Atemfrequenz Thoraxumfang. Atemzeitvolumen Mittelwerte absolut prozentual absolut prozentual absolut prozentual Messung in Ruhe 8,3 100% 0,9 100% 6,9 100% Messung nach 1. Arbeitsphase 12,3 148% 2,2 244% 24,6 355% Messung nach 2. Arbeitsphase 15,0 181% 2,9 322% 42,2 610% 240 0,5 0,5 1,2 0,6 1 0,5 0,5 2 0,8 3 1,1 240 5 5,5 8,4 9 9 5,5 4,5 8 8 24 8,7 17,2 19 2. Sachstand Atmung: Die Atmung hat die Aufgabe den Körper mit Sauerstoff zu versorgen und das bei den Stoffwechselvorgängen entstandene Kohlendioxid zu entfernen. Atmungsregulation: Das Atmungszentrum liegt im verlängerten Rückenmark des ZNS (Medulla oblongata). Der Atemantrieb wird beeinflusst durch: 1. Chemorezeptoren im arteriellen System (Halsschlagader und Aorta). Diese messen hauptsächlich den O2-Partialdruck. Der Atemreiz wird durch Sauerstoffmangel ausgelöst. 2. Chemorezeptoren im Gehirn, die den CO2- Partialdruck und den ph-Wert (Säuregrad) messen. Wird ein bestimmter Grenzwert erreicht, wird der Atemreiz ausgelöst. 3. Atemreiz bei Kälte (über die Kälterezeptoren der Haut) 4. Muskelrezeptoren, welche die Stoffwechselaktivität im Muskel messen und dem ZNS ggf. gesteigerte Aktivität signalisieren. 5. Dehnungsrezeptoren in der Lunge regeln den rhythmischen Ablauf der Atmung. Der wichtigste chem. Atemreiz ist der CO2-Partialdruck. Dieser liegt normalerweise bei ca. 40 mmHg, ab ca. 46 mmHg setzt ein unwillkürlicher Atemreiz ein und unter 23 mmHg wird der Atemreiz gehemmt. Anhalten des Atems: Beim Atemanhalten läuft die innere Atmung (Gewebsatmung) weiter. Der Sauerstoffgehalt sinkt mit der Zeit immer mehr ab, damit auch der O2-Partialdruck. Als Folge davon steigt der CO2-Gehalt an. Da sowohl Sauerstoffmangel, als auch Kohlendioxidüberschuss erregend auf das Atemzentrum wirken, wird das Atemanhalten durch den Atemreiz abgebrochen und die Atmung setzt wieder ein. Hyperventilation: Einatmung, die über die Stoffwechselbedürfnisse hinausgeht. Durch vermehrtes abatmen von CO2 wird der CO2-Gehalt im Blut so weit herabgesetzt (auf bis zu 23 mmHg), dass der Atemreiz erst deutlich später einsetzt. Aufgrund der hohen Sättigungswerte des Blutes mit O 2 (95-98 %) ist eine Mehraufnahme nicht möglich. Atemanhaltezeit: Zeit, die der Atemreiz willkürlich unterdrückt werden kann. Die AAZ eines gesunden „Durchschnittsmenschen“ liegt nach HOLLMANN bei ca. 45-60 Sekunden. 6 3. Erwartungen Im Allgemeinen ist zu erwarten, dass die Atemanhaltezeiten nach Inspiration, aufgrund der größeren Luftmenge in den Lungen, größer sein dürften als nach Expiration und dass sich die Hyperventilation verlängernd auf beide Atemanhaltezeiten auswirken würde. 4. Methodik Der Versuch wurde am 11.11.2003 gemäß dem Versuchsplan mit 28 Probanden, davon 16 Frauen und 12 Männern durchgeführt. Alle Versuchspersonen konnten alle 4 Teilversuche durchführen, so dass 28 komplette Datensätze vorliegen. 6 HOLLMANN, W.; HETTINGER, T.: Sportmedizin: Grundlagen für Arbeit, Training und Präventivmedizin, 488 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 VP(m) Max .Inspira tion Max. ExpiraHV tion+ Max. InspiraHV tion+ Max. Expiration Tab.2 AAZ in s der männlichen Versuchspersonen Max. Inspiration Max. ExpiraHV tion+ Max. InspiraHV tion+ Max. Expiration VP (w) 5. Ergebnisse: Tab.1 AAZ in s der weiblichen Versuchspersonen 31 74 42 35 61 36 50 40 51 49 83 50 51 60 55 64 25 23 20 26 48 34 21 26 32 23 29 31 21 29 26 27 28 + M + s 52 + 14 7 Max. 83 48 Min. 31 20 40 63 43 45 83 58 95 49 86 77 141 75 73 46 83 62 70 + 26 141 40 32 38 30 30 52 48 37 22 38 45 98 46 31 20 32 34 31 + 18 98 20 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 M+s Max. Min. 43 60 71 48 44 98 71 75 81 70 72 75 67 + 16 98 43 20 36 36 30 20 37 30 33 42 30 32 48 33 + 8 48 20 75 90 123 65 100 123 82 150 153 90 104 65 76 +30 153 65 30 54 50 31 29 62 38 84 84 37 37 65 38 + 20 84 29 Bemerkungen: Unter dem Punkt Bemerkungen wurde folgendes eingetragen. - Nach Hyperventilation: Schwindelgefühl, Hustenreiz - Roter Kopf - Verschnupft, bzw. Erkältet Die Möglichkeit für Bemerkungen wurde vermehrt von den Frauen wahrgenommen. 6. Auswertung der Ergebnisse: - Die AAZ der männlichen Probanden waren in allen 4 Teilversuchen länger als die der Frauen. - Die AAZ nach Inspiration waren deutlich länger, als nach Expiration. Dies war auch nach Hyperventilation der Fall. - Die AAZ konnten durch Hyperventilation bei fast allen Probanden verlängert werden. Bei 4 von den 28 Probanden war dies nicht der Fall. Dies ist zum Teil damit zu erklären, dass 2 dieser 4 bei Bemerkungen Schnupfen und Erkältung angegeben haben. - Die Staffelung der AAZ folgten bei den Frauen, wie auch bei den Männer folgendem Muster: max. Inspiration nach Hyperventilation > max. Inspiration > max. Expiration nach Hyperventilation > max. Expiration. - Verhältnisse der AAZ nach : 1. Expiration verglichen mit Inspiration: 1: 1,9 (VPw) bzw. 1: 2 (VPm) 2. Expiration nach HV mit Inspiration nach HV: 1: 2,3 (VPw) bzw. 1: 2 (VPm) 3. Expiration ohne HV verglichen mit Expiration mit HV: 1: 1,1 bzw. 1: 1,2 (VPm) 4. Inspiration ohne HV verglichen mit Inspiration mit HV: 1: 1,3 bzw. 1: 1,1 (VPm) 7. Diskussion: Die durchgeführten Versuche haben gezeigt, dass die AAZ nach Inspiration länger ist als nach Expiration. Dies ist darauf zurückzuführen, dass durch die größere Luftmenge (inspiratorisches Re- 21 servevolumen: 2,5 Liter2) in den Lungen längere Zeit ein Gasaustausch (O2 wird abgegeben, CO2 wird aufgenommen) stattfinden kann. Ferner wurde gezeigt, dass Hyperventilation die AAZ verlängert. Der Grund dafür ist, dass bei Hyperventilation vermehrt CO 2 abgegeben wird, wodurch der Atemreiz länger unterdrückt werden kann, da der CO2-Partialdruck die Einatemschwelle erst nach längerer Zeit als sonst üblich erreicht. 8. Methodenkritik: Während der Versuchsdurchführung ist folgendes Problem aufgetreten. Einer der Probanden hielt den Atem nicht bis zum Einsetzten des Atemreizes an, sondern entließ die Luft allmählich. Durch das allmähliche Ausatmen der Luft wird der Druck von der Lunge genommen, was zu einer längeren AAZ führte, als wenn man die Luft bis zum einsetzen des Atemreizes anhält. Aufgrund dessen wurden die Teilversuche des betreffenden Probanden wiederholt. Die anderen Probanden wurden daraufhin auf die korrekte Durchführung hingewiesen. Es stellte sich heraus, dass die restlichen Probanden die Teilversuche richtig durchgeführt hatten. Ein weiterer Punkt, der verbessert werden kann liegt bei den Stoppuhren. Für einheitliche Voraussetzungen ist darauf zu achten, dass nur Handstoppuhren verwendet werden, da bei den größeren Tischstopuhren die AAZ gut abzulesen ist, was sich motivierend auf das Atemanhalten der Probanden und dementsprechend auf die AAZ auswirken kann. 9. Fazit Der Versuch war mit einfachen Mitteln gut durchzuführen und es konnten komplette Datensätze ermittelt werden. Im Allgemeinen wurden die Erwartungen bis auf ein paar Ausnahmen erfüllt, d.h. es wurde gezeigt, dass die AAZ nach Inspiration länger sind als nach Expiration und dass sich Hyperventilation verlängernd auf die AAZ auswirkt. 10. Literatur DE MARÉES, H.: Sportphysiologie, 9., vollständige überarbeitete Auflage, Köln: Sport und Buch Strauss, 2002 KÖNECKE, T.: Versuchsbericht: Maximale Atemanhaltezeit und Atmungsregulation. Zum Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln, WS 01/02, Mainz 2001. METH, E.: Versuchsbericht: Atemanhaltezeit und Atmungsregulation. Zum Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln, WS 02/03, Mainz 2002. TITTEL, K.: Beschreibende und funktionelle Anatomie des Menschen, 13. Auflage. München/Jena 2000 Anhang zum Thema maximale Atemanhaltezeit und Atmungsregulation: 1. Männliche Versuchspersonen Abb. 1: Vergleich der AAZ nach max. Inspiration und max. Expiration AAZ in s AAZ nach max. Inspiration / AAZ nach max. Expiration 120 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Probanden max.Inspiration 2 max.Expiration DE MARÉES, H.: Sportphysiologie, 9., vollständige überarbeitete Auflage, Köln: Sport und Buch Strauss, 2002 22 AAZ nach max. Inspiration / AAZ nach HV + max. Inspiration AAZ in s 200 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Probanden max.Inspiration HV + max. Inspiration Abb. 2: Vergleich der AAZ nach max. Inspiration und nach Hyperventilation max. Inspiration 2. Weibliche Versuchspersonen AAZ nach max.Inspiration / AAZ nach max.Expiration AAZ in s 100 80 60 40 20 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Probanden max.Inspiration max.Expiration Abb. 3: Vergleich der AAZ nach max. Inspiration und max. Expiration AAZ nach max.Inspiration / AAZ nach HV + max.Inspiration AAZ in s 150 100 50 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Probanden max.Inspiration HV + max.Inspiration Abb. 4: Vergleich der AAZ nach max. Inspiration und nach Hyperventilation max. Inspiration 23 Johannes Gutenberg Universität Mainz Fachbereich Sport, Seminar: „Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln“ Seminarleiter: Prof. Dr. med. Hans-Volkhart Ulmer, Referent: Nils Schenk, Vortragsdatum: 18.11.2003, e-mail: [email protected] 5. Zum Aufbau von Versuchsberichten und zum wissenschaftlichen Arbeiten – Vortrag Definition: Was ist wissenschaftliches Arbeiten? Wissenschaft macht Aussagen, diese sollten auf dem aktuellen Stand der Wissenschaft Neues aussagen und dabei den Kriterien der Wissenschaftsgemeinde entsprechen (u. a. Validität, Reliabilität, Objektivität, Überprüfbarkeit). Wissenschaftliche Aussagen sollte nicht trivial sein, sondern sie sollten relevant sein, d.h. Fragen von Interesse behandeln. Sie haben dabei allerdings keinen Anspruch immer gültig/wahr zu sein, sondern sind immer als vorläufig anzusehen. Eine wissenschaftliche Aussage ist also immer nur so lange aktuell und richtig, bis sie erfolgreich und glaubhaft (d.h. den Kriterien der Wissenschaftsgemeinde entsprechend) widerlegt wurde. Da sie überprüfbar sein müssen, auch wenn sie dabei eventuell widerlegt werden, müssen wissenschaftliche Aussagen darlegen, auf welchen Prämissen sie beruhen und unter welchen Bedingungen sie gelten. Verschiedene Typen von wissenschaftlichen Arbeiten 1. Seminararbeit: Vorbereitung und Übung für Diplomarbeit. Meist werden Semesterarbeiten am Semesteranfang ausgegeben und die Abgabe zum Semesterende verlangt. Eine solche Arbeit hat eine Umfang von ca. 20 DIN A4 Seiten und eine Arbeitsaufwand von etwa 4 Wochen bzw. 160 Stunden Arbeit. Diese Angaben sind Durchschnittswerte, je nach Universität, Fachbereich und Professor können diese Werte schwanken. Spezialformen der Seminararbeit sind Hausarbeiten, Thesenpapiere, Protokolle, Praktikumsberichte. 2. Examensarbeiten: Sie sind der Abschluss des Studiums (z.B. Magisterarbeit, Diplomarbeit). Die formalen Anforderungen denen sie genügen müssen sind höher. Formale Verfehlungen (z.B. Plagiat) können auch noch Jahren zum Verlust des akademischen Titels und einer strafrechtlichen Verfolgung führen. In einer Diplomarbeit beispielsweise soll ein vorgegebenes Fachthema mit wissenschaftlichen Methoden selbständig bearbeitet und dann ein Lösungsansatz entwickelt werden. Diese Arbeit soll die Berufsbefähigung in der Praxis nachweisen (Betriebe, Verwaltungen, Unternehmen, Ämter). Es steht also die Praxisrelevanz vor Vorgehensweise, Ergebnis und theoretischem Ansatz. Zeitrahmen sind 3, 6 oder 12 Monate, Umfang ca. 70-150 DIN A4 Seiten. 3. Dissertation (Doktorarbeit, Promotionsarbeit): Dient zur Erlangung des Doktortitels im jeweiligen Fachgebiet. Dieser Abschluss ist die Qualifikation zum selbständigen wissenschaftlichen Arbeiten im jeweiligen Fachgebiet. Der Schwerpunkt einer solchen Arbeit liegt hierbei auf der wissenschaftlichen Diskussion, bei der theoretische, methodisch fundierte und weitreichende Lösungsansätze herausgearbeitet werden sollen. Dissertationen können nur von Universitäten vergeben werden, sie haben das alleinige Promotionsrecht (zumindest in Deutschland). Dauer ist etwa 1-5 Jahre, Umfang von ca. 100-400 DIN A4 Seiten. 4. Habilitation: Promovierte Wissenschaftlicher können ein Habilitationsverfahren anstreben, um die universitäre Lehrbefähigung für ein Fachgebiet zugesprochen zu bekommen (lat. venia legendi). Das erfolgreiche Absolvieren der Habilitation bedeutet die Möglichkeit, eine Universitätsprofessur zu übernehmen. Die Habilitationsschrift ist der Nachweis zur Befähigung, im jeweiligen Fachgebiet substantielle und umfassende wissenschaftliche Ergebnisse selbständig zu erzielen und auch lehren zu dürfen. Das Habilitationsverfahren dauert viele Jahre. 24 Gliederungsschema einer empirischen wissenschaftlichen Arbeit: Gliederungsschema von Versuchsberichten Die Aufgliederung einer wissenschaftlichen Arbeit Die drei Kernphasen der wissenschaftlichen Arbeit: Einleitung, Abhandlung und Zusammenfassung Wichtige Hinweise: Auch im Internet sind nützliche Ratschläge zu finden. Bitte beachtet die Seiten auf Prof. Ulmer´s Homepage. 1. Ulmer, H.-V.: Formalia sind kein Selbstzweck, Stand: 24.4.20003 www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/FormaliaKEINSelbstzweck03.pdf 2. Messing, M./Preuß, H.: Hinweise für Studierende, Stand: Januar 2002 www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/HinweiseStudierende03.pdf 3. Ulmer, H.-V.: Zum Aufbau der Tischvorlagen, Stand: 24.4.20003 www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/tischvor01.pdf 4. Ulmer, H.-V.: Typische Mängel der bisherigen Tischvorlagen, Stand: Juni 2000 www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/maengl00.pdf 5. Bleuel, J.: Zitieren von Quellen im bzw. aus dem Internet, Stand: November 1999 www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/zitnet99.pdf 6. Vlach, C. (modifiziert von Ulmer, H.-V.): Handhabung und Nachweis von Websites, Stand: 23.1.2003 www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/InetquellBibVLACH03.pdf 7. Ulmer, H.-V.: Merkblatt zum medizinischen Seminar (Sportphysiologie), Stand: Februar 2000 www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/mblatt99.pdf 8. Fachbereichsrat des FB Sport: Regeln guter wissenschaftlicher Praxis der Johannes GutenbergUniversität Mainz, Stand: 23.7.2002 www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/RgWPra02.pdf Literatur Disterer, G.: Studienarbeiten schreiben, Springer Verlag, Berlin Heidelberg 1998, 2003 Hager, W.: Versuchsdurchführung und Versuchsbericht, Hogrefe Verlag, Göttingen Bern Toronto Seattle 1991 und 2001 Peterßen, W. H.: Wissenschaftliche (s) Arbeiten, Oldenbourg Verlag, München 1999 Wydra, G.: Wissenschaftliches Arbeiten im Sportstudium: Manuskript und Vortrag, Meyer & Meyer Verlag, Aachen 2003 Messing, M./Preuß, H.: Hinweise für Studierende, Mainz 2002, Zugriff am 16.11.2003 unter: www.uni-mainz.de/F/Sport/physio/pdffiles/ Anlage: 5 Folien Nachtrag zum Vortrag Nr. 5 von N. Schenk (Seminar Experimente mit einfachen Mitteln, WS 2003/04): Nachfolgende Seiten. 25 Folie Nr. 1 zum Vortrag von Nils Schenk am 18.11.2003: Vortrag zum Aufbau von Versuchsberichten und wissenschaftlichen Arbeiten“ (Seminar: Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln“ bei Prof. Dr. H.-V. Ulmer im WS 2003/2004) Gliederungsschema einer empirischen wissenschaftlichen Arbeit: 1. Einleitung 2. Theoretische Aufarbeitung des Problemfeldes 3. Darstellung der empirischen Untersuchung Fragestellung und Arbeitshypothesen Untersuchungsmethodik Personenstichprobe Variablenstichprobe Treatmentstichprobe Ablauf der Untersuchung Statistische Hypothesen Statistik 4. Ergebnisse 5. Diskussion 6. Zusammenfassung und Ausblick 7. Literaturverzeichnis Quelle: Wissenschaftliches Arbeiten im Sportstudium, Georg Wydra, S. 39 Folie Nr. 2 zum Vortrag von Nils Schenk am 18.11.2003: Vortrag zum Aufbau von Versuchsberichten und wissenschaftlichen Arbeiten“ (Seminar: Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln“ bei Prof. Dr. H.-V. Ulmer im WS 2003/2004) Gliederungsschema von Versuchsberichten: 0. Inhaltsverzeichnis 1. Einleitung (Problemstellung) 2. Theoretischer und empirischer Hintergrund 3. Methode 4. Ergebnisse 5. Diskussion 6. Zusammenfassung 7. Literaturverzeichnis 8. .Anhang Quelle: Versuchsdurchführung und Versuchsbericht, W. Hager, S. 39, modifiziert von Nils Schenk 26 Folie Nr. 3 zum Vortrag von Nils Schenk am 18.11.2003: Vortrag zum Aufbau von Versuchsberichten und wissenschaftlichen Arbeiten“ (Seminar: Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln“ bei Prof. Dr. H.-V. Ulmer im WS 2003/2004) Die Aufgliederung einer wissenschaftlichen Arbeit: Titelblatt Inhaltsverzeichnis Vorwort Einleitung Abhandlung Zusammenfassung Technischer Teil Anmerkungen Literaturverzeichnis Anlagen/Anhang Erklärung/Versicherung Quelle: Wissenschaftliche (s) Arbeiten, W. H. Peterßen, S. 107 Folie Nr. 4 zum Vortrag von Nils Schenk am 18.11.2003: Vortrag zum Aufbau von Versuchsberichten und wissenschaftlichen Arbeiten“ (Seminar: Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln“ bei Prof. Dr. H.-V. Ulmer im WS 2003/2004) Die drei Kernphasen der wissenschaftlichen Arbeit: Einleitung: - Einordnung des Themas in die aktuelle Diskussion - Abgrenzung, Zuspitzung usw. des Themas - Bearbeitungsweise darlegen und begründen - Aufbereitung des Themas, so dass es „bearbeitbar“ wird: o entweder: Übersetzung/Umformung in eine (Haupt)-Frage Aufgliederung der Frage in (beantwortbare) Teil-Fragen o oder: Übersetzung/Umformung in eine (Haupt)-These Aufgliederung der These in (argumentierbare) Teil-Thesen Abhandlung: entweder: 2.1. Teilfrage 1 . . . 2.n Teil-Frage n Erörterung und Beantwortung der Teil-Fragen mit Hilfe des Materials oder: 2.1 Teil-These 1 . . . 2.n Teil- Thesen mit Hilfe des Materials Zusammenfassung: entweder: Zusammenfassung der einzelnen (Teil)-Antworten zur Beantwortung der Hauptfrage oder: Zusammenfassung der Argumentationsergebnisse der (Einzel-) Thesen zur Bestätigung/Widerlegung der Hauptthese Gegebenenfalls: Ausblick auf Folge-Aktivitäten, sichtbar gewordene Notwendigkeiten u. Ä. Quelle: Wissenschaftliche (s) Arbeiten, W. H. Peterßen, S. 108 27 Folie Nr. 5 zum Vortrag von Nils Schenk am 18.11.2003: Vortrag zum Aufbau von Versuchsberichten und wissenschaftlichen Arbeiten“ (Seminar: Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln“ bei Prof. Dr. H.-V. Ulmer im WS 2003/2004) Typen von wissenschaftlichen Arbeiten Habilitation Dissertation Examensarbeit Seminararbeit Quelle: Studienarbeiten schreiben, Georg Disterer, Seite 48, modifiziert von Prof. Dr. H.-V. Ulmer und Nils Schenk Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referentin: Manuela Richter, Datum: 18.11.2003 E-Mail: [email protected] 6. Atmungsregulation bei vergrößertem Totraum – Versuchsplan Versuchsziel: Es soll mit Hilfe der Bestimmung von Thoraxumfang, Bauchumfang und Atemfrequenz festgestellt werden, ob und wenn ja, inwiefern sich die Atmung bei vergrößertem Totraum verändert. Organisation: 6 Gruppen zu je fünf Personen 1 Proband 1 Protokollant und Zeitnehmer 1 Assistent zur Messung der Atemfrequenz 1 Assistent zur Messung des Thoraxumfanges 1 Assistent zur Messung des Bauchumfanges !Positionswechsel nach Beendigung der Messungen! Materialien: pro Gruppe 1 Stoppuhr, 2 Maßbänder und 1 Rohr zur Vergrößerung des Totraumes mit Mundstück (Volumen ca. 800ml oder ca. 1200ml), des Weiteren die Versuchsprotokolle und Schreibmaterialien. 28 Versuchsdurchführung 1. Messung (ohne Vergrößerung des Totraumes) Der Proband steht aufrecht und hält sich mit einer Hand die Nase zu, so dass er gezwungen ist, ausschließlich durch den Mund zu atmen. Über eine Zeitdauer von 2 Minuten werden im 30Sekunden-Abstand die Anzahl der Atemzüge sowie der Umfang von Thorax und Bauch bei ‚normaler’ Ein- und Ausatmung im Versuchsprotokoll festgehalten. Messung der Atemfrequenz durch einen Assistenten, welcher zur Hilfe die flache Hand auf den Bauch auflegt Messung des Thoraxumfanges mit einem Maßband; bei männlichen Probanden eine Handbreite unter der Brustwarze; bei weiblichen Probanden unterhalb des Brustansatze (Empfehlung: auf dem Rücken ablesen) Messung des Bauchumfanges mit einem Maßband in Höhe des Bauchnabels 2. Messung (mit Vergrößerung des Totraumes) Alle Versuchsbedingungen und Messdurchführungen verhalten sich wie bei der ersten Messung, jedoch atmet der Proband nun über eine Zeitdauer von 5 Minuten über reine Mundatmung durch ein Plastikrohr. Versuchsprotokoll Name: ______________________ Geschlecht: männlich weiblich Alter: ______ Jahre Größe: ______ cm Gewicht: ______ kg Rohr zur Vergrößerung des Totraumes: lang 1. Messung 0’30’’ Atemzüge (Anzahl / 30’’) Thoraxumfang bei Einatmung (in cm) Thoraxumfang bei Ausatmung (in cm) Bauchumfang bei Einatmung (in cm) Bauchumfang bei Ausatmung (in cm) 1’ 1’30’’ 2’ kurz 29 2. Messung 0’30’’ 1’ 1’30’’ 2’ 2’30’’ 3’ 3’30’’ 4’ 4’30’’ 5’ Atemzüge (Anzahl / 30’’) Thoraxumfang bei Einatmung (in cm) Thoraxumfang bei Ausatmung (in cm) Bauchumfang bei Einatmung (in cm) Bauchumfang bei Ausatmung (in cm) Abweichungen vom Versuchsplan sowie besondere Vorkommnisse bitte hier notieren! ––––––––––––––––––––––––––––Ende des Versuchplans––––––––––––––––––––––––––– Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referentin: Manuela Richter, Datum: 18.11.2003 E-Mail: [email protected] 6. Atmungsregulation bei vergrößertem Totraum –Datenblatt Tab. 1 bis 4: Meßergebnisse zum Experiment vom 18.11.2003 Tab. 1: Umfangsdifferenz* mit einer Totraumvergrößerung von 800ml [cm] Kontrollversuch Versuch mit Totraumvergrößerung 00:30 01:00 01:30 02:00 Ø ind. 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 Ø ind. P7 (m) P8 (m) P10 (w) P11 (w) P12 (w) 0,5 1,0 5,1 2,0 1,0 0,5 1,5 3,0 2,0 1,0 0,5 1,2 1,4 2,0 1,0 2,7 1,3 3,0 2,0 0,5 1,1 1,3 3,1 2,0 0,9 0,7 2,0 5,0 1,5 2,0 0,8 2,7 6,0 1,5 2,0 0,9 3,2 5,5 2,0 1,0 0,9 2,6 4,5 3,5 0,5 0,9 2,2 6,5 3,5 0,0 0,2 2,3 5,5 3,4 0,5 0,9 3,3 6,5 3,8 0,5 0,6 2,8 5,0 3,1 -0,5 1,0 2,8 6,0 4,2 1,0 0,9 2,9 7,5 2,5 0,5 0,8 2,7 5,8 2,9 0,8 Ø s Minimum Maximum 1,9 1,9 0,5 5,1 1,6 1,0 0,5 3,0 1,2 0,5 0,5 2,0 1,9 1,0 0,5 3,0 1,0 2,2 1,6 0,7 5,0 2,6 2,0 0,8 6,0 2,5 1,9 0,9 5,5 2,4 1,7 0,5 4,5 2,6 2,5 0,0 6,5 2,4 2,2 0,2 5,5 3,0 2,4 0,5 6,5 2,2 2,2 -0,5 5,0 3,0 2,1 1,0 6,0 2,9 2,8 0,5 7,5 2,6 Zeit [min] Tab. 2: Umfangsdifferenz mit einer Totraumvergrößerung von 1200ml [cm] Kontrollversuch Versuch mit Totraumvergrößerung 00:30 01:00 01:30 02:00 Ø ind. 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 Ø ind. P1 (m) P2 (m) P3 (w) P4 (w) P5 (w) P6 (w) 1,9 1,0 1,5 2,0 5,5 0,0 0,8 0,9 1,0 1,5 4,5 0,5 1,2 0,9 1,0 2,0 2,0 0,0 1,1 1,4 1,5 1,5 4,5 0,5 1,3 1,1 1,3 1,8 4,1 0,3 1,2 1,5 2,0 2,5 3,0 1,0 1,2 1,1 2,0 5,0 4,6 1,0 2,3 1,6 2,5 4,0 4,5 1,5 0,4 1,2 2,0 4,0 3,5 2,0 1,1 1,0 3,5 6,0 5,0 -0,5 1,0 1,5 4,0 6,0 5,0 1,5 1,1 1,1 4,0 6,0 3,5 2,0 0,3 1,2 4,0 5,0 3,0 2,0 0,4 1,3 4,0 5,5 3,5 2,0 1,0 1,2 3,5 5,0 4,0 2,5 1,0 1,3 3,2 4,9 4,0 1,5 Ø s Minimum Maximum 2,0 1,9 0,0 5,5 1,5 1,5 0,5 4,5 1,2 0,8 0,0 2,0 1,8 1,4 0,5 4,5 1,6 1,9 0,8 1,0 3,0 2,5 1,8 1,0 5,0 2,7 1,2 1,5 4,5 2,2 1,4 0,4 4,0 2,7 2,5 -0,5 6,0 3,2 2,1 1,0 6,0 3,0 1,9 1,1 6,0 2,6 1,8 0,3 5,0 2,8 1,9 0,4 5,5 2,9 1,6 1,0 5,0 2,6 Zeit [min] 30 Tab. 3: Atemfrequenz mit einer Totraumvergrößerung von 800ml Kontrollversuch Versuch mit Totraumvergrößerung 00:30 01:00 01:30 02:00 Ø ind. 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 Ø ind. P7 (m) P8 (m) P10 (w) P11 (w) P12 (w) 11 10 9 8 8 9 11 7 8 7 9 9 5 8 8 9 8 5 8 8 9,5 9,5 6,5 8,0 7,8 9 8 6 7 6 7 8 7 7 6 11 8 4 7 6 10 7 5 6 5 10 8 5 6 5 9 8 6 5 5 9 8 6 5 6 9 7 7 5 5 10 7 5 5 5 10 7 6 6 6 9,4 7,6 5,7 5,9 5,5 Ø s Minimum Maximum 9,2 1,3 8 11 8,4 1,7 7 11 7,8 1,6 5 9 7,6 1,5 5 9 8,3 7,2 1,3 6 9 7,0 0,7 6 8 7,2 2,6 4 11 6,6 2,1 5 10 6,8 2,2 5 10 6,6 1,8 5 9 6,8 1,6 5 9 6,6 1,7 5 9 6,4 2,2 5 10 7,0 1,7 6 10 6,8 Zeit [min] Tab. 4: Atemfrequenz mit einer Totraumvergrößerung von 1200ml Kontrollversuch Zeit [min] P1 (m) P2 (m) P3 (w) P4 (w) P5 (w) P6 (w) Ø s Minimum Maximum Versuch mit Totraumvergößerung 00:30 01:00 01:30 02:00 Ø ind. 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 Ø ind. 6 5 8 7 4 7 5 4 9 8 4 8 4 4 8 8 4 8 4 4 8 8 3 8 4,8 4,3 8,3 7,8 3,8 7,8 5 4 7 7 4 8 5 4 8 9 5 9 6 4 7 8 5 9 5 3 8 7 6 9 5 3 9 9 5 8 5 4 8 8 6 10 5 3 7 7 4 13 5 3 7 6 5 11 5 3 8 7 5 11 6 3 7 6 5 11 5,2 3,4 7,6 7,4 5,0 9,9 6,2 1,5 4 8 6,3 2,3 4 9 6,0 2,2 4 8 5,8 2,4 3 8 6,1 5,8 1,7 4 8 6,7 2,3 4 9 6,5 1,9 4 9 6,3 2,2 3 9 6,5 2,5 3 9 6,8 2,2 4 10 6,5 3,6 3 13 6,2 2,7 3 11 6,5 2,8 3 11 6,3 2,7 3 11 6,4 * Umfangsdifferenz = (Thorax Ausatmung - Thorax Einatmung) + (Bauch Ausatmung - Bauch Einatmung) Kontrollversuch Versuch mit Totraumvergrößerung Äquivalent [cm/min] 50 40 30 20 10 0 Probanden mit Tot raumvergrößerung von 00:30 01:00 01:30 02:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00 04:30 05:00 21,5 16,9 13,5 17,2 21,2 34,5 35,2 29,5 38,3 45,3 39,6 33,4 38,6 37,2 34,2 26,0 18,5 27,9 29,9 36,7 31,0 29,3 32,0 29,1 38,2 29,2 34,2 36,9 1200ml Probanden mit Tot raumvergrößerung von 800ml Zeit [m in] Abb. 1: Verlauf der Mittelwerte der Äquivalente für das AMV* bei unterschiedlich großem Totraum Mittelwert der Äquivalente [cm/min] 31 40 35,3 32,7 30 21,5 20 10 0 ohne Totraumvergrößerung Totraumvergrößerung (800ml) Totraumvergrößerung (1200ml) Mittelwertsdifferenz der Äquivalente [cm/min] Abb. 2. Mittelwerte der Äquivalente für das AMV ohne, mit 800ml und mit 1200ml Totraumvergrößerung 46 50 40 27,4 30 27,4 21,8 16,8 20 9,3 10 0,9 -0,1 0 -10 -1,6 -4,8 P1(m) / P12 (w) -4,6 P2 (m) / P7 (m) P5 (w) / P11(w) P3 (w) / P8 (m) P6 (w) / P10 (w) P4 (w) Proband Differenz [1200ml - Kontrollw ert] Differenz [800ml - Kontrollw ert] Abb. 3: Abgestufter Vergleich der Differenzen der Mittelwerte der Äquivalente für das AMV bei unterschiedlich großem Totraum * Äquivalent = (Thoraxumfangsdifferenz [cm] + Bauchumfangsdifferenz [cm]) * 2 Atemfrequenz [1/30s] Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referentin: Manuela Richter, Datum: 02.12.2003, E-Mail: [email protected] 6. Atmungsregulation bei vergrößertem Totraum – Versuchsbericht 1. Versuchsziel Es ist Ziel des Experiments zu ermitteln, ob eine künstliche Vergrößerung des Totraumes zu einer Steigerung des Atemminutenvolumens führt. 2. Sachstand der Literatur Die Totraumventilation ist die Differenz zwischen Gesamtventilation und alveolärer Ventilation. Unter Ventilation versteht man die Belüftung der Lunge, also die Ein- und Ausatmung von Luft, gemessen als Atemminutenvolumen. Die alveoläre Ventilation ist der Anteil der Gesamtventilation, der in den Lungenbläschen (Alveolen) zum Gasaustausch kommt (WEINECK, 2000, 207). Als Totraum wird in der Literatur einheitlich der Raum definiert, in welchem kein messbarer Gasaustausch stattfindet. „Der anatomische Totraum umfasst die Atemwege bis zur BronchiolenAlveolen-Grenze“ (MAREES, 1996, 203), was Mund-/Nasen-, Rachen-, Larynx-, Tracheal- und 32 Bronchialraum beinhaltet. Als funktionellen Totraum bezeichnet MAREES „…alle Räume, in denen kein Gasaustausch stattfindet, also auch nicht durchblutete, aber belüftete Alveolen“(ebd.). Nach WIEMANN ergibt sich für das Atemzugvolumen von 0,5 Liter (Ruhewert) mit Hilfe der Bohrschen Formel ein funktioneller Totraum von 0,15 Liter für den durchschnittlichen Erwachsenen (WIEMANN, 2003, 137). Dies heißt, dass in Ruhe nur 0,35 Liter zum Gasaustausch bis in die Alveolen gelangen. ISRAEL sagt der Totraum habe einen wesentlichen Einfluss auf die eingeatmete Luft: Anwärmung, Anfeuchtung und Reinigung (ISRAEL, 1999, 202). MAREES stellt jedoch auch Nachteile des Totraumes heraus: „Am Ende der Exspiration im Totraum liegen gebliebene Luft gelangt bei der folgenden Inspiration zuerst in den Alveolarraum. Erst dann folgt Frischluft nach, die zur Erhöhung des alveolären O2-Partialdruckes führt“ (MAREES, 1996, 203). Steigt der CO2-Partialdruck an oder nimmt der O2-Partialdruck ab, so wird dadurch über Chemorezeptoren das Atemzentrum in der Medulla oblongata aktiviert. Durch die Erhöhung des CO2Partialdruckes steigt im Allgemeinen auch die Wasserstoffionen-Konzentration (gleichbedeutend mit einem Abfall des ph-Wertes), was wiederum eine direkte zusätzliche Beeinflussung auf das Atemzentrum mit sich führt (MAREES, 1996, 210). 3. Erwartungen Wird der Totraum künstlich vergrößert, gelangt bei konstantem Atemzugvolumen und konstanter Atemfrequenz ein geringerer Anteil an Frischluft (in Ruhe weniger als 150 ml) zum Gasaustausch in die Alveolen. Dementsprechend ist zu erwarten, dass der CO2-Partialdruck in den Alveolen zunimmt und der O2-Partialdruck abnimmt. Dies führt wiederum zu einer eingeschränkten Diffusion von Sauerstoff aus den Alveolen ins Blut und von Kohlendioxid aus dem Blut in die Alveolen. Über einen Anstieg des CO2-Partialdrucks und einer damit einhergehenden Zunahme der Wasserstoffionen-Konzentration und einem Abfall des O2-Partialdrucks sollte es dann zu einer Stimulation des Atemzentrums und somit zu einer Steigerung des Atemminutenvolumens, etwa um das Volumen, das als Totraum zusätzlich vorgegeben wurde, kommen. 4. Methodik (siehe auch Versuchsplan vom 18.11.2003) Der Totraum wurde künstlich durch ein vorgeschaltetes Mundstück (mit einem Volumen von etwa 800 ml und 1200 ml) erzeugt. Die Tendenzen von Veränderungen des Atemminutenvolumens [l/min] werden mit Hilfe eines Äquivalents aufgezeigt. Dieses Äquivalent [cm/min] ergibt sich aus dem Produkt der Umfangsdifferenz [cm] (= Differenz aus Thoraxumfang + Differenz aus Bauchumfang) und der mit dem Faktor 2 multiplizierten Atemfrequenz [1/30s]. Die Probanden wurden in zwei Zielgruppen unterteilt, eine der Zielgruppen arbeitete mit einer künstlichen Totraumvergrößerung von etwa 800 ml, die andere von etwa 1200 ml. Beide Gruppen führten zuvor einen Kontrollversuch (Versuch bei normaler Atmung, also ohne Totraumvergrößerung) durch. Um eine eventuelle Beeinflussung der Atmung durch Nervosität und Vorstartsituation weitgehend auszuschalten, werden als Bezugswerte für die Kontrollversuche die der dritten Messperiode (gemessen wurde alle 30 s) verwendet. In den Versuchen mit Totraumvergrößerung werden aus selbigem Grund die Werte der letzten Messperiode genutzt. Um Differenzen zwischen den Versuchen mit Totraumvergrößerung und deren Kontrollversuchen zu untermauern, werden diese auf statistische Signifikanz mit dem t-Test für gepaarte Stichproben geprüft. 5. Ergebnisse (siehe auch Datenblatt vom 25.11.2003) Am Versuch haben 12 Probanden teilgenommen. Davon konnte ein Versuchsprotokoll zur Auswertung nicht herangezogen werden. Somit verblieben für die Zielgruppe mit einer Totraumvergrößerung von 800 ml 5 Probanden, für die Zielgruppe mit einer Totraumvergrößerung von 1200 ml 6 Probanden. Tabelle 1 bis 4 sind dem Datenblatt vom 25.11.2003 zu entnehmen. Festgehalten wurden hier ermittelte Werte der einzelnen Probanden bezüglich Umfangsdifferenzen und Atemfrequenzen. Abzulesen sind ebenso intra- und interindividuelle Mittelwerte sowie die Standardabweichungen und Extremwerte für die einzelnen Messzeitpunkte. 33 Die Äquivalente des Atemminutenvolumens fallen im Kontrollversuch bei beiden Zielgruppen über die ersten 3 Messperioden deutlich ab, nach der vierten Messperiode steigen sie wiederum leicht an (siehe Abbildung 1 im Datenblatt). In den Versuchen mit Totraumvergrößerung steigen die Äquivalente des Atemminutenvolumens bei beiden Zielgruppen während der ersten beiden Messperioden an, anschließend pegeln sich die Werte relativ konstant zwischen 30 und 40 cm/min ein. Für die Zielgruppe mit einer Totraumvergrößerung von 1200 ml ist nach 3 Minuten jedoch ein leicht erhöhter Wert von 45,3 cm/min zu verzeichnen (siehe Abbildung 1 im Datenblatt). Tab. 1: Bezugswerte für das Äquivalent des Atemminutenvolumens ohne vorgeschaltetem Totraum (nach dritter Messperiode) und mit vorgeschaltetem Totraum (nach letzter Messperiode) Bezugswert ohne Bezugswert mit vorvorgeschaltetem geschaltetem Totraum [cm/min] Totraum [cm/min] Relative Zunahme [%] 18,5 36,9 1 : 2,0 + 99 13,5 37,2 1 : 2,8 + 176 Die absoluten Differenzen zwischen den Bezugswerten aus den Versuchen mit Totraumvergrößerung und den davor durchgeführten Kontrollversuchen liegen bei der Zielgruppe mit einer Totraumvergrößerung von 800 ml bei 18,4 cm/min und bei der Zielgruppe mit einer Totraumvergrößerung von 1200 ml bei 23,7 cm/min. In der erstgenannten Gruppe lag somit eine Zunahme von 99 % des Äquivalents des Atemminutenvolumens vor, bei der Zweitgenannten eine Zunahme von 176 % (siehe Abbildung 1). 176 200 Differenz [%] Versuch mit 800 ml Totraumvergrößerung Versuch mit 1200 ml Totraumvergrößerung Relation 150 99 100 50 0 800ml 1200ml Abb. 1: Relative Differenzen des Äquivalents des Atemminutenvolumens zwischen den Bezugswerten aus den Versuchen mit Totraumvergrößerung und dem davor durchgeführten Kontrollversuch (siehe Tabelle 1) Statistische Berechnungen ergaben, dass es bei einer Irrtumswahrscheinlichkeit von 5 % eine signifikante Zunahme des Äquivalents des Atemminutenvolumens bei einer Totraumvergrößerung von 1200 ml gibt. Bezüglich der Zunahme des Äquivalents des Atemminutenvolumens bei einer Totraumvergrößerung von 800 ml hingegen sind nur entsprechende Tendenzen zu erkennen. 6. Diskussion Grundsätzlich ist festzustellen, dass sich die Erwartungen, welche auf den Kenntnissen der Literatur aufbauten, bestätigt haben. Das Atemminutenvolumen ist bei künstlich vergrößertem Totraum gestiegen. Tendenziell steigt das Äquivalent des Atemminutenvolumens proportional zur Zunahme des Totraumes. Bei einer künstlichen Vergrößerung des Totraumes gegenüber Ruhebedingungen (150 ml) auf das 6-fache (950 ml) bzw. 9-fache (1350 ml) scheint der Anstieg der Äquivalente des Atemminutenvolumens um 99 % bzw. 176 % relativ gering. Dies kann auf ein gegenüber Ruhebedingungen erhöhtes Atemminutenvolumen im Kontrollversuch (Atemstimulation durch Aufregung) zurückzuführen sein. Setzt man zum Beispiel ein aufregungsbedingtes Atemzugvolumen von 1 l an, dann würde sich das Verhältnis der alveolären Ventilation zur Totraumventilation mit 6-fach vergrößertem Totraum von 1 : 2,7 bei Ruhebedingungen auf 1: 1,1 bzw. mit 9-fach vergrößertem Totraum von 1 : 3,9 auf 1 : 1,6 verringern. Somit erscheinen die Ergebnisse plausibel. Fragwürdig erscheint ebenfalls, dass bei 2 von 11 Probanden bei einer individuellen Differenzberechnung der Bezugswerte aus dem Versuch mit Totraumvergrößerung und Kontrollversuch ne- 34 gative Vorzeichen aufweisen. Zu erklären wäre das jedoch durch anfängliche Aufregung, die erst im Verlauf des Testversuchs überwunden werden konnte. Die relativ große Streuung der Messwerte spricht für große interindividuelle Unterschiede und/oder eine noch recht große Ungenauigkeit der Messmethode. Solche Messungenauigkeiten können einerseits bei der Bestimmung der Umfänge, andererseits aber auch bei der Bestimmung der Anzahl der Atemzüge pro Messzyklus auftreten, was eventuell durch eine Verlängerung der Zyklen eingegrenzt werden könnte. Auch konnte man anhand der Werte der Kontrollversuche in Abbildung 1 im Datenblatt erkennen, dass mit einem Stichprobenumfang von 5 und 6 Probanden Stichprobeneffekte auftraten, was von einer zu kleinen Stichprobe zeugt. Um die Bezugswerte der Kontrollversuche eindeutiger bestimmen zu können, wäre es für einen Wiederholungsversuch ratsam, eine zeitliche Angleichung an die Versuche mit Totraumvergrößerung zu beachten, denn somit könnten eventuelle Schwankungen durch Aufregung stärker unterbunden werden. 7. Fazit Zusammenfassend kann man sagen, dass die Vergrößerung des Totraumes zu einem Anstieg des Äquivalenzwertes geführt hat, welcher mit der Zunahme des Atemminutenvolumens gleichzusetzen ist. Das Versuchsziel wurde also erreicht. Literatur ISRAEL, S.: Atemsystem. In: BADTKE, G. (Hrsg.): Lehrbuch der Sportmedizin. 4., neubearbeitete Auflage. J.A.Barth, Heidelberg; Leipzig. 1999 MAREES, H. de: Sportphysiologie. 8., korrigierte Auflage. Sport und Buch Strauß, Köln. 1996 WEINECK, J.: Sportbiologie. 7., überarbeitete und erweiterte Auflage. Spitta Verlag, Balingen. 2000 WIEMANN, M.: Atmung. In: STEINHAUSEN, M./ GULBINS, E. (Hrsg.): Medizinische Physiologie. 5., vollständig überarbeitete Auflage. ecomed verlagsgesellschaft AG & Co. KG, Landsberg. 2003 Hiermit versichere ich, dass ich die vorgelegte Seminararbeit selbstständig angefertigt und alle benutzten Quellen und Hilfsmittel angegeben habe. Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Denise Ahlers, Datum: 25.11.03 E-Mail: [email protected] 7. Redetechnik und Vortragskunst – Vortrag In dir muss brennen, was du in anderen entzünden möchtest Augustinus 1. Einleitung Welcher Teilnehmer medizinischer Kongresse hat nicht schon einmal den Redner erlebt, der auf die Bühne zum Pult stolpert, zunächst das Mikrofon anhustet und beklopft, den Signalknopf zur Diaprojektion sucht, den Laserpointer eine Zeitlang ausprobiert und sich bei allem scherzhaft entschuldigt, dass gerade er als Wissenschaftler technisch so unbegabt sei? Der Vortrag beginnt mit den Worten: „Das erste Dia, bitte!“ Es wird dunkel, und der Redner kehrt von nun an dem Publikum den Rücken zu. Ein völlig überladenes, viel zu buntes, ungeputztes, aber englischsprachiges Dia erscheint, zahllose ähnliche folgen. Der Redner bedauert ausgiebig, dass er leider aufgrund der Kürze der Zeit die Komplexität der im Dia dargestellten Sachverhalte nicht angemessen entfalten könne. Auch sei es schade, dass man vermutlich in der letzten Reihe den Text nicht entziffern 35 könne. Unkontrolliert, aber unaufhörlich rast dabei der Laserpointer über die Projektionsfläche. Die Zeit wird maßlos überzogen. Der Vorsitzende ist verzweifelt. Erst als trotz eines Versuches kein weiteres Dia mehr erscheint, wird der Vortrag beendet. Die Lichter gehen an. Die Zuhörer erwachen. Es ist vorbei. Schlechte Vorträge sind schlimm! Sie schaden der Sache, die nicht vermittelt wird. Sie schaden dem Veranstalter, der einen interessanten Kongress versprochen hat. Sie schaden dem Vortragenden, der sich blamiert. Sie schaden den Zuhörern, die oft unter erheblichem zeitlichen und finanziellen Aufwand am Kongress teilgenommen haben. Voraussetzung für einen guten Vortrag ist, dass man einen guten Vortrag halten will (VOLKENANDT, M. 1998, A-2081/B1763/C-1659). 2. Hauptteil I. Was ist Rhetorik? Rhetorik wurde bereits in der Antike gelehrt, daher der griechische Ursprung des Wortes, das sich mit Redekunst oder mit Sprechtechnik übersetzen lässt. Rhetorik bezeichnet einerseits die Fähigkeit, öffentlich zu sprechen. Wer es versteht, einen Vortrag informativ, verständlich und interessant zu gestalten, in einer Diskussion den eigenen Standpunkt überzeugend zu vertreten oder in einer Rede das Denken und Handeln der Zuhörer in seinem Sinne zu beeinflussen, der verfügt über diese Fähigkeit. Andererseits bezeichnet Rhetorik die theoretische Wissenschaft, die Reden untersucht und aus der Analyse auch Regeln und Anregungen für die Ausarbeitung von Reden gewinnt (SCHULE DER RHETORIK 2003). „Einfach reden, aber kompliziert denken – nicht umgekehrt.“ Franz-Josef Strauß II. Die goldenen Regeln der Redekunst SCHEERER erläutert in seinem Buch „Reden müsste man können“ einige Regeln der Redekunst, die dazu beitragen können, dem eigenen Vortrag den perfekten Schliff zu liefern. „Sprechen ist an sich keine Kunst, sondern die Kunst besteht darin, die Person, mit oder zu denen wir sprechen, zum Zuhören zu bringen (SCHEERER 1994, 109). Das Sprechen ist somit wichtiger als das Gesprochene d.h. die Wirkung des Vortrages wird durch die Formulierung bestimmt. Zumal das Thema fest steht und einzig an der Art bzw. der Form, wie der Inhalt vorgetragen wird, gestaltet werden kann. Weiter behauptet SCHEERER, dass das Sprechen geplant werden kann, durch die folgenden fünf Planungsschritte. 1. Bestandsaufnahme – also die Bestandsaufnahme des bestehenden, des augenblicklichen Zustands. 2. Schwachpunkte – Welche Schwächen werden beim Sprechen an sich selbst entdeckt. 3. Ziele – Eigene Schwachpunkte verbessern. 4. Reihenfolge – Immer nur ein Ziel anstreben, nicht mehrere gleichzeitig. 5. Maßnahmen – Maßnahmen die ergriffen werden, um die angestrebten Ziele zu erreichen. Als weitere goldene Regel wird die Veränderung genannt, die zur Gewohnheit gemacht werden soll. Ablaufende Programme im Unterbewusstsein müssen durch neue Programme ersetzt werden, bis diese automatisiert bzw. zur Gewohnheit geworden sind. Z.B. soll das alte Programm „Leise sprechen“ durch das neue Programm „Lauter sprechen“ gelöscht werden. THIELE (1997/1998, 25 ff) fasst stattdessen die wichtigsten Ansatzpunkte und Techniken zur überzeugenden Argumentation in seinem Buch „Rhetorik: Sicher auftreten – überzeugend argumentieren“ in neun Bausteine zusammen. Der erste Baustein geht auf die Entwicklung des Selbstvertrauens und die Reduzierung der Redehemmung ein. Dann werden die Faktoren menschlicher Überzeugungskraft angesprochen, wie z.B. das äußere Erscheinungsbild, Fachkompetenz, Begeisterung und Überzeugung von sich selbst, Sympathiewert, Vertrauen und Glaubwürdigkeit etc. In Punkt 3 bis 9 werden konkrete Techniken und Regeln zur positiven Selbstdarstellung und zur Kunst des Argumentierens behandelt. III. Redevorbereitung 1. Ideensammlung: Sammlung wesentlicher Gedanken, vor allem der wichtigsten Aspekte und Argumente. 36 2. Gliederung: bewusste Anordnung einzelner Redeteile. Diese Gliederung orientiert sich sowohl an der Sache, als auch an den Zuhörern. 3. Sprachgestaltung: Das Ausformulieren der Rede, schriftlich, mündlich oder in Gedanken. Der Redner sollte in Wortwahl, Satzbau und Stil nach der angemessenen Ausdrucksweise suchen. 4. Merkphase: Meist stützt sich der Redner auf eine Textvorlage oder einzelne Stichworte. Gut einprägen sollte man sich aber Anrede und Einleitung, einzelne Höhepunkte und den Schlusssatz. 5. Probesprechen: Hier werden Lautstärke, Betonung und Pausentechnik, sowie Gestik, Mimik und Haltung geübt und natürlich eine Zeitkontrolle durchgeführt. Präsentation Wenn es darum geht wesentliche Aussagen in schriftlicher Form festzuhalten. 1. Tafel/White Board: Um Anregungen aus dem Publikum unmittelbar aufzugreifen. 2. Flipchart: Um Anschriebe vorzustrukturieren oder dauerhaft zu präsentieren. 3. Pinwand: Um Ideen vor den Augen der Zuhörer zu ordnen oder zu gewichten. 4. Tageslichtprojektor: Um größere Textmengen mit geringem Aufwand zu visualisieren. 5. computergestützte Präsentation: Um möglichst in kleinen Schritten zu visualisieren oder um multimedial zu präsentieren. IV. Aufbau der freien Rede In dem Buch „eine Anleitung für Rede, Gespräch, Verhandlung und Diskussion“ von BAUER 1993 wird im 4. Kapitel (28 ff) die Vorbereitung und der Aufbau der freien Rede angesprochen. Nach der Festlegung des Themas und einer sachlich, kurzen und zugkräftigen Ausformulierung, sollte der Redner mit der Stoffsammlung beginnen (Lexika, Duden, Wissenschaftliche Werke, Zeitschriften etc.). Daraufhin wird eine Gliederung der Rede in drei Teile unternommen, die in der historischen Rhetorik eingeführt wurde und noch heute in vollem Umfang gültig ist. 1. Einleitung 2. Hauptteil 3. Schluss Hier wird der erste Kontakt mit dem Publikum hergestellt und das Grundthema angedeutet bzw. aufgerissen. Die Aufmerksamkeit des Zuhörers sollte in der Einleitung geweckt werden um seine Konzentrationsfähigkeit für den Sachteil zu erhöhen. Folgende Mittel können dazu dienlich sein. Aktualität: Aktuelle Ereignisse aus Politik, Kultur oder Gesellschaft sind Themen der Einleitung. Persönliches Erlebnis: Eigene Erfahrungen zu dem Vortragsthema können zu Begin eingebracht werden. Anekdoten: Kleine Geschichten, so genannte „Stories“ lockern die Atmosphäre und bieten eine entspannte Basis. Zitat: Ausgesuchte Kernsätze eines Dichters, Schriftstellers, Politikers oder Wissenschaftlers erleichtern den Übergang zum Hauptteil einer Rede. Geschichtlicher Rückblick: In der Einleitung sollte nach Möglichkeit auf die Historie verzichtet werden, außer sie wird durch Sachgründe erforderlich gemacht. Zur Gliederung des Hauptteils empfiehlt BAUER (1993, 30) ebenfalls das Prinzip der Dreiteilung, wobei das Hauptthema in drei große Untergruppen aufgeteilt und durch römische Zahlen gekennzeichnet werden sollte. Diese Untergruppen sind wiederum aufzugliedern und mit Ziffern (1, 2, 3 usw.) zu bezeichnen. Je nach Thema und Situation werden Sachaussagen mit Hilfe folgender Anschauungsmaterialien verdeutlicht. Tafelbild, Zahlen, Statistiken, Bildmaterial, Wandkarte, Lichtbild, Stummfilm, Tonfilm, Tonband, Tonkassette und Schallplatte. Nach dem Sprichwort „In der Kürze liegt die Würze“ sollte sich der Schluss richten. Eine kurze Zusammenfassung, am Besten mit Punkten oder Thesen, einen Ausblick in die Zukunft und ein Appell um die Hörer zur Aktivität aufzufordern, sollten im Schlussteil vorhanden sein. V. Die Angst vor dem Reden Zu diesem Thema befinden sich in den meisten Rhetorikbüchern sehr umfangreiche Kapitel, zumal das Problem der Redehemmung und Redeangst verbreiteter ist, als vermutet. BAUER (1993, 39 ff) geht in seinem Buch mit praktischen Hilfen zur rednerischen Sicherheit voran. Seiner Meinung 37 nach ist ein ausreichender Wortschatz, der die sprachliche Ausdrucksfähigkeit beflügelt, einer der wichtigsten Punkt auf der Rangskala. Dem folgen ein umfangreiches Wissen, das zu mehr Sicherheit beiträgt, gute Vorbereitung, die das Selbstbewusstsein stärkt, die richtige Anlage des Stichwortzettels und die Kenntnis rhetorischer Methoden, die den fachlichen Bereich ausfüllen. Im psychologischen Bereich werden Punkte wie, Harmonie von Körper und Geist, Entspannung, autogenes Training und Atemübungen genannt. „Eine der Hauptursachen rednerischer Hemmung ist Angst. Die Wurzel der Angst ist vor allem Unsicherheit, die man deshalb zu beseitigen versuchen sollte“ (BAUER 1993, 39). PABST-WEINSCHENK (1995) setzt in ihrem Buch „Reden im Studium“ ganz auf die Kraft der richtigen Atmung. „Wer ruhig atmet, kann besser reden“ (106). Um die Anspannung vor einer Rede nicht zu stark werden zu lassen, sollte zunächst gut geatmet werden. „Wichtig ist dabei, dass man mit dem Zwerchfell die Lunge ausdehnt, und nicht oben die Muskeln des Schultergürtels bewegt“ (107). Ebenfalls wird auch in Ihrem Buch auf den positiven Effekt der Meditation und des autogenes Training hingewiesen. Im Kapitel „Lampenfieber – die Angst des Redners vorm Reden“ ebenfalls aus dem Buch von SCHEERER (1994), wird ganz besonders angesprochen, aus welchem Grund Angst beim Reden überhaupt existiert. „Weil Sie Angst haben. Angst sich zu blamieren“ (95). Er nennt nachfolgend einige Punkte, wobei die Möglichkeit zur Blamage durchaus überschaubar wird. 1. Vermeidbare Risiken: ungenügende Vorbereitung, falsche Vorbereitung, technische Mängel. 2. unvermeidbare Risiken: Zwischenrufe, Fragen, Unruhe, herausgehende Zuhörer, stecken bleiben. Die Überwindung von Redehemmung, Redeangst und Redescheu ist somit erlernbar, vorausgesetzt man befindet sich in ständiger Übung durch rednerische Tätigkeit, um ein gesundes Selbstvertrauen zu erlangen. „Beim learning by doing entwickelt man durch die Rückmeldung und konstruktive Kritik allmählich eine realistische Selbsteinschätzung. Dabei ist es wichtig, positiv zu denken, sich positiv zu verstärken und keiner Vermeidungsstrategie zu folgen“ (PABSTWEINSCHENK 1995, 118). 3. Schluss: Die Rhetorik beschäftigt sich besonders mit der Frage, wie ein Redegegenstand am überzeugendsten präsentiert werden kann. Der sprachliche Ausdruck, die stimmliche und gestische Ausführung, die persönliche Präsenz und die Interaktion mit dem Publikum sind Mittel, die eigene Überzeugung von einem Redegegenstand zu vermitteln. Mitunter wird das Redeziel nahezu besser durch die Art des Vortrags erreicht als durch seinen Inhalt. Literatur BAUER, G.: Rhetorik – Eine Anleitung für die Rede, Gespräch, Verhandlung und Diskussion. 2. durchgesehene Auflage. Ludwigshafen (Rhein): Kiel, 1993. PABST-WEINSCHENK, M.: Reden im Studium: Ein Trainingsprogramm. Frankfurt am Main, Cornelson Scriptor, 1995. SCHEERER, H.: Reden müsste man können: Selbstbewußt auftreten, Persönlichkeit einsetzten, Zuhörer begeistern. 3. Aufl. , 7.-10. Tausend. - Bremen: GABAL, 1994. THIELE, A.: Rhetorik. Sicher auftreten – überzeugend argumentieren. Falken Verlag, Wiesbaden, 1997/1998. VOLKENANDT, M.: Medizinische Fachvorträge: Glanz und Elend der Vortragskunst. Deutsches Ärzteblatt 95,1998, A-2081 / B-1763 / C-1659. SCHULE DER RHETORIK: Was ist Rhetorik? http://www.schule-derrhetorik.de/wasistrhetorik.html, Stand 11.11.2003. 38 Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Nadine Daschmann, Datum: 25.11.2003 E-Mail: [email protected] 8. Einübungsversuche zur Pulsfrequenz- und Blutdruckmessung – Versuchsplan 1.Versuchsziel Erlernen und Vergleichen verschiedener Methoden zur Blutdruckund Pulsfrequenzmessung 2.Versuchsplan: 2.1 Ort: Arbeitsräume des Fachbereichs Sport 2.2Organisation: Bildung von 5 Gruppen à 6 Personen 2.3 pro Gruppe: 1 Proband (an dem die Messung durchgeführt wird), 1 Proband (der die Messung durchführt), 1 Assistent (der die Messung überprüft), 1 Zeitnehmer (für die Pulsfrequenzmessung), 1 Assistent (der die Zeitmessung überprüft), 1 Protokollant 2.4 Material: 1 Blutdruckmessgerät, 1 Stethoskop, 1 Stoppuhr, 1 elektronisches Blut- druck- und Pulsfrequenzmessgerät 3. Versuchsdurchführung Die Messungen werden in äußerster Ruhe und im Sitzen durchgeführt. Alle acht Messungen (vier verschiedene Messungen mit jeweils einer Wiederholung) werden hintereinander an derselben Person ausgeführt. Die Aufgaben werden gewechselt, sodass jeder jede Tätigkeit ausgeübt hat. 3.1 Blutdruckmessung a) Manuelle Messung mit Hilfe des Riva-Rocci-Korotkoff-Messgerätes: Die Blutdruckmessung erfolgt an dem in Herzhöhe gelagerten Oberarm des sitzenden Probanden. Die Manschette wird etwa zweifingerbreit oberhalb der Ellenbeuge angelegt. Das Stethoskop legt man unterhalb der Manschette in der Ellenbeuge auf. Mit dem so genannten Pumpball wird bei geschlossenem Ventil der Druck in der Manschette auf etwa 180-200 mmHg aufgepumpt. Der Manschettendruck wir nun langsam reduziert (etwa 2-3 mmHg/s), indem das Ventil mit Daumen und Zeigefinger vorsichtig geöffnet wird. Währenddessen observiert man mit Hilfe des Stethoskops die Arterie. Bei Erreichen des systolischen Blutdrucks wird ein dumpfes Geräusch hörbar. Bei diesem ersten Ton wird der systolischen Wert abgelesen. Das Geräusch wird immer schwächer und verschwindet ganz, nun wird der diastolische Wert abgelesen und in das Versuchsprotokoll eingetragen. b) Elektronische Messung mit Hilfe des Blutdruck- und Pulsfrequenzmessgerätes: Alle Gegenstände wie Schmuck werden vom linken Handgelenk entfernt, sodass die Manschette darüber gezogen und mit dem Klettverschluss befestigt werden kann. Der Abstand zwischen der Manschette und der Hand soll ca. 1 cm betragen. Nun wird der Arm auf den Tisch gelegt. Die Handfläche zeigt nach oben. Die Manschette soll in etwa auf Höhe des Herzens zum Liegen kommen. 39 3.2 Pulsfrequenzmessung a) Manuelle Messung: Der Radialpuls wird auf der Innenseite des Unterarmes in Verlängerung des Daumens mit Zeige-, Mittel- und Ringfinger ertastet. Die Schläge werden 15 Sekunden lang gezählt und dieser Wert in die Tabelle eingetragen. b) Elektronische Messung mit Hilfe des Blutdruck- und Pulsfrequenzmessgerätes: Die Messung erfolgt wie die elektronische Messung mit Hilfe des Blutdruck- und Pulsfrequenzmessgerätes. Der Pulswert erscheint in der Anzeige des Gerätes direkt nach dem Blutdruckwert. 4. Versuchsprotokoll: Name: Geschlecht: Größe: Gewicht: Blutdruckmessung a) Manuelle Messung mit Hilfe (mmHg) Riva-Rocci-Korotkow- Messgerätes Systolischer Diastolischer Wert Wert b) Elektrische Messung mit Hilfe des Blutdruck- und PulsfrequenzMessgerätes Systolischer Diastolischer Wert Wert 1. Durchgang 2. Durchgang a) Manuelle Messung Pulsfrequenzmessung b) Elektronische Messung mit Hilfe des Blutdruck- und Pulsfrequenzmessgerätes 1. Durchgang 2. Durchgang ––––––––––––––––––––––––––––––Ende des Versuchsplans–––––––––––––––––––––––––––– Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referentin: Nadine Daschmann, Datum: 16.12.2003 E-Mail: [email protected] 8. Einübungsversuche zur Pulsfrequenz- und Blutdruckmessung – Versuchsbericht Versuchsziel: Erlernen und Vergleichen verschiedener Methoden zur Blutdruck- und Pulsfrequenzmessung Sachstand: Blutdruck: Unter Blutdruck versteht man den Druck in den Arterien des Körperkreislaufes, welcher auf die Gefäßwände ausgeübt wird. Er wird als zwei durch einen Schrägstrich getrennte Zahlenwerte angegeben. Der höhere Wert ist der systolische Wert, der niedrigere Wert der diastolische Wert. Der normale systolische Blutdruck beträgt nach de MAREES (1996, S. 270) in Körperruhe und in sitzender Position 120 mmHg und der diastolische Blutdruck 80 mmHg. Die Einheit dieser Werte ist Millimeter Quecksilber (mmHg). Messverfahren zur Blutdruckmessung: de MAREES (1996, S. 272) unterscheidet zwei Prinzipien der Blutdruckmessung: Zum einen die direkte (blutige Blutdruckmessung) und 40 zum Anderen die indirekte (unblutige Blutdruckmessung). Nach CAMPBELL (2000, S. 908) wird bei der direkten Blutdruckmessung mit einem Manometer verbundene Kanüle in das Gefäß eingestochen. Diese Methode, welche exakte Messwerte liefert, bleibt jedoch einem Arzt vorbehalten. Deswegen wendet man häufig die indirekte Messung nach RivaRocci-Korotkoff an. Bei diesem Messverfahren misst man mit einer aufgeblasenen Manschette den in einer Arterie herrschenden Blutdruck wie folgt: Die Manschette, die um den Oberarm gelegt wird, wird solange aufgeblasen, bis die Arterie ganz abgedrückt ist. So ist der Arm unterhalb der Manschette nicht mehr durchblutet. Das Stethoskop legt man oberhalb der Arteria brachialis in der Ellenbeuge auf und achtet auf die pulsierenden Geräusche. Bei geschlossener Arterie ist unterhalb der Manschette kein Puls festzustellen. Wenn nun das Ventil des Pumpballs langsam geöffnet wird (2- 3 mmHg/s) und es zur Entlüftung der Manschette kommt, beginnt das Blut wieder in den Unterarm zu fließen. Das Geräusch, das nun über das Stethoskop hörbar ist – auch Korotkoff-Geräusch genannt – ist jetzt das pulsierende Blut unterhalb der Manschette. Bei Erreichen des systolischen Blutdrucks wird ein erstes dumpfes Geräusch hörbar und ist dann auf der Messskala abzulesen. In dem Moment, wenn das Geräusch schwächer wird und verschwindet, liest man den diastolischen Wert ab. Nun kann das Blut frei durch die Arterien fließen. Hypertonie und Hypotonie: Es ist wichtig, regelmäßig seinen Blutdruck zu kontrollieren, denn ein extrem erhöhter Blutdruck kann für die Entstehung arteriosklerotischer Folgekrankheiten, wie z.B. Herzinfarkt, Schlaganfall, Nierenversagen u.a. verantwortlich sein (MARKWORTH 2001, S. 152). Steigt der systolische Blutdruckwert über 160 mmHg und/oder der diastolische Blutdruckwert über 95 mmHg, herrscht nach der Weltgesundheitsorganisation (WHO) ein Bluthochdruck (Hypertonie) vor (KUSCHINSKY 1994, S. 351). Es sollte dann ein Arzt aufgesucht werden. Bei niedrigerem Blutdruck (Hypotonie) liegt der Blutdruckwert unter 110/70 mmHg. Dies ist jedoch fast immer ungefährlich (MARKWORTH 2001, S. 151). Puls: Der tastbare Puls beruht auf rhythmisches Dehnen der Arterien aufgrund der Blutdruckerhöhung bei jedem Herzschlag. Ein gesunder Mensch hat im Durchschnitt eine Herzfrequenz von etwa 70 /Minute (CAMPBELL 2000, S. 904). Messverfahren zur Pulsfrequenzmessung: Die Pulsfrequenz lässt sich zum Beispiel an der Handgelenkinnenseite (an der Arteria radialis) messen. die Schläge werden 15 Sekunden lang gezählt, sie sind vier zu multiplizieren, um den Wert pro Minute zu erhalten. Erwartung: Nun stellt sich die Frage, inwiefern das Versuchziel vom 25.11.2003 erreicht wurde, da nach vorangegangenen Seminarberichten es möglich sein müsste, nach einmaliger Einübung, leidlich richtige Werte zu messen. Methodik: Der Versuch verlief gemäß dem Versuchsplan vom 25.11.2003. Die Probanden hatten zwei verschiedene Blutdruckmessungen und Pulsfrequenzmessungen durchgeführt. Es traten bei den Blutdruckmessungen keine weiteren Vorkommnisse auf, wobei einige Probanden bei der manuellen Pulsfrequenzmessung den Endwert auf die Minute hochrechneten und so in die Tabelle eintrugen. Ergebnisse (siehe Datenblatt vom 02.12.2003): Es nahmen an den Einübungsversuchen zur Pulsfrequenz- und Blutdruckmessung insgesamt 23 Probanden teil, wobei von 3 Probanden das Versuchsprotokoll lückenhaft ausgefüllt wurde und deren Werte nicht in die Auswertung mit eingingen. Bei den 11 Frauen und 9 Männern wurden 12 Messwerte gemessen, davon 8 Werte zum Blutdruck und 4 Werte zur Pulsfrequenz. Es wurden 240 Messwerte eingetragen, das entspricht einer Messerfolgsquote von 87 %. 41 Blutdruckmessung beider Messmethoden: Nach der Riva-Rocci-Korotkoff-Messung, vom 1. und 2. Durchgang (Tabelle 1), liegen die Mittelwerte bei 119 mmHg und 118 mmHg systolisch und bei 74 mmHg und 76 mmHg diastolisch. Die Mittelwerte der elektronischen Messung, vom 1. und 2. Durchgang (Tabelle 1), liegen bei 124 mmHg und 120 mmHg systolisch und bei 79 mmHg und 77 mmHg diastolisch. Die Standardabweichungen liegen bei der Riva-Rocci-Korotkoff-Messung im Bereich von 9 und 13, die der elektronischen Messung bei 9 und 14. Der systolische Minimalwert liegt bei 90 mmHg und der Maximalwert bei 151 mmHg. Bei den diastolischen Werten liegt der Minimalwert bei 60 mmHg und der Maximalwert bei 104 mmHg. Der Unterschied der Werte zwischen der Riva-Rocci-Korotkoff- Messung des 1. und 2. Durchgangs liegt bei 1 mmHg systolisch und 2 mmHg diastolisch. Bei der elektrischen Messung liegt der Unterschied der Werte bei 4 mmHg systolisch und 2 mmHg diastolisch. Beim Vergleich der beiden Messmethoden liegt der Minimalwert bei 118 mmHg und der Maximalwert bei 124 mmHg systolisch. Das ergibt einen Unterschied von 6 mmHg. Bei den diastolischen Messergebnissen liegt der niedrigste Wert bei 76mmHg und der höchste Wert bei 79 mmHg. Das ergibt einen Unterschied von 3mmHg. Die folgende Tabelle 3 enthält als Nachtrag zum Datenblatt die fehlenden Blutdruckwerte der 3 Probanden, welche den Versuchsplan lückenhaft ausgefüllt hatten. Tab. 3: Ergebnisse der Blutdruckmessung (mmHg) n = 3, w = weiblich, m = männlich, - = fehlende Werte Proband Riva-Rocci-KorotkoffMessung (Geschlecht) 1. Durchgang systolisch diastolisch Riva-Rocci-KorotkoffMessung 2. Durchgang systolisch diastolisch Elektronische Messung Elektronische Messung 1. Durchgang systolisch diastolisch 2. Durchgang systolisch diastolisch 1(w) 2(w) 3(m) 115 136 124 - 141 119 - 125 70 70 73 76 - 87 73 - Pulsfrequenzmessung beider Messmethoden: Es ergibt sich ein Unterschied (in Tabelle 2 und Abbildung 3) bei der manuellen Messung des 1. und 2. Durchgang von 1 /Minute. Die Standardabweichung liegt zwischen 8 und 9. Die Mittelwerte der zweiten Messung, mit Hilfe des elektronischen Pulsfrequenz- und Blutdruckmessgerätes, unterscheiden sich ebenfalls um einen Schlag pro Minute. Hier liegt die Standardabweichung bei 9 und 10. Der zweite Durchgang der manuellen Messung und der zweite Durchgang der elektronischen Messung zeigen keinen Unterschied im Mittelwert auf und liegen bei 65 /Minute. Jedoch weist der erste Durchgang der manuellen Messung, nämlich 66 /Minute, zur elektronischen Messung des ersten Durchgangs, nämlich 64 /Minute, einen Unterschied von 2 /Minute auf. Die folgenden Tabellen 4 und 5 sind ein Nachtrag zum Datenblatt. Tab. 4: Ergebnisse der Pulsfrequenzmessung (/Minute) n = 3, w = weiblich, m = männlich, - = fehlende Werte Proband Manuelle Messung (Geschlecht) (Radialis, Handmessung) 1. Durchgang 2. Durchgang 1(w) 88 72 2(w) 74 3(m) 64 64 Elektronische Messung 1. Durchgang 72 67 2. Durchgang 59 - Die Tabelle 4 enthält die fehlenden Werte der 3 Probanden die den Versuchsplan lückenhaft ausgefüllt hatten und welche nicht in Tabelle 2 zu sehen sind. 42 Betrachtet man die Abweichung der Mittelwerte in Prozent in Tabelle 5, so liegt der Mittelwert bei der manuellen Messung bei 7 % und der Mittelwert bei der elektronischen Messung bei 5,5 %. Die Differenz der beiden Werte beträgt 1,5 %. Tab. 5: Abweichung der Pulsfrequenzwerte in %, n= 20, w= weiblich, m= männlich, M= Mittelwert, rel. Vb.= relative Variationsbreite, 1./2. = Durchgang der Messungen, mM= manuelle Messung, e.M.= elektronische Messung Proband 1 2 3 (Geschlecht) (w) (w) (w) 4 (w) Rel. Vb. in % 1./2. mM Rel.. Vb. in % 1./2. e.M. 16,2 5,0 5,3 0 0 4,3 1,6 12,3 5,9 5 6 (w) (w) 2,7 7 (w) 8 9 10 11 (w) (w) (w) (w) 12 (m) 21,0 15,0 0 5,5 5,9 0 1,7 1,4 0 35,7 8,6 7,1 0 13 (m) 13,0 5,9 14 15 (m) (m) 7,7 12,3 3,2 16 17 18 (m) (m) (m) 19 20 M in % (m) (m) 13,3 1,5 7,1 11,7 5,5 0 7,0 4,9 0 4,4 2,0 5,5 0 2,7 Diskussion: Aus den Ergebnissen kann man schließen, dass alle Probanden die verschiedenen Methoden der Blutdruckmessung größtenteils richtig angewendet und gelernt haben, da die Abweichungen der Mittelwerte sehr gering sind und sich um den von der Literatur vorgegebenen Normalwert in etwa streuen, wobei es bei einem Probanden auffällig hohe Werte des systolischen und diastolischen Blutdrucks gab. Dieser wäre auch als kontrollbedürftig zu bezeichnen, wenn nach mehrmaligen Messungen über einen längeren Zeitraum diese erhöhten Werte beobachtet werden können. Bei Verdacht eines Bluthochdrucks sind immer wiederholte Messungen nötig. Die hier in der Tabelle 1 markierten Werte geben keine Auskunft auf die Krankheitsbilder Hypertonie/Hypotonie. Sie zeigen nur die Abweichung des Normalwerts. Die Werte, die unter dem von der Literatur vorgegebenen Normalwert fallen, sind kein Grund zur Beunruhigung. Diese können auf Grund von psychischen und physischen Belastungen, Infektionskrankheiten u.a. beeinflusst werden Jedoch kann auch die Messungenauigkeit, z.B. beim Erhören des Korotkoff-Geräuschs, bei der Versuchsdurchführung für einen niedrigen bzw. erhöhten Wert führen. Nach MARKWORTH (1996, S.151) unterliegt der Blutdruck Schwankungen, die die verschiedensten Ursachen haben können. Auch die Pulsfrequenzmessung wurde von den Probanden erfolgreich durchgeführt und größtenteils richtig angewendet. Da hier die Mittelwerte in der Nähe von dem in der Literatur vorgegebenen Wert, etwa 70 /Minute, liegen und es sich bei den Probanden um eine homogene Gruppe von Sportlern handelt, ist die Abweichung unserer Werte aus Tabelle 2 so gering, dass sie keine größere Bedeutung haben. Wenn sich der Wert unter 60 /Minute befindet, kann eine Erklärung sein, dass einige Probanden sehr gut im Ausdauerbereich trainiert sind. Die Werte aus Tabelle 3 und 4 sind nicht in die Berechnung der Mittelwerte eingegangen, sie geben einen Eindruck des lückenhaft ausgefüllten Versuchsplanes. Die fehlenden Werte der 3 Probanden können z.B. den Hintergrund haben, dass die Probanden zu wenig Zeit bei der Versuchsdurchführung hatten. Betrachtet man sich die Abweichung der Mittelwerte als Maß der Reliabilität im Retest-Versuchsplan, so ist die Differenz der beiden Mittelwerte in Tabelle 5 nur 1,5 %. Diese geringe Differenz spricht für eine hohe Zuverlässigkeit in Bezug auf die Durchführung beider Messmethoden. 43 Fazit: Alle Probanden haben die hier aufgeführten Methoden zur Pulsfrequenz- und Blutdruckmessung kennengelernt und größtenteils richtig angewendet. Jetzt kann bei weiteren Versuchen auf diese Messmethoden zurückgegriffen werden. Die Angaben für die erhöhten und niedrigen Blutdruckwerte sind keine Diagnose, sondern verdeutlichen den überschrittenen oder unterschrittenen Normalwert. Hinweis des Seminarleiters: Zur Bedeutung der Armposition siehe Zusatzaufgabe von K HEINTZENBERG, S. 143 ff. Literaturverzeichnis: CAMPBELL, N. A.: Biologie. Hrsg.: Markl, J., Spektrum Akademischer Verlag GmbH Heidelberg, Berlin, Oxford. 2. korrigierter Nachdruck 2000. KUSCHINSKY, W.: Herz- Kreislauf- Funktion. In: DEETJEN, P. , SPECKMANN, E.- J.: Physiologie. Urban und Schwarzenberg, München, Wien, Baltimore 1994. MAREES, H. de: Sportphysiologie. Verlag Sport und Buch Strauß, Köln 1996. MARKWORTH, P.: Sportmedizin. Rowohlt Taschenbuch Verlag GmbH, Reinbek bei Hamburg, 15. Auflage, Februar 2001 Hiermit versichere ich, dass ich die vorgelegte Seminararbeit selbstständig angefertigt und alle benutzten Quellen und Hilfsmittel angegeben habe. 44 45 Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referentin: Ramona Thies, Datum: 09.12.2003 E-Mail: [email protected] 9. Kreislaufregulation vor und nach körperlicher Arbeit – Datenblatt Messergebnisse zum Experiment vom 02.12.2003 Tabelle 1 : Pulsfrequenz, Blutdruck und deren Mittelwerte vor körperlicher Arbeit; # siehe Abb. 3 und 4; Pf hochgerechnet pro Minute VP1 (w) §VP2 (w) VP3 (w) VP4 (w) §VP5 (w) VP6 (w) VP7 (m) VP8 (m) § VP9 (m) VP10 (m) VP11 (m) §VP12 (m) MW PF0,5 60 66 64 60 86 68 72 66 63 42 66 70 65 PF1 64 68 66 58 80 68 72 68 60 54 64 68 66 PF1,5 63 70 66 60 80 64 74 68 56 46 64 70 65 PF2 60 72 66 50 86 60 74 72 60 58 66 72 66 BD1 156/105 115/80 126/80 130/86 123/91 170/123# 137/85 140/84 133/82 135/62 141/85 137/89 137/88 BD2 151/93 115/76 125/80 122/81 125/85 139/86 131/85 134/81 142/88 141/74 144/84 126/85 133/83 BD2 151/93 115/76 125/80 122/81 125/85 139/86 131/85 134/81 142/88 141/74 144/84 126/85 133/83 §VP12 (m) MW Tabelle 2 : Pulsfrequenz, Blutdruck und deren Mittelwerte nach körperlicher Arbeit; # siehe Abb. 3 und 4; Pf s. o. VP1 (w) §VP2 (w) VP3 (w) VP4 (w) §VP5 (w) VP6 (w) VP7 (m) VP8 (m) § VP9 (m) VP10 (m) VP11 (m) PF0,5 106 156 130 130 80 138 136 116 104 137 120 92 120 PF1 88 158 90 94 90 82 130 64 120 77 78 132 100 PF1,5 92 142 68 78 60 76 110 68 88 44 66 120 84 PF2 86 134 60 72 52 76 98 68 88 46 70 108 80 PF2,5 100 128 66 74 56 70 100 68 84 34 70 104 80 PF3 82 94 66 66 56 70 98 72 72 48 56 98 73 PF3,5 88 82 70 66 72 76 84 76 68 40 58 94 73 PF4 92 82 72 74 64 82 76 72 64 44 68 92 74 PF4,5 94 74 72 80 52 76 92 76 60 34 68 90 72 PF5 98 72 72 68 40 76 92 76 56 30 60 90 69 BD1 178/93 136/83 136/82 161/102 154/100 169/82 128/101 178/83 175/82 175/72 175/75 137/82 158/86 BD2 144/82 133/78 136/88 148/94 153/101 156/85 161/97 165/82 169/77 153/71 153/73 126/85 148/84 BD3 148/82 124/79 124/79 129/83 131/80 147/68 158/93 152/78 158/76 149/72 134/74 152/88 142/79 BD4 138/89 116/76 119/80 139/76 129/77 140/71 144/91 150/82 147/75 150/82 134/74 151/88 138/80 BD5 151/79 118/72 119/80 110/73 127/73 130/70 149/88 137/78 144/72 149/72 124/75 133/75 132/76 während nach Arbeit vor Arbeit 150 mmHg Pulsfrequenz (/min) vor 100 50 0 0,5 1,5 2,5 3,5 4,5 5,5 6,5 7,5 8,5 Meßreihe in Minuten Abb. 1: Pulsfrequenz vor/nach körperlicher Arbeit nach (Mittelwerte), n = 12 während nach Arbeit 160 150 140 130 120 110 100 1 2 3 4 5 6 7 8 Meßreihe in Minuten Abb. 2: Systolischer Blutdruck vor/körperlicher Arbeit (Mittelwerte), n = 12 9 46 vor während nach Arbeit 120 Pulsfrequenz (/min) 100 80 60 40 20 0 vor Arbeit 0,5 1 1,5 2 2,5 62 64 63 63 3 3,5 4 4,5 5 114 88 nach Arbeit 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 75 72 73 70 70 73 74 72 Meßreihe in Minuten Abb. 3: Pulsfrequenz vor / nach körperlicher Arbeit (neue Mittelwerte), n = 8, ohne Vp. 2, 5, 9, 12 in Tab 1+2;zum Vergleich zu n = 12 in Abb.1 Pulsfrequenz hochgerechnet pro Minute mmHg vor 170 160 150 140 130 120 110 100 vor Arbeit nach Arbeit während 1 2 138 136 3 4 nach Arbeit 5 6 7 8 9 163 152 142 139 134 Meßreihe in Minuten Abb. 4: Systolischer Blutdruck vor / nach körperlicher Arbeit (neue Mittelwerte), s. Abb. 3 zum Vergleich zu n = 12 in Abb.; n = 8 47 Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referentin: Ramona Thies, Datum: 09.12.2003, E-Mail: [email protected] 9. Kreislaufregulation vor und nach körperlicher Arbeit – Versuchsbericht 1. Zielsetzung: Der am 02.12.2003 durchgeführte Versuch soll Veränderungen von Blutdruck und Herzfrequenz vor und nach körperlicher Arbeit feststellen. 2. Sachstand Zunächst einige Definitionen: Belastung: Vorgegebene Anforderungen oder Aufgaben (hier: Treppenlaufen), die von äußeren Bedingungen, nicht aber vom betroffenen Individuum abhängt (4, S. 672). Leistung: Arbeit pro Zeiteinheit (4, S. 672) Beanspruchung: Individuelle Reaktion des Organismus beim Erbringen einer Leistung. Erkennbar an Veränderungen verschiedener Indikatoren (z. B. Pulsfrequenz, Blutdruck, Sauerstoffaufnahme) und Wirkungsgrad (4, S. 673). Arbeit: Widerstand entlang eines Weges (4, S. 673). Durch die Kreislaufregulation wird, sowohl in Ruhe, als auch bei körperlicher Arbeit die Sicherung einer Mindestdurchblutung aller Organe gewährleistet. Dabei unterliegen u. a. die Herzaktion und der Blutdruck einer optimalen Regelung (2, S. 176). – Mit Beginn der körperlichen Arbeit steigt sofort der Stoffwechsel um ein vielfaches seines Ruhewertes an; es wird eine größere Sauerstoffmenge angeliefert und es nimmt die Menge Blut, die pro Zeiteinheit durch die Muskulatur fließt, (Durchblutung) zu. Die Erhöhung der Durchblutungszunahme erfolgt hauptsächlich durch Abnahme des peripheren Widerstandes in den Blutgefäßen bei zunächst gleich bleibendem diastolischen Druck. Dabei erfolgt die Regulation des peripheren Gefäßwiderstandes über drei Mechanismen: 1. Vasokonstriktorentonus → Gefäßverengung, Gefäßerweiterung 2. Cholinerges sympathisches System → Gefäßerweiterung 3. lokal-chemische Regulation → Gefäßerweiterung Muskelrezeptoren geben Auskunft über den Zustand des arbeitenden Muskels, diese Information wird an die medulla oblongata (verlängertes Mark, Übergang vom RM zum Gehirn und Sitz des Kreislaufzentrums) weitergeleitet. Nun wird über Fasern des vegetativen Nervensystems die Herzfrequenz und somit das HMV erhöht, was mit einer Steigerung des Blutdrucks einhergeht (1, S. 152). Das HMV kann von 5 l/min beim ruhenden Menschen auf 20 l/min beim Untrainierten bzw. 30 l/min beim Ausdauertrainierten gesteigert werden (3, S. 140). Der Blutdruck erhöht sich dabei durch eine gleichzeitige Vasokonstriktion (Verengung) mit Ausnahme der arbeitenden Muskulatur selbst sowie des Herz- und Gehirnkreislaufs (3, S. 147). Dieser Anstieg betrifft jedoch vorwiegend den systolischen Blutdruck. Der diastolische Blutdruck steigt an, wenn der statische Anteil der Arbeit höher ist (3, S. 142). Durch Erhöhung des Herzminutenvolumens, d.h. von Pulsfrequenz und Schlagvolumen, kommt es zu einer angemessenen Kreislaufregulation.– Bei schwerer Arbeit mit konstanter Leistung steigt aus energetischer Sicht die Pulsfrequenz bis zu einem individuellen unterschiedlichen Höchstwert an (4, S. 677). es kommt zu einem Ermüdungsanstieg bis die Arbeit wegen Erschöpfung abgebrochen werden muss (3, S. 144). Danach sinkt die Pulsfrequenz in zwei unterschiedlichen Phasen ab: zuerst schnell in Form einer Exponentialfunktion, danach läuft sie langsam aus und erreicht aber nicht vor 5 Minuten ihren Ausgangswert (3, S. 146). Bei nichtermüdender Arbeit erreicht die Pulsfrequenz einen steady state und kehrt innerhalb von 5 Minuten auf den Ausgangswert zurück (4, S. 677). Nach Kenntnis des Sachstands war zu erwarten: Intra- sowie interindividuelle Schwankungen der Pulsfrequenz und des Blutdrucks Erhöhte Pulsfrequenz und systolischer Blutdruck nach körperlicher Arbeit 48 Absinken des Blutdrucks und der Pulsfrequenz nach körperlicher Arbeit bis etwa zum Ausgangswert. 49 3. Methodik Gemäß der Durchführung des Versuchsplans vom 02.12.03 gab es 4 Vierer- und 2 Fünfergruppen. Der Versuch konnte jeweils von 2 Versuchspersonen pro Gruppe durchgeführt werden. Somit lagen insgesamt 12 Datensätze zur Verfügung, darunter 6 Datensätze von Frauen und 6 von Männern. Es wurden elektronische Handmanschettenmessgeräte nach der oszillometrischen Methode benutzt. 4. Ergebnisse Siehe auch Datenblatt vom 02.12.03. Die Mittelwerte der Pulfrequenz lagen vor körperlicher Arbeit in einem Bereich zwischen 65 und 66 / min (s. Tabelle 1). Nach körperlicher dynamischer Arbeit lag der Mittelwert der Pulsfrequenz bei 120 und sank dann exponential bis auf 69 / min ab (s. Tabelle 2). Betrachtet man die Rohwerte der Tabelle 1, so lassen sich intra- als auch interindividuelle Unterschiede feststellen. Bei VP 10 beträgt die Pulsfrequenz in Pf 0,5 42 / min, bei Pf 2 58/min, einem Unterschied von 16 / min. Auffallend ist auch der interindividuelle Unterschied von 44 / min bei VP 5 im Zeitpunkt Pf 0,5 in Höhe von 86 / min und VP 10 im Zeitpunkt Pf 0,5 in Höhe von 42 / min. Die intraindividuellen Unterschiede des systolischen Blutdrucks vor körperlicher Arbeit zeigten sich bis auf VP 6 in Bd 1 mit 170 mmHg und in Bd 2 mit 139 mmHg mit kleinen Abweichungen als konstant. Es liegen jedoch interindividuelle Unterschiede des systolischen und diastolischen Blutdrucks vor. Bei den Versuchspersonen 2,5,9 und 12 sind die Werte nach körperlicher Arbeit bei Pf 1 höher als bei Pf 0,5. Aus diesem Grund wurden neue Mittelwerte errechnet, ohne die Werte der aufgeführten Versuchspersonen und in Abbildung 3 und 4 dargestellt. Es sind jedoch keine größeren Unterschiede zu den Mittelwerten in Abbildung 1 und 2 zu erkennen. Nach körperlicher Arbeit ist der exponential verlaufende Pulsfrequenzabfall (s. Abb. 1) am deutlichsten in der ersten Minute zu erkennen. Die Pulsfrequenz und der systolische Blutdruck sinken nach körperlicher Arbeit ab, der diastolische Blutdruck verändert sich fast nicht. Vor während nach Arbeit 90 mmHg 80 70 60 50 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Meßreihe in Minuten Abb. 5: Diastolischer Blutdruck vor / nach zweiminütiger körperlicher Arbeit (Mittelwerte); n = 12 5. Diskussion 5.1 Erwartungen und Auswertung Nach Kenntnis des Sachstands war anzunehmen, dass während der Arbeitsphase ein Anstieg der Pulsfrequenz und des systolischen Blutdrucks stattfindet. In den Abbildungen 1 bis 4 ist der Anstieg deutlich zu erkennen. Es war zu erwarten, dass sich der diastolische Blutdruck kaum verändert, dies ist in Abbildung 5 zu sehen. Der erste Wert nach körperlicher Arbeit liegt nahezu am Ausgangswert vor körperlicher Arbeit. Trotz der kurzen Erholungszeit nach körperlicher Arbeit kann man in Abbildung 1 bis 4 ein nahezu vollständiges Absinken der Pulsfrequenz und des systolischen Blutdrucks bis zum Ausgangswert in der Erholungsphase erkennen, woraus geschlossen werden kann, dass leichte Arbeit durchge- 50 führt wurde. Betrachtet man den Blutdruck von VP 6 bei Bd1 vor körperlicher Arbeit von 170/123 mmHg und bei Bd1 nach körperlicher Arbeit von 169/82 mmHg, d.h. der Blutdruck wäre vor körperlicher Arbeit höher als nach körperlicher Arbeit, deshalb kann man davon ausgehen, dass dieser Messwert auf Grund eines Messfehlers bei Bd1 vor körperlicher Arbeit entstand. Anhand der Messergebnisse kann nachgewiesen werden, dass durch dynamische Arbeit eine Erhöhung von Pulsfrequenz und systolischem Blutdruck stattfindet. Die Rohwerte zeigen intra- und interindividuelle Schwankungen auf. Dies ist wie in der Literatur beschrieben auf die unterschiedliche Beanspruchung des einzelnen zurückzuführen. Auch der Anstieg von systolischem Blutdruck und relativ gleich bleibender Werte von diastolischem Blutdruck nach körperlicher Arbeit sind gegeben. Eine Erklärung für die niedrigen Werte könnte sein, dass während der körperlichen Arbeit eine Erholung möglich war aufgrund niedriger Intensität. 5. 2. Fazit für das Experiment: Das Ziel des durchgeführten Versuchs war, die Veränderungen von Blutdruck und Herzfrequenz vor und nach körperlicher Arbeit, festzustellen. Die Messergebnisse decken sich mit den Erwartungen nach Kenntnis des Sachstands. Das Ziel wurde erreicht und somit eignet sich dieses Experiment, um die Kreislaufregulation vor und nach körperlicher Arbeit dar- und festzustellen. 6. Literatur: 1. KIRSCH, K.: Leistungsphysiologie. In: KLINKE, R. / SILBERNAGL, S. (Hrsg.): Lehrbuch der Physiologie. 2. neu gestaltete und überarbeitete Auflage. Georg Thieme Stuttgart, Köln 1996 2. SILBERNAGL, S. / DESPOPULUS, A.: Taschenatlas der Physiologie. 4. überarbeitete Auflage. Georg Thieme Stuttgart, New York 1991 3. STEGEMANN, J.: Leistungsphysiologie. Physiologische Grundlagen der Arbeit und des Sports. 4. überarbeitete Auflage. Georg Thieme Stuttgart, New York 1991 4. ULMER, H.-V.: Arbeits- und Sportphysiologie. In: SCHMIDT, R.F. / THEWS, G. (Hrsg.): Physiologie des Menschen. Springer Berlin, Heidelberg, New York 1997
