Dokumente Nr. 10 bis 17 (S. 102) - Johannes Gutenberg

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Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Anne Borinski, Datum: 02. 12. 2003
E-Mail: [email protected]
10. Kreislaufregulation bei Lagewechsel – Versuchsplan
Versuchsziel
Feststellung von Pulsfrequenz und Blutdruck in unterschiedlichen Lagen ( Im Stand und im Liegen)
Versuchsplan
Der Versuch wird im Seminarraum durchgeführt. Die Probanden werden in Gruppen à 5 Personen
eingeteilt.
Materialbedarf pro Gruppe:

Eine Stoppuhr

Ein Blutdruckgerät

Eine Matte
Organisation:

Ein Proband

Ein Pulsmessender

Ein Zeitnehmer

Ein Blutdruckmessender

Ein Protokollant
Versuchsdurchführung
Es wird im Stand begonnen. Beginnend mit der ersten Sekunde wird der Puls alle 30 Sekunden, der
Blutdruck alle 45 Sekunden gemessen. Nach 3 Minuten im Stand, legt der Proband sich auf den Rücken. Genau wie im Stand wird jetzt auch alle 30 Sekunden der Puls und alle 45 Sekunden der Blutdruck gemessen. Die Werte werden in die Tabelle eingetragen.
Versuchsprotokoll:
Name:
Geschlecht:
1. Im Stand
Zeit:
Puls
BD
00:00
00:30
00:45
---------
---------
01:00
01:30
---------
02:00
02:15
---------
---------
02:30
03:00
---------
2. Im Liegen
Zeit:
Puls
BD
00:00
00:30
---------
00:45
---------
01:00
---------
01:30
02:00
---------
02:15
---------
02:30
03:00
---------
Abweichungen vom Versuchsplan sowie besondere Vorkommnisse bitte auf der Rückseite notieren!
50
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Anne Borinski, Datum: 09. 10. 2003
E-Mail: [email protected]
10. Kreislaufregulation bei Lagewechsel – Datenblatt
Tab. 1: Ergebnisse der Blutdruckmessung im Stand (mmHg),
systolisch,Mittelwerte nur für VP 1-8
M: Mittelwert S: Standardabweichung
Tab.2: Ergebnisse der Blutdruckmessung im Stand (mmHg),
diastolisch,Mittelwerte nur für VP1-8
M: Mittelwert S:Standardabweichung
Zeit (min)
Zeit (min)
00:00 00.45 01:30 02:15 03:00
VP1
120
115
115
115
120
VP1
70
80
75
80
75
VP2
124
130
142
130
128
VP2
92
98
90
98
90
VP3
130
120
124
126
124
VP3
90
88
90
98
90
VP4
130
130
130
125
125
VP4
80
80
82
80
85
VP5
110
110
115
110
115
VP5
65
75
75
75
70
VP6
120
122
122
125
122
VP6
70
72
70
80
80
VP7
121
118
116
118
118
VP7
89
82
79
84
89
VP8
120
110
115
110
115
VP8
60
75
66
70
75
VP9
118
118
122
124
124
VP9
86
89
/
95
100
VP10
122
/
120
/
120
VP10
80
/
80
/
75
M
122
119
122
120
121
M
77
81
78
83
81
S
6
7
9
7
5
S
10
8
8
10
7
Tab. 3: Ergebnisse der Blutdruckmessung im Liegen (mmHg),
systolisch, Mittelwqerte nur für VP1-8
M: Mittelwert S. Standardabweichung
Zeit (min) 00:00 00.45 01:30 02:15 03:00
Tab. 4: Ergebnisse der Blutdruckmessung im Liegen
(mmHg),diastolisch, Mittelwerte nur für VP1-8
M: Mittelwert S: Standardabweichung
Zeit (min) 00:00 00.45 01:30 02:15 03:00
VP1
115
115
116
115
117
VP1
75
70
70
70
70
VP2
120
114
114
108
120
VP2
78
80
88
90
86
VP3
124
122
124
118
120
VP3
78
78
80
74
76
VP4
130
125
125
130
135
VP4
80
70
70
65
65
VP5
105
125
120
130
125
VP5
60
50
50
60
65
VP6
140
140
142
145
145
VP6
115
114
114
112
112
VP7
116
122
120
114
112
VP7
75
70
78
72
74
VP8
115
115
110
115
110
VP8
60
65
65
60
65
VP9
124
125
/
126
122
VP9
104
98
/
104
98
VP10
120
118
/
118
122
VP10
70
72
/
65
65
M
121
122
121
122
123
M
78
75
77
75
77
S
 10
8
9
 11 11
S
 16
 17
 17
 17
 15
130
125
120
115
110
00:00 00:45 01:30 02:15 03:00
Zeit (min)
Abb. 1: Blutdruck-Mittelwerte
systolisch in mmHg,n=8
M,stehend
M,stehend
M,liegend
M,liegend
mmHg,diastolisch
mmHg, systolisch
00:00 00.45 01:30 02:15 03:00
90
85
80
75
70
00:00 00:45 01:30 02:15 03:00
Zeit (min)
Abb. 2: Blutdruck-Mittelwerte,
diastolisch in mmHg, n=8
51
Tab. 6: Ergebnisse der Pulsfrequenzmessung im Stand
M: Mittelwert S: Standardabweichung
Tab. 5: Ergebnisse der Pulsfrequenzmessung im Liegen
M: Mittelwert S: Standardabweichung
Zeit (min)
Zeit (min)
00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00
00:00
00:30 01:00 01:30 02:00 02:15 03:00
VP1
80
76
76
80
84
76
84
VP1
68
68
68
64
64
64
68
VP2
68
68
60
72
68
68
72
VP2
56
52
52
56
60
56
52
VP3
64
72
60
68
60
60
60
VP3
60
52
52
52
52
56
56
VP4
120
88
80
76
72
68
68
VP4
100
100
96
96
96
92
92
VP5
68
64
68
72
66
74
64
VP5
56
56
52
56
60
56
52
VP6
56
52
60
52
62
56
52
VP6
56
52
56
56
52
56
52
VP7
76
72
60
60
64
60
68
VP7
60
56
56
56
52
56
52
VP8
60
64
64
60
60
64
68
VP8
56
56
56
58
56
60
56
VP9
56
62
68
68
56
56
56
VP9
80
76
68
66
64
62
62
VP10
56
60
72
76
76
76
80
VP10
56
52
54
52
54
60
52
M
70
70
67
68
67
66
67
M
65
62
61
61
61
62
60
S
 18
 10
9
8
8
9
8
 14
 12
 13
 12
 13
 10
 11
S
Abb. 4 (Abb. 3 modifiziert)
liegend
stehend
Pulsfrequenz (/min)
75
70
M, liegend
M, stehend
65
60
55
02:30
02:00
01:30
01:00
00:30
00:00
03:00
02:30
02:00
01:30
01:00
00:30
00:00
50
Zeit (min)
n=8
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Anne Borinski, Datum: 09. 12. 2003
E-Mail: [email protected]
10. Kreislaufregulation bei Lagewechsel – Versuchsbericht
1. Versuchsziel
Es ist das Ziel des Experiments zu ermitteln, ob und inwiefern sich die Werte von Blutdruck und
Pulsfrequenz bei Lagewechsel (vom Liegen in den Stand) verändern.
2. Sachstand der Literatur
Kreislauf- und Blutdruckregulation: Damit der Blutdruck erhalten bleibt und bei erhöhter Durchblutung der Muskulatur (z. B. durch körperliche Aktivität) nicht zu stark absinkt, muss nach FALLER
(1996, S. 161) jede Zunahme des „Blutbedarfs“ von einer Steigerung des Herzvolumens begleitet
sein. Die Anpassungsvorgänge des Kreislaufs sowie des arteriellen Blutdrucks werden vor allem
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von dem Kreislaufzentrum im Hirnstamm koordiniert. Informationen über den aktuellen Blutdruck
werden von speziellen Druckaufnehmern, so genannten Pressorezeptoren, die sich im Aortenbogen sowie im Carotissinus an der Aufteilungsstelle der Halsschlagader befinden, registriert und in
Form von Nervenimpulsen über afferente Nerven dem Kreislaufzentrum mitgeteilt (FALLER 1996,
S. 161). Es stehen zwei Stellglieder zur Verfügung: 1. Die Verengung oder die Erweiterung der Arterien (Arteriolen) und 2. Die Pumpleistung des Herzens. Der Sympathikus erhöht die Frequenz,
der Parasympathikus senkt sie.
Beim Übergang vom Liegen zum Stehen vollzieht sich eine Umverteilung des Blutes. Durch die
Schwerkraft und durch die Erweiterung der Venen im unteren Körperabschnitt kommt es zu einem
kurzfristigen „Absacken“ von etwas 0,5 l Blut aus dem Brust- und Bauchraum in die Beingefäße.
Dieses nennt man auch eine orthostatische Reaktion. Diese Blutvolumenumverteilung führt zu einer ungenügenden Füllung des intrathorakalen Niederdrucksystems, wodurch die Füllung des
Herzens abnimmt. Das Schlagvolumen verringert sich, was eine Abnahme des Herzzeitvolumens
bedeutet. Der Blutdruck fällt. Dieser Druckzustand wird dem Kreislaufzentrum im Gehirn durch die
Pressorezeptoren im Carotissinus und im Aortenbogen gemeldet, was zu einer Erhöhung der Frequenz und einer Verengung der Gefäße, auch Vasokonstriktion genannt, führt (ULMER, H.-V.,
2001, S. 54).
Tritt diese Gegenregulation mit einer zu starken Verzögerung ein, kommt es nach FALLER (1996,
S. 162)„...als Folge des Blutdruckabfalls zu einer kurzfristigen Minderdurchblutung des Gehirns
und unter Umständen zu Schwindel oder kurzfristiger Bewusstlosigkeit. (orthostatischer Kollaps) “.
Ebenso kann durch plötzliche Blutverluste oder durch zu starke Senkung des peripheren Gefäßwiderstandes (z. B. Hitzekollaps) der Blutdruck zu stark absinken und die Durchblutung zusammenbrechen (Kreislaufschock, bzw. Volumenmangelschock).
FALLER (1996, S. 162-163) sagt, dass den venösen Rückstrom zu erhöhen, in diesem Fall die
wichtigste therapeutische Maßnahme ist ( Schocklagerung: Patienten auf den Rücken legen und
die Beine hochlagern).
3. Erwartungen
Aufgrund der oben genannten Anpassungsprozesse des Körpers sind bei den Blutdruckwerten
keine großen Veränderungen zu erwarten. Bei den Pulsfrequenzwerten ist zu erwarten, dass sie
im Liegen niedriger sein werden als im Stand.
4. Methodik
Es wurde im Liegen und im Stand jeweils 3 min lang der Blutdruck alle 45 Sekunden und der Puls
alle 30 Sekunden gemessen. Der Blutdruck wurde mit der Riva-Rocci-Methode gemessen. Der
Puls wurde manuell gemessen.
5. Ergebnisse (siehe auch Datenblatt vom 09. 12. 2003)
An dem Versuch am 02.12. 03 nahmen zehn Probanden teil, von denen sechs Probanden männlich und vier weiblich waren. Zwei Versuchsprotokolle konnten für die Auswertung aufgrund fehlender Werte nicht verwendet werden. Die Ergebnisse der Blutdruck- und Pulsfrequenzmessungen
sind den Tabellen auf dem Datenblatt zu entnehmen. Es wurden für alle Messzeitpunkte Mittelwerte sowie die Standardabweichungen errechnet. Um die Ergebnisse besser deuten zu können, wurden diese in Grafiken dargestellt.
Die Blutdruckwerte, systolisch befinden sich im Stand zwischen 119 und 122 mmHg, während sie
sich im Liegen zwischen 121 und 123 mmHg befinden. An der Abbildung 1 kann man erkennen,
dass es keine großen Schwankungen zwischen den Werten im Stand und im Liegen gibt. Die Blutdruckwerte, diastolisch liegen im Stand zwischen 77 und 83 mmHg und im Liegen befinden sie
sich zwischen 75 und 78 mmHg. Auch hier gibt es keine großen Veränderungen. Auffällig sind die
hohen Mittelwerte im Stand, wie man an der hier eingefügten Abbildung 5 erkennen kann.
53
mmHg
M,stehend
M,liegend
90
85
80
75
70
65
n=8
00:00
00:45
01:30
02:15
03:00
Zeit(m in)
Abb. 5 (Abb. 2 modifiziert): Blutdruck-Mittelwerte,
diastolisch in mmHg
VP 2 und VP 3 weisen hohe diastolische Werte auf. Mann erkennt, dass die diastolischen Blutdruckwerte im Liegen zu diesen Zeitpunkten niedrig sind, was unter anderem auf die niedrigen
Blutdruckwerte der VP 5 zurückzuführen ist.
Bei der Pulsfrequenzmessung befinden sich die Werte im Stand zwischen 66 und 70/min. Im Liegen befinden sich die Werte zwischen 60 und 65/min, was deutlich niedriger ist.
Es ist zu erkennen, dass die Werte im Stehen direkt nach Lagewechsel etwa 10/ min höher als die
Werte im Liegen sind. Auffällig ist weiterhin, dass die Kurven vom ersten bis zum letzten Messzeitpunkt abfallen (Abb. 3). Wenn man sich die Ergebnisse der Messung ansieht (Tab. 5 und 6) fällt
auf, dass VP 4 im Stand und im Liegen zu Beginn der Messung sehr hohe Pulswerte hat, die dann
im Verlauf der Messung stark abfallen.
Weiterhin fällt auf, dass die Werte im Liegen bei VP 4 ab dem Messzeitpunkt 00:30 höher sind als
im Stand, was nicht die Regel ist, wie man an den Werten der anderen Versuchspersonen erkennen kann.
6. Diskussion
Es ist festzustellen, dass sich die oben genannten Erwartungen erfüllt haben. Bei den Blutdruckwerten gab es keine großen Veränderungen vom Liegen zum Stand.
Auffällige Werte bei den Blutdruckmessungen sind die diastolischen Werte im Stand von VP 2 und
VP 3, welche zu allen Messzeitpunkten relativ hoch sind. Bei VP 6 liegen die diastolischen Werte
im Liegen zwischen 112 und 115 mmHg, was auf einen Bluthochdruck schließen lässt.
Bei den Pulsfrequenzwerten trat ebenso das ein, was erwartet wurde: Die Pulswerte waren im Liegen niedriger als im Stand. In beiden Lagen nimmt der Puls von Anfand bis Ende der Messung ab.
Es ist also anzunehmen, dass die Kreislaufregulationsprozesse erfolgreich vollzogen wurden.
7. Methodendiskussion
Die Riva-Rocci-Methode wurde bei diesem Versuch erst das zweite Mal angewendet. Deshalb
kann es sein, dass nicht alle Werte genau mit dem wahren Wert übereinstimmen. Ein weiterer
Grund für eventuelle Messungenauigkeiten war die kurzfristige Unruhe im Seminarraum, worüber
sich manche Probanden beschwerten. Die Zeitintervalle von 45 Sekunden sollten beim nächsten
Mal vielleicht länger sein, da die Blutdruckmessenden bei diesem Versuch die Intervalle als zu
kurz ansahen.
Für die Interpretation wäre es hilfreich gewesen, einen dritten Teil wieder im Liegen anzuschließen.
8. Fazit
Die Blutdruckwerte wiesen geringe Schwankungen vom Liegen zum Stehen auf. Die Pulsfrequenzwerte sind im Stand höher als im Liegen.
Die Kreislaufregulation bei Lagewechsel wurde in diesem Versuch verdeutlicht.
54
Literatur
FALLER, A.: Der Körper des Menschen, Einführung in Bau und Funktion, 12. Auflage, Neubearbeitung von Michael Schünke, Georg Thieme Verlag Stuttgart-New York, 1996
SPORNITZ, U. M.: Anatomie und Physiologie, Lehrbuch und Atlas, 2., vollständig überarbeitete
und erweiterte Auflage, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 1993, 1996
ULMER, H.-V.: Physiologische Grundlagen, Skript zur Vorlesung, überarbeitete Auflage, 2001
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: Helge Dietze, Datum: 09.12.03
E-Mail: [email protected]
11. Kreislaufregulation als Ausdruck der Beanspruchung bei körperlicher Arbeit
– Belastung und Beanspruchung – Vortrag
1. Einleitung
Der Vortrag soll zunächst die Begrifflichkeiten einzelner Fachausdrücke wie Arbeit, Leistung, Belastung und Beanspruchung klären und eventuelle Verflechtungen aufzeigen. Danach soll differenziert
auf Belastung und Beanspruchung eingegangen werden. Im dritten Teil wird die Kreislaufregulation
als Ausdruck einer Beanspruchung bei körperlicher Arbeit dargestellt.
2. Definitionen
2.1 Belastung: ist eine vorgegebene, fremd- oder selbstbestimmte Anforderung. „Ob der Mensch
sich einer Belastung stellt, hängt wesentlich von seinem Willen, seiner Motivation und seiner Fähigkeit ab, die geforderte Leistung überhaupt zu erbringen“ (2, S. 672/3). Die Belastung lässt sich durch
Dichte, Intensität, Dauer, Inhalte, Frequenz, und Umfang variieren (1, S. 522).
2.2 Leistung: Sobald der Mensch auf die Belastung reagiert, erbringt er eine Leistung. Physikalisch
ist Leistung als Kraft • Weg: Zeit definiert und wird in Watt gemessen. „Die Leistung ist das Ergebnis
einer Aktivität zur Erfüllung einer Anforderung selbst- oder fremdbestimmter Art. Sie ist daher zielbezogen, z.B. hinsichtlich ökonomischer, ökologischer oder emotionaler (Lustgewinn) Ziele“ (2, S. 672).
2.3 Beanspruchung: Die individuelle Reaktion des Organismus beim Erbringen einer Leistung wird
als Beanspruchung bezeichnet. Kenngrößen, an denen die Beanspruchung sichtbar wird, sind z.B.
Herzfrequenz, Atemzeitvolumen. Die Beanspruchung ist interindividuell sehr unterschiedlich, da sie
wesentlich von der Leistungsfähigkeit des Leistenden bestimmt wird (2, S. 673).
2.4 Leistungsfähigkeit: Damit ist die Fähigkeit zur Erfüllung einer bestimmten Aufgabe gemeint. Sie
kann durch Trainieren oder Lernen erworben, gesteigert oder gefestigt werden. Die Leistungsfähigkeit ist unter anderem abhängig von Alter, Gesundheitszustand, Trainingszustand, Begabung und
Umwelteinflüssen. Gemessen wird die Leistungsfähigkeit durch Ergometer, wobei die erbrachte Leistung zumeist in Watt gemessen wird (2, S. 673).
2.5 Belastbarkeit: Darunter versteht man diejenige Leistung, bis zu der ein Mensch ohne gesundheitliches Risiko belastet werden kann. Somit ist diese nicht mit Leistungsfähigkeit gleichzusetzen,
wie es fälschlicherweise oft getan wird (2, S. 673).
55
2.6 Arbeit: Die physische (körperliche) Arbeit wird unterteilt in dynamische und statische Arbeit. Unter dynamischer Arbeit versteht man auxotonische oder isotonische Muskelaktivitäten. Statische Arbeit wird als isometrische Muskelaktivität verstanden.
Die dynamische Arbeit wird nochmals unterteilt in positiv-dynamische Arbeit und negativ-dynamische
Arbeit (2, S. 673).
3. Interaktion zwischen vorgegebener Belastung und erbrachter Leistung
Normalerweise wird angenommen, dass eine vorgegebene Belastung auch erfüllt wird. Dieses muss
jedoch nicht unbedingt so sein. Dem Menschen stehen neben dem adäquaten Erfüllen der Belastung
weitere drei Möglichkeiten zur Verfügung. So kann der Mensch die Belastung verweigern, in dem er
gar nichts leistet. Dies kann der Fall sein, wenn eine inadäquate Belastung vorgegeben wird. So tut
der Mensch sogar gut daran, wenn er die Leistung verweigert, um einer Überforderung mit eventuellen gesundheitlich nachteiligen Konsequenzen aus dem Weg zu gehen. Somit ist diese Art der Leistungsverweigerung nicht als Böswilligkeit einzustufen, sondern als sinnvoller Vorgang. Eine weitere
Möglichkeit ist es, wenn zwar eine Leistung erbracht wird, aber in geringerer Intensität als vorgegeben. Die vierte Variante ist, dass mehr geleistet wird als gefordert. Als Beispiel sind hier „Arbeitssüchtige“ oder Übereifrige in Herzsportgruppen zu nennen. Bei letzteren muss der Betreuer sogar dafür
Sorge tragen, dass sich keiner im Eifer übernimmt (3). Somit reichen die Variationen des Reagierens
auf eine Belastung von Übererfüllung bis zur Leistungsverweigerung.
4. Einfluss der Leistungsfähigkeit auf Belastung und Beanspruchung
Das Ausmaß der individuellen Beanspruchung hängt nicht nur von der erbrachten Leistung ab, sondern auch von der individuellen Leistungsfähigkeit. „Je geringer die Leistungsfähigkeit mit all ihren
maßgeblichen Einflussgrößen ist, desto größer wird bei gleicher erbrachter Leistung die individuelle,
resultierende Beanspruchung und umgekehrt“ (3). Wenn man also eine Fehlbeanspruchung vermeiden will, genügt es demnach nicht, sich an Belastungsnormativen zu orientieren, da solche Richtwerte auf ein kollektiv bezogen werden. Wird eine durchschnittliche Leistungsfähigkeit angelegt, werden
viele Menschen überbeansprucht. Nimmt man den Leistungsschwächsten, würde es zu einer Unterforderung kommen (3).
5. Kreislaufgrößen bei körperlicher Arbeit
„Während dynamischer Arbeit ändern sich verschiedene physiologische Parameter, die mit physiologischen Messverfahren objektiv erfasst werden können und die häufig als typische Beanspruchungskriterien auch die Leistungsfähigkeit des jeweiligen Funktionssystems charakterisieren“(2, S. 677).
Bei leichter dynamischer Arbeit mit konstanter Leistung kommt es innerhalb der ersten fünf Minuten
zum Anstieg der Herzfrequenz bis auf ein Plateauwert (Steady state). Dieser wird auch für mehrere
Stunden bis zum Arbeitsende beibehalten. Bei schwerer Arbeit mit konstanter Leistung zeigt die
Herzfrequenz kein Steady-state-Verhalten, sondern einen Ermüdungsanstieg. Hier nimmt die Herzfrequenz bis zu einem individuellen Höchstwert zu und kann für wenige Minuten in ein Plateau übergehen, bis es zum erschöpfungsbedingten Arbeitsabbruch kommt. Daraus lassen sich nun zwei
Formen unterscheiden. Zum einen die nichtermüdende Arbeit, bei der die Herzfrequenz auf den Plateauwert von bis ca. 130 / min steigt. Und zum anderen die ermüdende Arbeit, wo der Ermüdungsanstieg bis zur maximalen Herzfrequenz von ca. 220 minus Lebensalter steigt. Bei nichtermüdender
Arbeit kehrt die Herzfrequenz innerhalb von 3-5 Minuten auf den Ausgangswert zurück. Nach ermüdender Arbeit ist die Erholungszeit deutlich länger. Die Erholungspulssumme bezeichnet die Anzahl
der Pulse, die in der Erholungsphase über dem Ausgangswert liegen. Sie wird als Maß für die muskuläre Ermüdung benutzt (2, S. 677).
Während dynamischer Arbeit ändert sich neben der Herzfrequenz auch der arterielle Blutdruck.
Dieser ändert sich in Abhängigkeit von der Leistung. „Der systolische Blutdruck nimmt fast proportional zur Leistung zu. [...] Der diastolische Blutdruck ändert sich nur geringfügig; oft fällt er ab“ (2, S.
678).
56
Die Dauerleistungsgrenze, eine Grenze bis zu der statische oder dynamische Arbeit ohne zunehmende muskuläre Ermüdung erbracht werden kann, wird bei ermüdender Arbeit erreicht. Es kann zu
einer kurzzeitigen Ermüdung kommen, die durch vollständige Erholung während eines Aktionszyklus
kompensiert wird, z.B. bei der Atmungs- und Herzmuskulatur. Wird eine dynamische Arbeit mit mehr
als 1/7 der Gesamtmuskelmasse ausgeführt, liegt die Dauerleistungsgrenze für Untrainierte bei einer
Herzfrequenz von ca. 130/ min, einem Atemzeitvolumen von 30 l/min, einer Erholungszeit unter fünf
Minuten, einer Erholungspulssumme unter 100 Schlägen, einer Blutlaktatkonzentration unter 2 mmol
/ l und einer Sauerstoffaufnahme von 50 % des Maximalwertes auf ca. 1,5 l / min. Bei Arbeit bis zur
Dauerleistungsgrenze liegt nichtermüdende Arbeit mit einem Stoffwechselgleichgewicht vor. Die
Dauerleistungsgrenze für statische Arbeit liegt zwischen 5 und 10 % (2, S. 686).
Oberhalb der Dauerleistungsgrenze wird sowohl bei dynamischer als auch bei statischer Arbeit die
Höchstleistungsgrenze erreicht. Sie wird in Abhängigkeit von der Intensität der Arbeit früher oder
später erreicht. Umso intensiver die Arbeit, um so eher tritt die Erschöpfung ein. Der Trainingszustand ist ausschlaggebend für die Höchstleistungsfähigkeit (2, S. 686).
6. Fazit
Es ist schon interessant, was alles in unserem Körper während körperlicher Arbeit abläuft. Obwohl
dieses am eigenen Körper abläuft, fällt es schwer alle Vorgänge in ihrer Komplexität voll-ständig zu
verstehen.
Literaturverzeichnis:
(1) CARL, K. in RÖTHIG, P. u. a.: Sportwissenschaftliches Lexikon, Stichwort Trainingsbelastung,
Schorndorf 1992
(2) ULMER, H.-V.: Arbeits- und Sportphysiologie. In: SCHMID, R. F. / THEWS, G. (Hrsg.): Physiologie des Menschen. 27. Auflage. Springer Verlag Berlin, Heidelberg, New York 1997
(3) ULMER, H.-V.: Belastung und Beanspruchung, Beanspruchungsregulation und Zielantizipation.
Online im Internet:
http://www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/330BelaBeJena.pdf [Stand 02.12.2003]
57
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Jens Lubojansky, Datum: 09.12.2003
E-Mail: [email protected]
12. Experiment mit der BORG-Skala nach Wahl des Versuchsleiters
– Versuchsplan
1. Versuchsziel
Nachweis der Validität der BORG-Skala bei der Verwendung als einfaches Messinstrument zur
Steuerung des individuellen Anstrengungsgrades im Trainingsprozess.
2. Versuchsplan
2.1 Ort:
2.2 Organisation:
Leichtathletikhalle
Bildung von 10 Gruppen à 3 Personen
1 Lauf-Koordinator, 1 DJ.
2.3 pro Gruppe:
2 Probanden (an denen der Test durchgeführt wird), 1 Zeitnehmer (ein
Proband, der Pause hat), 1 Protokollant.
2.4 Material pro Gruppe: 1 Stoppuhr, 1 BORG-Skala im DIN-A 6-Format, 1 Klemmbrett, 1 Kugelschreiber.
3. Versuchsdurchführung
Der Versuch besteht aus 2 Teilen:
a)
Lauf über 400 m nach einem vorgegebenen Takt, der nach der Hälfte der Strecke variiert wird.
Es wird Musik eingespielt, die einen bestimmten Takt vorgibt, nach dem der Läufer seine individuelle Schrittgeschwindigkeit ausrichten soll. Sind ca. 200 m absolviert, wird der Takt der Musik
verändert. Im Anschluss des Laufes wird der subjektive Anstrengungsgrad eines jeden Probanden erfragt. Die Zwischenzeiten bei jeweils 100 Metern sollten ebenfalls erfasst werden.
b)
Lauf über 400 m nach den Vorgaben der BORG-Skala:
200 m mit einem Anstrengungsgrad von 9 (sehr leicht)
200 m mit einem Anstrengungsgrad von 17 (sehr anstrengend)
Gemessen werden soll jeweils die 100-m-Durchgangszeit sowie die Endzeit.
4. Versuchsprotokoll
Name:
Geschlecht:
Alter
Größe:
Gewicht:
58
Versuchsteil a)
Lauf über 400 Meter, in einem vorgegebenen Takt. Die Geschwindigkeit kann individuell gewählt
werden. Der Takt ändert sich nach 200 Metern. Erfasst wird nach dem Lauf der Anstrengungsgrad
(RPE-Wert) der 200-Meter-Abschnitte, sowie die Zwischenzeiten und die Endzeit während des Laufes.
Takt-Lauf
Takt 1 (0 - 200 m)
Takt 2 (200 - 400 m)
RPE-Wert
Zwischenzeit t100
Zwischenzeit t200 Zwischenzeit t300
Endzeit
Zeit
Versuchsteil b)
Lauf über 400 Meter; davon 200 m in einem Anstrengungsgrad von 9, 200 m in einem Anstrengungsgrad von 17. Die Zwischenzeiten sowie die Endzeit soll erfasst werden.
Lauf nach RPEVorgabe
RPE 9
(sehr leicht)
Zwischenzeit 100 Zwischenzeit t200
RPE 17
(sehr anstrengend)
Zwischenzeit t300
Endzeit
Zeit
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
Sehr, sehr leicht
Sehr leicht
Recht leicht
Etwas anstrengend
Anstrengend
Sehr anstrengend
Sehr, sehr anstrengend
BORG-Skala
Abweichungen vom Versuchsplan und besondere Vorkommnisse bitte auf der Rückseite notieren
59
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Jens Lubojansky,
Vortragsdatum: 16.12.2003, E-Mail: [email protected]
12. Experiment mit der BORG-Skala nach Wahl des Versuchsleiters
– Datenblatt (Messergebnisse zum Experiment vom 09.12.2003)
Ziel: Prüfen der Validität der BORG-Skala bei der Verwendung als einfaches Messinstrument zur
Steuerung des individuellen Anstrengungsgrades im Trainingsprozess.
Tab. 1: Rohwerte zum Experiment, das aus 2 Versuchsteilen besteht: Im 1. Teil wird die Laufgeschwindigkeit anhand eines Taktes vorgegeben, im 2. Teil haben die Probanden die Laufgeschwindigkeit anhand des vorgegebenen RPE-Wertes selbst gewählt.
* Angabe von 11-12
1. Teil
Taktlauf
VP #
1 (m)
2 (m)
3 (m)
4 (m)
5 (m)
6 (m)
7 (m)
8 (m)
9 (m)
10 (w)
11 (w)
12 (w)
Ø
s
Min.
Max.
Takt 1
(0 - 200 m)
t100
t200
in Sek in Sek
45
89
48
93
50
90
46
88
46
88
50
94
48
92
44
87
43
85
46
90
45
89
45
88
46
2,2
43
50
89
2,6
85
94
Taktlauf
Takt 2
(200 - 400m)
t300
t400
in Sek in Sek
118
152
126
157
124
155
108
150
108
151
128
158
125
157
124
162
123
162
126
164
125
162
125
165
122
6,8
108
128
158
5,2
150
165
Takt 1
Takt 2
(96 /Min.)
(140 /Min.)
RPE-Wert
8
9
9
6
6
11
10
10
9
11*
10
9
13
12
13
9
12
14
14
12
12
14
12
14
9
1,9
6
11
13
1,7
9
14
2. Teil
Lauf nach RPE-Vorgabe
RPE 9
(sehr leicht)
t100
t200
in Sek
in Sek
30
64
30
60
30
60
23
49
30
64
33
65
29
60
35
68
35
68
40
77
35
69
40
80
29
3,0
23
33
60
5,4
49
65
RPE 17 (sehr
anstrengend)
t300
t400
in Sek
in Sek
80
95
74
89
79
99
67
83
78
93
85
101
75
90
86
105
85
104
100
122
88
106
100
125
77
5,6
67
85
93
6,2
83
101
60
Tab. 2: Laufgeschwindigkeit bei
Taktvorgabe pro Intervall
Taktlauf
Laufgeschwindigkeit (m/s)
1 (m)
2 (m)
3 (m)
4 (m)
5 (m)
6 (m)
7 (m)
8 (m)
9 (m)
10 (w)
11 (w)
12 (w)
Ø
s
4
3,2 ± 0,8
2,8 ± 0,4
3
2,2 ± 0,1
2
2,3 ± 0,1
13
13
9
9
n=12
RPE-Angaben
Laufgeschwindigkeit
1
0
t100
96 / min.
45 "
Lauf nach RPE-Vorgabe
Takt 1
Takt 2
(0 - 200 m)
(200 - 400m)
(96 Schläge/Min.) (140 Schläge/Min.)
v100 m/s v200 m/s v300 m/s v400 m/s
2,2
2,3
3,4
2,9
2,1
2,2
3,0
3,2
2,0
2,5
2,9
3,2
2,2
2,4
5,0
2,4
2,2
2,4
5,0
2,3
2,0
2,3
2,9
3,3
2,1
2,3
3,0
3,1
2,3
2,3
2,7
2,6
2,3
2,4
2,6
2,6
2,2
2,3
2,8
2,6
2,2
2,3
2,8
2,7
2,2
2,3
2,7
2,5
2,2
2,3
3,2
2,8
0,1
0,1
0,8
0,4
t200
96 / min.
89 "
t300
140 / min.
118 "
t400
140 / min.
152 "
VP #
1 (m)
2 (m)
3 (m)
4 (m)
5 (m)
6 (m)
7 (m)
8 (m)
9 (m)
10 (w)
11 (w)
12 (w)
RPE 9
RPE 17
(sehr leicht)
(sehr anstrengend)
v100 m/s v200 m/s v300 m/s v400 m/s
3,3
2,9
6,3
6,7
3,3
3,3
7,1
6,7
3,3
3,3
5,3
5,0
4,3
3,8
5,6
6,3
3,3
2,9
7,1
6,7
3,0
3,1
5,0
6,3
3,4
3,2
6,7
6,7
2,9
3,0
5,6
5,3
2,9
3,0
5,9
5,3
2,5
2,7
4,3
4,5
2,9
2,9
5,3
5,6
2,5
2,5
5,0
4,0
Ø
s
Laufgeschwindigkeit (m/s)
VP #
Tab 3: Laufgeschwindigkeit bei RPEvorgabe 9 und 17 pro Intervall
3,1
0,5
3,1
0,3
5,8
0,9
5,7
0,9
5,8 ± 0,9
6
5
4
3
2
1
0
3,1 ± 0,5
5,7 ± 0,9
3,1 ± 0,3
n=12
Laufgeschw indigkeit
t100
t200
30"
t300
64"
t400
80"
RPE 9
95"
RPE 17
Intervall
Intervall
Abb. 1: Beziehung zwischen Taktvorgabe
und gewählter Laufgeschwindigkeit
Abb.2: Beziehung zwischen RPE-Vorgaben und
gewählter Laufgeschwindigkeit
61
2,8 ± 0,4
3,2 ± 0,8
13
18
12
16
n=12
11
10
2,2 ± 0,1 2,3 ± 0,1
9
RPE-Angabe bei
vorgegebener
Laufgeschw indig
keit
8
7
RPE-Angabe
RPE-Angabe
14
n=12
14
v bei
Taktvorgabe
12
v bei RPEVorgabe
10
8
6
0
1
2
3
4
Laufgeschwindigkeit (m/s)
Abb. 3:
Beziehung zwischen vorgegebener Laufgeschwindigkeit
(Takt) und daraus resultierender RPE-Angabe
6
0
1
2
3
4
5
6
7
Laufgeschwindigkeit (m/s)
Abb. 4: Beziehung zwischen Laufgeschwindigkeit und
angegebenem Anstrengungsgrad bei vorgegebenem Takt
und bei RPE-Vorgabe
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Jens Lubojansky,
Vortragsdatum: 16.12.2003, E-Mail: [email protected]
12. Experiment mit der BORG-Skala nach Wahl des Versuchsleiters
– Versuchsbericht
1. Versuchsziel
Prüfen der Validität der BORG-Skala bei der Verwendung als einfaches Messinstrument zur Steuerung des individuellen Anstrengungsgrades im Trainingsprozess.
2. Sachstand der Literatur
Belastung:= „Die einem Menschen gestellte Aufgabe bezeichnet man als Belastung. Sie kann sowohl physischer als auch psychischer Art sein. Die Leistung, die ein Mensch ohne gesundheitliches
Risiko erbringen kann, heißt Belastbarkeit“ (2, 593).
Beanspruchung:= „Bei der Lösung (...) [von] Aufgabe[n] reagiert der Mensch entsprechend seiner
Leistungsfähigkeit, indem er bestimmte physische und psychische Mechanismen aktiviert. Stets fließt
aber nur ein Teil der mobilisierten Energie in die Lösung der gestellten Aufgabe. Ein anderer, nicht
unbeträchtlicher Teil muss für Veränderungen im Körper selbst bereitgestellt werden, die wir als Beanspruchung bezeichnen“ (ebd.).
Die Beanspruchung wird auch „Innere Belastung“ oder auch „Anstrengung“ genannt. Sie bezeichnet
die bei Wettkampf und Training erreichte individuelle Reizstärke, die bei gleicher Belastung von
Sportler zu Sportler unterschiedlich sein kann. (3, 205). Physiologisch gesehen reagiert der Organismus mit Anpassungen an die Umwelt, „indem (...) [er] bestimmte Funktionen herauf- oder herunterregulier [t], im längerfristigen Bereich mit einem strukturellen Umbau.“ (2, 593). Es verändern sich u. a.
folgende physiologische Parameter: Herzfrequenz (), Laktatkonzentration (), Atmung (),
Schweißabgabe (), Hormonabgabe (), O2-Bedarf (). (2, 595 f). Sie sind von der körperlichen bzw.
62
sportlichen Leistungsfähigkeit abhängig. Die erfahrene Anstrengung ist demnach ein physiologisches
Korrelat zur Belastung.
Die von BORG entwickelte Skala zum Messen des Grades der wahrgenommenen Anstrengung („rate
of perceived exertion“, RPE) (1, 43) wurde auf der Basis von Fahrrad-Ergometrieversuchen entwickelt. Hier ergab sich eine lineare Abhängigkeit der Herzfrequenz zur geleisteten Arbeit mit sehr hohen Korrelationskoeffizienten (zwischen 0,80 und 0,90). Mit diesen Versuchen wollte BORG den „direkten interindividuellen Vergleich mit einfachen Methoden“ (ebd.) zwischen der Beanspruchung
und der geleisteten Arbeit möglich machen. Die getesteten Gruppen bestanden aus gesunden
Menschen, Hypertonie-Patienten und Personen mit koronarer Herzkrankheit, deren spürbare und
physiologischen Anstrengung in verschiedenen Situationen und Tätigkeiten beobachtet wurden
(ebd., 44).
Die BORG-Skala, die wir heute kennen, hatte einige Vorgänger, auf die hier nicht näher eingegangen
werden soll. Sie besitzt 15 Abstufungen und reicht von den Werten 6 (sehr, sehr leicht) bis 20 (sehr,
sehr anstrengend). Die Werte wurden von den unterschiedlichen Herzfrequenzen pro Minute (60 –
200 Schläge) abgeleitet. (ebd, 43)
Der Grund in der Entwicklung einer neuen Skala lag darin, dass die bisherigen Verhältnisskalen den
Nachteil hatten, keine interindividuellen Vergleiche bezüglich der empfundenen Anstrengung zuzulassen, weil man alleine durch Intensitätsangaben keine individuelle Einschätzung der Belastung erhält (ebd., 45). Es wird angenommen, dass die subjektive Anstrengung bei maximaler Intensität bei
allen Probanden gleich ist und dass diese Empfindung nahe mit der Wahrnehmung bei maximaler
Anstrengung übereinstimmt. (ebd.)
Hatte man die maximale Angabe einer Person erfahrbar gemacht, war diese Person nun in der Lage,
Angaben über sub-maximale Anstrengungen zu machen. Hierzu hatte man wiederum bei ErgometrieVersuchen hohe Korrelationen zwischen der Herzfrequenz und der Anstrengung gefunden (ebd.).
Damit ließ sich die Validität der BORG-Skala hinsichtlich der erlebten Anstrengung beweisen.
3. Erwartungen
Aufgrund des Sachstandes wird erwartet: Bei RPE-Vorgaben wird die Laufgeschwindigkeit bzw. die
Laufzeit entsprechend angepasst und eine von außen vorgegebene Laufgeschwindigkeit (Taktlauf)
lässt die interindividuelle Vergleichbarkeit hinsichtlich der erfahrenen Anstrengung entsprechend
sichtbar werden.
4. Methodik
Das Experiment wurde gemäß Versuchsplan vom 09.12.2003 in der Leichtathletikhalle des Fachbereichs Sport durchgeführt. Es nahmen insgesamt 12 Personen teil, davon waren neun Probanden
männlich, drei weiblich. Es wurden alle 12 Versuchsprotokolle ordnungsgemäß ausgefüllt und in die
Auswertung mit einbezogen.
5. Ergebnisse
Die einzelnen Ergebnisse der Probanden sind in den Tabellen im anhängenden Datenblatt zu ersehen. In Tabelle 1 sind die Rohwerte der einzelnen Probanden zu finden. Tabelle 2 stellt die Beziehung zwischen der Taktvorgabe (96 Schläge/Minute und 140 Schläge/Minute) und der daraufhin gewählten Geschwindigkeit dar. Neben den individuellen Werten sind auch Mittelwert und Standardabweichung ermittelt worden, die grafisch in Abb. 1 dargestellt sind. In Tabelle 3 wurde wiederum die
Laufgeschwindigkeit ermittelt, allerdings in Abhängigkeit einer RPE-Vorgabe von 9 und 17. Auch hier
wurde der Mittelwert und die Standardabweichung berechnet, die grafisch in Abb. 2 dargestellt sind.
Es wurde im ersten Teil des Experimentes bei der Vorgabe des Taktes von 96 Schlägen pro Minute
ein geringerer RPE-Mittelwert (9 = sehr leicht) angegeben als beim schnelleren Takt von 140 Schlägen pro Minute (13 = etwas anstrengend). Dies machen auch die Zwischenzeiten deutlich, die für jedes 100-m-Intervall gelaufen wurden: die beiden ersten Intervalle t100 und t200 im Takt von 96/Minute
liegen bei 46 und 43 Sekunden und damit höher, also langsamer, als die Zeiten für t 300 und t400. Beim
Takt von 140/Minute liegen die Werte bei 32 und 36 Sekunden. Eine schnellere Taktfrequenz erzeugt
eine höhere Laufgeschwindigkeit und damit auch einen höheren Anstrengungsgrad. Im ersten Takt
mit 96/Minute liegt sie durchschnittlich bei 2,2 und 2,3 m/s und im zweiten Takt bei 3,2 und 2,8 m/s.
63
Bei der RPE-Vorgabe von 9 (sehr leicht) und 17 (sehr anstrengend) sind die Ergebnisse bezüglich
der Laufgeschwindigkeiten von der Tendenz her ähnlich: Bei einer sehr leichten vorgegebenen Anstrengung (RPE-Wert 9) liegen die durchschnittlichen Geschwindigkeiten bei 100 und 200 Metern bei
3,1 und bei einer Vorgabe von RPE 17 (sehr anstrengend) betragen die Geschwindigkeiten bei 300
und 400 Meter 5,8 und 5,7 m/s.
Abbildung 3 stellt den Bezug zwischen der vorgegebenen Laufgeschwindigkeit (Taktlauf) und den daraus resultierenden RPE-Angaben der Probanden her. Die gemessenen Laufgeschwindigkeiten des
ersten Intervalls von t100 = 2,2 m/s und t200 = 2,3 m/s wurden mit einem durchschnittlichen Anstrengungsgrad von 9 (sehr leicht) bezeichnet. Im zweiten Intervall von t300 = 2,8 m/s und t400 = 3,2 m/s
wurde die Laufgeschwindigkeit mit einem durchschnittlichen RPE-Wert von 13 (etwas anstrengend)
angegeben.
In Abbildung 4 wurde eine Beziehung zwischen Laufgeschwindigkeit und angegebenem Anstrengungsgrad einmal bei vorgegebenem Takt und einmal bei RPE-Vorgabe geschaffen. Auch hier wird
die Tendenz sichtbar, dass mit zunehmender Geschwindigkeit der Anstrengungsgrad ansteigt, unabhängig davon ob nun eine Taktvorgabe besteht oder eine Vorgabe des Anstrengungsgrades (annähernde Parallelverschiebung der Geschwindigkeitsverläufe bezüglich der RPE-Angaben).
6. Diskussion
6.1
Allgemeine Diskussion
Die in Punkt 3 aufgeführten Erwartungen sind eingetroffen. Es fand sowohl eine systematische Anpassung der Laufgeschwindigkeit an vorgegebenen RPE-Werte statt, als auch eine systematische
Anpassung der Laufgeschwindigkeit bei Vorgabe des RPE-Wertes. Dies hat mit einem Mechanismus
des Köpers zu tun, der sich bei alltäglicher Aktivität und vor allem im Sport wieder findet: Mit der sog.
Zielantizipation (5, 4). Je nach Laufstrecke wird der erfahrene Athlet von vornherein (=antizipatorisch)
eine dem Ziel angepasste Geschwindigkeit wählen, d.h. für die Langstrecke eine geringere als für die
Mittelstrecke.
Das taktische Laufverhalten eines Athleten kann laufentscheidend sein. W ASTL et al.
(1982)schreiben, dass es für die optimale Einteilung der Laufgeschwindigkeit wichtig ist, eine möglichst gleichmäßige Geschwindigkeit zu wählen. Änderungen im Geschwindigkeitsverlauf sind sehr
energieaufwendig. Die Laufgeschwindigkeit sollte so gewählt werden, „dass weder vor dem Ziel Erschöpfung eintritt, noch nach Durchlaufen des Ziels wesentliche Leistungsreserven übrig bleiben.“ (6,
378). Nach der erlebten Anstrengung (perceived exertion) richten wir unsere Intensität aus. Wenn wir
das nicht tun, kommt es entweder zum Leistungsabfall vor dem Ziel oder zu einer nicht ausreichenden Energieausschöpfung während des Trainings bzw. Wettkampfes. Um seinen Lauf nun einschätzen zu können, muss der Athlet mit seinem Körper in ständigen Rückkopplungsmechanismen darüber stehen, ob die Geschwindigkeit optimal ist oder nicht (jeweils in Abschätzung zum Ziel). Je
nachdem muss sie entsprechend angepasst werden. Aus taktischen Gründen ist es deshalb sinnvoll,
verschiedene Laufgeschwindigkeiten während des Laufes zu trainieren, um Tempowechsel der Gegner besser verkraften zu können.
Die erlebte Anstrengung kann für den Trainer ein reliables Mittel zur Intensitätssteuerung seines Athleten während des Trainings sein, indem die Anweisung über die Belastung mittels der BORGSkalenwerte erfolgt. Die Beanspruchung kann besser gesteuert werden und es kommt weniger zu
Überlastungen und Unterforderungen seitens des Sportlers.
Allerdings gibt es bezüglich der gemessenen Geschwindigkeit und den angegebenen RPE-Werten im
durchgeführten Experiment gewisse Einschränkungen für die Anwendbarkeit: Die beiden Geraden,
die in Abb. 4 durch die Geschwindigkeitswerte gelegt wurden, sind lediglich annähernd parallel. D. h.
die Laufgeschwindigkeiten gehen nicht exakt linear zur erlebten Anstrengung einher.
Der Bezug zur Leistungsfähigkeit im Experiment spielt folgende Rolle: HAHN definiert die sportliche
Leistungsfähigkeit als eine „Bezeichnung der maximal erreichbaren, unter Ausschöpfung aller Reserven zu realisierende Leistung eines Sportlers in einer bestimmten Sportart“ (4, 278). Sie hängt von
den Leistungsfähigkeiten, Begabung und Training, sowie von der Stressresistenz und der Erholungsfähigkeit des Athleten ab. Der Ausschöpfungsgrad der Leistungsfähigkeit richtet sich nach der Leistungsbereitschaft und dem Leistungs- bzw. Trainingszustand des Athleten (ebd.). Der Trainingszustand kennzeichnet den Grad der Realisierbarkeit von Leistungen. Er ist u. a. von den konditionellen
64
Fähigkeiten, der Technik und der Taktik abhängig. (ebd., 284). Der Trainingszustand ist demnach ein
Anpassungszustand.
BENNDORF schreibt zur körperlichen Leistungsfähigkeit: Sie „...bezieht sich immer auf die mögliche
Steigerung der Leistung im Vergleich zu der Leistung unter Ruhebedingungen (Homöostase).“ (2,
593). Demnach ist im durchgeführten Experiment die Leistungsfähigkeit mit all ihren Faktoren der
Gradmesser für die Festlegung der individuellen Anstrengung eines Athleten. Je besser ein Sportler
trainiert, motiviert, psychisch und physisch gesund ist, desto niedriger wird der Grad der Anstrengung
bei der gleichen Belastung sein. Mit Hilfe der BORG-Skala lassen sich demnach auch interindividuelle Vergleiche bzgl. der Leistungsfähigkeit mehrerer Athleten machen. Wird ein bestimmter Takt vorgegeben, und die Sportler sind in der Lage, ihre Anstrengung richtig einzuschätzen, wird der leistungsfähigere Athlet seinen Anstrengungsgrad niedriger wählen als der leistungsschwächere.
6.2



Methodenkritik
Durchführung des Experimentes (Gruppeneinteilung etwas chaotisch, Zeitnahme der Zwischenzeiten bei Handzeichen des Läufers).
Laufen im Pulk => evtl. Ausrichten der Geschwindigkeit am Partner, nicht individuell.
Keine Durchführung eines Maximallaufes um daran die anderen Anstrengungsgrade besser
empfinden zu können.
7. Fazit
Wie man aus den gemessenen Werten erkennen kann, ist es möglich, den Anstrengungsgrad während des Trainings und auch des Wettkampfes zu steuern, wenn durch den Trainer eine Anweisung
in den Worten der Borg-Skala erfolgt. Die Skala stellt ein gutes Werkzeug für den Trainingsprozess
dar, um die optimale Geschwindigkeit von vornherein festzulegen oder auch um den Betrag der Anstrengung vorhergehender Läufe und Versuche einzuschätzen (I).
Aufgrund der Messungen während des Experimentes ist das Ziel erreicht, die Borg-Skala als valides
Mittel zur Steuerung der Intensität im Trainingsprozess einzusetzen. Es fand eine Anpassung der
Laufgeschwindigkeit analog zum Anstrengungsgrad statt.
8. Literatur
(1) BORG, G.: Physical Work and Effort – Proceedings of the first International Symposium held at
The Wenner-Gren-Center, Stockholm, Pergamon Press Ltd. (Verlag aufgegangen in:
Elsevier Scienze B.V., Amsterdam), Oxford, New York, Toronto, Sydney, Paris, Frankfurt
am Main 1977
(2) BENNDORF, K.: Leistung. In: DEETJEN, P., SPECKMANN, E.-J. (Hrsg.): Physiologie, Urban und Fischer Verlag, München, Stuttgart, Jena, Lübeck, Ulm 19993
(3) HOHMANN, A., LAMES, M., LETZELTER, M.: Einführung in die Trainingswissenschaft, LimpertVerlag, Wiebelsheim 2002
(4) HAHN, E.: Stichwörter „Leistungsfähigkeit“ und „Leistungszustand, sportlicher“. In: RÖTHIG, P.
(Hrsg.), ...: Sportwissenschaftliches Lexikon, Verlag Karl Hofmann, Schorndorf 19926
(5) ULMER, H.-V.: Zielantizipation, Erfahrung und Taktik bei hohen Anstrengungen längerer Dauer
(Vortrag). Symposium Höhenphysiologie und Praxis in den Slowenischen Bergen, 6.
Sept. 2002. In: SUMANN, G., W. SCHOBERSBERGER, P. MAIR und F. BERGHOLD
(Hrsg.): Jahrbuch 2002 der Österreichischen Gesellschaft für Alpin- und Höhenmedizin,
S. 123–130. Österreichische Gesellschaft für Alpin- und Höhenmedizin, Innsbruck 2002
(6) WASTL, P, ULMER, H.-V., DEFORTH, J.: Leistungsempfinden und Taktik beim 400- und 1500-mLauf. In: Leistungssport 5 (1982), 378-382
9. Internetquelle
(I) http://ahsmail.uwaterloo.ca/kin356/rpe/rpe/Training_Atheletics.html
(27.11.03)
Vergleiche hierzu Hinweise zum Zitieren von Quellen im Internet:
http://www.uni-mainz.de/FB/Sport/physio/ZitInetQuell03.html (Kommentar des Seminarleiters)
65
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln, WS 2003/2004
Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Versuchsleiter: Tobias Fleckenstein
E-Mail: [email protected], Datum: 16.12.2003
13. Experiment nach Wahl des Versuchsleiter (Kreislauf E) – Versuchsplan
Versuchsziel: Feststellung der Blutdruck- und Herzfrequenzentwicklung bei Pressatmung
Versuchsplan: Organisation: Die Studenten bilden Fünfergruppen bestehend aus einer Versuchsperson, einem Protokollanten, einem Zeitnehmer einer Person für die Messung des
Blutdrucks sowie eine Person für die Messung der Herzfrequenz.
Material: Stoppuhr, Stift, Versuchsprotokolle, Blutdruckmanschette, Stethoskop, 2 Blutdruckmessgeräte, Röhrchen, Klebeband
Versuchsdurchführung
1. 3-fache Messung des maximalen Blutdrucks durch kurzzeitige maximale Exspiration in ein
Röhrchen, das an einem Blutdruckmessgerät angeschlossen ist. Die Nahtstelle zwischen
Röhrchen und Messgerät wird zusätzlich mittels eines Klebestreifens gesichert. Anhand der
Messungen wird der mittlere Maximalwert errechnet.
2. Messung des Blutdrucks und der Herzfrequenz alle 20 Sekunden über eine mehrminütige Periode. Hierbei ist darauf zu achten, dass die Manschette zügig aufgeblasen und dann der
Manschettendruck nicht zu langsam abgelassen wird (Zeitdruck: Pro Messung nur 20 Sekunden Zeit!). Der systolische Druck sollte auf jeden Fall gemessen werden, der diastolische
Druck nur, wenn noch ausreichend Zeit ist. In den ersten 2 Minuten atmet der sitzende Proband normal. In der dritten Minute beginnt die Pressphase. Hier sollte der Proband mit dem
halben Maximalwert Pressatmung betreiben, was der Proband selbst kontrolliert. Diese Pressatmung führt er so lange wie möglich durch. Der Protokollant notiert hierbei zusätzlich im
Feld „Pressatmung bzw. Übergangsphase“, ob der Proband innerhalb des Intervalls nur die
Pressatmung vollzogen hat, oder ob er in diesem Intervall die Pressatmung aufgegeben hat.
Nach Beendigung des Übergangsintervalls werden bei normaler Atmung weitere zwei Minuten lang der Blutdruck und die Herzfrequenz überprüft. Zusätzlich beobachtet der Zeitnehmer
während des Versuchs die Halsschlagader. Im Versuchsprotokoll wird diesbezüglich festgehalten, ob diese während einer Phase hervortritt.
Versuchsprotokoll: (siehe nächste Seite)
66
Versuchsprotokoll
Name:_______________________________________________
Alter:_______________________
Größe:_________________
Gewicht:_____________________
1.Messung
2.Messung
3.Messung
20
20
20
Maximaler Preßdruck (mmHg):
mittlerer Maximalwert (mmHg):
halber mittlere Maximalwert (mmHg):
Sekunden
Herzschläge/20 Sekunden
mmHg
Hervortreten der Halschlagader
Sekunden
Herzschläge/20 Sekunden
mmHg
Hervortreten der Halschlagader
/
/
Ja O
Nein O
/
Nein O
Sekunden
Herzschläge/20 Sekunden
mmHg
Hervortreten der Halschlagader
20
Ja O
/
Nein O
Ja O
20
/
Nein O
Ja O
/
Nein O
Ja O
20
/
Nein O
Ja O
/
Nein O
20 (Übergangsphase)
Ja O
20
/
Nein O
Nein O
20
/
Ja O
Nein O
20
/
Ja O
Nein O
20
/
Ja O
Nein O
20
/
Ja O
Ja O
/
Nein O
20
Ja O
Nein O
20
/
Ja O
Ja O
20
20 (Beginn Pressatmung)
Sekunden
Herzschläge/20 Sekunden
mmHg
Hervortreten der Halschlagader
/
Nein O
20
Sekunden
Herzschläge/20 Sekunden
mmHg
Hervortreten der Halschlagader
Sekunden
Herzschläge/20 Sekunden
mmHg
Hervortreten der Halschlagader
Ja O
20
/
Nein O
Ja O
/
Nein O
Ja O
Nein O
Anmerkungen:
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________________________________
________________________________________________________________
Weitere Abweichungen vom Versuchsplan und besondere Vorkommnisse bitte auf der Rückseite
notieren
67
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Tobias Fleckenstein,
Datum: 19.01.2004, E-Mail: [email protected]
13. Herzfrequenz- und Blutdruckentwicklung bei Pressatmung – Datenblatt
Messergebnisse zum Experiment am 16.12.2003
Ziel: Gewinnung von Informationen über Blutdruck- und Herzfrequenzentwicklung bei Pressatmung
Tab. 1: Maximale Pressdrücke
mmHg
1
84
Versuchspersonen
2
3
4
5
6
95 143 91 91 92
7
84
8
9
89 108
10
92
Mittelwert
97
10
46
Mittelwert
48
Tab. 2: Pressdrücke während des Pressversuchs
mmHg
1
42
Versuchspersonen
3
4
5
6
72 46 46 46
2
48
7
42
8
45
9
54
Tab. 3: Systolische Blutdruckwerte während des Pressversuchs
Versuchspersonen
1
Sekunden
2
3
4
5
6
7
8
9
10 Mittelwert
20 130 120 130 120
94 110 114 125 106 118
40 135 115 120 130
98 108 112 116 110 124
60 135 115 135 140
90 104 114 120 108 122
Pressphase
80 135 115 130 130
92 108 110 122 108 122
100 135 110 120 135
90 104 108 129 112 118
Keine Angabe
120 135 110 125 130
94 108 108 120 112 116
116
140 140 125 130 130 112 140 112 132 126 124
127
160 160 120 130 140 110 120 118 140 130 138
180 150 110 125 140
96 112 108 134 120 120
200 130 110 125 150
94 112 112 124 118 114
220 130 110 125 130
110 110 120 110 114
240
115 125 135
108 106 124 110 110
260
110 125 125
108 106 122 114 112
280 130 110 125
122
124 108 108
Tab. 4: Herzschläge/20Sekunden während des Pressversuchs
Versuchspersonen
Sekunden
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0-20
24
20
12
23
24
23
15
9
20
10 Mittelwert
20
20-40
24
20
14
21
21
23
12
11
19
17
40-60
24
23
12
22
21
21
16
13
19
19
60-80
24
27
18
22
21
21
9
9
20
18
80-100
25
24
18
23
20
22
11
11
19
19
100-120
25
24
18
22
20
23
13
10
20
19
120-140
24
19
22
20
26
18
18
21
140-160
22
23
23
22
19
160-180
24
24
18
21
22
23
21
15
19
180-200
23
17
16
19
22
21
19
16
18
18
200-220
22
22
15
21
20
20
17
18
18
220-240
24
24
16
23
20
16
15
16
18
240-260
23
19
15
22
20
15
14
16
18
260-280
22
20
18
11
17
17
Pressphase
Keine Angabe
19
21
22
19
68
Abb. 1: Durchschnittliche systolische Blutdruckwerte in den verschiedenen Phasen
Abb. 2: Durchschnittliche systolische Blutdruckwerte der Probanden in den verschiedenen Phasen
Abb. 3: Durchschnittliche Herzschlagwerte (Herzschläge/20 Sekunden) der Probanden in den verschiedenen Phasen
69
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Tobias Fleckenstein,
tum: 19.01.2004 E-Mail: [email protected]
Da-
13. Herzfrequenz- und Blutdruckentwicklung bei Pressatmung
– Versuchsbericht
1. Versuchsziel
Ziel des Versuchs war es, die Auswirkungen von Pressatmung auf die Herzfrequenz sowie den
Blutdruck zu ermitteln.
2. Sachstand
„Übersteigt der Krafteinsatz ca. 80% der Maximalkraft, so kommt es, um die Muskulatursprünge
besser zu fixieren, zur sog. Pressatmung, einer Ausatmung gegen die verschlossenen Atemwege
im Kehlkopfbereich (→ Stimmritzenverschluss)“ (DE MARÉES und MESTER 2002, 200, Hervorhebung im Original). Dadurch kommt es zu einer Druckerhöhung im intrathoracalen NDS und im
Bauchraum. Diese Druckerhöhung bewirkt eine anfängliche Blutdruckspitze, da der Pressdruck auf
den arteriellen Druck überlagert wird. Der Blutdruck erhöht sich für ca. 1-2 Sekunden (vgl.
TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN). „Wenn beispielsweise ein Hochdruckpatient bei einem
Ausgangsdruck von 200/100 mmHg mit 100 mmHg presst, entsteht eine anfängliche Druckspitze
von 300/200 mmHg“ (APPELL et al. 2001, 410)! Die Höhe des Pressdrucks ist interindividuell unterschiedlich. NÖCKER verweist jedoch auf Untersuchungen bei Gewichthebern, bei denen Pressdruckwerte von 180 mmHg gemessen wurden (vgl. 1980, 105). Da diese Druckspitze über die Gefäße auch den Hirnkreislauf erreicht, stellt sie insbesondere bei älteren Menschen oder bei Menschen mit Gefäßvorschädigungen ein gesundheitliches Risiko (z. B. Schlaganfall) dar (vgl.
APPELL et al. 2001, 410). Der beschriebene Druckanstieg zu Beginn der Pressphase bewirkt zusätzlich eine Erregung der Rezeptoren im Aortenbogen und Karotissinus und damit reflektorisch
einen Pulsfrequenzabfall.
Nach dieser Phase kommt es zu einem Blutdruckabfall. Zu diesem kommt es, da der venöse
Rückstrom zum Herzen, bedingt durch die Druckerhöhung im Brustbereich, ausbleibt, respektive
gemindert ist (vgl. APPELL et al. 2001, 410). Diese Stauung des venösen Rückstroms ist erkennbar an den gestauten Venen im Hals- und Kopfbereich (vgl. ISRAEL 1999, 216). Hinzu kommt,
dass der arterielle Blutstrom, ausgehend von der linken Herzkammer, den Druck des Brustkorbes
auch bei hohen Drücken zu überwinden vermag. Somit entsteht durch den gehemmten Rückstrom
zum Herzen und den ungehemmten Abtransport vom Herzen ein zunehmender Blutmangel im
Brustraum, was zu einem „Leerschlagen“ des Herzens führt (vgl. ISRAEL 1999, 216). Die Folge
dieses Prozesses ist ein vermindertes Schlagvolumen bzw. ein Blutdruckabfall. DE MARÉES und
MESTER geben an, dass das Schlagvolumen hierbei bis auf ein Drittel des Normalwertes sinken
kann (vgl. 2002, 200). Ist aufgrund dieses Vorgangs die Blutversorgung des Gehirns nicht mehr
ausreichend gegeben, kann es zum Kollaps kommen (vgl. NÖCKER 1980, 105).
Reflektorisch kommt es nun über den Sympathikus zu einer Engstellung der peripheren Widerstandsgefäße und einer Pulsfrequenzerhöhung, um dem Blutdruckabfall entgegenzuwirken. Zur
Folge hat dies einen Blutdruckanstieg, der mindestens wieder den Wert des Ausgangsniveaus erreicht (vgl. TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN).
Nach Beendigung der Pressphase kommt es zu einem kurzfristigen Blutdruckabfall, da der Pressdruck wegfällt. Dies ist somit eine Art „Negativ“ der ersten Druckspitze. Gelegentlich sind hier Kollapszustände zu registrieren (vgl. APPELL et al. 2001, 411).
Nach dieser kurzen Phase (wieder ca. 1-2 Sekunden) kommt es paradoxerweise wieder zu einem
Blutdruckanstieg. Dieser entsteht, da nun das wieder ungehindert in den Brustraum einströmende
Blut vom Herzen gegen immer noch enggestellte Gefäße der Peripherie ausgeworfen wird. Man
spricht hierbei vom postpressorischem Druckanstieg. Bei vorgeschädigtem Herzen kann hierdurch
eine Herzrhythmusstörung ausgelöst werden. In dieser Phase kommt es durch den Druckanstieg
über die Rezeptoren des Karotissinus zu einem Vagusreiz, der eine Pulsverlangsamung auslöst
(vgl. APPELL et al. 2001, 411).
70
3. Erwartungen
Bezüglich des Blutdrucks ist zu erwarten, dass der Blutdruckwert in der Pressphase höher als in
den anderen Phasen ist. Hinsichtlich der Herzfrequenz muss berücksichtigt werden, dass der erhobene Messwert den gesamten Verlauf der Pressphase erfasst, der durch Erniedrigungs- und
Erhöhungsabschnitte der Herzfrequenz gekennzeichnet ist. Es wird aufgrund von Daten aus vorgenommenen Vorversuche erwartet, dass der zweite Effekt etwas überwiegt und somit eine leichte
Erhöhung der Herzfrequenz eintritt.
4. Methodik
Der Versuch wurde am 16.12.2003 gemäß dem Versuchsplan mit 10 Probanden, davon 4 Frauen
(Probanden 1, 2, 7, 8) und 6 Männern (Probanden 3, 4 ,5 ,6 ,9 ,10) durchgeführt. Der Versuch ist
ein Praktikumsversuch, der auf den Valsalva-Pressdruckversuch zurückgeht (vgl. BUSSE, 1997,
513-514). Einige Datensätze sind nicht vollständig. Diese Datensätze wurden jedoch so weit wie
möglich trotzdem in die Berechnungen aufgenommen.
5. Ergebnisse (s. auch Datenblatt)
5.1 Pressdruck
Der höchste maximale Presswert wurde bei Proband 3 gemessen. Der Wert lag bei 143 mmHg.
Die niedrigsten maximalen Presswerte erreichten die Probanden 1 und 7 mit jeweils 84 mmHg.
Der Mittelwert lag bei 97 mmHg, die Standardabweichung betrug 17 mmHg. (vgl. rev. Datenblatt,
Tab. 1).
Während des Pressversuchs pressten die Versuchsteilnehmer dann mit der Hälfte ihres Maximaldrucks. Im Durchschnitt wurde mit einem Presswert von 48 mmHg während des Versuchs gepresst. Die Standardabweichung betrug 8 mmHg. Der höchste gepresste Wert während des Versuchs lag bei 72 mmHg (Proband 3). Die niedrigsten Werte erreichten die Probanden 1 und 7 mit
42 mmHg (vgl. rev. Datenblatt, Tab. 2).
5.2 Blutdruck
Der Mittelwert der 10 Probanden in der Vorpressphase lag bei 116 mmHg und die Standardabweichung bei 11 mmHg. In der Pressphase lagen die entsprechenden Werte bei 127 mmHg und bei 9
mmHg. Nach der Pressphase betrug der Mittelwert 122 mmHg und die Standardabweichung 15
mmHg (vgl. rev. Datenblatt, Abb. 1). Der Mittelwert der Vorpresshase wurde aus den Werten aller
Probanden nach 120 Sekunden (letzter Wert der Vorpressphase) errechnet, der Mittelwert der
Pressphase aus den Werten aller Probanden nach 140 Sekunden (alle Probanden befinden sich in
der Pressphase) und der Mittelwert der Nachpressphase aus den Werten der Versuchsteilnehmer
nach 180 Sekunden (alle Probanden befinden sich in der Nachpressphase). Der höchste systolische Wert der Vorpressphase lag bei 140 mmHg (Versuchsperson 4), der niedrigste systolische
Wert bei 90 mmHg (Versuchsperson 5). In der Pressphase betrugen die entsprechenden Werte
160 mmHg (Versuchsperson 1) sowie 112 mmHg (Versuchspersonen 5 und 7) und in der Nachpressphase 150 mmHg (Versuchspersonen 1 und 4) und 94 mmHg (Versuchsperson 5) (vgl. rev.
Datenblatt, Tab. 3). Alle Probanden außer Proband 4 weißen in der Pressphase höhere Werte als
in der Vorpressphase sowie der Nachpressphase auf (vgl. rev. Datenblatt, Abb. 2).
Weiterhin wurde bei acht der zehn Probanden vermerkt, dass sie einen „roten Kopf“ während der
Pressphase hatten. Ebenso war bei diesen acht Probanden die Halsvene während der Pressphase
deutlich gestaut.
5.3 Herzfrequenz
Der Mittelwert der Herzfrequenz in der Vorpressphase lag bei 19/20 Sekunden, die Standardabweichung bei 5/20 Sekunden. In der Pressphase lagen diese Werte bei 21/20 Sekunden sowie bei
3/20 Sekunden. Der Mittelwert der Nachpressphase betrug 19/20 Sekunden und die Standardabweichung 2/20 Sekunden. Die Werte der Vorpressphase errechneten sich aus den Werten aller
Probanden aus dem Zeitintervall 100-120 Sekunden. Die Werte der Pressphase ergab sich aus
dem Zeitintervall 140-160 Sekunden und die der Nachpressphase aus dem Zeitintervall 200-220
Sekunden (erster vollständiger Datensatz der Nachpressphase).
Bei vier Probanden (Versuchspersonen 6, 7, 8, 9) waren die Werte der Pressphase höher als die
Werte der Vorpressphase. Bei Versuchsperson 2 war das Gegenteil der Fall (vgl. rev. Datenblatt,
71
Abb. 3). Die anderen getesteten Personen, außer den Personen, bei denen keine Angaben gemacht wurden, wiesen Werte in der Pressphase auf, die auch zuvor in der Vorpressphase gemessen wurden. Gleiches zeigte sich, wenn man die Werte der Pressphase mit den Werten der Nachpressphase vergleicht. Der einzige Unterschied ist bei Proband 7 zu erkennen, der in der Nachpressphase sogar noch etwas höhere Werte erreichte. Der höchste Wert in der Vorpressphase
(Proband 2) lag bei 27/20 Sekunden, der niedrigste Wert (Probanden 7 + 8) bei 9/20 Sekunden.
Der höchste Wert der Pressphase wurde bei Proband 6 mit 26/20 Sekunden gemessen. Den niedrigsten Wert in dieser Phase hatten die Probanden 7 und 8 mit 18/20 Sekunden. In der Nachpressphase wurden die höchsten Werte bei den Versuchspersonen 1 und 2 ermittelt, die in dieser
Phase 24/20 Sekunden hatten. Der niedrigste Wert wurde bei Versuchsperson 8 mit 11/20 Sekunden gemessen (vgl. Datenblatt, Tab. 4).
6. Diskussion
Der durchgeführte Versuch zeigte, dass zum Ende der Pressphase der systolische Blutdruckwert
im Durchschnitt über dem der Vorpressphase sowie der Nachpressphase lag. Es konnte auch,
wenn zwei Messwerte in der Pressphase vorlagen, der Effekt festgestellt werden, dass es in der
Pressphase Blutdruckschwankungen gibt. In diesem Versuch lagen bei 4 von insgesamt 6 Probanden, die 40 Sekunden Pressatmung vollzogen, die zweiten Messwerte der Pressphase über
denen der ersten Werte (vgl. rev. Datenblatt, Tab. 3). Dieser Anstieg könnte die Phase vor Beendigung der Pressphase widerspiegeln, in welcher der Blutdruck erneut ansteigt. Zusätzlich konnte
der Rückstau des venösen Bluts anhand der geschwollenen Halsvene und an der „Rotfärbung“ der
Köpfe festgestellt werden. Die erste Blutdruckspitze war mittels dieses Versuches nicht feststellbar, da keine Werte zu Beginn der Pressphase erhoben wurden. Weiterhin konnte ebenso wenig
der postpressorische Blutdruckanstieg nachgewiesen werden, weil man keine Werte über den
kurzzeitigen Blutdruckabfall (ca. 2 Sekunden lang nach Beendigung der Pressphase) erhoben hatte. Somit war kein Vergleich zwischen diesem Wert und einem darauf folgenden Wert möglich.
Zur Herzfrequenz können aus diesen Ergebnissen keine Aussagen getroffen werden, da hier sehr
unterschiedliche Ergebnisse ermittelt wurden. Hierzu kommt es, weil bei einer Gruppe der Probanden der Effekt der Herzfrequenzerhöhungsphase der Pressphase, bei der anderen Gruppe der Effekt der Herzfrequenzminderungsphase der Pressphase, den jeweils anderen Effekt überkompensiert.
Hinzuweisen ist auf den Sachverhalt, dass die erhobenen Blutdruckwerte zeitlich nicht den erhobenen Herzfrequenzwerten zugeordnet werden können. Grund dafür ist, dass ein Blutdruckwert
den Wert des Blutdrucks für einen bestimmten Zeitpunkt (Ende eines Messintervalls von 20 Sekunden) widerspiegelt (Zeitpunktmessung), wo hingegen ein Herzfrequenzwert sich aus der Zählung der Herzschläge während eines Messintervalls (20 Sekunden) ergibt (Abbildung des kompletten Messintervalls).
7. Methodenkritik
Während des Versuchs hatten einige Leute Probleme, während der Pressphase die Herzfrequenz
am Hals zu messen. Dieses Problem könnte dadurch gelöst werden, dass man die Herzfrequenz
am Unterarm misst. Ein weiteres Problem, das ein Proband nannte, war der zu kleine Röhrchendurchmesser. Somit entwich etwas Luft während der Pressung neben dem Röhrchen. Dieses
Problem könnte beseitigt werden, indem man Mundstücke verwendet. Eine zusätzliche Verbesserung des Versuchs kann erreicht werden, indem man die Blutdruckwerte immer zu Beginn der
Pressphase erfasst. Somit erhöht sich die Chance, einen weiteren Messwert innerhalb der Pressphase zu erhalten. Dieser erste Wert der Pressphase würde dann wahrscheinlich entweder die
Phase der Blutdruckspitze oder die des Blutdruckabfalls abbilden. Um bei jedem Probanden die
Blutdruckspitze abzubilden, eignet sich dieser Versuch weniger, da man genau während dieses
sehr kurzen Intervalls der Blutdruckspitze den Blutdruck messen müsste. Ermittelt man ihn ein
paar Sekunden zu spät, wäre man schon in der nächsten Phase. Will man dennoch genaue Aussagen über die Blutdruckspitze erhalten, sollte man auf die blutige Blutdruckmessung zurückgreifen, mit der man in der Lage ist, die Entwicklung des Blutdrucks im Zeitablauf darzustellen.
Bezüglich der Herzfrequenz kann mittels dieses Versuches wenig ausgesagt werden. Eine Abbildung des genauen Verlaufs der Herzfrequenz während der Pressphase könnte man mittels eines
EKG oder Pulsoxymeters erhalten.
72
Als letztes sollte hier noch das Problem der sehr geringen Probandenzahl (10 Probanden) des
Versuchs genannt werden.
8. Fazit
Mithilfe des durchgeführten Versuchs konnte aufgezeigt werden, welche Pressdrücke Probanden
in der Lage sind zu erzeugen. Weiterhin konnten mithilfe des Versuchs einige Erkenntnisse über
die Blutdruckentwicklung bei Pressatmung gewonnen werden. Insbesondere gelang es, mittels des
Versuchs zu zeigen, dass Pressatmung Auswirkung auf den Blutdruck hat. Zusätzlich konnte die
Stauung des Bluts während der Pressphase in den Venen des Hals- und Kopfbereichs beobachtet
werden. Um Erkenntnisse über die Herzfrequenzentwicklung während der Pressphase zu gewinnen, eignet sich der Versuch in der durchgeführten Form weniger. Ich denke aber, dass bei erneuter Durchführung des Versuchs und bei gleichzeitiger Beseitigung der angesprochenen Probleme,
weitere Informationen bezüglich des Blutdrucks und auch der Herzfrequenz gewonnen werden
können.
9. Literatur
APPELL, H.-J., GRAF, C., PREDEL, H.-G. und ROST, R.: Herz-Kreislauf-System. In: ROST, R. (Hrsg.):
Lehrbuch der Sportmedizin, S. 361-476, Deutscher Ärzte-Verlag: Köln 2001.
BUSSE, R.: Gefäßsystem und Kreislaufregulation. In SCHMIDT, R. F. und THEWS, G. (Hrsg.): Physiologie
des Menschen. S. 498-561, Springer: Berlin u.a. 1997.
DE MARÉES, H. und MESTER J.: Sportphysiologie. Sport und Buch Strauss: Frankfurt am Main 2002.
ISRAEL, S.: Atemsystem. In: BADTKE, G. (Hrsg.): Lehrbuch der Sportmedizin. S. 200-219, Johann Ambrosius Barth: Heidelberg-Leipzig 1999.
NÖCKER, J.: Physiologie der Leibesübungen für Sportlehrer, Trainer, Sportstudenten, Sportärzte. Enke:
Stuttgart 1980.
TECHNISCHE UNIVERSITÄT DRESDEN - Autonomes und neuroendokrinologisches Funktionslabor Dresden: Informationen für Ärzte: Spezielle autonome Funktionstests. <http://www.neuro.med.tudresden.de/anf/Spezielle%
20autonome%20Funktionstests%20Autonomes%20Neuroendokrinologisches%20Funktionslabor%20Dresde
n.htm> (aufgerufen am 30.12.2003).
Hiermit versichere ich, dass ich die vorgelegte Seminararbeit selbstständig angefertigt und
alle benutzten Quellen und Hilfsmittel angegeben habe.
73
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Ansgar Berz, Datum: 16.12.2003
E-Mail: [email protected]
14. Kreislauf- und Atmungsregulation bei vergrößertem Totraum
– Versuchsplan
Versuchsziel: Feststellung der Parameter Atemfrequenz, Thoraxumfang, Herzfrequenz, Blutdruck
ohne und mit verlängertem Totraum
Versuchsplan: Der Versuch wird im Seminarraum durchgeführt. Die Teilnehmer werden in Gruppen
a 5 Personen eingeteilt. Die Messungen sollen pro Gruppe bei mind. 2 Probanden
durchgeführt werden.
Materialbedarf pro Gruppe:
- Eine Uhr (möglichst gut ablesbar)
- Ein Maßband
- Ein elektronisches Blutdruckmessgerät
- Ein Rohr incl. Mundaufsatz (verlängerter Totraum)
- Ein Stuhl
- Ablage (z.B. Tisch) für Rohr
- Eine Nasenklammer
Organisation:
- Ein Proband (gleichzeitig Messung von Atemfrequenz)
- Ein Assistent zur Messung von Thoraxumfang
- Ein Assistent zur Messung der Herzfrequenz
- Ein Assistent zur Messung von Blutdruck
Protokollant (gleichzeitig Zeitnehmer)
Versuchsdurchführung
Teil 1 (Kontrollversuch)
a) Die Versuchsperson (VPN) sitzt auf dem Stuhl in ruhiger, entspannter Position. Der Arm mit
dem Blutdruckmessgerät liegt locker auf dem Tisch. Die VPN unterlässt während des Versuchs das Sprechen.
b) Beginnend mit der ersten Sekunde werden die Parameter Thoraxumfang, Puls, Atemfrequenz
alle 30 sec fortlaufend gemessen und in die untenstehende Tabelle eingetragen.
c) Der Blutdruck wird jede Minute gemessen.
d) Die VPN zählt selbst die Atemfrequenz und zeigt sie mit einer Hand an.
e) Der Thoraxumfang bei Ein- und Ausatmung wird wie bei den voran gegangenen Versuchen
gemessen
f) Die Herzfrequenz wird am Hals (A. carotis) gemessen.
g) Dauer: 2min
Teil 2 (Totraumverlängerung)
a) Es werden die gleichen Parameter in gleichen Intervallen wie in Teil 1 gemessen.
b) Die VPN atmet durch einen verlängerten Totraum, der auf dem Tisch abgelegt werden
kann.
c) Der Teilversuch 2 hat eine Dauer von 5 min.
Fortsetzung nächste Seite
74
Versuchsprotokoll:
Name:_________________
Geschlecht:_____________(m/w)
Alter:__________________Jahre
Größe:_________________cm
Gewicht:_______________kg
1. Messung (2min.)
0´30´´
Zeit
1´
1´30´´
2´
Atemzüge
(Anzahl/30´´)
Thoraxumfang bei Einatmung
(in cm)
Thoraxumfang bei Ausatmung
(in cm)
Herzschläge
(Anzahl/30´´)
Blutdruck (mmHg)
2. Messung: (5min.)
Zeit
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)
Herzschläge
(Anzahl/30´´)
Blutdruck (mmHg)
Abweichungen vom Versuchsplan sowie besondere Vorkommnisse bitte hier notieren.
_______________________________________________________________
Vielen Dank für Eure Mitarbeit!
75
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Ansgar Berz, Datum: 06.01.2004
E-Mail: [email protected]
14. Kreislauf- und Atmungsregulation bei vergrößertem Totraum – Datenblatt
Ziel: Beobachtung der Kreislauf- und Atmungsregulation bei Atmung mit einem vergrößertem Totraum
Messergebnisse zum Experiment vom 16.12.2003
Tab.1
Atemfrequenz/30s
Zeit [min]
VP 1 (m)
VP 2 (m)
VP 3 (m)
VP 4 (m)
VP 5 (m)
VP 6 (w)
VP 7 (w)
VP 8 (w)
VP 9 (w)
MW *
Vorphase
00:30 01:00
6
6
6
5
8
8
7
6
8
7
6
6
4
4
5
5
7
8
6,3
6,1
Tab. 2
Zeit [min]
VP 1 (m)
VP 2 (m)
VP 3 (m)
VP 4 (m)
VP 5 (m)
VP 6 (w)
VP 7 (w)
VP 8 (w)
VP 9 (w)
MW *
Totraumvergrößerung 1200ml
00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00
9
8
8
9
8
9
8
8
6
6
5
5
5
6
7
5
9
7
10
8
6
9
7
5
7
7
7
6
6
5
6
7
6
5
5
5
6
6
6
6
5
5
4
5
5
5
4
4
4
4
4
5
5
5
6
6
4
5
7
8
8
8
8
7
7
8
8
9
8
9
8
9
6,3
6,1
6,4
6,6
6,3
6,9
6,5
6,7
04:30
9
6
9
6
6
5
6
7
10
7,1
05:00
9
5
7
6
6
5
6
8
10
6,9
nach Inspiration [cm]
Totraumvergrößerung 1200ml
01:30 02:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30 04:00
89
88,5
88
87,5
87,5
87,5
87,5
88
88
89
89,5
89,5
89,5
89,5
90
91
92
91,5
91
90
103
103
102,5
102
102
102
101,5
101
101
101
56,4
56,6
57
57
57
56,8
56,8
56,7
56,8
56,6
59
59
59,5
59
59,9
59,3
59
58,9
58,2
58,4
82
83
84
84
84
84
83
83
84
84
81
81
84
83
83
83
83
84
84
83
82
82
83,5
83,5
84
84
84
83,5
84
83,5
80,5
80,5
81,5
81
81
81
81
80,5
80
80
80,3
80,3
81,1
80,7
80,9
80,9
80,9
80,8
80,8
80,6
04:30
89
90
101
56,4
58,5
84
83
84
80
80,7
05:00
89
90
101,5
56,4
58,5
84
83
83,5
80
80,7
04:30
88,5
89
100
55,9
57,8
81
80
83
79,5
79,4
05:00
88,5
89
100,5
55,8
57,8
81
80
82
79,5
79,3
01:30
5
5
9
6
7
6
4
5
7
6
Thoraxumfang
Vorphase
00:30
01:00
89
88,5
89
89,5
103
103
56,5
56,5
59
59
82
82
81
81
82
82
80,5
80,5
80,2
80,2
02:00
6
6
8
7
6
5
3
4
7
5,7
Tab. 3
Thoraxumfang nach Exspiration [cm]
Zeit [min]
VP 1 (m)
VP 2 (m)
VP 3 (m)
VP 4 (m)
VP 5 (m)
VP 6 (w)
VP 7 (w)
VP 8 (w)
VP 9 (w)
MW *
Vorphase
00:30
01:00 01:30
88,5
88
88,5
88,5
89
89
102
102
102
55,9
55,8
55,8
58
58
58
80
80
81
80
80
80
81
81
81
80
80
80
79,3
79,3
79,5
Tab. 4
02:00
88
89
101
55,9
58
81
80
81
80
79,3
Totraumvergrößerung 1200ml
00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00 03:30
87,5
87
87
87
87
87,5
87,5
89
89
89
89
89
89
89
101
101 100,5
100
100
100 100,2
56,4
56,4
56,3
56
56,1
56,3
56
58,4
58,3
58,4
58,5
58,1
58,1
57,4
81
81
81
80
79
80
81
81
81
81
81
81
80
80
82
82,5
82,5
82,5
82,5
82
82,5
80,5
80
80
80
80
79,5
79,5
79,6
79,6
79,5
79,3
79,2
79,2
79,2
04:00
88
89
100
56
57,6
81
80
82,5
79,5
79,3
Differenz Thoraxumfang [cm]
Vorphase
Totraumvergrößerung 1200ml
Zeit [min] 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
VP 1 (m)
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1
0,5
0,5
VP 2 (m)
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
0,5
1
2
3
2,5
2
1
1
1
VP 3 (m)
1
1
1
2
1,5
1
0,5
1,5
1,5
1
1,1
1
1
1
VP 4 (m)
0,6
0,7
0,6
0,7
0,6
0,6
0,7
0,8
0,7
0,4
0,8
0,6
0,5
0,6
VP 5 (m)
1
1
1
1
1,1
0,7
1,5
0,8
0,9
0,8
0,8
0,8
0,7
0,7
VP 6 (w)
2
2
1
2
3
3
3
4
4
3
3
3
3
3
VP 7 (w)
3
3
3
3
3
2
2
2
2
4
4
3
3
3
VP 8 (w)
1
1
1
1
1,5
1
1,5
1,5
1,5
1,5
1,5
1
1
1,5
VP 9 (w)
0,5
0,5
0,5
0,5
1
1
1
1
1
1
0,5
0,5
0,5
0,5
MW *
1,1
1,1
1
1,2
1,4
1,1
1,3
1,6
1,7
1,6
1,6
1,3
1,2
1,3
76
Tab. 5
Vereinfachtes Atemäquivalent (Atemfrequenz x Thoraxumfangsdifferenz)
Vorphase
Totraumvergrößerung 1200ml
Zeit [min] 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
VP 1 (m)
3
3
2,5
3
4,5
4
4
4,5
4
4, 5
4
8
4,5
4,5
VP 2 (m)
3
2,5
2,5
3
3
3
5
10
15
15
14
5
6
5
VP 3 (m)
8
8
9
16
13,5
7
5
12
9
9
7,7
3
4,5
4,2
VP 4 (m)
4,2
4,2
3,6
4,9
4,2
4,2
4,9
4,8
4,2
2
4,8
4,2
3
3,6
VP 5 (m)
8
7
7
6
6,6
3,5
7,5
4
5,4
4,8
4,8
4,8
4,2
4,2
VP 6 (w)
12
12
6
10
15
15
12
20
20
15
12
12
15
15
VP 7 (w)
12
12
12
9
12
8
8
10
10
20
24
18
18
18
VP 8 (w)
5
5
5
4
6
5
10,5
12
12
12
12
7
7
12
VP 9 (w)
3,5
4
3,5
3,5
7
8
8
9
8
9
4
4,5
5
5
MW*
6,5
6,4
5,7
6,6
8
6,4
7,2
9,6
9,7
10,9
9,7
7,4
7,5
7,9
*MW 6
= arithmetischer
interindividueller Mittelwert
Tab.
Herzschläge/30s
Zeit [min]
VP 1 (m)
VP 2 (m)
VP 3 (m)
VP 4 (m)
VP 5 (m)
VP 6 (w)
VP 7 (w)
VP 8 (w)
VP 9 (w)
MW *
Vorphase
Totraumvergrößerung 1200ml
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
39
30
32
28
39
35
32
32
34
31
28
30
33
30
25
25
26
26
27
27
30
29
29
27
27
25
27
25
34
33
35
36
32
38
35
35
36
35
34
34
35
33
32
31
31
31
34
33
34
35
34
33
35
35
34
35
27
28
29
27
29
29
30
30
29
31
31
30
30
30
32
28
31
31
30
33
34
33
35
34
33
33
35
34
31
31
30
32
32
33
31
33
34
33
31
33
34
35
31
32
33
33
28
29
30
29
29
31
32
30
33
32
31
27
29
29
31
33
29
30
34
32
29
27
28
27
31,3
29,4
30,7
30,3
31,3
32
31,6
31,8
32,7
31,9
31,1
30,8
32,1
31,2
Tab. 7
Blutdruck systolisch [mmHg]
Blutdruck diastolisch [mmHg]
Vorphase
Totraumvergrößerung 1200ml
Vorphase
Totraumvergrößerung 1200ml
Zeit [min] 01:00 02:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00 01:00 02:00 01:00 02:00 03:00 04:00 05:00
VP1 (m)
133
130
139
137
131
130
134
78
81
79
79
82
88
84
VP2 (m)
133
128
134
147
138
137
145
77
77
80
79
81
83
88
VP3 (m)
121
117
130
130
118
122
118
89
83
85
84
82
81
80
VP4 (m)
133
131
138
130
133
134
129
89
85
92
88
90
90
87
VP5 (m)
122
117
123
118
119
114
127
72
75
75
79
74
76
73
VP 6(w)
126
117
129
129
136
127
130
86
80
97
96
89
92
93
VP7 (w)
125
127
136
131
133
135
127
80
83
86
90
94
95
80
VP8 (w)
108
108
108
112
113
110
107
74
74
79
79
78
79
74
VP9 (w)
117
117
115
125
122
119
113
80
72
79
80
80
82
72
MW*
119
117
128
129
127
125
126
81
79
84
84
83
85
81
Abb.1
Abb. 2
1,8
Thoraxumfangsdifferenz [cm]
Atemfrquenz [Atemzüge/30s]
7,5
7
6,5
6
5,5
05
:0
0
04
:3
0
04
:0
0
03
:3
0
03
:0
0
02
:3
0
02
:0
0
01
:3
0
01
:0
0
00
:3
0
02
:0
0
01
:3
0
01
:0
0
00
:3
0
5
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
00:30
Zeit [min]
Abb. 3
01:30
02:00
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
03:30
04:00
04:30
05:00
Zeit [min]
interindividuelle MW
MW der interindividuellen MW/Phase
interindividuelle MW Atemfrequenz
MW der interindividuellen MW/Phase Atemfrequenz
Interindividuelle Mittelwerte/Phase und Mittelwerte
der interindividuellen Mittelwerte/Phase der Atemfrequenz/30s in der Vorphase (2 min) und während
des Totraumversuchs (5 min) (n=9)
01:00
Interindividuelle Mittelwerte/Phase und Mittelwerte
der interindividuellen Mittelwerte/Phase der Thoraxumfangsdifferenz in der Vorphase (2 min) und
während des Totraumversuchs (5 min) (n=9)
Abb. 4
77
33
11
32,5
Herzfrequenz [Schläge/ 30s]
12
Atemäquivalent
10
9
32
31,5
8
7
31
30,5
6
5
30
29,5
4
29
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
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
Zeit [min]
Zeit [min]
interindividuelle MW Atemäquivalent
MW der interindividuellen MW Atemäquivalent
Atemzeitvolumina (Atemäquivalent (Atemfrequenz x Thoraxumfangsdifferenz)) in der Vorphase und während der Totraumatmung (n=9)
interindividuelle MW Herzfrequenz
MW der interindividuellen MW/Phase Herzfrequenz
Herzfrequenz/30s in der Vorphase und während der Totraumatmung (n=9)
Blutdruck [mmHg]
Abb. 5
140
130
120
110
100
90
80
70
60
50
40
Vorphase
Totraumvergrößerung
Vorphase
systolisch
Totraumvergrößerung
diastolisch
Blutdruck in der Vorphase und während der Totraumatmung (n=9)
*MW = arithmetischer interindividueller Mittelwert
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Referent: Ansgar Berz, Datum: 14.05.2016
E-Mail: [email protected]
14 Kreislauf- und Atmungsregulation bei vergrößertem Totraum
– Versuchsbericht
Zielsetzung: Beobachtung der Kreislauf- und Atmungsregulation bei Atmung mit einem vergrößerten
Totraum anhand der Parameter Atmungsfrequenz, Atemtiefe, Herzfrequenz und Blutdruck
Sachstand der Literatur
Definition Totraum
Der Totraum ist der Anteil der zuführenden Luftwege, der nicht am Gasaustausch teilnimmt. Der anatomische Totraum umfasst die Atemwege bis zur Bronchiolen-Alveolen-Grenze (Mund, Nase, Pharynx, Larynx, Trachea, Bronchien). Der funktionelle Totraum beinhaltet zusätzlich die ventilierten,
aber nicht durchbluteten Alveolen, an denen folglich auch kein Gasaustausch stattfinden kann.
Das Volumen des anatomischen Totraums beträgt beim Erwachsen etwa 150 ml. Der Totraum wirkt
sich für die Frischluftversorgung der respiratorischen Fläche nachteilig aus, hat aber folgende vorteilhafte Funktionen: Luftzuleitung, Reinigung, Erwärmung und Anfeuchtung der Einatemluft und Zurückhaltung von Wärme und Flüssigkeit beim Ausatmen (WEINECK, 1998, S. 127).
Da die Totraumgröße anatomisch vorgegeben ist, kann der alveoläre Gasaustausch umso effektiver
erfolgen, je tiefer die Atemzüge sind. Eine Steigerung der Atemfrequenz alleine kommt dagegen vornehmlich der Totraumbelüftung zugute (DEETJEN, 1999, S. 358).
78
Begriffsbestimmung Atmung innere/äußere
Bei der Atmung wird zwischen äußerer Atmung (Gasaustausch in der Lunge und Haut) und innere
Atmung (Zellatmung) unterschieden (WEINECK, 1998 , S. 117).
Bei der Atmung wird durch unterschiedliche Gasdrücke im Alveolarraum (O 2 ca. 14 kPa und CO2 ca.
5 kPa) und im Blut (O2 ca. 5 kPa und CO2 ca. 6 kPa) Sauerstoff (O2) ins Blut aufgenommen und Kohlendioxid (CO2) in die Luft abgegeben (WEINECK, 1998, S. 128).
Über die äußere Atmung wird auch durch die Abgabe von CO2 der Säure-Basen-Haushalt reguliert
(WEINECK, 1998, S. 117).
Atmungsregulation
Der Rhythmus der Atemzüge wird von einem Generator erzeugt, der in der Medulla oblongata tätig
ist. Dieser Generator erhält den Erregungsantrieb über die Formatio reticularis, welche ihrerseits
durch eine Vielzahl afferenter Zuströme aktiviert wird (DEETJEN, 1999, S. 366). Das Atemzeitvolumen wird durch Erhöhung der Frequenz und/oder des Atemzugvolumens vor allem gesteigert, wenn
Chemosensoren einen erhöhten pCO2 und/oder einen erhöhten pH-Wert im Blut und/ oder einen erniedrigten pO2 registrieren. Des weiteren sind auch Dehnungsrezeptoren in der Lunge, der Trachea
und der Bronchien an der Atmungsregulation beteiligt (MÜLLER, 1998, S.196f), aber auch Hormone
wie z.B. Adrenalin und das Schilddrüsenhormon oder Schmerz-, Thermo- und Pressorezeptoren oder
das ZNS können Einfluss nehmen (DEET-JEN, 1999, S. 366).
Besonders empfindlich spricht die Ventilation auf eine Zunahme des arteriellen pCO2 an. Die Atmung
spricht besonders auf den Stimulus „erniedrigter pO2“ viel träger an. Dies geschieht vor allem, weil der
pCO2 durch erhöhte Ventilation absinkt (DEETJEN, 1999, S. 367).
Die Atmung kann innerhalb gewisser Grenzen (z.B. Atemzwang) willkürlich beeinflusst werden.
Regulation der Herzfrequenz
Die Herzfrequenz wird im Zustand körperlicher Ruhe durch den Eigenrhythmus des Sinusknotens
(60-70 Erregungen/ min) bestimmt (ROST et. al., 2001, S. 373 ff.).
Das Herz wird zur Anpassung an verschiedene Anforderungen einerseits intracardial (Frank-StarlingMechanismus – kurzfristig) andererseits extracardial (neurohumoral - langfristig) gesteuert. Extracardial spielen die wichtigste Rolle die antagonistisch wirkenden vegetativen Herznerven Sympathikus
und Parasympathikus (N. vagus), welche die Herzfrequenz und Herzkraft über Noradrenalin bzw.
Acetylcholin steigern und senken können. Das Nebennierenhormon Adrenalin hat eine ähnliche Wirkung wie das Noradrenalin.
Das Kreislaufzentrum befindet sich in der Medulla oblongata und wird durch Chemorezeptoren in der
Muskulatur mit Informationen versorgt. Bisher ist noch nicht bekannt, worauf diese Chemorezeptoren
reagieren.
Zusätzlich wird angenommen, dass eine Kopplung zwischen peripherer Sauerstoffversorgung und
vegetativer Steuerung der Herzleistung über das Herzzeitvolumen besteht. Bei dieser Hypothese
werden lokale Sauerstoffsensoren im Gewebe von Organen vermutet (KESSLER, M., HÖPER, J.,
1999, S. 474).
Das Herzzeitvolumen, im Besonderen der Faktor Herzfrequenz, steigt proportional mit der Sauerstoffaufnahme bei körperlicher Arbeit an (KIRSCH, 1996, S. 519).
Beim Aufenthalt in großer Höhe (über 2000m) kommt es durch Sauerstoffmangel im Blut zu einem
Anstieg der Herzfrequenz (GOLENHOFEN, 2000, S. 301).
Regulation des Blutdrucks
Der arterielle Blutdruck ist ein Produkt aus Schlagvolumen und peripherem Widerstand der Gefäße.
Die Regulation erfolgt durch ein kompliziertes Reglersystem mit einer Vielzahl nervöser, hormoneller
und reflektorischer Einflüsse. Sensoren, welche das Vasomotorenzentrum (Regler) beeinflussen,
sind Druckrezeptoren des Karotissinus und der Aorta. Allerdings kann der Regler durch körpereigene
Störgrößen wie das Großhirn, den Hypothalamus und das Atemzentrum beeinflusst werden
(WEINECK, 1998 , S. 101f ).
79
Erwartungen
Gemäß des im Seminar vorangegangenen Versuchs zur Atemregulation bei Totraumvergrößerung
unter ähnlichen Bedingungen ist ein starker Anstieg der Atemfrequenz und/oder des Atemzugvolumens zu erwarten, da vermehrt CO2 zurückgeatmet wird. Entsprechend der gesichteten Literatur
würde die veränderte alveoläre Gaszusammensetzung durch die Totraumvergrößerung besonders
sinnvoll durch die Erhöhung des Atemzugsvolumens und weniger durch die Atemfrequenz kompensiert werden. Ein leichter Anstieg der Herzfrequenz ist in vorangegangenen Versuchen von Vorgängerseminaren bereits ohne Begründung dokumentiert. In der Fachliteratur werden Herzfrequenzsteigerungen und Steigerungen des Blutdrucks nur im Zusammenhang mit körperlicher Arbeit und daraus resultierendem erhöhten Sauerstoffbedarf beschrieben, nicht bei der Atmung mit einem vergrößerten Totraum.
Methodik
Der Versuch wurde gemäß des Versuchsplans vom 16.12.2003 an neun Probanden, davon fünf
Männern und vier Frauen, durchgeführt.
Alle Datensätze waren vollständig ausgefüllt.
Parallel zu diesem Versuch nahmen die Probanden noch an einem Experiment zur Kreislaufregulation bei Pressatmung teil.
Auf die Messung des Bauchumfanges als zusätzlicher Indikator für eine tiefere Atmung wurde aufgrund im Seminar vorangegangenen Versuchen zur Atemregulation bei Totraumatmung und Umfangsänderung von Bauch und Thorax in Ruhe und bei maximaler Ein- und Ausatmung verzichtet,
um den Versuchsaufbau zu vereinfachen.
Ergebnisse
Die detaillierten Ergebnisse sind dem Datenblatt vom 06.01.04 zu entnehmen.
Atemfrequenz (siehe Tab. 1 und Abb. 1)
Die Atemfrequenz/30s liegt bei der Vorphase zwischen 3 und 9 Atemzügen, bei dem Hauptversuch
über 5min zwischen 4 und 10 Atemzügen. Im Durchschnitt (Mittelwerte der interindividuellen Mittelwerte/ Phase) liegt in der Vorphase die Atemfrequenz bei 6 Atemzügen/30 s, bei Hauptversuch bei
6,6 Atemzügen/30 s. Dies bedeutet eine Erhöhung um 10%.
Die interindividuellen Mittelwerte fallen in der Vorphase von 6,3 Atemzügen/30 s kontinuierlich auf 5,7
Atemzügen/30 s ab. Während des Hauptversuches steigen diese Werte von 6,3 Atemzügen/30 s auf
6,9 Atemzügen/30 s an.
Thoraxumfangsdifferenz (siehe Tab. 2, Tab. 3 ,Tab. 4 und Abb. 2)
Die Thoraxumfänge bei der Inspiration reichen von 56,4 cm bis 103 cm, bei der Exspiration während
der gesamten Versuchsdauer von 55,8 cm bis 102 cm.
Die gemessenen Werte bei der Einatmung und der Ausatmung wurden subtrahiert, und anschließend
wieder der inter-individuelle Mittelwert gebildet.
Die Mittelwerte der interindividuellen Mittelwerte betragen in der Vorphase 1,1 cm und im Hauptversuch 1,4 cm. Dies bedeutet eine Erhöhung um 27%.
Atemzeitvolumen (Atemäquivalent) (siehe Tab. 5 und Abb. 3)
Gemäß des Versuchsplans konnte nur ein stark vereinfachtes Äquivalent zum Atemzeitvolumen gebildet werden, nämlich ein Produkt aus Atemfrequenz/30 s und Thoraxumfangsdifferenz (Begründung: siehe Methodik).
Bei dem so gebildeten Atemäquivalent ist ebenfalls ein Anstieg von der Hauptphase 8,4 cm/30 s zur
Vorphase 6,3 cm/30 s zu beobachten. Dies bedeutet eine Erhöhung um ca. 34%.
Herzfrequenz (siehe Tab. 6 und Abb. 4)
Die Herzfrequenz/30sec liegt zwischen 25 und 39 Herzschlägen. Die Mittelwerte der interindividuellen Mittelwerte liegen in der Vorphase bei ca. 30 Schlägen/30 s und im Hauptversuch um ca. 1-2
Schläge/30 s höher bei ca. 32 Schlägen/30 s. Dies ist eine Erhöhung um 4%.
80
Blutdruck (siehe Tab. 7 und Abb. 5)
Sowohl die Mittelwerte der individuellen Mittelwerte der systolischen und diastolischen Blutdruckmessung sind im Hauptversuch erhöht. Der systolische Wert steigt von 118 mmHg auf 127 mmHg (=
Zuwachs um ca. 8%), der diastolische Wert von 80 auf 83 (= Zuwachs um ca. 4%).
Diskussion
Die Atmung durch das Rohr hat tendenziell zu einer erhöhten Atemfrequenz und einem erhöhten
Atemzugvolumen geführt, wobei ein größere Steigerung bei dem Atemzugvolumen zu beobachten
ist, wie es nach DEETJEN (s. o.) für die Frischluftversorgung der Alveolen sinnvoll ist.
Dies kann durch eine erhöhte Rückatmung von Exspirationsluft und einem damit bedingten Anstieg
des pCO2 im Blut begründet werden. Zusätzlich kann eine respiratorische Azidose die Atmung stimuliert haben.
Die durchschnittliche Steigerung des Atemzeitvolumen-Äquivalents um 34% und der Thoraxumfangsdifferenz um 27% im Hauptversuch fällt gegenüber den Erwartungen zu gering aus. Das Volumen des Totraums wurde immerhin um 1200 ml auf ca. 1350 ml vergrößert. Dies bedeutet eine Vergrößerung um 800%. Dagegen fällt die Reaktion der Probanden sehr gering aus. Bei einem vorangegangenen Versuch im Seminar zur Atmungsregulation bei Totraumatmung zeigte sich unter ähnlichen Versuchsbedingungen eine Steigerung des Atemzeitvolumens um 176%. Auch im letztjährigen
Seminar ist eine Steigerung von mindestens 100% dokumentiert. Ein wesentlicher Unterschied in
den Versuchsbedingungen war die Sitzposition der Probanden entgegen der Standposition in den
anderen Versuchen. Der Verdacht liegt also nahe, dass im Sitzen der Thoraxumfang weniger variiert
als im Stehen, zumal die Bauchumfangsdifferenz als Zeichen für Zwerchfellatmung nicht gemessen
wurde. Es könnte auch sein, dass die Probanden vor Versuchsbeginn durch Hyperventilation den
pCO2 im Blut gesenkt haben. Eine definitive Erklärung lässt sich im Nachhinein nicht finden, Messfehler sind aber unwahrscheinlich, da die Seminarteilnehmer in der Thoraxumfangsmessung geübt
sind. Da jedoch die Nasenklammer nicht in allen Fällen verwendet wurde, ist eventuell ein Fehler in
der Durchführung aufgetreten. Die Werte dieser Probanden unterscheiden sich aber nicht oder nur
unwesentlich von den Werten von Probanden mit Nasenklammer.
Die Steigerung der Herzfrequenz (4%) und des Blutdrucks (systolisch ca. 8%, diastolisch ca. 4%)
lassen sich ebenfalls nicht leicht erklären, da das Herz nicht durch veränderten Partialdruck von CO2
oder eine pH-Wert-Verschiebung im Blut reagiert. Eine Veränderung der Herzfrequenz durch ein erniedrigtes Sauerstoffangebot ist kaum denkbar, wenn die Probanden schon nicht durch einen stärkeren Anstieg der Ventilation reagieren. Gleichzeitig konnte keine Zyanose beobachtet werden. Sowohl
Herzfrequenz als auch der Blutdruck können durch psychische Effekte der Probanden erklärbar sein.
Da aber eine Vielzahl von Einflüssen die Kreislaufregulation beeinflussen können und diese auch in
Fachkreisen im Detail nicht vollständig bekannt sind, bleiben weiter Überlegungen Spekulation. Auch
hier sollten aber Messfehler aus oben genannten Gründen unwahrscheinlich sein.
Methodenkritik
In dem Versuch werden relativ viele Messungen zeitgleich durchgeführt, was eine gute Abstimmung
und Konzentration in der Gruppe erfordert. Daher besteht ständig die Gefahr, dass Datensätze unvollständig werden. Jedoch war das bei diesem Versuch nicht der Fall.
Unter den Datensätzen waren zwei, bei denen offensichtlich die Spalte „Thoraxumfang Einatmung“
und „Thoraxumfang Ausatmung“ verwechselt wurden. Bei neun Datensätzen ist das ein häufiger
Fehler, der aber nachträglich als Fehler eingestuft wurde.
Die Blutdruckmessung mit elektronischen Messgeräten erfordert etwas Vorerfahrung der Messenden, da verschiedene Messgeräte unterschiedlich lange Zeit messen und eine zeitliche Abstimmung
vorteilhaft ist.
Die Nasenklammer wurde teilweise aufgrund des hohen Drucks bei der Versuchsdurchführung nicht
verwendet oder während des Versuchs abgelegt. Eine weichere Klammer wäre sinnvoll.
81
Fazit
Das Ergebnis des Versuchs wirft einige Fragen auf, die nicht ohne weitere Versuche, so zum Beispiel
ein Versuch zur Messung der Thorax- und Bauchumfänge bei Ein- und Ausatmung in verschiedenen
Lagen, beantwortet werden können. Die Tendenzen, nämlich zum Beispiel die Steigerung des Atemzeitvolumens, konnten beobachtet werden, wenn auch nicht in dem erwarteten Umfang.
Möglicherweise behandelt der Versuch, wie er durchgeführt wurde, zu viele Fragestellungen gleichzeitig. Denn dort, wo die Fragestellungen auftauchen, sind genauere Betrachtungen der Methode
zum Opfer gefallen.
Sinnvoller wäre es daher, die Atmungsregulation und die Kreislaufregulation unter gleichen Bedingungen in getrennten Versuchen zu beobachten.
Nachweis der verwendeten Literatur
1. APPELL, H.-J., GRAF, C., PREDEL, H.-G., ROST, R.: Herz-Kreislauf-System. In: ROST, R
(Hrsg.): Lehrbuch der Sportmedizin, Deutscher Ärzteverlag, Köln, 2001
2. DEETJEN, P.: Atmung. In DEETJEN, P., SPECKMANN, E.-J.: Physiologie, 3. Auflage, Urban
& Fischer-Verlag, München, 1999
3. GOLENHOFEN, K.: Physiologie heute, 2. Auflage, Urban & Fischer-Verlag, München, 2000
4. KESSLER, M., HÖPER,J.: Energiehaushalt. In DEETJEN, P., SPECKMANN, E.-J. (Hrsg.):
Physiologie, 3. Auflage, Urban & Fischer-Verlag, München, 1999
5. KIRSCH, K.: Leistungsphysiologie. In KLINKE, R., SILBERNAGL, S. (Hrsg.): Lehrbuch der
Physiologie, 2. Auflage, Thieme-Verlag, Stuttgart, 1996
6. MÜLLER, W.-A.: Tier- und Humanphysiologie, Springer-Verlag Berlin, Heidelberg, 1998
7. WEINECK, J.: Sportbiologie, 6.Auflage, Spitta-Verlag, Bahlingen, 1998
Hiermit versichere ich, dass ich die vorgelegte Seminararbeit selbständig verfasst habe und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet habe.
82
Johannes Gutenberg Universität Mainz
Seminar: Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln
Seminarleitung: Prof. Dr. med. H-V Ulmer, Versuchsleiter: Peter Scheffler
([email protected]), Versuchsdatum: 06.01.2004
15. Maximales Atemzugvolumen (AZV) bei gestörter Atemmechanik
– Versuchsplan
Versuchsziel: Nachweis einer möglichen Veränderung der Vitalkapazität (VK) bei gestörter Thorax- und/oder Bauchatmung.
Organisation: Da dies der einzige Versuch am heutigen Tag ist, werden die Probanden in sechs
Gruppen à fünf Personen eingeteilt. Benötigt wird pro Test:
- eine Versuchsperson (VP)
- ein Protokollant (P)
- zwei Assistenten zum Anlegen und Fixieren des Handtuches
- ein Assistent zum Ablesen der Ergebnisse
Materialien/Geräte pro Gruppe
- zwei Handtücher
- ein Trocken- oder Nassspirometer
Versuchsdurchführung
Um die persönlichen Daten bzw. die Ergebnisse zu erfassen, befindet sich auf dem Versuchsplan
ein Versuchsprotokoll.
Die VP`s führen die vier Teilversuche nacheinander aus. Wenn es die Zeit ermöglicht, werden pro
Gruppe mehrere Durchgänge mit unterschiedlichen Probanden organisiert.
Bitte darauf achten, dass die VP aufrecht steht und das Badetuch breitflächig über Brust und/oder
Bauch verteilt ist.
Versuch 1: Messung der Vitalkapzität (VK)
Nach einer max. Einatmung atmet die VP max. in das Spirometer aus. Das Ergebnis wird im Versuchsprotokoll festgehalten
Versuch 2: Messung der VK bei gestörter Thoraxatmung:
Ein Handtuch wird über den Brustkorb gespannt. Nachdem die VP noch einmal max. ausgeatmet
hat, wird das Tuch von den Assistenten hinter dem Rücken festgezurrt und verknotet .Danach gleicher Ablauf wie bei Versuch 1.
Versuch 3: Messung der VK bei gestörter Bauchatmung:
Durchführung wie bei Versuch 2, außer, dass das Handtuch über den Bauch gelegt wird.
Versuch 4: Messung der VK bei gestörter Brust- und Bauchatmung:
Nun wird ein Handtuch über den Bauch und ein weiteres über den Brustkorb gespannt. Danach
selber Ablauf wie bei vorherigen Versuchen.
Versuchsprotokoll:
Trockenspirometer:
Nassspirometer:
Name:
Geschlecht:
Versuch 1
Vitalkapazität
im Stand (i.
St.)
Versuch 2
VK (i. St.) bei
gestörter Thoraxatmung
Versuch 3
VK (i. St.) bei
gestörter
Bauchatmung
Versuch 4
VK (i. St.) bei gestörter Thorax- u.
Bauchatmung
Messergebnisse
(Angabe in Liter)
Abweichungen vom Versuchsplan und besondere Vorkommnisse bitte auf der Rückseite notieren
83
Johannes Gutenberg Universität Mainz, Fachbereich Sport
Seminar: Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln, WS 03/04
Seminarleitung: Prof. Dr. med. H-V Ulmer
Versuchsleiter: Peter Scheffler ([email protected]), Datum: 13.01.04
15. Maximales Atemzugvolumen (AZV) bei gestörter Atemmechanik
– Datenblatt
Tabelle 1: Messwerte aller weiblichen (w) und männlichen (m) Versuchspersonen (VP) in Litern,
sowie die Mittelwerte (M) mit Prozentangaben, Standardabweichungen (sD) und Nassspirometer(NSP) sowie „Einzelwerte gg. den M – Trend(++)“ Kennzeichnung
Vp
Geschlecht Nsp
VK
VK bei gestörter Thoraxatmung
VK bei gestör- VK bei gestörter Bauchatter Thoraxmung
und Bauchatmung
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
w
w
w
w
w
m
m
m
m
m
m
m
m
6,4
4,5
3,5
3,2
4
7,3
5,3
6
5
7,2
4,6
6,5
5,8
5,2
4,0
2,0
Thoraxatmung
2,2
3,8
5,6
4,8
4,6
4,6
6,0
3,9
5
5,4
6,6 ++
4,3
3,0
2,8
3,8
7,0
5,3 ++
4,8
5 ++
7,0
4,4
6
5,4
5,6
4,0
2,0
2,2
2,2
5,6
4,5
5
4
5,6
3,8
4
4,2
M
m und w
5,3
4,4
5,0
4,0
100% 83%
94%
76%
*
*
*
*
*
n=13
sD
m und w
1,2
1,0
1,2
1,2
M
w
4,3
3,4
4,1
3,2
100% 79%
95%
74%
n=5
sD
w
0,9
1,1
1,0
1,3
M
m
5,9
4,9
5,6
4,6
100% 83%
95%
78%
0,8
0,8
0,6
n=8
sD
m
0,5
Kommentar des Seminarleiters: Uneinheitliche Nachkommastellen liegen nicht in seiner Zuständigkeit.
84
Johannes Gutenberg Universität Mainz, Fachbereich Sport
Seminar: Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln, WS 03/04
Seminarleitung: Prof. Dr. med. H-V Ulmer, Referent: Peter Scheffler
([email protected]), Versuchsdatum: 06.01.04, 3
15. Maximales Atemzugvolumen (AZV) bei gestörter Atemmechanik
– Versuchsbericht
1. Einleitung/allgemeine Zielsetzung
Am 06.01.2004 wurde der Versuch „Maximales Atemzugvolumen bei gestörter Atemmechanik“ im Rahmen des Seminars „Sportphysiologie – Experimente mit einfachen Mitteln“
durchgeführt. Es handelte sich um einen „Versuch nach Wahl“, der unter das Thema Atmung fällt.
Ziel des Experimentes war es, die Einwirkungen einer gestörten Atemmechanik auf die Vitalkapazität aufzuzeigen. Des Weiteren sollte ermittelt werden, welche Störung (thorakaleund/oder abdominale) sich stärker auf die Vitalkapazität auswirkt.
2. Sachstand
Atemmechanik: „Die Aktivität der Atemmuskeln führt zu den rhythmischen Volumenänderungen der Lunge, durch die die Atemluft ein- und ausgeatmet wird. Die Tiefe der Atemzüge wird dabei aber nicht nur von der Stärke der Muskelkraft bestimmt, sondern auch von
der Elastizität der Lunge und des sie umgebenden Thorax, der aus Knochen, Muskeln und
Bindegewebe besteht“ (Scheid, 1994, S. 220).
Man unterscheidet zwischen zwei Atmungstypen:
- dem thorakalen Atmungstyp (Brustatmung); Atmungsarbeit wird hauptsächlich von der
Interkostalmuskulatur geleistet, während das Zwerchfell eher passiv den Druckveränderungen im Thoraxraum folgt.
- dem abdominalen Atmungstyp (Bauchatmung); hier wird durch stärkere Kontraktion der
Zwerchfellmuskulatur eine inspiratorische Erweiterung des unteren Thoraxraumes bewirkt,
wobei die Bauchwand vorgewölbt wird (Thews, 2000, S. 566).
Beide Atmungstypen werden bei diesem Experiment getrennt voneinander und zusammen
untersucht, indem die Vitalkapazität mit gestörter Thorax– und/oder Bauchatmung gemessen wird.
Vitalkapazität (VK): ist die Luftmenge, die maximal bei einem Atemzug aktiv bewegt werden kann. Die VK wird gemessen, indem nach tiefster Inspiration maximal in ein Messgerät (Spirometer) ausgeatmet wird (Israel, 1995, S. 197).
Ein Spirometer ist ein gasdichter Raum, in welches Gas ein- und auch ausgeatmet werden
kann. Verbindet man die Atemwege eines Probanden mit dem Spirometer, so kann man
verschiedene Atemvolumina messen (Scheid, 1994, S. 218).
„Die VK setzt sich zusammen aus der Summe von: Atemzugvolumen (AZV), Inspiratorischen Reservevolumen (IRV) und Exspiratorischen Reservevolumen (ERV)“ (Israel, 1995,
S. 197).
-
AZV: „Lungenvolumen, das bei normaler Atmung ein- und ausgeatmet wird.“
IRV: „Volumen, das nach einer normalen Einatmung noch zusätzlich eingeatmet werden kann.“
ERV: „Volumen, das nach einer normalen Ausatmung noch zusätzlich ausgeatmet
werden kann“ (de Marées, 2002, S. 224).
85
Die Vitalkapazität ist abhängig von: Alter, Geschlecht, Körperposition-/dimension und der
Ausdauerleistungsfähigkeit. Sie ist ein Maß für die Ausdehnungsfähigkeit von Lunge und
Thorax.
Durch das „Abschnüren“ des Oberkörpers wird die Expansionsfähigkeit der Lunge eingeschränkt und es kommt so zu einer restriktiven Ventilationsstörung, die im Gegensatz zur
obstruktiven Ventilationsstörung (z.B. Schleimansammlungen) künstlich erzeugt werden
kann. (Wagner, 2004)
Zur Unterstützung der Ausatmung gegen einen Widerstand wirken u. a. die Bauchpresse,
der viereckige Lendenmuskel und der breite Rückenmuskel (Tittel, 2002, S. 104).
Da in vorangegangen Versuchen (WS 97/98, WS 98/99, WS 01/02, WS 02/03) zu diesem
Thema bewiesen wurde, dass durch Störung der Atemmechanik die Vitalkapazität beeinträchtigt wurde, wird erwartet, dass dies hier auch eintritt.
Außerdem soll untersucht werden, welche Störung (thorakale- und/oder abdominale) sich
am stärksten auswirkt.
3. Methodik
Siehe Versuchsplan vom 06.01.2004
Die Versuchsdurchführung wich folgendermaßen vom Versuchsplan ab: Statt sechs Gruppen à fünf Personen, wurden vier Gruppen à fünf Personen gebildet und eine Gruppe mit
vier Teilnehmern. Es haben sich 13 Personen als Probanden zur Verfügung gestellt, wovon fünf weiblich und acht männlich waren. Alle Datensätze waren komplett.
4. Ergebnisse
Siehe Datenblatt vom 13.01.2004
Tabelle 1. zeigt die Messwerte aller weiblichen und männlichen Probanden (n=13) bei den
vier Versuchen sowie deren Mittelwerte (M) mit Prozentangaben und Standard abweichungen. (sD). Außerdem sind die Versuchspersonen, die Nassspirometer benutzt
haben und die Werte, die gegen den Mittelwert-Trend gehen, gekennzeichnet.
Ohne Behinderung beträgt der interindividuelle Mittelwert 5,3 Liter. Knapp dahinter befindet sich der Mittelwert bei gestörter Bauchatmung mit 5,0 Litern. Bei diesem Versuch verbesserte sich sogar eine Probandin (VP1) und zwei Probanden konnten ihren Wert halten
(VP7, VP9).
Die gestörte Thoraxatmung hat mit knapp 1 Liter weniger Volumen im Durchschnitt , was
17% entspricht, eindeutig größere Wirkung auf das max. AZV.
Die Abbildungen 1-3 geben graphische Darstellungen der Mittelwerte der Vitalkapazitäten
bei den vier durchgeführten Versuchen wieder. Abb.1 zeigt, dass durch die Störung der
Thoraxatmung das max. AZV um 17% verringert wird und die gestörte Bauchatmung 6%
weniger Leistung zur Folge hat. Die gleichzeitige Behinderung beeinträchtigt die VK so
nachhaltig, dass nur noch ca. ¾ bzw. 76% des Maximalwertes möglich sind.
In den Abbildungen 2 und 3 kann man einzeln die prozentualen Veränderungen der Geschlechter beobachten. Es ist auffällig, dass sich die Störungen sehr ähnlich auswirken.
So liegt die VK bei gestörter Bauchatmung sowohl bei den Männern, als auch bei den
Frauen bei 95%. In den beiden anderen Tests wurde das max. AZV bei den männlichen
Probanden jeweils um 4% weniger beeinträchtigt, als bei den weiblichen Probandinnen, in
Zahlen ausgedrückt stehen sich 83% und 79% bei gestörter Thoraxatmung, sowie 78%
und 74% im letzten Versuch gegenüber.
86
5. Diskussion
Anhand der Ergebnisse wurde festgestellt, dass die Störung der Atemmechanik, die hier
durch das feste, ringförmige Anlegen von Handtüchern um den Bauch und/oder den Thorax, erreicht wurde, Auswirkungen auf das maximale Atemzugvolumen hat. Dadurch wurde Ausdehnungsfähigkeit dieser Extremitäten gestört und es kam so zu einer geringeren
Vitalkapazität als ohne Behinderung. Damit ist die erste Zielsetzung erfüllt. Außerdem
konnte nachgewiesen werden, dass sich eine gleichzeitige Störung der Bauch und der
Thoraxatmung am stärksten auf die VK auswirkt. Einzeln betrachtet hat die gestörte
Brustatmung negativere Folgen als die gestörte Bauchatmung.
Vielleicht hätte man noch deutlichere Ergebnisse erreichen können, wenn die Assistenten
die Handtücher mit ihrer Maximalkraft festgezogen hätten, doch es sollte kein gesundheitliches Risiko entstehen.
Das Experiment wurde, im Gegensatz zu vorherigen Versuchen, im Stehen durchgeführt,
da so die Badetücher am einfachsten an den Versuchspersonen fixiert werden können.
Insgesamt gab es drei Werte, die gegen den Mittelwert- Trend tendierten. Diese Werte
können evtl. mit folgenden Durchführungsfehlern bzw. Faktoren begründet werden:
- unterschiedliche Krafteigenschaften- und -einsätze der Assistenten beim Festziehen
der Handtücher
- unterschiedliches Fixieren der Badetücher auf den Oberkörpern der Probanden
- unterschiedliches Atemverhalten der Probanden
- ungenaues oder falsches Ablesen des Spirometers
6. Fazit
Obwohl das Experiment, gemäß des Titels des Seminars, mit relativ einfachen Mitteln
durchgeführt wurde, konnte bewiesen werden, dass eine gestörte Atemmechanik zu einer
Verminderung des maximalen Atemzugvolumens führt. Ebenfalls wurde dokumentiert, in
welchem Maße sich die verschiedenen Störungen auswirken.
7. Literaturverzeichnis
1. Israel, S.: Lungenatmung; in Badtke, G.: Lehrbuch der Sportmedizin (3. Auflage). Johann Ambrosius Barth, Heidelberg- Leipzig 1995
2. de Marées, H.: Sportphysiologie, 9. Auflage. Sport und Buch Strauß, Köln, 2002
3. Scheid, P.: Atmung; in: Klinke, R.; Silbernagl, S.: Lehrbuch der Physiologie. S. 212267; Georg Thieme; Stuttgart, New York 1994
4. Thews, G.: Lungenatmung; in Schmidt, R. F.; Thews, G.; Lang, F.: Physiologie des
Menschen. S. 565-590; Springer Berlin Heidelberg New York 2000
5. Tittel, K.: Beschreibende und funktionelle Anatomie des Menschen. Urban & Fischer:
München-Jena 2000
6. Wagner, T.: Persönliche Mitteilung vom 03.01.04
Hiermit versichere ich, dass ich die vorgelegte Seminararbeit selbständig verfasst habe und keine anderen als die angegebenen Quellen und Hilfsmittel verwendet habe.
87
Sportphysiologisches Seminar: Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. Dr. H.-V. Ulmer, Versuchsleiterin: Iris Kredel, Datum: 13.01.2004
E-Mail: [email protected]
16. Thermische Behaglichkeit bei unterschiedlicher Bekleidung und unterschiedlicher Raumtemperatur – Versuchsplan
Versuchsziel: Können mittels der Behaglichkeitsskala Effekte unterschiedlicher Bekleidung und
unterschiedlicher Raumtemperatur auf die thermische Behaglichkeit festgestellt werden?
Organisation: Einteilung der Seminarteilnehmer in 3er Gruppen
- 2 Versuchspersonen (VP)
- 1 Protokollant, der die Zeit ansagt, die Temperatur und die Behaglichkeitswerte protokolliert. Die
Hälfte der Gruppen beginnt im Seminarraum, die andere Hälfte beginnt im Freien (vor dem Fachbereichseingang)
Materialien: Jede Gruppe benötigt:
eine Stoppuhr
eine Behaglichkeitsskala
ein Feucht-, Trocken-, Strahlungsthermometer
zwei Winterjacken
Versuchsdurchführung
Die Messungen dauern im Freien und im Seminarraum jeweils 6 Minuten. Dabei wird nach drei
Minuten eine Winterjacke angezogen werden. Nach den 6 Minuten wechseln die Gruppen den Ort,
wobei die neue Messung mit der Kleidung begonnen wird, mit der die letzte Messung geendet hat.
In das Versuchsprotokoll ist folgendes einzutragen:
der Behaglichkeitswert (BSW) zu Beginn
der Behaglichkeitswert (BSW) alle 30 Sekunden
die Feucht-, Trocken- und Strahlungstemperatur jeweils zu Beginn der 4 Phasen
Versuchsprotokoll
Name:
Ort
Seminarraum
Im
Freien
Geschlecht:
Phase/
Bekleidung
Phase 1
(0-3 min)
Phase 2
(3-6 min)
Phase 1
(0-3 min)
Phase 2
(3-6 min)
Größe:
Gewicht:
BSW
BSW BSW BSW BSW BSW BSW Feucht- Trocken- StrahlungsBeginn 0:30 1:00 1:30 2:00 2:30 3:00 temp.
temp.
temp.
Abweichungen vom Versuchsplan und besondere Vorkommnisse bitte auf der Rückseite notieren.
88
Sportphysiologisches Seminar - Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/4, Fachbereich Sport, Johannes-Gutenberg-Universität Mainz
Seminarleitung: Prof. Dr. med. H.-V. Ulmer, Referentin: Iris Kredel,
Datum: 27.01.2004, Versuch vom 13.01.2004, E-Mail: [email protected]
16. Thermische Behaglichkeit bei unterschiedlicher Bekleidung und
unterschiedlicher Raumtemperatur – Datenblatt
Temperaturmittelwerte im Seminarraum:
Feuchttemperatur: 17°
Trockentemperatur: 20°
Strahlungstemperatur: 21°
Temperaturmittelwerte im Freien:
Feuchttemperatur: 9°
Trockentemperatur: 10°
Strahlungstemperatur: 8,5°
Tab. 1: Behaglichkeitswerte, Beginn im Seminarraum (n=8)
t(min)
VP 1
VP 2
VP 3
VP 4
VP 5
VP 6
VP 7
VP 8
Mittelwerte
Phase 1: ohne Winterjacke
00:00 00:30 01:00 01:30
1
1
1
1
3
4
4
4
1
1
1
1
2
2
2
2
1
2
2
2
-1
-2
-1
-1
-1
-1
-1
-1
0
0
0
0
0,8
0,9
1
1
02:00
1
4
1
2
2
-2
0
0
1
02:30
2
4
1
2
2
0
0
0
1,4
03:00
2
4
1
2
2
-1
0
1
1,4
Phase 2: mit Winterjacke
00:00 00:30 01:00 01:30
2
2
3
3
4
4
4
5
2
2
3
3
2
2
3
4
2
2
3
4
2
2
3
4
2
2
3
3
1
2
2
3
2,1
2,3
3
3,6
02:00
4
5
4
4
4
4
3
2
3,8
02:30
4
5
4
5
4
4
3
2
3,9
Bemerkung
03:00
4
5
Treppenlauf
4
5
4
4
4
2
erkältet
4
02:30
-5
-5
-6
-6
-5
-5
-6
/
-4,8
Bemerkung
03:00
-5
-5
Treppenlauf
-6
-6
-5
-5
-6
/
erkältet
-4,8
Tab. 2: Behaglichkeitswerte, anschließend im Freien (n=8) (Mittelwerte ohne VP 8)
t(min)
VP 1
VP 2
VP 3
VP 4
VP 5
VP 6
VP 7
VP 8
Mittelwerte
Phase 3: mit Winterjacke
00:00 00:30 01:00 01:30
3
-2
-2
-3
3
0
0
-2
-3
-3
-3
-3
-3
-3
-4
-4
0
-1
-1
-1
-4
-4
-3
-3
-3
-3
-3
-2
0
-4
-5
-5
-0,9
-2
-2
-2,3
02:00
-3
-2
-3
-4
-2
-3
-3
-6
-2,5
02:30
-4
-2
-3
-4
-2
-4
-3
-6
-2,8
03:00
-4
-2
-3
-4
-2
-4
-3
-7
-2,8
Phase 4: ohne Winterjacke
00:00 00:30 01:00 01:30
-2
-3
-4
-5
-3
-3
-3
-4
-4
-4
-5
-5
-4
-4
-5
-5
-3
-3
-4
-4
-5
-5
-6
-6
-3
-4
-4
-5
/
/
/
/
-3
-3,3
-3,9
-4,3
02:00
-5
-4
-6
-6
-4
-5
-5
/
-4,4
VP 8 wird aus der Mittelwertsberechnung herausgenommen, da die Person krank war
Tab. 3: Behaglichkeitswerte, Beginn im Freien (n=11)
T(min)
VP 9
VP 10
VP 11
VP 12
VP 13
VP 14
VP 15
VP 16
VP 17
VP 18
VP 19
Mittelwerte
Phase 1: ohne Winterjacke
00:00 00:30 01:00 01:30
-2
-4
-5
-5
-2
-4
-4
-4
0
-3
-3
-4
-4
-3
-4
-4
-5
-3
-3
-4
-4
-4
-5
-6
-4
-5
-5
-5
-5
-5
-5
-5
0
-1
-1
-2
-1
-2
-2
-2
0
0
0
-1
-2,5
-3,1
-3,4
-3,8
02:00
-6
-5
-4
-5
-5
-6
-5
-5
-2
-2
-1
-4,2
02:30
-6
-4
-5
-5
-5
-6
-5
-6
-2
-3
0
-4,3
03:00
-7
-5
-6
-6
-6
-5
-5
-6
-3
-3
-1
-4,8
Phase 2: mit Winterjacke
00:00 00:30 01:00 01:30
0
0
-1
-1
-1
-1
-2
-2
-4
-4
-4
-3
-4
-4
-4
-3
-3
-4
-3
-3
-3
-3
-2
-2
-2
-2
-2
-2
-3
-3
-2
-2
-2
-1
0
0
-2
-1
-1
0
0
0
0
0
-2,2
-2,1
-1,9
-1,6
Bemerkung
02:00
-1
-2
-3
-3
-3
-3
-2
-2
0
0
1
-1,6
02:30
-2
-3
-2
-2
-3
-3
-3
-2
0
0
1
-1,7
03:00
-1
-2
-2
-2
-3
-2
-3
-2
0
0
1
-1,5
Treppenlauf
Treppenlauf
Treppenlauf
Treppenlauf
Treppenlauf
Treppenlauf
89
Tab. 4: Behaglichkeitswerte, anschließend im Seminarraum (n=11)
Phase 3: mit Winterjacke
00:00 00:30 01:00 01:30
0
0
0
0
1
1
1
1
-2
-2,5
-1
-1
-1
-1
-1
-1
-2
-1
0
0
-1
-1
0
0
-1
0
0
1
0
0
1
1
0
1
1
2
0
0
1
1
2
2
3
3
-0,4
-0,1
0,5
0,6
T(min)
VP 9
VP 10
VP 11
VP 12
VP 13
VP 14
VP 15
VP 16
VP 17
VP 18
VP 19
Mittelwerte
02:00
1
1
-1
-1
0
0
1
1
2
1
3
0,7
02:30
1
1
-1
-1
0
0
1
2
2
1
3
0,8
Phase 4: ohne Winterjacke
00:00 00:30 01:00 01:30
1
1
1
1
0
0
0
0
0
0
0
0
-1
-1
-1
0
0
1
0
0
0
0
0
0
2
2
2
2
1
0
0
0
3
3
3
3
2
1
1
1
3
3
3
3
1
0,9
0,8
0,9
03:00
1
1
-1
-1
1
0
2
2
3
2
3
1,2
02:30
1
0
1
0
1
-1
2
0
3
1
3
1
03:00
1
0
1
0
2
0
2
1
3
1
3
1,3
Treppenlauf
Treppenlauf
Treppenlauf
Treppenlauf
Treppenlauf
Treppenlauf
Tab. 6: Behaglichkeitsmittelwerte mit Jacke
Tab. 5: Behaglichkeitsmittelwerte ohne Jacke
t(min)
Phase 1
im Raum
(n=8)
Phase 4
im Freien
(n=8)
Phase 1
im Freien
(n=11)
Phase 4
im Raum
(n=11)
Bemerkung
02:00
1
0
1
0
1
-1
2
0
3
1
2
0,9
T (min)
Phase 2
im Raum
(n=8)
Phase 3
im Freien
(n=7)
Phase 2
im Freien
(n=11)
Phase 3
im Raum
(n=11)
00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00
0,8
0,9
1
1
1
1,4
1,4
-3
-3,3
-3,9
-4,3
-4,4
-4,8
-4,8
-2,5
-3,1
-3,4
-3,8
-4,2
-4,3
-4,8
1
0,9
0,8
0,9
0,9
1
1,3
00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00
2,1
2,3
3
3,6
3,8
3,9
4
-0,9
-2
-2
-2,3
-2,5
-2,8
-2,8
-2,2
-2,1
-1,9
-1,6
-1,6
-1,7
-1,5
-0,4
-0,1
0,5
0,6
0,7
0,8
1,2
Tab. 7: Behaglichkeitsmittelwerte im Seminarraum
Tab. 8: Behaglichkeitsmittelwerte im Freien
t (min)
Phase 1
ohne Jacke
(n=8)
Phase 2 mit
Jacke (n=8)
Phase 2 mit
Jacke
(n=11)
Phase 4
ohne Jacke(n=11)
T (min)
Phase 3
mit Jacke
(n=7)
Phase 4
ohne Jacke (n=7)
Phase1
ohne Jacke (n=11)
Phase 2
mit Jacke
(n=11)
00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00
0,8
0,9
1
1
1
1,4
1,4
2,1
2,3
3
3,6
3,8
3,9
4
-0,4
-0,1
0,5
0,6
0,7
0,8
1,2
1
0,9
0,8
0,9
0,9
1
1,3
00:00 00:30 01:00 01:30 02:00 02:30 03:00
-0,9
-2
-2
-2,3
-2,5
-2,8
-2,8
-3
-3,3
-3,9
-4,3
-4,4
-4,8
-4,8
-2,5
-3,1
-3,4
-3,8
-4,2
-4,3
-4,8
-2,2
-2,1
-1,9
-1,6
-1,6
-1,7
-1,5
Behaglichkeitswerte ohne Jacke
2
Behaglichkeitsmittelwerte (n=19)
Beginn im Raum
1
Beginn im
Raum
im Raum - vorher im Freien
0
00:00
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
Beginn im
Freien
-1
im Freien vorher im
Raum
-2
im Raum vorher im
Freien
-3
Beginn im Freien
im Freien - vorher im Raum
-4
-5
-6
t (min)
Abb. 1: Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Behaglichkeit ohne Jacke (vgl. Tab.5)
90
Behaglichkeitsmittelwerte mit Jacke
Behaglichkeitsmittelwerte (n=19)
5
Beginn im
Raum
Beginn im Raum
4
3
im Freien vorher im
Raum
2
Beginn im
Freien
im Raum - vorher im Freien
1
0
00:00
00:30
01:00
01:30
-1
02:00
02:30
03:00
Beginn im Freien
im Raum vorher im
Freien
-2
im Freien - vorher im Raum
-3
-4
t (min)
Abb. 2: Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Behaglichkeit mit Jacke (vgl. Tab. 6)
Behaglichkeitsmittelwerte im Seminarraum
Behaglichkeitsmittelwerte (n=19)
4,5
im Raum mit Jacke - vorher im Raum
4
im Raum ohne
Jacke - Beginn im
Raum
3,5
3
im Raum mit
Jacke - vorher im
Raum
2,5
im Raum mit
Jacke - vorher im
Freien
2
im Raum ohne Jacke - Beginn im Raum
1,5
1
im Raum ohne
Jacke - vorher im
Freien
im Raum ohne Jacke - vorher im Freien
0,5
im Raum mit Jacke - vorher im Freien
0
00:00
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
-0,5
-1
t (min)
Abb. 3: Einfluss der Bekleidung auf die Behaglichkeit im Seminarraum (vgl. Tab. 7)
Behaglichkeitsmittelwerte im Freien
0
Behaglichkeitsmittelwerte (n=19)
00:00
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
-1
im Freien mit Jacke - vorher im Freien
-2
im Freien mit Jacke - vorher im Raum
03:00
im Freien mit
Jacke - vorher im
Raum
im Freien ohne
Jacke - vorher im
Raum
-3
Beginn im Freien ohne Jacke
Beginn im Freien
ohne Jacke
-4
im Freien ohne Jacke - vorher im Raum
-5
im Freien mit
Jacke - vorher im
Freien
-6
t (min)
Abb. 4: Einfluss der Bekleidung auf die Behaglichkeit im Freien (vgl. Tab. 8)
91
Behaglichkeitsmittelwerte
Einfluss der Umgebungstemperatur
3
2
MW im
Freien
1
0
00:00
-1
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
MW im
Raum
-2
-3
-4
t (min)
Abb. 5: Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Behaglichkeit ohne Berücksichtigung der Bekleidung
Behaglichkeitsmittelwerte
Einfluss Treppenlauf
0
00:00
-1
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
MW ohne
Treppenla
uf
-2
MW mit
Treppenla
uf
-3
-4
-5
Mittelwert
-6
-7
t (min)
Abb. 7: Einfluss eines vorangegangenen Treppenlaufs auf die Behaglichkeit
Treppenlauf n = 6, kein Treppenlauf, n = 5, Mittelwert n = 11
Behaglichkeitsmittelwerte
Einfluss der Bekleidung
0,5
0
00:00
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
-0,5
MW mit
Jacke
MW ohne
Jacke
-1
-1,5
-2
t (min)
Abb. 6: Einfluss der Bekleidung auf die Behaglichkeit ohne Berücksichtigung der Umgebungstemperatur
Behaglichkeitsmittelwert
e
Einfluss Versuchsreihenfolge
0
-1
00:00
00:30
01:00
01:30
-2
-3
02:00
02:30
03:00
MW ohne
Jacke Beginn im
Raum
MW ohne
Jacke Beginn im
Freien
-4
-5
-6
t (min)
Abb. 8: Einfluss der Versuchsreihenfolge ohne Jacke auf die Behaglichkeit
92
Sportphysiologisches Seminar - Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/4, Fachbereich Sport, Johannes-Gutenberg-Universität Mainz
Seminarleitung: Prof. Dr. med. H.-V. Ulmer, Referentin: Iris Kredel,
Datum: 19.02.2004 E-Mail: [email protected]
16. Thermische Behaglichkeit bei unterschiedlicher Bekleidung und unterschiedlicher Raumtemperatur – Versuchsbericht
1. Versuchsziel
Die Frage bei diesem Versuch ist, ob mit Hilfe einer Behaglichkeitsskala (Bericht ULMER vom
13.01.2004) der Einfluss unterschiedlicher Bekleidung und unterschiedlicher Umgebungstemperatur auf die thermische Behaglichkeit festgestellt werden kann.
2. Sachstand
Der menschliche Organismus besitzt die Fähigkeit, durch spezielle Regelungsmechanismen ein
relativ hohes Temperaturniveau (ca. 36,5° - 37° Körperkerntemperatur) konstant zu halten
(SIMON, 2000, 649). Diese speziellen Regelungsmechanismen verhindern bei kalter Umgebungstemperatur eine Unterkühlung. Dabei kann entweder durch aktive Muskelbetätigung (wie z.B. Laufen) oder durch Kälte-Zittern (unwillkürliche rhythmische Muskelkontraktion) Wärme erzeugt werden. Bei einer warmen Umgebungstemperatur wird durch Schwitzen, insbesondere die Verdunstung des Schweißes auf der Haut ein Kühlungseffekt hervorgerufen. Die Voraussetzung für eine
konstante Körperinnentemperatur ist das Gleichgewicht von Wärmeabgabe und Wärmeproduktion
(JESSEN, 1996, 376). Entsprechen sich Wärmebildung und Wärmeabgabe, befindet der Mensch
sich in einer thermischen Neutralzone, die Indifferenz- oder Behaglichkeitszone genannt wird. Im
entsprechenden Temperaturbereich fühlt der Mensch sich wohl, d.h. dass, er weder friert noch
schwitzt (KLUSSMANN, 1994, 473). Das Behaglichkeitsempfinden hängt u. a. von der Bekleidung,
der Umgebungstemperatur und der körperlichen Aktivität ab (SIMON, 2000, 655). Die Bekleidung
stellt einen Isolator dar, der bei kalter Umgebung das Behaglichkeitsempfinden heraufsetzen
kann. „Die Isolationswirkung beruht auf den in den Textilien eingeschlossenen Lufträumen, in denen keine nennenswerte Konvektion auftreten kann“ (SIMON, 2000, 655). D.h., dass sich die an
die Haut angrenzende Luftschicht erwärmt und nicht mit der Umgebungsluft ausgetauscht werden
kann und sich somit ein Wärmepolster bildet. Das Umgebungsklima ist von vier physikalischen
Umweltfaktoren abhängig. Dies sind die Lufttemperatur, die Luftfeuchte (Wasserdampfdruck der
Luft), die Windgeschwindigkeit und die Strahlungstemperatur. Die vier genannten Klimafaktoren
sind, hinsichtlich der thermischen Behaglichkeit, bis zu einem gewissen Grad äquivalent: eine
durch niedrige Lufttemperatur hervorgerufene Kälteempfindung kann durch Erhöhung der Strahlungstemperatur aufgehoben werden. Deshalb ist es möglich, unterschiedliche Kombinationen der
vier Klimafaktoren in einem Klimasummenmaß zusammenzufassen (SIMON, 2000, 656).
Nach einer subjektiven Behaglichkeitsskala lässt sich ermitteln, bei welcher Kombination der vier
Umweltfaktoren der Mensch sich thermisch behaglich fühlt, d.h. ob er friert oder ob ihm zu warm
ist (SIMON, 2000, 655 f).
3. Erwartungen
Aufgrund der Vorversuche ist zu erwarten, dass sich das Behaglichkeitsempfinden bei wechselnder Bekleidung und wechselnder Umgebungstemperatur ändert. Es ist auch weiterhin anzunehmen, dass die Behaglichkeitswerte mit Jacke höher sein werden als ohne Jacke, und eine höhere
Umgebungstemperatur höhere Skalenwerte hervorrufen wird als eine niedrige Umgebungstemperatur.
4. Methodik
Der Versuch wurde gemäß des Versuchplans vom 13.01.2004 durchgeführt. Die Behaglichkeitswerte wurden mittels einer Behaglichkeitsskala, die von –7 (viel zu kalt) über 0 (behaglich) bis +7
(viel zu warm) reicht, von den Probanden subjektiv ermittelt. Wichtig war hierbei, dass die Probanden beim Wechsel des Ortes in derjenigen Bekleidung die nächste Messung durchführten, mit der
sie vorher aufgehört hatten. Somit war ein systematischer Wechsel in der Versuchsdurchführung
gegeben.
93
5. Ergebnisse (siehe Datenblatt vom 27.01.2004
An dem Versuch beteiligten sich 19 Probanden, von denen eine Person krank war und keinen
vollständig ausgefüllten Versuchsplan lieferte. Diese Person wird aus den Mittelwertsberechnungen für die Phase 3 und 4 (anschließend im Freien – mit Jacke, dann ohne Jacke) herausgenommen. Die Versuchstemperaturen lagen am 13.01.2004 im Seminarraum bei 17° Feuchttemperatur,
20° Trockentemperatur und 21° Strahlungstemperatur. Im Freien betrugen die Werte für die
Feuchttemperatur 9°, die Trockentemperatur 10° und die Strahlungstemperatur betrug 8,5°. Alle
angegebenen Temperaturen sind die Mittelwerte aller angegebenen Werte.
In Abb. 1 und 2 ist der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Behaglichkeit mit und ohne Jacke dargestellt. Abb. 1 zeigt den Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Behaglichkeit ohne
Jacke. Hier kann man erkennen, dass die Behaglichkeitswerte im Freien wesentlich unter denen
im Seminarraum liegen. An dieser Kurve ist zu erkennen, dass sich nach drei Minuten noch keine
Sättigungswerte eingestellt haben. In Abb. 2 ist der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die
Behaglichkeit mit Jacke dargestellt. Insgesamt sind die Werte mit Jacke höher als die ohne Jacke,
aber sie sind auch interindividuell sehr unterschiedlich, was einen deutlichen interindividuellen Unterschied in der subjektiven Behaglichkeit zeigt. In Abb. 3 ist der Einfluss der Bekleidung auf die
Behaglichkeit im Seminarraum zu sehen. Die Probanden mit Jacke geben stark steigende Werte
an, wobei die Probanden, die vorher im Freien waren, einen tieferen Ausgangswert haben als die
die vorher im Raum waren. Bei den Probanden ohne Jacke ist ein ähnlicher Verlauf der Kurven
festzustellen. Hier ist ein Effekt der Versuchsreihenfolge zu erkennen. Abb. 4 zeigt den Einfluss
der Bekleidung auf die Behaglichkeit im Freien. Es ist zu erkennen, dass die Werte ohne Jacke
deutlich unter denen mit Jacke liegen. An diesen Kurven zeigt sich wieder, dass sich noch keine
Sättigungswerte eingestellt haben, da die Kurven noch am Fallen sind.
In Abb. 5 ist der Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Behaglichkeit ohne Berücksichtigung
der Bekleidung dargestellt. Hier sieht man sehr gut, dass die Werte im Freien deutlich niedriger
liegen als im Seminarraum.
Behaglichkeitsmittelwerte
Einfluss der Umgebungstemperatur
3
2
MW im
Freien
1
0
00:00
-1
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
MW im
Raum
-2
-3
-4
t (min)
Abb. 5: Einfluss der Umgebungstemperatur auf die Behaglichkeit ohne Berücksichtigung der Bekleidung
Behaglichkeitsmittelwerte
Einfluss der Bekleidung
0,5
0
00:00
00:30
01:00
01:30
-0,5
02:00
02:30
03:00
MW mit
Jacke
MW ohne
Jacke
-1
-1,5
-2
t (min)
Ab Abb. 6: Einfluss der Bekleidung auf die
Behaglichkeit ohne Berücksichtigung der
Umgebungstemperatur
Abb. 6 zeigt den Einfluss der Bekleidung auf die Behaglichkeit ohne Berücksichtigung der
Umgebungstemperatur. Werte ohne Jacke sind deutlich niedriger als die Werte mit Jacke.
94
Behaglichkeitsmittelwerte
Einfluss Treppenlauf
0
00:00
-1
00:30
01:00
01:30
02:00
02:30
03:00
MW ohne
Treppenlauf
-2
MW mit
Treppenlauf
-3
-4
Mittelwert
-5
-6
-7
t (min)
Abb. 7: Einfluss eines vorangegangenen Treppenlauf auf die Behaglichkeit
Treppenlauf n=6,
kein Treppenlauf n = 5,
Mittelwert n = 11
Behaglichkeitsmittelwert
e
Einfluss Versuchsreihenfolge
0
-1
00:00
00:30
01:00
01:30
-2
-3
02:00
02:30
03:00
MW ohne
Jacke Beginn im
Raum
MW ohne
Jacke Beginn im
Freien
-4
-5
-6
t (min)
Abb. 8: Einfluss der Versuchsreihenfolge
ohne Jacke auf die Behaglichkeit
Der Einfluss eines vorangegangenen Treppenlaufes auf die Behaglichkeit ist in Abb. 7 dargestellt.
Hier ist zu erkennen, dass die Treppenläufer etwas höhere Werte angeben als, die die keine
Treppen gelaufen sind. Zu der Abb. 7 ist zu sagen, dass hier nur die Phase 1 im Freien betrachtet
wurde, aber man hier deutlich den Einfluss des Treppenlaufes erkennen kann. In Abb. 8 ist der
Einfluss der Versuchsreihenfolge ohne Jacke auf die Behaglichkeit gezeigt. Es ist zu sehen, dass
die Probanden, die vorher im Freien waren, etwas niedrigere Werte im Raum angeben, als die die
im Raum begonnen haben.
6. Diskussion
Anhand der Ergebnisse lassen sich folgende Schlüsse ziehen:
Die Behaglichkeitswerte mit Jacke lagen höher als die ohne Jacke, und die Werte im Seminarraum waren auch höher als die Werte im Freien. Dies liegt daran, dass die Temperatur im Seminarraum näher an der Indifferenztemperatur liegt als die Temperatur im Freien. An den Kurven
und Diagrammen ist zu erkennen, dass der Wert 0 (behaglich) nur selten angegeben wurde, weswegen dieser Wert bei der Mittelwertsberechnung nicht auftritt. Dies ist darauf zurückzuführen,
dass die gemessenen Umgebungstemperaturen nicht der Behaglichkeitstemperatur des Menschen entsprochen haben.
In den Tab. 1- 4 zeigen sich interindividuelle Schwankungen in den Angaben zu den Behaglichkeitswerten, was einen deutlichen Unterschied in der subjektiven Behaglichkeit darstellt.
Weiterhin ist ein Effekt der Versuchreihenfolge anzumerken (siehe Abb. 8). Die Probanden, die
vorher im Freien begonnen hatten, geben im Seminarraum niedrigere Werte an, als die Probanden, die im Seminarraum begonnen hatten. Die Probanden zeigten eine Reaktion auf die Temperaturunterschiede.
Der Effekt eines vorangegangenen Treppenlaufes ist in Abb. 7 dargestellt. Das ursprüngliche
thermische Gleichgewicht scheint auch nach ca. 15 Minuten noch nicht wieder eingestellt zu sein,
weil die Probanden höhere Werte angeben als die Probanden, die keine Treppen gelaufen sind.
95
Das Messverfahren mit der Behaglichkeitsskala ist subjektiv, was heißt, dass das Gütekriterium
der Objektivität nicht gegeben sein kann. Durch das Bestätigen der Erwartungen werden aber die
Validität und die Reliabilität der Skala voll bestätigt.
Aufgrund der unterschiedlichen Behaglichkeitswerte in Abhängigkeit der Umgebungstemperatur
und der Bekleidung ist zu erkennen, dass die Behaglichkeitsskala in der Lage ist, die Effekte der
Umgebungstemperatur und der Bekleidung zu erfassen. Die in Punkt 2 dargestellte Thematik lässt
sich mit dieser Skala belegen.
Zu dem Thema der Methodenkritik ist auf die KR-Effekte (ULMER, 2004, S.1)hinzuweisen. Die
Probanden konnten durch das Wissen um die Temperatur und durch Abgucken von den anderen
Probanden beeinflusst werden. Zum anderen sind die Treppenläufer zu erwähnen, die einen Einfluss auf die Mittelwertsberechnung nehmen. Trotzdem wurden sie nicht aus der Berechnung herausgenommen, weil eine parallele Verschiebung der Mittelwerte der Gesamtgruppe stattfindet, die
immer noch eine Tendenz erkennen lässt.
7. Fazit
Der Versuch ist als gelungen anzusehen, da die erwarteten Ergebnisse bestätigt wurden. Der Effekt von unterschiedlicher Bekleidung und unterschiedlichen Umgebungstemperaturen auf die
thermische Behaglichkeit konnte mittels der Behaglichkeitsskala nachgewiesen werden.
Die Probanden zeigten keinerlei Probleme im Umgang mit der Skala. Die Skala ist somit brauchbar und leicht einsetzbar.
8. Literatur
JESSEN, C.: Temperaturregulation und Wärmehaushalt. In: KLINKE; R./ SILBERNAGL, S.
(Hrsg.): Lehrbuch der Physiologie. (2. Auflage) Stuttgart – New York: Thieme 1996
KLUSSMANN, F.W.: Wärmehaushalt und Temperaturregulation. In: DEETJEN, P./ SPECKMANN;
E.-H. (Hrsg.): Physiologie (2. Auflage) München – Wien – Baltimore: Urban & Schwarzenberg
1994
SIMON, E.: Wärmehaushalt und Temperaturregelung. In: SCHMIDT, R./ THEWS, G. (Hrsg.): Physiologie des Menschen. (28. Auflage) Berlin – Heidelberg – New York: Springer 2000
ULMER, H.-V.: Auswertung zur Einführung der Klima-Behaglichkeitsskala. Erhebung im laufenden
Seminar. 13.01.2004 per E-mail verschickt.
ULMER, H.-V.: KR-Effekte. Stand: 19.02.2004, http://www.unimainz.de/FB/Sport/physio/pdffiles/KR-EffekteIII-03.pdf
Ich habe die Hausarbeit eigenständig angefertigt und nur die hier zitierte Literatur verwendet.
96
97
Abweichungen vom Versuchsplan und besondere Vorkommnisse bitte auf der Rückseite notieren
98
99
100
Sportphysiologisches Seminar- Experimente mit einfachen Mitteln
WS 2003/2004, Fachbereich Sport, Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Leitung: Prof. H. V. Ulmer, Referentin: Hanna Mielisch
E-Mailadresse: [email protected]
17. Thermische Behaglichkeit nach körperlicher Arbeit – Versuchsbericht
1.
Allgemeine Zielsetzung
Ziel des Experimentes vom 13.01.2004 war es zu untersuchen, welchen Einfluss körperliche Arbeit auf das thermische Behaglichkeitsempfinden hat.
2.
Sachstand
Der Mensch gehört zu den homoiotherme (gleichwarmen) Lebewesen mit der Fähigkeit, ihre Körperkerntemperatur mit Hilfe spezieller Reglungsmechanismen auch bei wechselnder
Umgebungstemperatur konstant zu halten (SIMON, 1997, S. 649). Die Konstanthaltung der
Körpertemperatur ist nur dann zu verwirklichen, wenn Wärmeproduktion und Wärmeaufnahme mit der Wärmeabgabe im Gleichgewicht gehalten werden. Wenn aufgrund hoher
körperlicher Aktivität die Wärmeproduktion ansteigt, setzen Transportmechanismen der
Wärmeabgabe ein, damit die Körperkerntemperatur nicht in einen lebensbedrohlichen Bereich ansteigt. Der Mensch besitzt laut DE MAREES (1991, S. 87) vier solcher Regulationsmechanismen, um die Körperkerntemperatur möglichst konstant zu halten:
1)
KONDUKTION: Wärmeabgabe durch Wärmeleitung: Moleküle des wärmeren Bereichs
übertragen Wärme auf die langsameren Moleküle im kälteren Bereich.
2)
KONVEKTION: Transport von Wärmemengen durch strömende Flüssigkeiten (Blut);
oder durch Gase (Atemluft) an die Luft.
3)
WÄRMESTRAHLUNG: Wärmestrahlung durch elektromagnetische Wellen (Infrarot
des Sonnenlichts).
4)
VERDUNSTUNG: Verdampfen von Wassermengen an der Hautoberfläche und den
Schleimhäuten der Atemwege.
Die Umgebungstemperatur wird als „behaglich“ angesehen, wenn weder Mechanismen der
Wärmeabgabe noch die der Wärmebildung eingesetzt werden müssen, um die Körpertemperatur konstant zu halten. So versteht man laut SIMON (1997, S. 655) unter Behaglichkeitstemperatur diejenige Temperatur, bei der sich der Mensch subjektiv wohl fühlt. Gleichzeitig
hängt die thermische Behaglichkeit von Klima, Kleidung, Luftfeuchtigkeit, Strahlung und körperlicher Arbeit ab. Bei einem sitzenden, leicht bekleideten und leicht arbeitenden Menschen
beträgt sie in einem Raum mit etwa 50% relativer Luftfeuchtigkeit ca.25°C. Wie oben schon
erwähnt, nimmt die Wärmebildung bei körperlicher Aktivität um ein vielfaches zu. Daher steht
der Einfluss der körperlichen Arbeit auf die Behaglichkeitstemperatur einem proportionalem
Zusammenhang. „Mit zunehmender körperlicher Aktivität sinkt die Behaglichkeitstemperatur“
(SIMON 1997, S. 656).
3.
Erwartungen
Nach Kenntnis des o. g. Sachstandes ist zu erwarten, dass die Behaglichkeitswerte während der körperlichen Arbeit in Abhängigkeit von der Arbeitsintensität steigen und nach der
körperlichen Arbeit wiederum sinken.
101
4.
Methodik
Der Versuch zur „Thermischen Behaglichkeit nach körperlicher Arbeit“ wurde gemäß des
Versuchsplans vom 13.01.2004 durchgeführt. Es nahmen 20 Versuchspersonen (10 weibliche und 10 männliche Probanden) teil, wobei alle 20 Datensätze komplett waren. Zur
Feststellung der Behaglichkeitswerte wurde eine 15-teilige Behaglichkeitsskala von –7
(viel zu kalt) bis 7 (viel zu warm) eingesetzt.
5.
Ergebnisse (s. Datenblatt vom 13.1.2004)
Die im Folgenden dargelegten Werte können aus der Tabelle 1 des Datenblatts entnommen werden. Die Behaglichkeitswerte vor der körperlichen Arbeit liegen bei –1,8 (m = -1,
w = -2,5). Während der körperlichen Arbeit ist bei allen Versuchspersonen eine individuelle, aber dennoch steigende Entwicklung des Behaglichkeitswertes im Vergleich zu dem
Basiswert zu erkennen. Nach einer Minute, ist bereits ein Aufwärtstrend der Werte zu
vermerken. In Abbildung 2 ist sowohl der graphische Verlauf der Mittelwerte, als auch eine
geschlechtsbezogene Differenzierung aufgezeigt. Die Behaglichkeitswerte nach der körperlichen Arbeit zeigen große Unterschiede im interindividuellen Vergleich auf. Der Behaglichkeitswert bei den Versuchspersonen (VPn) 6, 11, 12, 14, 15, 16, 19 und 20 steigen
noch um einen Skalenwert, bei der VP 18 sogar um zwei, wohingegen bei den restlichen
Teilnehmern der Wert stagniert oder abklingt. Auffällig ist, dass der Mittelwert der Männer
durchgehend höher liegt als der der Frauen, bei denen der Mittelwert nach der Arbeit sogar noch steigt und erst bei dem letzten Messzeitpunkt unter dem Wert während der körperlichen Arbeit liegt. Anhand der Abbildung 3 kann festgestellt werden, dass es bei der
Auswertung der Behaglichkeitswerte im Treppenhaus der Sportmedizin und des Foyers
keine nennenswerten Unterschiede vorliegen. Die entsprechenden Klimabedingungen sind
der Tabelle 2 zu entnehmen. Im Folgenden, in der Abbildung 4, ist ein Fallbeispiel aufgezeigt, welches die unterschiedlichen Behaglichkeitsempfindungen zwischen den Probanden augenscheinlich veranschaulicht.
Fallbeispiel der Versuchspersonen (PB) 5 und 16
Pb 5
Pb 16
4
Behaglichkeitswert
3
2
1
0
-1
Basiswert nach 1 min
2 min
3 in
4 min
nach 1 min
2 min
3 min
4 min
-2
-3
-4
Zeitmesspunkt
Abb. 4: Vergleich der thermischen Behaglichkeitswerte der Versuchspersonen 5 und 16.
102
6.
Diskussion
Die in der Literatur angegebenen Sachstände bezüglich der thermischen Behaglichkeit
nach körperlicher Arbeit konnten überwiegend bestätigt werden. Die für die Bewertung der
Behaglichkeit herangezogene 15-teilige Skala erwies sich als geeignet, um den Einfluss
der körperlichen Arbeit zu messen. Allerdings sind die Werte während des Treppensteigens unter Vorbehalt zu bewerten, da die Probanden keinen Einblick auf die Befindlichkeitsskala hatten. Das subjektive Empfinden kann aus diesem Grunde vom angegebenen
Wert differieren. Gleichzeitig ist der KR- Effekt (Knowledge of Results), als Konsequenz für
die eigene Entscheidung nicht außer Acht zu lassen. Aufgrund der wahrgenommenen
Rückmeldungen der anderen Probanden kann das eigene Verhalten entsprechend angepasst worden sein und daher der Befindlichkeitswert nicht dem wirklichen subjektiven
Empfinden entsprechen (DORSCH 1987). Die aufgenommenen Temperaturgrößen in beiden Treppenhäusern und die vorgeschriebene Laufzeit, das eine Stockwerk zu überwinden, schafften gleiche Arbeitsbedingungen, so dass die Raumtemperatur und die geleistete Arbeit als mögliche Störgröße zwischen den zwei Gruppen relativ klein gehalten werden
konnte (s. Datenblatt). So erbringt ein 80kg schwerer Mann in diesem Versuch eine Hubleistung von etwa126 Watt (errechnet wie folgt: Hubgewicht x Hubhöhe/Zeit, 80 kg x 9,81 x
(3 x 3,32m) x 60 s-1) und eine Frau von 60 kg hingegen ca. 95 Watt (Hubleistung). Möglicherweise ist die Streuung der Mittelwerte nicht nur auf die individuelle Variabilität zurückzuführen sonder auch auf die Tatsache, dass die Versuchspersonen der zweiten
Gruppe sich kurz zuvor mit bzw. ohne Jacke in unterschiedlichen Umgebungstemperaturen befanden.
7.
Fazit
Wissenschaftliche Erkenntnisse wurden an hand des Versuches bestätigt und das am Anfang aufgestellte Ziel zu prüfen, dass die thermische Behaglichkeit durch körperliche Arbeit beeinflusst wird, wurde erreicht.
Literatur
BARTELS, H. (1983). Physiologie. München/ Wien/ Baltimore: Urban & Schwarzenberg.
DORSCH, F. (1987).Physiologisches Wörterbuch. www.unimainz.de/FB/Sport/physio/lehrmat3.html abgerufen am 18.02.2004
MAREES DE, H. & MESTER, J. (1990). Sportphysiologie. Aarau/ Frankfurt am Main/
Salzburg: Sauerländer.
SCHÄFFLER, A. (1998). Biologie Anatomie Physiologie. Stuttgart: Fischer.
SIMON, E. (1997). Wärmehaushalt und Temperaturregelung. In SCHMIDT, R. F. &
THEWS, G. (Hrsg): Physiologie des Menschen. 27 Auflage, New York: Springer.