Sportbiologie

Sportbiologie
Dr.Alexander Parizek
Facharzt für Unfallchirurgie
Sportarzt
Biologische Grundlagen
Allgemeine Begriffsdefinitionen
• Biologie: Lehre der Lebewesen
• Zelle: kleinste selbstständige Einheit des
Lebens
• Gewebe: Zusammenschluss von Zellen mit
gleichem Aufbau und Funktion
• Organ: Funktionelle Einheit aus
verschiedenen Geweben
• Gesamtorganismus (Mensch): Komplexes
System spezialisierter Zellen
Die Zelle
Die elementaren Lebensfunktionen
• Energiegewinnung:
– Synthese > Spaltung > Energie (ATP)
• Glykolyse – Zuckerspaltung – anaerob – 2 ATP
• Oxidation – Verbrennung – aerob – 38 ATP
• Energiespeicherung:
– KP, Glycogen,Fett
• Reizantwort:
– Elektrischer Impuls, Kontraktion
• Reizanpassung:
– Hypertrophie, Hyperplasie
• Regeneration:
– Zellteilung, Zellvermehrung (ausgenommen
Nerven, Knorpel)
Biologische Grundlagen des Trainings
• Anpassung des Organismus auf Reize und
Erreichen eines höheren funktionellen
Trainingsniveaus
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Stresstheorie:
Systematische Steigerung:
Zyklische Trainingsgestaltung:
Ganzjährigkeit:
Anpassung der Belastung
Stressreaktion
• Alarmreaktion
– Atmung, Kreislauf, Energiebereitstellung
• Anpassung
– Energiegleichgewicht (steady state)
• Ermüdung/Erschöpfung
– Energiedefizit, HF- und Laktatanstieg,
verminderte LF, Zwangsabbruch
• Erholung und Kompensation
– Auffüllen der Enegiespeicher, Laktatabbau
• Überkompensation
– In der Erholungsphase Aufbau einer erhöhten
LF (TRAININGSEFFEKT)
Systematische Steigerung
• Anpassung an Trainingsreiz und Zunahme
der LF und des Erholungszustandes nach
4-6 Wochen
• D.h. nach Ablauf des letzen
Überkompensationszyklus Steigerung des
Trainingsreizes (WNTZ)
Zyklische Trainingsgestaltung
Ganzjährigkeit
• Geplante Belastungs- und
Erholungsphasen in Abhängigkeit des
Trainingszustandes
• Mikrozyklus (1 Woche)
• Mesozyklus (4-6 Wochen)
• Makrozyklus (Jahresplanung)
– Vorbereitungsperiode
– Wettkampfperiode
– Übergangsperiode
Bereits nach 5 trainingsfreien Tagen
Abbauvorgänge (Trainingsverlust) !
Anpassung der Belastung
• Intensität
– Trainingsbelastung in % der max.LF
– Kraft: Gewicht in % des Maximalgewichtes
– Ausdauer: VO2 (HF) in % des VO2max.(max HF)
• Belastungsdauer
– Gesamtzeit der wirksamen Belastung
• Belastungshäufigkeit
– Anzahl der Trainingseinheiten pro Woche(mind 2x)
• Wöchentl. gesamte Trainingsbelastung (WNTZ)
– Gesamtsumme der wirksamen Trainingsbelasungen
• Die Trainingsbelastung muß in einem optimalen Verhältnis
zur momentanen individ. LF stehen
Organsysteme
• Sind funktionelle Einheiten, die aus mehreren
Organen bestehen
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Atmungssystem
Herz-Kreislaufsystem
Verdauungssystem
Harn- und Geschlechtsorgane
Nervensystem
Sinnesorgane
Bewegungsapparat
Anatomie des Atmungssystem
• Obere Luftwege:
(anfeuchten,erwärmen,reinigen)
– Nase und/oder Mund
– Kehlkopf
– Luftröhre (Trachea)
• Untere Luftwege: (Gasaustausch)
– Bronchialbaum
– Lungenbläschen (Alveolen) ca.80 qm
Atemmechanik
• Einatmung (Inspiration) ist ein aktiver Vorgang
wobei der Brustkorb mit Hilfe der Atemmuskulatur
erweitert (gehoben) wird.
• Ausatmung (Expiration) erfolgt passiv, der
Brustkorb senkt sich infolge der Schwerkraft, die
Lunge zieht sich elastisch zusammen.
• Brustatmung
• Bauchatmung
Atemphysiologie
• Ventilation (Belüftung)
– Durch Brustkorberweiterung Ausdehnung der Lunge,
Einströmen von Luft (Blasbalgprinzip)
– Passives Ausatmen (evtl. aktiv forciert)
• Diffusion (Gasaustausch)
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Sauerstoff/Kohlendioxid
Passiver physikalischer Vorgang
äußere Atmung (Alveolen/Lungengefäße)
innere Atmung (Blut/Zellen)
• Perfusion (Durchblutung)
– Lungenkapillaren
Spirometrie
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Atemzugsvolumen (Vt): 0,5 l
Atemfrequenz (f): 12-18
Atemminutenvolumen (VE): 8-10 l
Vitalkapazität (VK): 3-5 l
Residualvolumen (RV): 1-2 l
Forciertes Expirationsvolumen (FEV 1): 70% VK
Sauerstoffaufnahme (VO2): 300ml
Atemgrenzwert: 120-170 l/min
– Während 1 Minute max.ventilierbares Volumen
Anpassung des Atmungssystems
• Kurzfristige Anpassung
– Steigerung der AF und des AV = AMV (-10x)
– Steigerung der Perfusion
• Langfristige Anpassung
– Organhypertrophie (doppeltes
Lungenvolumen)
– VK, AMV (Verdoppelung)
– Ökonomisierung der Atemarbeit (d.h. mehr
Volumen, geringere Frequenz)
– Erythrozyten ?
Anatomie des Herzens
Physiologie des Herzens
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Zentrales Pumporgan
Linkes Herz für Körperkreislauf
Rechtes Herz für Lungenkreislauf
Vorhöfe sammeln Blut
Kammer leistet Pumparbeit
Herzschlag in 2 Phasen (< 1sec.)
– Diastole (Füllungsphase)
– Systole (Auswurfphase)
• Systole als Pulswelle tastbar
• RR 120/80
• Autonomes Reizleitungssystem
Herzphysiologische Begriffe
• Herzfrequenz (HF)
– Schläge/min 60-90
• Schlagvolumen (SV)
– Auswurfvolumen der Systole ca. 75 ml
• Herzminutenvolumen (HMV)
– SVxHF d.s.ca. 70.x75ml = 5l/min
• Blutdruck (RR)
– Systolisch/diastolisch 120/80
• EKG (Elektrokardiogramm)
– Elektrische Ableitung der Herzmuskelaktion
Anpassung des Herzens
• Kurzfristige Anpassung:
– Bei Belastung Erhöhung des HMV(4-5fach)
• HF 2-2,5fach (180)
• SV 1,5-2fach (150ml)
– Blutdruck steigt bis etwa 200/90
• Langfristige Anpassung:
– Hypertrophie des Herzmuskels und Dilatation
– HMV kann bis auf das Doppelte des
untrainierten gesteigert werden (Sportlerherz)
• SV bis 200ml, max.HF bleibt gleich
• D.h.Ökonomisierung der Herzarbeit
• Volums- statt frequenzbetont
Das Herzkreislaufsystem ist mit der Energieproduktion
der leistungslimitierende Faktor der Ausdauer !
Anatomie der Blutgefäße
• Körperkreislauf
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Versorgung
linke Kammer
Aorta (Hauptschlagader)
Hals-,Arm-,Becken-, und
Beinschlagadern
Arterien
Kapillaren
Venen
obere und untere
Hohlvene
rechter Vorhof
• Lungenkreislauf
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Gasaustausch
rechte Kammer
Lungenarterien
Lungenkapillaren
Lungenvenen
linker Vorhof
Lungenarterien enthalten
sauerstoffarmes,
Lungenvenen
sauerstoffreiches Blut
Physiologie der Blutgefäße
• Hochdrucksystem
– Arterielles System
– Muskelfasern in den Gefäßwänden
ermöglichen Querschnittsveränderungen
– Pulse
• Niederdrucksystem (75% d. Volumens)
– Venöses System
– Auch hier Querschnittsveränderungen
– Umverteilung des Blutvolumens
Anpassung des Gefäßsystems
• Blutumverteilung
– Begrenztes Blutvolumen macht Mechanismus
notwendig
– Luxusversorgung der beanspruchten Organe
zu Lasten anderer.
• Gefäßneubildungen (Kapillarsprossung)
– Bildung neure Haargefäße in trainierten
Organen bewirkt bessere
Sauerstoffversorgung
– Gesamtwiederstand der Gefäße nimmt ab
Anatomie des Blutes
• Gesamte Blutmenge etwa 1/13 des
Körpergewichtes (5-6 l)
• 40% Blutzellen (HK)
• 5 Mio. Rote Blutkörperchen (Erythrozyten)
• 5000 Weiße Blutkörperchen (Leukozyten)
• 150-350000 Blutplättchen (Thrombozyten)
• Rest Plasma
Physiologie des Blutes
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Gastransport (Erythrozyten)
Stofftransport
Infektionsabwehr (Leukozyten,AK)
Blutgerinnung (Thrombozyten,
Gerinnungsfaktoren)
• Pufferung (pH)
• Wärmeregulation
• Wasserhaushalt
Anpassung des Blutes
• Kurzfristig
– Pufferung v.a. Milchsäure (Laktat)
– Abnahme der Viskosität bei Belastung
• Langfristig
– Zunahme der Gesamtblutmenge
(Hyperphosie)
– Zunahme der Erythrozyten beim Höhentraining
(Hypoxietraining)
– Hält aber höchsten 2-3 Wochen an
Verdauungssystem
Physiologie der Verdauung
• Zerkleinerung und Einspeicheln
• Verdauungssäfte aus Magen, Leber,
Bauchspeicheldrüse, Dünndarm
• Aufnahme der Nährstoffe durch die
Dünndarmzotten
• Pfortaderkreislauf
• Speicherung in Leber, Muskeln, Fettzellen
• Wasserresorption im Dickdarm
• Ausscheidung über Mast- und Enddarm
Ernährung
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3 Hauptmahlzeiten, 2 Zwischenmahlzeiten
Kohlehydratreiche Kost
4-5 h vor Wettkampf keine großen Mahlzeiten
Energiebilanz
– 1g KH, EW = 4kcal, 1g Fett = 9kcal
– GU=KGx24kcal, AU, TU (Gesamtenergiebedarf)
– TU = TI(in%) x VO2max. x min x 5
• Nährstoffbilanz
– 55% KH, 30% Fett, 15% Eiweiß (Protein)
• Flüssigkeitsbilanz(Wasser und Elektrolyte)
• Vitaminbilanz
Harnsystem
Physiologie des Harnsystems
• Ausscheidung
– Nieren filtrieren aus dem Blut Wasser,
Schadstoffe, Schlackenstoffe, Medikamente
(Dopingkontrolle)
– 1-1,5 l Harn werden in der Blase gesammelt
• Regulation
– Wasserhaushalt
– Mineralstoffhaushalt
Männliche Geschlechtsorgane
Weibliche Geschlechtsorgane
Physiologie der
Geschlechtsorgane
• Reifung in der Pubertät
• Hormone: Testosteron bzw. Östrogen
• Menstruationszyklus
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Beginn in der Pubertät
Normalerweise 28 Tage
Unregelmäßigkeiten im Leistungssport
Schwankungen der LF
Höhere LF in der 1. Hälfte des Zyklus
Regelverschiebungen möglich
Anatomie des Nervensystems
• Zentrales NS (ZNS)
– Gehirn und Rückenmark (Zellkörper)
– Schaltzentrale
• Peripheres NS (PNS)
– Verbindung mit Organen (Zellfortsätze)
• Sensomotorisches NS
– Kontakt zur Umwelt (Information/Reaktion)
• Vegetatives NS
– Koordiniert Organfunktion (unwillkürlich)
– Sympatikus (Lebens- oder Leistungsnerv)
– Parasympatikus(Vagus) Schonnerv