Die Sportmedizin ist eine vergleichsweise junge Wissenschaftsdisziplin, deren Themen uns im Alltag und vor allem während des Sporttreibens und Trainierens begegnen, da sie auf den menschlichen Körper und dessen Funktionen während körperlicher Belastungen bezogen sind.
"Sie ist derjenige Teil der theoretischen und praktischen Medizin, der den Einfluss von Bewegung, Training und Sport sowie des Bewegungsmangels auf den gesunden und kranken Menschen jeder Altersstufe untersucht, mit dem Ziel, die Kenntnisse den diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten der Medizin sowie der Prävention und Rehabilitation und dem Sport dienlich zu machen" (Dickhut 2000).
Um im Leistungssport die gesetzten Ziele zu erreichen, bedarf es ein optimales Training, was bedeutet, mit möglichst geringem Zeitaufwand den bestmöglichsten Trainingseffekt zu erzielen.
Die Kontrolle des aktuellen Trainingszustandes ist für jeden Spitzensportler ein wichtiger Bestandteil des Trainingsprozesses.
Nicht nur die Sportler, sondern auch ihre jeweiligen Trainer wollen über den aktuellen Leistungsstand informiert werden. Als Schlussfolgerung dieser Kontrollen geht hervor, wo die Stärken des Sportlers liegen und wo er noch Reserven hat. Die Konsequenz ist demnach die Anpassung des laufenden Trainingsprozesses an diese Ergebnisse.
In der leistungsdiagnostischen Praxis hat sich das Verfahren der klassischen Spiroergometrie zur Bestimmung der individuellen Leistungsfähigkeit etabliert. Diese Analysemethode bezeichnet im weitesten Sinne eine Analyse der Atemluft unter einer definierten Belastung und dient als zentrales Element der Trainingssteuerung.
Im Rahmen des Seminars „Sportmedizinische Aspekte im Leistungssport“ wurden spiroergometrische Labortests anhand mehrerer Studenten durchgeführt.
Die folgende vergleichende Untersuchung im Rampen- und Stufendesign soll dazu dienen, neben den metabolischen und ventilatorischen Schwellen vor allem die maximale Leistung eines Probanden zu erschließen. Dabei ist von Interesse, ob nach einstündiger Pause die zuvor erbrachte Leistung auch im zweiten Belastungstest zu wiederholen ist.
Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, ein Stufen- mit einem Rampenprotokoll zu vergleichen und deren Resultate zu deuten.
Des Weiteren werden Grundlagen über die Testverfahren skizziert, die Durchführung der Spiroergometrie beschrieben und die Ergebnisse dieser Messung aufzeigt und diskutiert.
Inhaltsverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
1. Einleitung
2. Theorie
2.1 Spiroergometrie
2.1.1 Ziele der Spiroergometrie
2.1.2 Parameter der Spiroergometrie
2.1.3 VO2max vs. VO2peak
2.2 Schwellenkonzepte
2.3 Ausbelastungskriterien
2.4 Belastungsprotokolle – Stufe und Rampe
2.4.1 Stufenprotokol
2.4.2 Rampenprotokol
2.5 Patienten vs. Sportler vs. Kinde
2.6 Material und Methoden
2.7 Daten des Probanden
2.8 Studiendesign und Durchführung
3 Ergebnisse
3.1 Rampentes
3.1.1 Herzfrequen
3.1.2 Laktatkurve
3.1.3 Respiratorischer Quotien
3.1.4 Atemfrequen
3.1.5 Atemäquivalen
3.1.6 Sauerstoffaufnahme (STPD
3.2 Stufentes
3.2.1 Herzfrequen
3.2.2 Laktatkurve
3.2.3 Respiratorischer Quotien
3.2.4 Atemfrequen
3.2.5 Atemäquivalen
3.2.6 Sauerstoffaufnahme (STPD)
4 Diskussion
4.1 Vergleich Herzfrequen
4.2 Vergleich Laktatkurven
4.3 Vergleich Respiratorischer Quotien
4.4 Vergleich Atemfrequen
4.5 Vergleich Atemäquivalen
4.6 Vergleich Sauerstoffaufnahme (STPD)
5 Zusammenfassung
6 Literaturverzeichnis
Abkürzungsverzeichnis
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 1: Modell eines Stufentests
Abb. 2: Modell eines Rampentests
Abb. 3: Herzfrequenz der Rampenbelastung
Abb. 4: Laktatkurve der Rampenbelastung
Abb. 5: Respiratorischer Quotient der Rampenbelastung
Abb. 6: Atemfrequenz der Rampenbelastung
Abb. 7: Atemäquivalent der Rampenbelastung
Abb. 8: Sauerstoffaufnahme (STPD) der Rampenbelastung
Abb. 9: Herzfrequenz der Stufenbelastung
Abb. 10: Laktatkurve der Stufenbelastung
Abb. 11: Respiratorischer Quotient der Stufenbelastung
Abb. 12: Atemfrequenz der Stufenbelastung
Abb. 13: Atemäquivalent der Stufenbelastung
Abb. 14: Sauerstoffaufnahme (STPD) der Stufenbelastung
Abb. 15: Vergleich Herzfrequenz
Abb. 16: Vergleich Laktatkurven
Abb. 17: Vergleich Respiratorischer Quotient
Abb. 18: Vergleich Atemfrequenz
Abb. 19: Vergleich Atemäquivalent
Abb. 20: Vergleich Sauerstoffaufnahme (STPD)
1. Einleitung
Die Sportmedizin ist eine vergleichsweise junge Wissenschaftsdisziplin, deren Themen uns im Alltag und vor allem während des Sporttreibens und Trainierens begegnen, da sie auf den menschlichen Körper und dessen Funktionen während körperlicher Belastungen bezogen sind.
"Sie ist derjenige Teil der theoretischen und praktischen Medizin, der den Einfluss von Bewegung, Training und Sport sowie des Bewegungsmangels auf den gesunden und kranken Menschen jeder Altersstufe untersucht, mit dem Ziel, die Kenntnisse den diagnostischen und therapeutischen Möglichkeiten der Medizin sowie der Prävention und Rehabilitation und dem Sport dienlich zu machen" (Dickhut 2000).
Um im Leistungssport die gesetzten Ziele zu erreichen, bedarf es ein optimales Training, was bedeutet, mit möglichst geringem Zeitaufwand den bestmöglichsten Trainingseffekt zu erzielen.
Die Kontrolle des aktuellen Trainingszustandes ist für jeden Spitzensportler ein wichtiger Bestandteil des Trainingsprozesses.
Nicht nur die Sportler, sondern auch ihre jeweiligen Trainer wollen über den aktuellen Leistungsstand informiert werden. Als Schlussfolgerung dieser Kontrollen geht hervor, wo die Stärken des Sportlers liegen und wo er noch Reserven hat. Die Konsequenz ist demnach die Anpassung des laufenden Trainingsprozesses an diese Ergebnisse.
In der leistungsdiagnostischen Praxis hat sich das Verfahren der klassischen Spiroergometrie zur Bestimmung der individuellen Leistungsfähigkeit etabliert. Diese Analysemethode bezeichnet im weitesten Sinne eine Analyse der Atemluft unter einer definierten Belastung und dient als zentrales Element der Trainingssteuerung.
Im Rahmen des Seminars „Sportmedizinische Aspekte im Leistungssport“ wurden spiroergometrische Labortests anhand mehrerer Studenten durchgeführt.
Die folgende vergleichende Untersuchung im Rampen- und Stufendesign soll dazu dienen, neben den metabolischen und ventilatorischen Schwellen vor allem die maximale Leistung eines Probanden zu erschließen. Dabei ist von Interesse, ob nach einstündiger Pause die zuvor erbrachte Leistung auch im zweiten Belastungstest zu wiederholen ist.
Das Hauptziel dieser Arbeit besteht darin, ein Stufen- mit einem Rampenprotokoll zu vergleichen und deren Resultate zu deuten.
Des Weiteren werden Grundlagen über die Testverfahren skizziert, die Durchführung der Spiroergometrie beschrieben und die Ergebnisse dieser Messung aufzeigt und diskutiert.
2. Theorie
Zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit durch die Leistungsdiagnostik werden Laktat- und ventilatorische Schwellen ermittelt. Die Bestimmung der anaeroben Schwelle ist seit nun mehr über 30 Jahren ein international anerkanntes Mittel zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit. In allen Schwellenkonzepten liegt dabei der Schwerpunkt auf einem Übergangsbereich vom aeroben zum anaeroben Metabolismus. Dieser Übergangsbereich ist vor allem dafür geeignet, verschiedene Trainingsintensitäten zu bestimmen. Im Folgenden werden die allgemeinen Grundlagen der Leistungsdiagnostik mittels Spiroergometrie beschrieben und das Studiendesign der Untersuchung vorgestellt.
2.1 Spiroergometrie
2.1.1 Ziele der Spiroergometrie
Die Spiroergometrie ist ein diagnostisches Verfahren, bei der eine Messung der Atemgase während körperlicher Belastung erfolgt. Durch die Analyse der In- und Exspiration, lassen sich Rückschlüsse auf das Zusammenwirken von Atmung, Herz, Kreislauf und Stoffwechsel ziehen.
Die Anwendungsschwerpunkte der Spiroergometrie umfassen die Leistungsdiagnostik und die kardiopulmonale Funktionsbeurteilung. Entsprechend besitzt die Methode der Spiroergometrie einen breiten Anwendungsbereich, der vom herzinsuffizienten oder lungenkranken Patienten bis hin zum Hochleistungssportler reicht.
So lassen sich drei wesentliche Zielsetzungen der Spiroergometrie festhalten:
- Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit:
Mit Hilfe von Parametern, wie z. B. der maximalen Sauerstoffaufnahme, der aeroben und der anaeroben Schwelle, sind Längs- und Querschnittvergleiche der Ausdauerleistungsfähigkeit der Testperson möglich.
- Messung des Energiestoffwechsels während körperlicher Belastung:
Der Kalorienverbrauch und der Substratumsatz der Testperson werden anhand von der Sauerstoffaufnahme (VO2) und des respiratorischen Quotienten (RQ) berechnet.
- Untersuchung der Leistungsfähigkeit des kardiopulmonalen Systems;
Durch einen Vergleich mit Normwerten können aus den Ergebnissen der Spiroergometrie Rückschlüsse auf die Leistungsfähigkeit des kardiopulmonalen Systems der Testperson gezogen werden. Liegt eine krankhaft reduzierte Leistungsfähigkeit vor, können weiterhin Hinweise darauf gesucht werden, ob die Limitation kardialen, pulmonalen oder kardial-pulmonalen Ursprungs ist.
In der Sportmedizin ermöglicht die Spiroergometrie eine nichtinvasive, objektive Messung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit, welche wesentliche Hinweise für die Trainingssteuerung ermöglicht.
Zur Anwendung in der Spiroergometrie kommen spezifische Ergometer, wie z. B. Fahrrad-, Ruder- oder Schwimmergometer oder das Laufband.
2.1.2 Parameter der Spiroergometrie
Durch die Spiroergometrie können u. a. folgende Parameter ermittelt werden:
- Sauerstoffaufnahme (VO2) und Kohlendioxidabgabe (VCO2)
Unter der Sauerstoffaufnahme wird die Menge an Sauerstoff verstanden, die von dem Organismus aus dem eingeatmeten Atemgas pro Zeiteinheit aufgenommen wird.
Dementsprechend wird unter der Kohlendioxidabgabe die Menge an Kohlendioxid verstanden, die von dem Organismus aus dem ausgeatmeten Atemgas pro Zeiteinheit ausgestoßen wird.
Die VO2zeigt während und nach dynamischer Arbeit ein ähnliches Verhalten wie die Herzfrequenz. Bei leichter Arbeit steigt die VO2– entsprechend der Zunahme der Muskeldurchblutung – langsam an. Dagegen nimmt bei schwerer Arbeit die VO2fortlaufend zu, ohne dass sich ein sog. Fließgleichgewicht („Steady-State“) einstellt.
- Maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max) Die maximale Sauerstoffaufnahme ist ein Maß für die höchstmögliche körperliche Belastbarkeit unter aeroben Bedingungen. Sie wird bei ansteigender Ergometerbelastung bis zur Erschöpfung gemessen. Für untrainierte junge Männer beispielsweise liegt die die maximale VO2im Referenzbereich bei 2,8 - 3,2 l/min.
- Respiratorischer Quotient (RQ)
Der respiratorische Quotient beschreibt das Verhältnis der Menge des ausgeatmeten Kohlenstoffdioxids (CO2) im Vergleich zu der Menge des aufgenommenen Sauerstoffes (O2).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Unter stabilen Bedingungen (Steady-State) hängt der RQ vom metabolischen Substrat der Energiegewinnung ab und kann zum Abschätzen des Anteils der Fett- bzw. Kohlenhydratverwertung verwendet werden.
Bei hohen Belastungsintensitäten übersteigt die CO2-Produktion die VO2, sodass der RQ auf Werte von über 1 ansteigt. Ein Anstieg des RQ auf Werte von über 1,1 wird während der Spiroergometrie als einer der Ausbelastungskriterien herangezogen.
- Atemminutenvolumen (AMV)
Unter dem Atemminutenvolumen versteht man das eingeatmete oder ausgeatmete Gasvolumen pro Minute. Es ergibt sich aus dem Produkt aus Atemzugvolumen und Atmungsfrequenz. Für die Ruheatmung eines Erwachsenen ergibt sich im Durchschnitt ein Atemminutenvolumen von 7 l/min. Bei körperlicher Arbeit steigen mit dem erhöhten O2-Bedarf sowohl das Atemzugvolumen als auch die Atmungsfrequenz an, so dass bei extremer Belastung das AMV Werte um 120 l/min erreicht.
- Atemäquivalent (AÄ)
Das Atemäquivalent ergibt sich aus dem Verhältnis von Atemminutenvolumen und dem Sauerstoffverbrauch bzw. der Kohlendioxidabgabe. Das Atemäquivalent gibt an, wie viel Luft eingeatmet werden muss, um einen Liter Sauerstoff im Körper verfügbar zu haben. Es ist ein Indikator für den Wirkungsgrad bzw. die Effektivität der Atmung.
Das AÄ beträgt in Ruhe ca. 25 l, d.h. es werden etwa 25 l Atemluft zur Aufnahme von 1 l O2benötigt. Mit Beginn einer Belastung sinkt das AÄ und erreicht bei Ausdauertrainierten im Bereich der Dauerleistungsgrenze tiefsten Wert bis ca. 20 l.
Bei einer weiteren Belastungszunahme wird die Atmung unökonomisch wodurch zu einem Anstieg des AÄ kommt.
- Metabolisches Äquivalent (MET) Das metabolische Äquivalent dient zur Messung der Belastung über den Sauerstoffverbrauch. Das MET vergleicht die Sauerstoffaufnahme in Ruhe mit der Sauerstoffaufnahme bei Belastung.
Es gibt demnach die Leistung (= den Kalorienverbrauch) von Aktivitäten als ein Vielfaches des Ruheumsatzes an.
Der Ruheumsatz entspricht bei Männern einem Verbrauch von 3,5 ml Sauerstoff pro Kilogramm Körpergewicht pro Minute und bei Frauen ca. 3,15 ml/kg/min. Bei moderater körperlicher Aktivität steigt der Energieverbrauch von drei auf sechs MET´s. Während intensiver Anstrengungen wächst er gar auf über sechs MET´s an.
- Herzfrequenz (HF)
Die Herzfrequenz beschreibt die Anzahl der Herzschläge pro Minute. Sie ist eine wichtige Messgröße für die Auslastung des Herz-Kreislauf-Systems, da ein linearer Bezug, zwischen der Herzfrequenz einerseits und der Belastungsintensität andererseits, besteht.
Durch die Ermittlung der Herzfrequenz kann die gewünschte Trainingsintensität bestimmt und bezüglich des gewählten Trainingsziels (z. B. Ausdauertraining zur Fettverbrennung, Marathonvorbereitung etc.) eingehalten werden. Eine Kontrolle der Herzfrequenz, beispielsweise durch Pulsuhren, ist dabei vorausgesetzt.
2.1.3 VO2max vs. VO2peak
Als Standardmessgröße der aeroben Leistungsfähigkeit ist VO2max ein direktes Maß für den aeroben Energieumsatz und definiert das obere Limit des kardiopulmonalen Systems. Die Bestimmung der VO2max wird im Leistungssport zur Einschätzung des aktuellen Ausdauertrainingszustandes durchgeführt.
Die am Ende einer Belastung erreichte VO2 wird als VO2peak bezeichnet. Zur Einschätzung des Leistungsniveaus wird dieser in Relation zum VO2 Sollwert (=(Größe [cm] – Alter [Jahren]) x 20(Männer; Frauen x 14))4 gesetzt.
In sehr wenigen Fällen ist es bei guter Leistungsfähigkeit möglich, die Belastung über diesen Punkt hinaus zu steigern, ohne dass die VO2 in entsprechendem Umfang zunimmt. Im Weiteren kommt es zur Ausbildung eines Plateaus der VO2. Die am Ende des Plateaus bei Belastungsabbruch messbare VO2 wird schließlich als VO2-max bezeichnet.
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