In dieser Arbeit soll mit Hilfe eines männlichen Probanden exemplarisch gezeigt werden, wie mit einer individuellen Trainingsintervention das kalorische Äquivalent von 4 Kilogramm Fett metabolisiert werden kann. Dafür soll der sportbedingte Kalorienverbrauch nach individueller Herzfrequenz anhand von respiratorischen Daten bestimmt werden.
Adipositas wird von zahlreichen Wissenschaftlern als Epidemie des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Das Charakteristikum von Adipositas ist ein unverhältnismäßiges Körpergewicht mit einer übermäßigen Ansammlung von adipösem Gewebe, das von unterschwelligen, chronischen und systemischen Entzündungen begleitet wird.
Diverse epidemiologische Studien versichern, dass vor allem eine Komponente einen ausschlaggebenden Einfluss hat: physische Aktivität. Durch einen aktiven Lebensstil und sportliche Aktivitäten scheint es möglich, das Körpergewicht zu reduzieren und somit der Entwicklung von Adipositas entgegenzuwirken.
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
2 Methodik
2.1 Untersuchungsgut
2.2 Untersuchungsgang
2.3 Datenanalyse
3. Ergebnisse
4. Diskussion
4.1 Zielsetzung und Trainingsempfehlung
4.2 Maximale Fettoxidation und VO2
4.3 Einflussfaktoren der Zielerreichung
4.4 Respiratorischer Quotient
5. Zusammenfassung
Literaturverzeichnis
1 Einleitung
Adipositas wird von zahlreichen Wissenschaftlern als Epidemie des 21. Jahrhunderts bezeichnet. Das Charakteristikum von Adipositas ist ein unverhältnismäßiges Körpergewicht mit einer übermäßigen Ansammlung von adipösem Gewebe, das von unterschwelligen, chronischen und systemischen Entzündungen begleitet wird (NCD Risk Factor Collaboration, 2016). Neben dem bestehenden Zusammenhang zwischen Adipositas und der Entwicklung von Typ-2-Diabetes mellitus, HerzKreislauf-Erkrankungen, einigen Krebsarten und anderen pathologischen Zuständen (Gonzâlez-Muniesa, 2017), wird der Krankheit eine Reduktion der Lebenserwartung von durchschnittlich sechs bis sieben Jahren zugeschrieben (Fock, 2013).
In den letzten Dekaden ist ein Anstieg der Adipositasprävalenz weltweit zu verzeichnen (Mensik, 2013; Seravalle, 2017; Ruiz, 2018). Eine Langzeitstudie mit über 19 Millionen Probanden aus 200 Ländern weist darauf hin, dass die Adipositasprävalenz im Jahre 2025 weltweit 18% bei Männern und 21% bei Frauen übertreffen könnte (Global BMI Mortality Collaboration, 2016).
Auf den ersten Blick scheinen die Antreiber der Adipositas-Epidemie überschaubar zu sein: Überernährung und ein sesshafter Lebensstil (Hall, 2011). Nach einer vereinfachten Ansicht ergibt sich Adipositas, basierend auf dem ersten Hauptsatz der Thermodynamik, aus einem Ungleichgewicht zwischen Kalorienaufnahme und Energieverbrauch. Die Frage, ob Adipositas hauptsächlich auf eine übermäßige Kalorienaufnahme oder auf einen zu geringen Energieverbrauch zurückzuführen ist, wird in wissenschaftlichen Kreisen kontrovers diskutiert. Dennoch nehmen vermutlich mehrere Komponenten der Energiebilanz eine Rolle in der Entwicklung von Adipositas ein (Gonzâlez-Muniesa, 2017). Diverse epidemiologische Studien versichern, dass vor allem eine Komponente einen ausschlaggebenden Einfluss hat: physische Aktivität (Swift, 2018, Gonzâlez-Muniesa, 2017). Durch einen aktiven Lebensstil und sportliche Aktivitäten scheint es möglich, das Körpergewicht zu reduzieren und somit der Entwicklung von Adipositas entgegenzuwirken (Thomas, 2012). Die Frage, die sich daraus stellt ist, wie eine sportliche Aktivität gestaltet werden muss, um akkumuliertes Fettgewebe zu reduzieren.
In diesem Beitrag soll mit Hilfe eines männlichen Probanden exemplarisch gezeigt werden, wie mit einer individuellen Trainingsintervention das kalorische Äquivalent von 4kg Fett metabolisiert werden kann. Dafür soll der sportbedingte Kalorienverbrauch nach individueller Herzfrequenz anhand von respiratorischen Daten bestimmt werden.
2 Methodik
2.1 Untersuchungsgut
Der Proband der Untersuchung ist männlich und war zum Zeitpunkt der Untersuchung 22 Jahre alt und wog bei einer Größe von 190cm 82kg (vgl. Abb. 1). Im Vorfeld wurde die Anweisung ausgesprochen mindestens zwei Stunden vor der Testung auf jegliche Nahrungszufuhr zu verzichten.
Aus den vorliegenden anthropometrischen Daten ließ sich die Körperkonstitution in Form des Body Mass Index (BMI) berechnen ( Kor ver9ewicht fcg]). Nach dem Körpergröße [m]2 resultierende BMI von 22,7 wird der Proband als normalgewichtig klassifiziert (World Health Organization, 2000).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 1: Anthropometrische Daten des Probanden
2.2 Untersuchungsgang
Als Belastungsprotokoll wurde der Stufentest nach Hollmann-Venrath auf einem Fahrradergometer (Ergoline ergometrics 900, Ergoline GmbH) gewählt. Nach einer einminütigen Ruhemessung begann die Diagnostik mit der ersten Belastungsstufe in Höhe von 30 Watt. Die Spiroergometrie wurde bis zum Abbruch der Untersuchung alle drei Minuten um 40 Watt erhöht. Der Proband hatte die Vorgabe die Trittfrequenz zwischen 60 und 80 Umdrehungen zu halten.
Die Sauerstoffaufnahme (VO2) und die Kohlenstoffdioxidabgabe (VCO2) wurden mit einer kontinuierlichen breath-by-breath Messung erhoben (Spirometer ZAN CPET, nSpire Health GmbH). Mit einer Pulsuhr (Polar RS400, Polar Electro Inc.) wurde die Herzfrequenz und der Blutdruck gemessen. Zudem wurde die Laktaktkonzentration im Blut - entnommen aus dem Ohrläppchen des Probanden - mittels eines LaktatAnalysegeräts (Biosen C-Lin, EKF diagnostic) analysiert.
2.3 Datenanalyse
Um eine Verfälschung der Ergebnisse aufgrund von Ausreißern zu vermeiden, wurden die Rohdaten (VO2, VCO2) über 10 Sekunden gemittelt (vgl. Abb. 2).
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Der Kalorienverbrauch und der Respiratorische Quotient (RQ) wurden zwar nicht direkt erhoben, konnten jedoch ausgehend von den Rohdaten ermittelt werden (vgl. Abb. 3).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 3: Formeln für die Berechnung der relativen Sauerstoffaufnahme und des Kalorienverbrauchs des Probanden. Die Formel des Kalorienverbrauchs basiert auf der wissenschaftlichen Grundlage, dass 1l O2/min mit einem Kalorienverbrauch von ca. 5kcal/min einhergeht.
Im Hinblick auf die wissenschaftliche Publikation von Achten et al. (2001), erreicht die Fettoxidation bei männlichen moderat-trainierten Probanden ihren Höchstwert bei 56% der VO2max (Achten, 2001).
Da kein leveling off der Sauerstoffaufnahme zu erkennen war, kann bei der Untersuchung nicht von einer diagnostizierten maximalen Sauerstoffaufnahme (VO2max) gesprochen werden. Bei dem Höchstwert der gemessenen Sauerstoffaufnahme handelt es sich um die VO2peak, die für die Berechnung der maximalen Fettoxidation (Fatmax) nach Achten et al. angewendet wurde (vgl. Abb. 4).
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Abbildung 4: Die Studienergebnisse von Achten et al. (2001) wurden auf die erhobenen Daten des Probanden übertragen, um die Fatmax des Probanden zu bestimmen.
3 Ergebnisse
Zwischen der Herzfrequenz und der relativen Sauerstoffaufnahme (vgl. Abb. 5) und zwischen der Herzfrequenz und dem Kalorienverbrauch (vgl. Abb. 6) besteht ein großer linearer Zusammenhang (R2 > 0,97). Die Korrelation zwischen der Leistung und der relativen Sauerstoffaufnahme (vgl. Abb. 7) weist ebenfalls einen großen linearen Zusammenhang auf (R2 > 0,94).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 5: Die Korrelation zwischen der relativen VO2peak und der Leistung. bildet die Herzfrequenz bei einer VO2 von 28,25ml/min/kg ab.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 6: Die Korrelation zwischen der Herzfrequenz und dem Kalorienverbrauch. bildet den Kalorienverbrauch bei einer Herzfrequenz von 139,57 bpm ab.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abbildung 7: Die Korrelation zwischen der relativen VO2 und der Leistung. bildet die Leistung bei einer VO2 von 28,25ml/min/kg ab.
Um zu bestimmen, bei welcher Herzfrequenz der Proband 56% der VO2peak erreicht, wurde die Gleichung der Trendlinie aus Abbildung 5 genutzt. Die Herzfrequenz beträgt 139,57 bpm (vgl. Abbildung 8).
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Abbildung 8: Bestimmung der Herzfrequenz bei 56% der VO2peak.
Nach demselben Prinzip wurde der Kalorienverbrauch aus der Gleichung der Trendlinie von Abbildung 6 bestimmt. Bei einer VO2peak von 56% beträgt der Kalorienverbrauch 11,58 kcal/min (vgl. Abbildung 9).
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Abbildung 9: Berechnung des Kalorienverbrauchs bei einer Herzfrequenz von 144 bpm.
Zuletzt wurde bestimmt, bei welcher Leistung der Proband 56% der VO2peak erreicht. Dafür wurde die Gleichung der Trendlinie aus Abbildung 7 genutzt. Die Leistung beträgt 144,27 Watt (vgl. Abbildung 10).
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Abbildung 10: Bestimmung der Leistung bei 56% der VO2peak.
Das kalorische Äquivalent von 1kg Fett beträgt nach wissenschaftlichen Grundlagen ca. 7700 kcal - in diesem Beitrag auf genau 7700 kcal festgelegt. Für die Berechnung des kalorischen Äquivalents von 4kg Fett werden 7700 kcal mit vier multipliziert. Für die resultierenden 30800 kcal werden bei 56% der VO2peak - die mit einem Kalorienverbrauch von ca. 12 kcal/min einhergehen - aufgerundet 2567 Minuten benötigt.
Nach einer Aufteilung von 2567 Minuten in 40-minütige Trainingseinheiten würde der Proband nach 65 Trainingseinheiten das kalorische Äquivalent von 4kg Fett metabolisieren. Im Hinblick auf eine realistische Umsetzung der Trainingsintervention kann der Proband dreimal in der Woche auf dem Fahrradergometer trainieren und würde nach 22 Wochen das Ziel erreicht haben.
4 Diskussion
4.1 Zielsetzung und Trainingsempfehlung
Der erste Schritt des Gewichtsverlusts ist das Setzen eines Ziels (Programme DPP Research Group, 2002). Im Zuge dieser Ausarbeitung war die Zielsetzung vernünftig, realistisch und praxisnah. Die Periodisierung der Trainingsintervention (drei Trainingseinheiten pro Woche) wurde jedoch mit unzureichenden Informationen vorgenommen. Für eine zielgerichtete Planung einer Periodisierung sollte eine umfassende Anamnese betrieben werden, die relevante Lebensgewohnheiten sowie Alltagsinformationen des Probanden berücksichtigt und in die Trainingsplanung integriert (Schurr, 2014). Im Falle des Probanden bietet es sich an die Periodisierung in Zusammenarbeit zu gestalten.
4.2 Maximale Fettoxidation und VO2
Eine Limitation der Untersuchung ist die Annahme, dass der Proband bei 56% der VO2peak seine maximale Fettoxidation erreicht. Diese Annahme beruht auf einer Studie mit 18 moderat-trainierten männlichen Probanden (Achten, 2001).
In einer Folgestudie desselben Forschungsteams wurde gezeigt, dass die maximale Fettoxidation bei gut-trainierten männlichen Probanden bei einer höheren VO2max (63%) vorliegt (Achten, 2003). Ausgehend von der Folgestudie, wären unterschiedliche Ergebnisse in dieser Ausarbeitung zu erwarten gewesen. Die Problematik besteht darin, dass die Studienergebnisse in Bezug auf die maximale Fettoxidation sehr heterogen sind (Jeukendrup, 2005). Dies lässt sich dadurch begründen, dass die Fettoxidation multifaktoriell beeinflusst wird. Sie ist abhängig vom Trainingszustand der Person, der Belastungsdauer, der Art der körperlichen Aktivität, der Nahrungszufuhr und dem zirkadianen Rhythmus. (Amaro-Gahate 2018). Dadurch bedingt, hat die VO2max für die höchste Fettstoffwechselrate eine sehr hohe Variabilität (Saunders, 2004; Jeukendrup, 2005).
Die Annahme, dass die maximale Fettoxidation des Probanden bei 56% erreicht wird, lässt sich folgendermaßen begründen: Der Proband hat ein ähnliches Probandenprofil wie das der Studienteilnehmer von Achten et al. (2001). Im Vergleich zur Folgestudie (Achten, 2003) waren die Probanden gut trainiert und hatten mindestens 3 Jahre Trainingserfahrung im Radsport. In dieser Ausarbeitung lagen keine Hinweise vor, dass diese Voraussetzungen auch für den Probanden zutreffen. Auch wenn das Probandenprofil dem der Studie von Achten et al. (2001) ähnlich ist, sollte nicht davon ausgegangen werden, dass die höchste Fettoxidation bei exakt 56% der VO2peak des Probanden vorliegt.
4.3 Einflussfaktoren der Zielerreichung
Neben der körperlichen Belastung, auf die sich dieser Beitrag fokussiert, spielen auch andere Faktoren eine entscheidende Rolle bei der Gewichtsreduktion. Die Ätiologie von Adipositas ist weitaus komplexer und sollte nicht auf die Energiebilanz reduziert werden. In der Tat müssen Umstände wie der sozioökonomische Status, die Umwelt und das persönliche Verhalten berücksichtigt werden. All diese Faktoren beeinflussen die Nahrungsaufnahme, den Nährstoffumsatz, die Thermogenese und die Lipidverwertung von Fettsäuren (Gonzales-Muniesa, 2017). Die Pathogenese von Adipositas ist noch nicht vollständig verstanden (Hall, 2011) und wohlmöglich komplexer als in diesem Beitrag dargestellt.
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