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B978-3-437-41883-9.00006-2

10.1016/B978-3-437-41883-9.00006-2

978-3-437-41883-9

Energiebereitstellung in einer Muskelzelle während der ersten 120 Sekunden einer Beanspruchung.

Herzfrequenzänderungen bei Anstrengung. a: Bei einer Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze liegt die Erholungspulssumme z. B. bei 50 Pulsschlägen. b: Bei einer Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze wird kein Steady-State mehr erreicht; die Erholungspulssumme liegt in diesem Beispiel bei ca. 500 Pulsschlägen.

Sauerstoffaufnahme (in l/min). a: O2-Aufnahme bei Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze. b: O2-Aufnahme bei Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze.

Trainingseffekte

Tab. 6.1
Trainingsstand Schlagvolumen (ml) Herzfrequenz (Schläge/min)
In Ruhe
Untrainierter 60 70
Marathonläufer 120 45
Maximal
Untrainierter 110 195
Marathonläufer 200 185

Arbeits- und Leistungsphysiologie

  • 6.1

    Wegweiser165

  • 6.2

    Umstellungsreaktionen bei gesteigerter Muskeltätigkeit165

    • 6.2.1

      Muskelstoffwechsel165

    • 6.2.2

      Herz und Kreislauf167

    • 6.2.3

      Atmung168

    • 6.2.4

      Stoffwechsel169

  • 6.3

    Leistungsdiagnostik und Grenzen der Leistungsfähigkeit170

    • 6.3.1

      Leistungsdiagnostik170

    • 6.3.2

      Grenzen der Leistungsfähigkeit170

  • 6.4

    Ermüdung und Erholung171

    • 6.4.1

      Physische Ermüdung171

    • 6.4.2

      Psychische Ermüdung171

  • 6.5

    Training171

    • 6.5.1

      Ausdauertraining171

    • 6.5.2

      Krafttraining172

IMPP-Hits

  • Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze: Atemminutenvolumen und LeistungsphysiologieArbeitsphysiologieHerzzeitvolumen

  • Trainingseffekte auf Herzfrequenz (↓) und Schlagvolumen (↑)

  • Muskelstoffwechsel bei Arbeit (Abb. 6.1)

Wegweiser

Körperliche Arbeit über einen bestimmten Zeitraum ist im physikalischen Sinne eine Leistung: Leistung = Arbeit pro Zeiteinheit. Die Einheit der Leistung ist Watt (W): 1 W = 1 J/s. Man unterscheidet
  • dynamische Arbeit, bei der ein Weg zurückgelegt wird (z. B. Laufen), von

  • statischer Arbeit (z. B. Gewichthalten).

Während der Leistung des Organismus kommt es zu Veränderungen des Muskelstoffwechsels und zu Anpassungsreaktionen des Herz-Kreislauf-Systems, der Atmung und des allgemeinen Körperstoffwechsels (Kap. 6.2). Das Ausmaß der erbrachten Leistung und die Grenzen der Leistungsfähigkeit können über die Bestimmung von physiologischen Parametern quantitativ erfasst werden (Kap. 6.3). Schneller Ermüdung bei physischer oder psychischer Belastung (Kap. 6.4) kann durch geeignetes Training (Kap. 6.5) begegnet werden.

Umstellungsreaktionen bei gesteigerter Muskeltätigkeit

Muskelstoffwechsel

Energieträger
Muskelstoffwechsel

Muskelzellen gewinnen die zur Arbeit erforderliche Energie während der ersten Sekunden ihrer Aktivität ausschließlich aus Adenosintriphosphat (ATP).

Danach ist für etwa 25 Sekunden KreatinphosphatKreatinphosphat der Hauptenergielieferant, wobei die Energie dem Körper dadurch zugänglich gemacht wird, dass die Phosphatgruppe auf ADP übertragen wird, um wieder ATP zu bilden.

Ab etwa 30 Sekunden nach Arbeitsbeginn stellt hauptsächlich die anaerobe Glykolyse Energie bereit. Hierbei wird 1 mol Glucose unter Gewinnung von 2 mol ATP zu Lactat verstoffwechselt.

Erst nach etwa 30 Sekunden beginnt die Zunahme der Muskeldurchblutung. Jetzt wird von anaerober auf aerobe Glykolyse umgestellt, die etwa 2 Minuten nach Aktivitätsbeginn ihr Maximum erreicht (Abb. 6.1). Die Energiegewinnung über die aerobe Glykolyse ist erheblich effektiver: Pro mol Glucose werden auf aerobem Weg im Zitronensäurezyklus 38 mol ATP gewonnen. Nach 60–90 Minuten sind jedoch die Glykogenspeicher und damit die Glucosevorräte des Körpers aufgebraucht.

FettsäureoxidationAuch aus Fettsäuren kann in den Mitochondrien durch β-Oxidation und den Zitronensäurezyklus auf aerobem Weg Energie gewonnen werden. Dies ist wegen des großen Fettvorrats des Organismus (ca. 12 kg) vor allem für einen lang anhaltenden, hohen Energiebedarf wichtig.
Muskeldurchblutung
MuskeldurchblutungIn Ruhe beträgt die Muskeldurchblutung 3 ml × 100 g−1 × min−1, bei maximaler Arbeitsbelastung kann sie auf 100 ml × 100 g−1 × min−1 steigen (Tab. 4.5). Bei schwerster Arbeitsbelastung reicht trotz Steigerung der Durchblutung die Versorgung des Muskels mit Sauerstoff nicht aus, sodass zusätzlich die anaerobe Energiegewinnung fortgesetzt wird und die hieraus resultierende Lactatbildung zur Ermüdung des Muskels beiträgt.
Lokale Vasodilatation
Muskeldurchblutung:Lokale VasodilatationDie nach 30 Sekunden einsetzende Zunahme der Muskeldurchblutung ist eine Folge lokaler, vasodilatatorisch wirkender Faktoren. Hierzu gehören:
  • Abnahme des O2-Partialdrucks

  • Zunahme des CO2-Partialdrucks

  • Zunahme der H+-Konzentration

Diese lokale Regulation ermöglicht eine bedarfsgesteuerte Regulation der Durchblutung vor Ort, d. h. im jeweils aktiven Muskel.
Durchblutungseinschränkung bei statischer Arbeit
Muskeldurchblutung:statischer ArbeitBei statischer Muskelarbeit mit isometrischer Kontraktion und ohne Entspannungsphasen kann die Muskeldurchblutung während der Arbeit dagegen abnehmen. Dies wird ab einer Muskelkontraktion von 30 % der Maximalkraft beobachtet. Der intramuskuläre Druck führt zu einem mechanischen Verschluss der Kapillaren und dadurch zu einer Durchblutungseinschränkung. Ab einer Kontraktionsstärke von 70 % der Maximalkraft kommt die Muskeldurchblutung völlig zum Erliegen. Schon bei einer Kontraktion von 10 % der Maximalkraft ist die Muskeldurchblutung für eine rein aerobe Energiegewinnung unzureichend.
Die Fähigkeit zu statischer Muskelarbeit ist daher limitiert, da entweder nur ein Teil der maximalen Kontraktionskraft eingesetzt wird oder die Kontraktion nur kurzfristig durchgehalten werden kann.

Merke

Energielieferanten bei Muskelarbeit:

  • ATP: 0–2 s

  • Kreatinphosphat: 2–25 s

  • Anaerobe Glykolyse: 10–100 s

  • Aerobe Glykolyse: ab 30 s

Aerobe Glykolyse ist deutlich effektiver als die anaerobe Glykolyse: 38 mol ATP vs. 2 mol ATP pro mol Glucose.

Herz und Kreislauf

Hämodynamische Anpassungen
Direkte Sympathikuswirkungen
Sympathikus, Arbeit:Direkte SympathikuswirkungenHerz:Hämodynamische AnpassungenDynamische Arbeit aktiviert über das zentrale Nervensystem den Sympathikus, weshalb die Catecholaminsekretion aus dem Nebennierenmark ansteigt. Dies führt zu den folgenden Anpassungsreaktionen:
Vasokonstriktion
Adrenalin stimuliert arterielle α-Rezeptoren (vorwiegend Typ α1) und bewirkt dadurch eine Vasokonstriktion, insbesondere in der Haut und im Splanchnikusgebiet. Im aktiven Muskel kommt die durch Catecholamine bewirkte Vasokonstriktion nicht zum Zuge, da die vasodilatatorische Wirkung der oben aufgeführten lokalen Faktoren überwiegt. Da die Gefäße der Muskulatur durch diese Mechanismen weitgestellt sind, sinkt bei dynamischer Muskelarbeit der periphere Gesamtwiderstand.
Erhöhung des venösen Rückstroms
Ebenso vermitteln α-Rezeptoren eine Vasokonstriktion der Venen, wodurch sich der venöse Rückstrom erhöht. Die Zunahme des venösen Rückstroms wird durch vertiefte und vermehrte Atmung mit entsprechend größerer thorakaler Sogwirkung noch verstärkt.
Steigerung von Frequenz und Kontraktilität
Die Steigerung von Frequenz und Kontraktilität des Herzmuskels unter Belastung ist z. T. auf die Sympathikusaktivierung zurückzuführen. Außerdem melden spezielle Ergosensoren im Muskel (wahrscheinlich freie Nervenendigungen) die Muskelaktivität an das Kreislaufzentrum in der Medulla oblongata, das dann einen Anstieg der Herzfrequenz auslöst.
Steigerung des Herzzeitvolumens
Schlagvolumen und Herzfrequenz
Arbeitsphysiologie:Steigerung des HerzzeitvolumensDurch den vermehrten venösen Rückstrom erhöht sich die enddiastolische Füllung des Herzens, wodurch das Schlagvolumen ansteigt: Frank-Starling-Mechanismus (Kap. 3.6.1.1). Es nimmt zu Beginn der Arbeit um 20–30 % zu, bleibt dann aber konstant. Jede weitere Steigerung des Herzzeitvolumens ist dann allein auf die Zunahme der Herzfrequenz zurückzuführen. Mit zunehmender Herzfrequenz verkürzt sich hierbei die Diastolendauer, was zu einer zunehmenden Beeinträchtigung der Ventrikelfüllung führt. Zusammen mit der zunehmenden Einschränkung der Koronarperfusion im linken Ventrikel, die ebenfalls bei hohen Herzfrequenzen beobachtet wird, sind diese beiden Faktoren die wichtigste Ursache für die Begrenzung der maximalen Leistungsfähigkeit. Maximal steigt das Herzminutenvolumen von 5 l in Ruhe auf 20–25 l bei schwerster Arbeit, d. h. auf das 4- bis 5-Fache. Hochleistungssportler können als Trainingseffekt (Kap. 6.5) eine Steigerung des Herzminutenvolumens auf bis zu 35 l erreichen.
Energielieferanten
Die Energie für diese vermehrte Pumpleistung des Herzmuskels wird bei schwerer körperlicher Arbeit (200 W) vor allem durch Oxidation von Lactat gedeckt. In Ruhe verbrennt der Herzmuskel vorwiegend Fettsäuren und Glucose.
Anpassung anderer Kreislauffunktionen
Anstieg des systolischen Blutdrucks
Arbeitsphysiologie:KreislauffunktionenDas gesteigerte Herzzeitvolumen bewirkt einen Anstieg des systolischen Blutdrucks, der parallel zur Leistung zunimmt und bei einer Leistung von 200 Watt 220 mmHg erreichen kann. Der diastolische Blutdruck bleibt unverändert oder sinkt geringfügig, sodass der mittlere arterielle Druck nur wenig ansteigt.
Durchblutungsänderungen
Aufgrund der Vasokonstriktion nimmt die Hautdurchblutung bei Muskelarbeit initial ab. Später nimmt sie jedoch aus thermoregulatorischen Gründen wieder zu, damit die im Muskel entstehende Wärme durch Konvektion über die Haut abgegeben werden kann. Der hierzu eingesetzte Teil des Herzminutenvolumens fehlt dann dem Muskel. Die Durchblutung der Koronargefäße nimmt mit der Herzleistung zu, während die Durchblutung des Gehirns bei Muskelarbeit konstant bleibt.
Dauerleistung und Ermüdung
Dauerleistungsgrenze
Dauerleistungsgrenze

Je nachdem, wie sich die Herzfrequenz verändert, kann man 2 Leistungsformen unterscheiden (Abb. 6.2):

  • Bei Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze steigt die Herzfrequenz bis zum Erreichen einer Plateauphase, dem sog. Steady-State-Niveau, an und bleibt bis zur Beendigung der Arbeit konstant auf diesem Niveau. Je höher die Belastung, desto höher liegt auch dieses Plateau.

  • Wird die Dauerleistungsgrenze überschritten, steigt die Herzfrequenz in der Folge kontinuierlich an, ohne dass sich ein neues Plateau einstellt. Dieser Herzfrequenzanstieg wird als Ermüdungsanstieg bezeichnet.

Erholungszeit
ErholungszeitJe nach Belastung ist auch die Erholungszeit unterschiedlich. Unterhalb der Dauerleistungsgrenze wird innerhalb von 5 Minuten nach Beendigung der Leistung die Ruhefrequenz des Herzens erreicht. Die Anzahl der über die ursprüngliche Ruhefrequenz hinausgehenden Herzschläge, die in der Erholungsphase bis zum Wiedererreichen der Ruhefrequenz gezählt werden können, wird als Erholungspulssumme Erholungspulssummebezeichnet. Sie soll bei Arbeit innerhalb des Dauerleistungsbereichs unter 100 Schlägen liegen.

Merke

Kontinuierlicher Herzfrequenzanstieg → Überschreitung der Dauerleistungsgrenze.

Atmung

Sauerstoffdefizit
AtmungAtmung:SauerstoffdefizitDer Sauerstoffbedarf steigt in Abhängigkeit von der Leistung. Da die Sauerstoffaufnahme erst mit einer leichten zeitlichen Verzögerung von 3–5 Minuten dem Sauerstoffbedarf entspricht, wird bei Arbeitsbeginn innerhalb der ersten Minuten ein Sauerstoffdefizit eingegangen: Sauerstoffschuld. In der Erholungsphase wird die gesteigerte Sauerstoffaufnahme kurzfristig fortgeführt und kehrt erst langsam wieder auf den Ruhewert zurück. So wird das anfänglich eingegangene Sauerstoffdefizit ausgeglichen (Abb. 6.3).
Bei Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze bleibt das zu Beginn der Arbeit eingegangene Sauerstoffdefizit konstant (Steady-State, Abb. 6.3a), während bei Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze das Sauerstoffdefizit kontinuierlich zunimmt (Abb. 6.3b).
Atemminutenvolumen

Um dem gesteigerten Sauerstoffbedarf gerecht zu werden, steigt das Atemminutenvolumen an. Hierzu nehmen das Atemzugvolumen und die Atemfrequenz durch zentrale Stimulation zu. Das Atemminutenvolumen kann bei maximaler Belastung 100 l/min erreichen (in Ruhe: 6–8 l/min). Die O2-Aufnahme kann so von 0,25 l/min in Ruhe auf 2–5 l/min gesteigert werden. Die maximale O2-Aufnahme des Organismus ist allerdings nicht pulmonal, d. h. durch das Atemminutenvolumen, sondern kardial, d. h. durch das maximal erreichbare Herzminutenvolumen, limitiert (Kap. 6.2.2.1).

Atemminutenvolumen
Ventilation
VentilationDie Ventilation wird darüber hinaus durch die Bronchodilatation verbessert, die der aktivierte Sympathikus über β2-Rezeptoren vermittelt. Die gesteigerte Ventilation vermindert den alveolären CO2-Partialdruck. Die stärkere Entfaltung der Lunge durch die Erhöhung der Atemtiefe führt gemeinsam mit der stärkeren pulmonalen Durchblutung zu einer Zunahme der am Gasaustausch beteiligten Alveolaroberfläche, sodass die Diffusionskapazität steigt.
Arterielle Blutgase
Atmung:Arterielle BlutgaseDie arteriellen Blutgase ändern sich bei körperlicher Arbeit nur wenig. Der O2-Partialdruck im venösen Blut und damit auch in der A. pulmonalis nimmt jedoch mit zunehmender Leistung ab, da die Sauerstoffausschöpfung des Blutes durch den Muskel steigt: Die avDO2 (Kap. 5.6.2.3) nimmt von 0,05 auf 0,15 zu. Außerdem steigt die maximale Sauerstoffaufnahme von 0,25 l/min in Ruhe auf bis zu maximal 5 l/min bei Trainierten.

Stoffwechsel

Hormonelle Veränderungen
StoffwechselStoffwechsel:Hormonelle VeränderungenHormonelle Anpassungen sichern die Bereitstellung von Energieträgern:
Catecholamine

Die Catecholaminsekretion führt über die Stimulation von β-Rezeptoren zum Anstieg von freien Fettsäuren (Lipolyse im Fettgewebe), Glucose und Lactat (Glykogenolyse in der Leber) im Blut.

Catecholamine
Wachstumshormon

Aus der Hypophyse wird vermehrt Wachstumshormon freigesetzt (Kap. 10.3.2.4), das Lipolyse und Gluconeogenese steigert.

Wachstumshormon
ACTH

Durch Freisetzung von ACTH (adrenocorticotropes Hormon; Kap. 10.3.2.1) wird der Anstieg der Glucosekonzentration verstärkt, da dieses in der Nebenniere die Freisetzung von Glucocorticoiden stimuliert, die gluconeogenetisch wirken.

ACTH
Insulin

Der Insulinspiegel im Blut sinkt bei Muskeltätigkeit. Hierdurch wird der Verbrauch der Glucose zur Glykogenbildung in der Leber gesenkt und der Glucosespiegel im Blut gesteigert.

Insulin
Glucagon
GlucagonDas katabole Hormon Glucagon wird dagegen vermehrt aus den Langerhans-Inselzellen des Pankreas freigesetzt. Es fördert Glykogenolyse und Lipolyse.
Lactatproduktion

Bei schwerer körperlicher Arbeit steigt die Lactatkonzentration im Blut von 0,6–1,8 mmol/l bis über 15 mmol/l an. In Abhängigkeit von der Höhe des Anstiegs kann eine metabolische Azidose entstehen. Zum Ausgleich dieser Azidose werden über die Nieren anstelle von K+-Ionen vermehrt H+-Ionen ausgeschieden. Dadurch steigt die Kaliumkonzentration im Blut leicht an. Die metabolische Lactatazidose steigert die Ventilation und wirkt so über ein vermehrtes Abatmen von CO2 der Azidose entgegen. Das anfallende Lactat wird von Herz, Leber und Niere verstoffwechselt.

Lactatproduktion

Merke

Körperliche Arbeit → Lactatanstieg → metabolische Azidose.

Plasmavolumen und Hämatokrit
PlasmavolumenHämatokritDa bei körperlicher Arbeit über die Kapillaren des Gefäßsystems vermehrt Flüssigkeit filtriert wird, nimmt das Plasmavolumen leicht ab. Außerdem geht durch Schwitzen Flüssigkeit verloren. Gleichzeitig werden vermehrt Erythrozyten und Leukozyten aus dem Knochenmark freigesetzt. Hierdurch steigt der Hämatokrit bei Arbeit an.

Leistungsdiagnostik und Grenzen der Leistungsfähigkeit

Leistungsdiagnostik

LeistungsfähigkeitLeistungsdiagnostikDie Leistungsdiagnostik (Ergometrie) dient zur Erfassung der Leistungsfähigkeit. Die erbrachte Leistung wird in Bezug gesetzt zu den Beanspruchungsreaktionen (z. B. Herzfrequenz, Blutdruck).
Fahrradergometrie
FahrradergometrieDie Fahrradergometrie ist das gebräuchlichste Verfahren. Beim Fahrradergometer setzt der Proband ein Schwungrad in Bewegung, das gebremst wird. Üblicherweise wird die Leistung vom Fahrradergometer direkt in Watt angezeigt.

Klinik

In der Klinik dient das Belastungs-EKG dem Nachweis von Ischämiereaktionen, belastungsinduzierten Rhythmusstörungen und der Beurteilung der kardiopulmonalen Belastbarkeit. Während der stufenweise gesteigerten Belastung auf dem Fahrradergometer werden EKG und Blutdruck registriert. Eine Senkung der ST-Strecke (Kap. 3.3.6.1) im EKG um mehr als 0,10 mV ist ein Hinweis auf eine koronare Herzkrankheit.

Grenzen der Leistungsfähigkeit

Einflussfaktoren
Energie
Leistungsfähigkeit:GrenzenLeistungsfähigkeit:EinflussfaktorenEnergieDie Leistungsfähigkeit des Organismus ist durch die Verfügbarkeit von Energie und Sauerstoff für den Muskel begrenzt.
  • Bei Kurzzeitleistungen (< 20 Sekunden) sind der intrazelluläre Gehalt an ATP und Kreatinphosphat entscheidend.

  • Bei kurzen Mittelzeitleistungen (< 1 min) begrenzen anaerobe Glykolyse und Lactatazidose die Leistungsfähigkeit.

  • Längere Mittelzeitleistungen (bis 6 min) und Langzeitleistungen werden durch die aerobe Energiegewinnung limitiert, die auf die Glykogenvorräte der Muskelzelle zurückgreift und von der Versorgung mit Sauerstoff abhängt.

Herzminutenvolumen
HerzminutenvolumenBei dynamischer Arbeit ist immer das maximal erreichbare Herzminutenvolumen (HMV), nicht etwa das Atemminutenvolumen oder die O2-Aufnahme im Muskel der leistungsbegrenzende Faktor.
Äußere Faktoren
Allerdings können äußere Einflüsse (Arbeit in großer Höhe), Lungenfunktionsstörungen oder Hämoglobinmangel (z. B. Anämie) die Sauerstoffversorgung reduzieren. Bei hohen Umgebungstemperaturen sind die Hautgefäße weniger eng gestellt als bei normalen Temperaturen. Venöser Rückstrom und enddiastolische Füllung sind daher geringer, was zu einem niedrigeren Schlagvolumen führt und die Leistungsfähigkeit im Vergleich zu normalen Temperaturen mindert.
Dauerleistungsgrenze
DauerleistungsgrenzeAnhand der Beanspruchungsreaktionen des Organismus auf die Arbeit kann erkannt werden, ob die Dauerleistungsgrenze erreicht ist. Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze ist dadurch gekennzeichnet, dass sie ohne muskuläre Ermüdung über mindestens 8 Stunden durchgeführt werden kann. Dies ist nur möglich, wenn der Verbrauch und die Versorgung des Muskels mit Substraten (Sauerstoff, Energieträger) im Gleichgewicht liegen.

Merkmale von Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze sind:

  • Herzfrequenz bleibt auf einem Plateau < 130 Schlägen/min

  • Herzminutenvolumen < 10 l

  • Sauerstoffaufnahme konstant

  • Sauerstoffschuld < 4 l

  • Lactat im Blut < 2 mmol/l

  • Erholungszeit < 5 min

  • < 100 Erholungspulse bis zum Wiedererreichen der Ruheherzfrequenz

Im Gegensatz hierzu ist Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze zeitlich begrenzt, da kein Gleichgewicht zwischen Bedarf und Versorgung besteht.

Bei Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze steigt die Herzfrequenz kontinuierlich an (Ermüdungsanstieg). Das Atemzeitvolumen steigt stärker an als die O2-Aufnahme, die vom maximalen Herzminutenvolumen begrenzt wird. Ursache für den überproportionalen Anstieg des Atemzeitvolumens ist die metabolische Lactatazidose im Blut (Kap. 6.2.4.2), die zur Stimulation der Atemzentren führt.

Merke

Bei untrainierten jungen Männern liegt die Dauerleistungsgrenze für dynamische Arbeit bei etwa 100 W (= 1,5 W/kg KG).

Ermüdung und Erholung

Ermüdung ist gekennzeichnet durch eine Abnahme der Leistungsfähigkeit.

Physische Ermüdung

ErmüdungErmüdung:PhysischePhysische Ermüdung beruht auf dem Verbrauch der Energievorräte und der Ansammlung von Lactat im Muskel. Im arbeitenden Muskel kann eine Regeneration nur in der Erschlaffungsphase erfolgen, da im kontrahierten Zustand der Innendruck im Muskel die Kapillaren komprimiert und die Durchblutung einschränkt. Bei dynamischer Arbeit oberhalb der Dauerleistungsgrenze reicht die Zeit in der Erschlaffungsphase des Muskels zur Regeneration der Energie und zum Abtransport von Lactat nicht aus, sodass die Energievorräte zur Neige gehen und immer mehr Lactat angehäuft wird. Bei Arbeit unterhalb der Dauerleistungsgrenze regenerieren sich in den Erschlaffungsphasen die Energieträger und anfallendes Lactat wird abtransportiert, sodass keine Ermüdung eintritt.
Anhand der Lactatspiegel im Blut lassen sich 3 Bereiche der Leistungsfähigkeit abgrenzen:
  • Aerobe Schwelle:

    • Lactatkonzentration < 2 mmol/l

    • Energiegewinnung durch aerobe Glykolyse

    • Dauerleistung möglich

  • Aerob-anaerober Übergangsbereich:

    • Lactatkonzentration zwischen 2 und 4 mmol/l

    • Energiegewinnung sowohl durch aerobe als auch durch anaerobe Glykolyse

  • Anaerobe Schwelle:

    • Lactatkonzentration um 4 mmol/l

    • Energiegewinnung ausschließlich über anaerobe Glykolyse

    • Erschöpfung, keine Leistungssteigerung mehr möglich

Entgegen früheren Ansichten ist der Muskelkater nicht eine Folge der Lactatanhäufung im Muskel, sondern eine Folge von Mikrotraumen der Sarkomere mit Strukturdefekten der Z-Scheiben (Kap. 13.2.1.2).

Psychische Ermüdung

Ermüdung:PsychischePsychische Ermüdung tritt bei intensiver Konzentration, monotoner Arbeit, schwerer körperlicher Arbeit, störenden äußeren Einflüssen (Lärm, Hitze) und Belastung durch Sorgen oder Schmerzen auf. Sie führt zur Beeinträchtigung der zentralnervösen Funktion, bewirkt eine Verlangsamung der Informationsverarbeitung und eine Minderung der Wahrnehmung. Die Entstehung der psychischen Ermüdung ist noch unklar, sie kann aber im Gegensatz zur physischen Ermüdung schlagartig aufgehoben werden, wenn die ursächlichen Faktoren beseitigt sind.

Training

TrainingTraining ist die regelmäßige Wiederholung einer physischen oder psychischen Belastung mit dem Ziel, Anpassungsvorgänge zu bewirken, die zu einer Zunahme der Leistungsfähigkeit führen. Man unterscheidet Ausdauertraining und Krafttraining.

Ausdauertraining

AusdauertrainingAusdauertraining erfordert eine regelmäßige, z. B. 3- bis 5-mal wöchentliche Belastung, die eine Steigerung der Herzfrequenz auf 60–90 % des Maximalwerts für 15–60 Minuten bewirkt.

Folgende Veränderungen treten bei regelmäßigem Training auf:

  • Das Herzgewicht steigt von 250–300 g auf bis zu 500 g. Bei dieser durch körperliches Training hervorgerufenen Hypertrophie des Herzmuskels bleibt die Anzahl der Herzmuskelzellen konstant: Die Gewichtssteigerung beruht auf einer Längen- und Dickenzunahme der vorhandenen Muskelzellen.

  • Das Schlagvolumen kann bis auf das Doppelte im Vergleich zum Untrainierten zunehmen.

  • Die maximale Herzfrequenz nimmt nicht zu, im Gegenteil: In Ruhe ist die Herzfrequenz bei Trainierten deutlich erniedrigt. Das erhöhte Schlagvolumen gewährleistet, dass auch bei reduzierter Herzfrequenz das gleiche Herzzeitvolumen erreicht wird (Tab. 6.1).

Da auch das Atemzeitvolumen und die Sauerstoffaufnahme durch Ausdauertraining deutlich steigen und eine intensivere Kapillarisierung des Muskels besteht, wird der Muskel wesentlich besser durchblutet und mit Sauerstoff versorgt. Dies führt zu einer deutlichen Steigerung der Dauerleistungsgrenze wie auch der maximalen Leistung.

Lerntipp

Ausdauertraining: Schlagvolumen↑, Herzfrequenz↓

Krafttraining

KrafttrainingBeim Krafttraining werden einzelne Muskeln für kurze Zeit maximal belastet. Dies bewirkt eine Zunahme des Muskelquerschnitts aufgrund einer Hypertrophie der Muskelfasern mit entsprechender Steigerung der Muskelkraft. Die Kapillarisierung des Muskels scheint durch Krafttraining nicht gefördert zu werden.
Isometrisches Krafttraining
Krafttraining:IsometrischesBeim isometrischen Krafttraining kontrahiert sich der Muskel, ohne seine Länge zu verändern, z. B. beim (vergeblichen) Versuch, eine zu schwere Hantel zu heben. Der Trainingseffekt beruht auf der für die Haltearbeit erforderlichen Spannungsentwicklung der Muskelfasern. Vorteile des isometrischen Krafttrainings sind, dass gezielt einzelne Muskelgruppen trainiert werden können und dass die Gelenke geschont werden.
Isotonisches Krafttraining
Krafttraining:IsotonischesBeim dynamischen (isotonischen) Krafttraining verkürzt sich der Muskel bei gleichbleibender Spannung, z. B. beim Heben von Hanteln, bei Klimmzügen oder Liegestützen.
Isokinetisches Krafttraining
Krafttraining:IsokinetischesBeim isokinetischen Krafttraining wird die Geschwindigkeit der Bewegung durch spezielle Geräte konstant gehalten; der Widerstand passt sich der Kraftentfaltung des Muskels in der jeweiligen Gelenkstellung an.

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