Atmung. 1. Statische Ventilationsgrößen 2. Dynamische Ventilationsgrößen 3. Anpassungserscheinungen des Atmungssystems an sportliches Training

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1 Organsysteme Atmung 1. Statische Ventilationsgrößen 2. Dynamische Ventilationsgrößen 3. Anpassungserscheinungen des Atmungssystems an sportliches Training 3.1 Morphologische Veränderungen 3.2 Funktionelle Veränderungen EINLEITUNG Die Aufnahme von O2 und die Abgabe von CO2 stehen im Mittelpunkt des Gasstoffwechsels, der als Atmung bezeichnet wird. Man unterscheidet zwischen äußerer Atmung (erfolgt über die Lungen und ist gekennzeichnet durch die Aufnahme von O2 und die Abgabe von CO2) und innerer Atmung, auch Gewebsoder Zellatmung genannt (beinhaltet die Aufnahme von O2 aus dem Blut in das Gewebe und die Abgabe des entstandenen CO 2 an das Blut). Die Atmung spielt weiterhin eine wichtige Rolle für die Homöostase (physikalischer Zustand des Fließgleichgewichts) des Blutes und auch für den ph-wert. Die Atmung wird durch den Atemrhythmusgenerator zentral gesteuert und paßt der jeweiligen Stoffwechselsituation an.

2 LK Sport Atmung 2 1. Statische Ventilationsgrößen Bei den statischen Ventilationsgrößen bleibt der Zeitfaktor unberücksichtigt. Die ventilatorischen Größen sind von Alter, Geschlecht, Trainingszustand, Gewicht und Größe bzw. Statur abhängig. Je nach Atmung unterscheidet man: 1.1 Atemzugvolumen - ca. 0,5 l = Luftvolumen, das bei jedem Atemzug in Ruhe befördert wird 1.2 Inspiratorisches Reservevolumen - ca. 1,5 l - 2 l = Luftvolumen, das nach normaler Einatmung durch maximaler Inspiration noch eingeatmet werden kann 1.3 Expiratorisches Reservevolumen - ca. 1,5 l = Luftvolumen, das nach normaler Ausatmung durch maximale Expiration noch ausgeatmet werden kann 1.4 Residualvolumen - ca. 1,2 l = Luftvolumen, das auch bei tiefster Ausatmung noch in der Lunge zurückbleibt. Hierdurch kann auch bei tiefster Ausatmung noch ein Gasaustausch in den Lungenbläschen stattfinden 1.5 Vitalkapazität VK = AZV + IRV + ERV - ca. 4 l = Luftvolumen, das nach tiefster Inspiration maximal ausgeatmet werden kann. Die Vitalkapazität wird im Alter geringer und nimmt dann den halben Wert wie in der Jugend ein 1.6 Totalkapazität TK= AZV ++ IRV + ERV + RV - ca. 5,2 l = größtmöglicher Luftgehalt der Lunge nach max. tiefer Einatmung 1.7. Anatomischer Totraum - ca. 150 l 2. Dynamische Ventilationsgrößen Hierbei spielt der Zeitfaktor eine Rolle. Der Atemstoßtest (Tiffeneau- Test oder auch 1 sek- Kapazität) erteilt Auskunft über das Luftvolumen, das nach max. Einatmung in einer Sekunde wieder ausgeatmet werden kann. Bei gesunden Personen mittleren Alters beträgt der Normalwert beträgt ca. 80 % der Vitalkapazität. Abweichungen lassen Rückschlüsse auf eventuelle Erkrankungen der Atemwege zu. Der Atemgrenzwert drückt die ventilatorische Leistungsfähigkeit des Atemsystems aus. Er wird über schnelle aber tiefe Ein- und Ausatmung über 10 sec. ermittelt. Das Endprodukt wird

3 LK Sport Atmung 3 durch Multiplikation mit 6 auf l pro min umgerechnet (Normalwert bei Männern 160 l/ min; bei Frauen 110 l/min). Zieht man vom Atemgrenzwert das Atemminutenvolumen ab, so erhält man die Atemreserve (bei Trainierten fast doppelt so hoch wie bei Untrainierten). Das Atemminutenvolumen erreicht niemals die Größe des Atemgrenzwertes - damit ist der Atemgrenzwert (maxialer Ventilationswert) kein leistungsbegrenzender Faktor. Das Atemminutenvolumen (AF x AZV) ist die Luftmenge, die in einer Minute ventiliert wird (in Ruhe ca. 6-8 l). Bei körperlicher Belastung muß sich die Atmung dem erhöhten O2- Bedarf des Körpers anpassen. Durch die Erhöhung des AMV trägt die Atmung dem erhöhten O2- Bedarfs des Körpers Rechnung (bei untrainierten Männern l/min; bei ausdauertrainierten bis 250 l/min) Die Regelung über das Atemzentrum erfolgt dabei so, daß der O2- Bedarf der Körperzellen zu jeder Zeit gedeckt ist. Bis zu einer Belastungsintensität von 50 % der maximalen Herz- Kreislauf- Leistungsfähigkeit steigt das AMV proportional zur O2- Aufnahme an. Bei höheren Belastungen erhöht sich das AMV unproportional - die Atmung wird unökonomisch. Die Atemfrequenz ist die Anzahl der Atemzüge pro Minute. Je nach Alter und Belastungsgrad können unterschiedliche Werte als normal gelten. Das Atemäquivalent (AÄ) setzt sich aus dem Verhältnis der AMV zur O2- Aufnahme zusammen (AÄ = AMV/ O2- Aufnahme). Es gibt an, wieviel Liter Luft ventiliert werden müssen, um 1 l O2 ins Blut aufzunehmen (in Ruhe 28 : 1; bei Belastungsbeginn 20 : 1 (AT); im Grenzbereich UT und AT : 1). Zu Beginn der Belastung sinkt das AÄ, weil sich die Belüftung (Ventilation) und die Durchblutung (Perfusion) in der Lunge verbessern. Ein Anstieg des ÄA bei Belastung auf über 25 läßt auf ein Ansteigen des Laktatspiegels schließen ( (zw. 30 und 40 zeigt den Bereich maximaler Laktatproduktion an). Das ÄA stellt demnach einen wertvollen Parameter zur Beurteilung der Belastungssituation des Sportlers dar. Allgemein gilt bezüglich AMV, AZV und AF:? die AF und das AMV von Kindern und Jugendlichen nähern sich erst im Laufe der Entwicklung den Erwachsenenwerten an. Beide stehen in engem Zusammenhang mit dem Lungenwachstum. Die Lunge erhält insbesondere in der Pubertät eine gewaltige Massenzunahme. Die AF sinkt, das AMV steigt.? Atemfrequenz und Atemzugvolumen stellen sich unter allen Belastungsstufen optimal aufeinander ein. Eine bewußte Änderung setzt die Atemökonomie herab.

4 LK Sport Atmung 4? UT steigern das Atemminutenvolumen vor allem über die Atemfrequenz, AT hingegen über das Atemzugvolumen. Letzteres ist ökonomischer.? das Atemzugvolumen kann bei Belastung bis auf 55% der Vitalkapazität ansteigen (AT mit VK von 81 : AZV 41) 3. ANPASSUNGSERSCHEINUNNGEN DES ATEMSYSTEMS AN SPORTLICHES TRAINING Durch regelmäßig durchgeführtes Ausdauertraining kommt es zu funktionellen und z.t auch zu morphologischen Veränderungen des Atemsystems. 3.1 Morphologische Veränderungen Ausdauertraining während der Pubertät führt zur Ausbildung einer Leistungslunge und einem gesteigerten Brustkorbwachstum. Ausdauertraining bewirkt eine Hypertrophie der Atemmuskulatur, vor allem der äußeren Zwischenrippenmuskulatur und des Zwerchfells. Die Atembewegungen werden ökonomischer und vertiefter. 3.2 Funktionelle Veränderungen Training führt den Organismus zu einer Optimierung der Atmungsregulation und damit zu einer Ökonomisierung der Atmung insgesamt. Der Ausdauertrainierte stellt sich bei Belstungsbeginn nicht nur quantitativ schneller auf die Erfordernisse der Körperarbeit ein, sondern steigert auch qualitativ das AMV mehr über die Zunahme des Atemzugvolumens als über die Atemfrequenz. Dadurch wird die Totraumventilation zugunsten einer alveolären Frischluftventilation reduziert und die energetischen (über geringere AF) Kosten werden gesenkt. Andererseits kann der AT noch seine Atemfrequenz steigern, wenn der UT schon längst seine Belastungsgrenze erreicht hat. Das AMV und das AÄ (Indikator für Atemökonomie) verringert sich durch Training signifikant im Bereich mittlerer und submaximaler Belastungsstufen. Bei gleicher O2- Aufnahme weist der AT ein kleineres AÄ auf als der UT. Der AT (mit einer Aufnahme von bis zu 5-6l/min) kann bei einer Aufnahme von 3 l/min (Max des UT) ein AÄ von 25 aufweisen; der UT ist bei dieser Leistung bei einem AÄ von angelangt. Der AT erreicht bei maximaler Belastung ein AÄ von bis zu : 1. Das ist zwar unökonomisch, geschieht aber auch unter einer sehr hohen Belastung. Die aerob- anaerobe Schwelle wird vom AT später erreicht (geringere Laktatproduktion wegen kleinerem AÄ). Nach körperlicher Belastung kommt es beim AT zu einer schnelleren Normalisierung der Atmung im Hinblick auf das Erreichen des Ruheausgangswertes (Rückgang bei jüngeren Sportlern schneller als bei älteren).

5 LK Sport Atmung 5 Die sowohl morphologisch als auch funktional verbesserten Voraussetzungen im Bereich des gesamten Atmungssystems bringen es mit sich, daß der AT auch weniger oft bzw. in wesentlich geringerem Umfang atmungsbedingte Störfaktoren wie Seitenstechen`und Toten Punkt`ausgesetzt ist als der UT. Die bei sportmedizinischen Untersuchungen immer gemessene Vitalkapazität wird in ihrer Wichtigkeit für die Leistungsfähigkeit des Sportlers häufig überschätzt. Die Annahme, daß ein Sportler mit einer großen VK auch eine entsprechend große maximale O2- Aufnahmefähigkeit besitzt, ist nur mit erheblichen Einschränkungen richtig. Bei einer VK von 4 l werden beispielsweise maximale O2- Aufnahmen von nur 2 l/min, aber auch von 3,5 l/min gemessen. Das hat seine Ursache in dem Umstand, daß durch AT die max. O2- Aufnahmefähigkeit fast verdoppelt werden kann, während die Vitalkapazität durch Training nur um % gesteigert werden kann. Die Tatsache, daß AT- Sportler im Durchschnitt eine um etwa 20% höhere VK besitzen als UT, bedeutet nicht notwendigerweise, daß sie auch insgesamt eine größere Lunge haben. Vielmehr können die höheren Durchschnittswerte der VK der AT mit deren besseren Atemtechnik zu tun haben. Die Größe der VK wird insbesondere von der Körpermasse, der Körpergröße, dem Alter und dem Geschlecht bestimmt. Es gilt lediglich die Faustregel, daß eine maximale O2- Aufnahmefähigkeit von 4 l und mehr (als Bruttokriterium der Ausdauerleistungsfähigkeit und damit des kardiopulmonalen Systems) eine Vitalkapazität von mindestens 4,5 l voraussetzt. Als Ausdruck der gesteigerten Leistungsfähigkeit nimmt die maximale O2- Aufnahmefähigkeit beim AT zu. Sie wird vom Herzminutenvolumen und der maximalen alveolären O2- Diffusion begrenzt (direkt). Allerdings wäre eine hohe O2- Aufnahme unmöglich, wenn die O2- Transportfähigkeit des Blutes und die Ladekapazität der Lunge nicht ausreichend vorhanden wären (indirekte Begrenzung). Der Atemgrenzwert (Maß für die Atmungsreserve) ist beim AT erhöht. Zusammenfassend läßt sich feststellen, daß der AT durch seine verbesserte Umstellungsfähigkeit auf Belastung, seine ökonomischere Atmung und seine größeren Atemreserven zu einer insgesamt höheren Leistung des Atmungssystems befähigt wird und dadurch Engpässen in der O2- Versorgung in wesentlich wirksamerer Weise begegnen kann als der UT (Weineck).