Institut für Sportmedizin

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1 Institut für Sportmedizin Direktor: Prof. Dr. Uwe Tegtbur Tel.: 0511 / Adresse: tegtbur.uwe@mh-hannover.de Forschungsprofil Forschungsschwerpunkte des Instituts für Sportmedizin sind: Wirkung von körperlichem Training bzw. von Alltagsaktivität vor und nach Herz- bzw. Lungentransplantation. Anwendungsbezogene Forschung im Bereich Leistungsdiagnostik und Leistungssteuerung, auch im Behindertensport. Grundlagenorientierte Forschung in der Sportphysiologie (muskuläre Ermüdung, Gewebepufferung, Atmungsregulation, Hypoxie). Neben den Tätigkeiten in Forschung und Lehre führt das Institut für Sportmedizin, geregelt durch einen Kooperationsvertrag mit dem Landessportbund Niedersachsen e.v. und der Klinikum Region Hannover GmbH, Untersuchungen der niedersächsischen Kaderathleten sowie Betreuungen der Spitzenathleten im Olympiastützpunkt Niedersachsen im vom Deutschen Olympischen Sportbund lizensierten Untersuchungszentrum im Sportleistungszentrum Hannover durch. Forschungsprojekt Die Rolle des Sauerstofftransfers im Ausdauersport Unter Sauerstofftransfer wird der Transport des Sauerstoffs aus der Luft bis hin zum Energie produzierenden Mitochondrium verstanden. Die hieran beteiligten Prozesse sind: Konvektion in der Lunge, Diffusion von der Alveole ins Blut, Bindung ans Hämoglobin, Konvektion im Kreislaufsystem, O2-Dissoziation vom Hämoglobin, Diffusion in die arbeitenden Zellen, Diffusion in den arbeitenden Zellen zu den Mitochondrien und der O2-Umsatz in den Mitochondrien. Durch ein Ausdauertraining wird diese gesamte Kette so entwickelt, dass die Energiemenge, die aerob zur Verfügung gestellt wird, deutlich erhöht wird. Als Maß für die Leistungsfähigkeit (Kapazität) dieser Kette dient die Maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max, aerobe Kapazität). Diese aerobe Kapazität kann auch in Watt/kg Körpergewicht auf dem Fahrradergometer gemessen werden, da die Beziehung zwischen Leistung und Sauerstoffaufnahme linear ist, weil der Wirkungsgrad bei Fahrradergometrie kaum variiert. Je höher die aerobe Kapazität, desto größer ist die Energie, die oxidativ bereit gestellt werden kann. Eine hohe aerobe Kapa zität ist daher eine Grundvoraussetzung für eine gute Ausdauerleistungsfähigkeit. Wie jede Kette ist auch diese so stark wie das schwächste Glied. Ein schwaches Glied scheint das Blutvolumen (in Zusammenhang mit der Kreislauffunktion) zu sein, denn hier kann zum Einen über Manipulationen die aerobe Kapazität beeinflusst werden und zum Anderen korrelieren VO2max und Blutvolumen sehr eng. 542 Forschungsbericht 2007

2 Neben der maximalen Sauerstoffaufnahme gibt es aber noch eine zweite Größe, die die Ausdauerleistungsfähigkeit bestimmt: die Ausdauerkapazität. Sie wurde 1973 von (Costill & al.) definiert als die Fähigkeit bei gegebener Intensität (zum Beispiel bei 80 % der maximalen Leistung oder der VO2max) möglichst lange arbeiten zu können. Da in die Ausdauerleistungsfähigkeit beide Komponenten einfließen, müssen auch beide berücksichtigt werden, wenn man das Zustandekommen einer sportlichen Leistung analysiert. Je nachdem welche Komponente überwiegt, hat das Einfluss auf die An sprüche an die VO2max, die zu einer Topleistung Voraussetzung ist. Bei einer hohen Ausdauerkapazität kann die gleiche Ausdauerleistung mit niedriger VO2max erbracht werden. Aus unseren früheren Untersuchungen lässt sich z. B. ableiten, dass man ein einstündiges Zeitfahren bei einer hohen Ausdauerkapazität mit ca. 83% der VO2max bei einer niedrigen mit ca. 69% der VO2max bestreiten kann. Abb. 1 Abb. 2 Da die Ausdauerkapazität neben der VO2max offensichtlich großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit hat, ist es wichtig zu wissen, durch welche Faktoren sie beeinflusst bzw. begrenzt wird, um sie möglicherweise durch spezielles Training gezielt zu entwickeln. Fragestellungen: Wie steht die Ausdauerkapazität mit der aeroben Kapazität, mit der Hämoglobinkonzentration, der Gesamthämoglobinmasse und kinetischen Daten der Sauerstoffaufnahme in Beziehung. Methode: 108 männliche Probanden aus den Ball- und Ausdauersportarten nahmen an der Studie teil. Die durchschnittliche Leistung war 4,27 Watt/kg. Die Spanne der relativen maximalen Sauerstoffaufnahme pro kg reichte von l/kg/min. Der Bereich umfasste relativ gering ausdauertrainierte Sportler bis zu Weltklasseathleten im Bereich Triathlon und Radsport. Zur Bestimmung der aeroben Kapazität wurde ein Stufentest auf dem Fahrradergometer durchgeführt. Die Ausdauerkapazität wurde in einem Dauertest auf den Fahrradergometer bestimmt. Nach einer 6-minütigen Aufwärmphase bei 30% Wmax folgte eine Erhöhung auf 80% Wmax (Trittfrequenz: U/min). Es wurde bis zur subjektiven Erschöpfung gearbeitet. Das Blutvolumen bzw. die Gesamthämoglobinmasse wurde mittels der CO-Methode (Schmidt, Böning, Maassen & Schneider, 1994) gemessen. Während der Tests wurden Atemgrößen, Herzfrequenz und Laktat gemessen. Die Forschungsbericht

3 Sauerstoffaufnahme aus der 80% Phase der Dauertests wurde mit Hilfe einer monoexponentiellen Gleichung mit einem linearen Glied angepasst. Ergebnisse und Diskussion: Wie schon mehrfach gezeigt, gibt es eine enge Beziehung zwischen der aeroben Kapazität (VO2max) also dem Standardmaß für die Ausdauerleistungsfähigkeit und der Gesamthämoglobinmasse (r2=0,36; p<0,001) aber keine Korrelation zur Hämoglobinkonzentration. Die Ausdauerkapazität variierte stark. Die mittlere Arbeitszeit lag bei 797s. Die Spanne reichte von 116s bis 1740s. Die Dauer allerdings korrelierte (Signifikanzniveau: p<0,01) weder signifikant mit der Gesamthä moglobinmasse (r2=0,041; Abb. 1) noch mit der Hämoglobinkonzentration (r2=0,000). Überraschenderweise gab es keine signifikante Beziehung zwischen der aeroben Kapazität und der Ausdauerkapazität (r2=0,06; Abb. 2). Von den kinetischen Daten zeigten weder die Zeitkonstante, die als Maß für das Sauerstoffdefizit angesehen wird (r2=0,009) noch die Steigung der VO2 (lineares Glied) im sogenannten Steady-State, die als Ermüdungsindikator gesehen wird (r2=0,05), einen signifikanten Zusammenhang mit der Arbeitszeit. Schlussfolgerungen: Die Dauerleistungsfähigkeit bei submaximalen Belastungen scheint (bei physiologischen Bedingungen) also nicht durch Größen des Sauerstofftransports begrenzt zu sein. Als limitierende Faktoren kommen zum Beispiel Veränderungen der muskulären Erregbarkeit während der Belastung, Anstieg der Körpertemperatur, Wirkung von freien Radikalen und/oder Substratverarmung in Frage. Literatur: Costill DL, Thomason H, Roberts E. Fractional utilisation of the aerobic capacity during distance running. Med Sci Sports Exerc 1973;5: Projektleiter: Schmidt W, Böning D, Maassen N, Schneider G. Die Bedeutung des Blutvolumens für den Ausdauersportler. Physiologische und unphysiologische Aspekte. Leistungssport 1994 Feb. 16; 24. Jahrgang (5):27-36; Förderung: Bundesinstitut für Sportwissenschaft. Weitere Forschungsprojekte Die Auswirkungen der Kohlenhydratgabe während eines hochintensiven, intervallartigen Trainings auf die Ausdauerleistungs-, Sprint- und Regenerationsfähigkeit ; Förderung: Unterstützt vom Bundesinstitut für Sportwissenschaft Die Wirkung von respiratorischen und metabolischen Veränderungen des Säuren-Basen- Status auf die muskuläre Leistungsfähigkeit und die Atmungsregulation 544 Forschungsbericht 2007

4 Die Wirkung eines hochintensiven, intervallartigen Trainings Monate auf Dauerleistungsfähigkeit und Regenerationsfähigkeit ; Mitarbeit: Maja Frische wird unterstützt vom evangelischen Studienwerk Villigst; Förderung: Unterstützt vom Bundesinstitut für Sportwissenschaft Planung, Durchführung und Evaluation des Betriebssports der Berufsfeuerwehr in Hannover. Unterstützt durch Personalmittel in Höhe von ca ,- Euro durch die Stadt Hannover Zusammenhang zwischen Säuren-Basen-Status, Atmungsregulation und Dauerleistungsfähigkeit Die Wirkung von intermittierender Hypoxie in Ruhe auf die Ausdauerleistungsfähigkeit von großen und kleinen Muskelgruppen Ist die durch muskuläre Aktivität hervorgerufene Erhöhung der Erregbarkeit leistungsfördernd? Projektleiter: Dr. V. Shushakov Effekte von körperlichem Training auf die Leistungsfähigkeit und Lebensqualität nach Lungentransplantation. In Kooperation mit HTTG-Chirurgie der MHH: Projektleiter: Prof. Dr. U. Tegtbur, Dr. E. Gützlaff Effekte von körperlichem Training auf Leistungsfähigkeit, Lebensqualität und kardiovaskuläre Risikofaktoren 3 Jahre nach Herztransplantation In Kooperation mit HTTG-Chirurgie der MHH: Projektleiter: Prof. Dr. U. Tegtbur, Dr. E. Gützlaff Medizinisch-wissenschaftliche Betreuung der Sledge-Eishockeymannschaft Entwicklung leistungsdiagnostischer Testverfahren für die Behindertensportart Projektleiter: Prof. Dr. U. Tegtbur (in Kooperation mit Med. Informatik, TU Braunschweig); Förderung: Bundesinstitut für Sportwissenschaft Effekte von Ausdauer- vs. Krafttraining auf das Fatigue-Syndrom bei MS-Patienten. Projektleiter in Kooperation mit Abt. Neurologie: Prof. Dr. U. Tegtbur Körperliche Aktivität und Training bei Kindern und Jugendlichen mit CF In Kooperation mit Abt. Pädiatrische Pneumologie: Projektleiter: Prof. Dr. U. Tegtbur Forschungsbericht

5 Cyber-Marathon Effekte körperlichen Trainings auf die Alltagsaktivität übergewichtiger Kinder Projektleiter: Prof. Dr. U. Tegtbur (in Kooperation mit Med. Informatik, TU Braunschweig) Psychosoziale Betreuung, Ernährungsmanagement sowie kontrolliertes Rekonditionie rungstraining und deren Einfluss auf die Lebensqualität bei Kunstherzpatienten In Kooperation mit HTTG-Chirurgie der MHH: Projektleiter: Prof. Dr. U. Tegtbur, Dr. E. Gützlaff Originalpublikationen Boning D, Klarholz C, Himmelsbach B, Hutler M, Maassen N. Causes of differences in exerciseinduced changes of base excess and blood lactate. Eur.J.Appl.Physiol 2007 Jan.;99(2): Boning D, Klarholz C, Himmelsbach B, Hutler M, Maassen N. Extracellular bicarbonate and non-bicarbonate buffering against lactic acid during and after exercise. Eur.J.Appl.Physiol 2007 Apr. 21;100(4): Kugler C, Fischer S, Gottlieb J, Tegtbur U, Welte T, Goerler H, Simon A, Haverich A, Strueber M. Symptom experience after lung transplantation: impact on quality of life and adherence. Clin. Transplant Sept.;21(5): Shushakov V, Stubbe C, Peuckert A, Endeward V, Maassen N. The relationships between plasma potassium, muscle excitability and fatigue during voluntary exercise in humans. Exp.Physiol 2007 July;92(4): Whitham M, Laing SJ, Jackson A, Maassen N, Walsh NP. Effect of exercise with and without a thermal clamp on the plasma heat shock protein 72 response. J.Appl.Physiol 2007 Oct.;103(4): Zange J, Beisteiner M, Muller K, Shushakov V, Maassen N. Energy metabolism in intensively exercising calf muscle under a simulated orthostasis. Pflugers Arch Oct. 17;455(6): Buchbeiträge Maassen, M., Kummer, O., and Maassen, N. Die Auswirkungen der Kohlenhydratgabe während eines hochintensiven, intervallartigen Trainings auf die Ausdauerleistung-, Sprint- und Regenerationsfähigkeit. In: Bundesinstitut für Sportwissenschaft, ed. Forschungsförderung 2006/07. Bonn: BGo Media GmbH, Bonn; p Abstracts 2007 wurden insgesamt 10 Abstracts publiziert. Wissenschaftspreise Mirja Maassen: Posterpreis auf dem 40. Deutschen Sportärztekongress, zum Thema Die Wirkung von Kohlenhydratgaben während hochintensiver Intervallarbeit auf den Energiestoffwechsel und den Wasserhaushalt. Bachelor etc. Ellen Knoblich (Bachelor): Vergleich der Ergebnisse 2 verschiedener Stufentests und die daraus folgenden Aussagen über die Ausdauerkapazität. 546 Forschungsbericht 2007

6 Oliver Kummer (Staatsexamen): Die Wirkung von intervallartigem Training auf die maximale O2-Aufnahme und die Ausdauerkapazität. Weitere Tätigkeiten in der Forschung Prof. Maassen, Prof. Tegtbur; Gutachtertätigkeiten für internationale Fachzeitschriften. SPORTMEDIZIN Forschungsbericht