THEORIESKRIPT ZUM PFLICHTFACH SPORT

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1 Markgraf-Ludwig-Gymnasium THEORIESKRIPT ZUM PFLICHTFACH SPORT Teil I Ausdauer I ) INHALT Definition Ausdauer 1. Wer eine gute Ausdauer hat, 2. Definition Ausdauer 3. Wozu benötigen wir Ausdauer? II) Leistungsbestimmende Faktoren der Ausdauer III) Energiebereitstellung in der Muskelzelle 1. Welche Stoffe muss der Körper den Muskelzellen für die Muskelarbeit zur Verfügung stellen? 2. Wieviel ATP braucht ein Mensch von 70kg Körpergewicht am Tag? IV) Wege der Energiegewinnung (ATP-Gewinnung) 1. aerob-alaktazide Energiegewinnung (Glykolyse) 2. aerob-alaktazide Energiegewinnung (Beta-Oxidation) 3. anaerob-laktazide Energiegewinnung 4. anaerob-alaktazide Energiegewinnung 5. Zusammenfassung im Überblick 6. Aerob-alaktazide Energiegewinnung als Grundlage V) Anspassungserscheinungen des HKS durch Training 1. Atmung 2. Sportherz 3. Blut und Durchblutung VI) Spezifische Ausdauerfähigkeiten 1. Kurzzeitausdauer 2. Mittelzeitausdauer 3. Langzeitausdauer 4. azyklische Spielausdauer VII) Aufgaben 1 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

2 I Definition Ausdauer 1. Wer eine gute Ausdauer hat,......besitzt in verschiedenen Situationen eine gute, allgemeine Leistungsfähigkeit und kann diese über längere Zeit aufrecht erhalten. kann sich nach einer Belastung angemessen schnell wieder erholen, sein Puls sinkt schneller wieder auf den Ausgangspuls. 2. Definition Ausdauer Ausdauer im Sport ist die physische und psychische Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung bei relativ lang dauernden Belastungen und die rasche Wiederherstellungsfähigkeit nach der Belastung. 3. Wozu benötigen wir Ausdauer? Als Grundlage für jeden Sport Herz wird kräftiger und kann mit einem Schlag ein größeres Blutvolumen pumpen das Herz muss für die selbe Menge Blut weniger oft schlagen die Lebensdauer des Herzens kann sich verlängern 2 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

3 II) Leistungsbestimmende Faktoren der Ausdauer Normale Funktion Atmung Herz Blut Durchblutung Bei Belastung - Erhöhung des AMV durch Erhöhung der Atemfrequenz - Vermehrte Durchblutung der Lungenkapillaren - Erhöhung der HF - Steigerung der Durchblutung um das fast 20-fache zum Ruhezustand - Verlagerung der Durchblutung von Verdauungsorganen zu Muskulatur => keine großen Mengen Nahrung vor Sport aufnehmen! Bei Trainiertem (unter Belastung) - zusätzliche Erhöhung des AMV durch vergrößertes Atemzugvolumen - maximale O2-Aufnahmekapazität (VO2max) - Verbesserung der Durchblutung der Lungenkapillaren (Kapillarisierung) - mehr Erythrocyten mit mehr Hämoglobin - Verbesserte Durchblutung im Muskel durch Kapillarisierung 3 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

4 III) Energiebereitstellung in der Muskelzelle 1. Welche Stoffe muss der Körper den Muskelzellen für die Muskelarbeit zur Verfügung stellen? - damit sich die Muskelfasern kontrahieren können (die Sarkomere sich verkürzen können) wird Energie benötigt - Energie wird dem Körper über die Energieträger zugeführt: die Nährstoffe Kohlenhydrate und Fette - KH + Fette sind im übertragenen Sinne große Geldscheine der Energiewährung, die von den Zellen nicht verarbeitet werden können. - chemische Energie aus den Nährstoffen muss zunächst in das Energiekleingeld des Körpers umgewandelt werden, das von jeder Zelle genutzt werden kann: A T P = A d e n o s i n - T r i - P h o s p h a t i s t d e r E n e r g i e t r ä g e r f ü r Z e l l e n - Bei der Hydrolyse von ATP wird die darin gespeicherte Energie frei: A T P + H 2 O P i + A D P + E n e r g i e - ATP kann regeneriert werden, indem die Reaktion unter Energieeinsatz rückwärts durchgeführt wird! 2. Wieviel ATP braucht ein Mensch von 70kg Körpergewicht am Tag (ohne besondere körperliche Betätigung)? 70 Kilogramm ATP ATP-Vorrat im Körper: => 0,007kg = 7g d.h. ohne besondere Aktivität braucht der Körper das fache des ATP-Vorrats ATP muss ständig im Körper neu synthetisiert werden! 4 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

5 IV) Wege der Energiegewinnung (ATP-Gewinnung) 1. aerob-alaktazide Energiegewinnung aus Kohlenhydraten mit Sauerstoffverbrauch Stoffwechselweg: aerobe Glykolyse (+ Citratzyklus) + Atmungskette Ausgangsstoffe: Glucose (C 6 H 12 O 6 ) + O 2 (=> 2 Pyruvat + O 2 => ) Endprodukte: CO 2 + H 2 O Vorteil: kein Laktat => Ermüdungswiderstandsfähigkeit Nachteil /Bedingungen: a) ausreichende Versorgung der Zellen mit Sauerstoff durch Atmung und Herz-Kreislauf- System => Hängt v.a. ab von Atemvolumen, Sauerstofftransportkapazität des Blutes durch Hämoglobin in Erythrocyten b) CO 2 muss aus dem Körper abgegeben werden, denn sonst entsteht mit dem Blut-Puffersystem zu viel Kohlensäure: CO 2 + H 2 O H 2 CO 3 HCO H + 2. aerob-alaktazide Energiegewinnung durch Beta-Oxidation von Fetten Stoffwechselweg: ß-Oxidation (+ Citratzyklus) + Atmungskette Ausgangsstoffe: Fette + O 2 Endprodukte: CO 2 + H 2 O Vorteile: - kein Laktat => langfristige Ermüdungswiderstandsfähigkeit - Fette speichern viel Energie => langfristige Energieversorgung: Fettspeicher reicht bei normaler Belastung + Gewicht 3 Wo.! Nachteile /Bedingungen: a) wie bei aerob mit Kohlenhydraten, jedoch wird für die Bildung gleicher ATP-Mengen 16% mehr Sauerstoff benötigt! => stehen nur Fette zur Verfügung, muss das HKS bei gleicher Belastungsintensität mehr leisten! b) langsame Energiegewinnung: pro Zeiteinheit halbe Energiemenge (im Vergleich zum Kohlenhydratabbau) 3. anaerob-laktazide Energiegewinnung durch Milchsäuregärung Stoffwechselweg: anaerobe Glykolyse (ohne Citratzyklus + Atmungskette) Ausgangsstoffe: Glykogen (gespeichert in Leber + Muskel) wird abgebaut zu Glucose (C 6 H 12 O 6 ) (=> 2 Pyruvat =>) Endprodukte: Laktat 5 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

6 Vorteile: - ohne Sauerstoff - schnelle Bereitstellung von ATP: pro Zeiteinheit doppelt soviel wie bei aerober Gykolyse, aber braucht 19x soviel Glucose - aus Kohlenhydrat-Speichern (reichen ohne besondere Belastung für ½ Tag) Nachteile /Bedingungen: Entstehung von Laktat = Milchsäure Anhäufung von Säure ph-wert in Zelle und Blut sinkt Enzyme (z.b. für die Glykolyse) arbeiten nur bei ihrem ph-optimum richtig fallen bei Übersäuerung zur ATP-Bildung aus => Übersäuerung führt zu Ermüdung => Leistungsabbruch Kann der Körper die Übersäuerung verhindern? 1.) Laktatabbau => zu Pyruvat - durch laktatabbauende Enzyme (Lactatdehydrogenase) - in Leber und Herz - Voraussetzung: Sauerstoff - Laktatspiegel sinkt in 15 min nur um die Hälfte! => Laktat-Entstehung und Abbau können nur gewisse Zeit im Gleichgewicht (steady-state) gehalten werden, dann Anhäufung 2.) H+ aus der Milchsäure werden vom Blutpuffer neutralisiert (abgepuffert) H + + HCO3 - H 2 CO 3 CO 2 + H 2 O => Wenn viel CO 2 im Körper ist, verschiebt sich die Reaktion nach links. 100m-Sprint: Woher kommt die Energie, um in wenigen Sekunden von 0 auf 100 zu sein? Für eine sekundenschnelle Energiebereitstellung muss ein gewisser Energievorrat in der Muskulatur gespeichert sein: 1) Geringer ATP-Speicher in Muskelzellen: ca. 5 mmol ATP pro 1g Muskelgewicht reicht nur für etwa 2-3 Sekunden maximaler Muskelkontraktion aus 2) Geringer Vorrat an energiereichen Phosphaten, v.a. Kreatinphosphat (CrP) 4. anaerob-alaktazide Energiegewinnung: Phosphatabbau Stoffwechselweg: ATP-Gewinn durch Phosphat-Spaltung Ausgangsstoffe: Kreatin-Phosphat CrP + ADP ATP + Cr Endprodukte: Cr, ATP Vorteile: - extrem schnelle ATP-Bereitstellung - ohne Sauerstoff - keine Laktat-Bildung Nachteile: - ATP / CrP-Speicher nach 7 sec vollständig erschöpft 6 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

7 5. Zusammenfassung im Überblick 7 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

8 Parallelschaltung der Energiebereitstellungsprozesse Die oben beschriebenen anaerob-alaktaziden, anaerob-laktaziden und aeroben Energiebereitstellungsprozesse laufen nie nacheinander, sondern immer parallel ab. Lediglich der Anteil der einzelnen Energiebereitstellungsprozesse ist je nach Belastungsintensität und/oder Belastungsdauer unterschiedlich hoch. Das heißt: Laktat entsteht (fast) immer! Je länger ein Athlet die entstehende Laktatkonzentration sowohl bei anaeroben als auch bei aeroben Belastungsphasen möglichst niedrig halten kann, desto leistungsfähiger ist er. 6. Aerob-alaktazide Energiegewinnung als Grundlage aller Sportarten - mit diesem Energiegewinnungsweg ist es möglich, über längere Zeit bei mittlerer Intensität eine Belastung ohne Ermüdung aufrecht zu erhalten (d.h. lange Ermüdungswiderstandsfähigkeit) = aerobe Ausdauer und - sie ermöglicht schnelle Regenerationsfähigkeit (da kein Laktat anfällt) => Um seine Ausdauerfähigkeit zu verbessern, ist es daher in erster Linie wichtig, die aerobe Ausdauer zu trainieren, d.h. die Fähigkeit, auch bei steigender Belastungsintensität möglichst lange aerob-alaktazide Energiebereitstellung betreiben zu können Grundlagenausdauer 8 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

9 Was ist demnach entscheidend dafür, dass ein Sportler längerfristig ohne zu ermüden (also ausdauernd) eine muskuläre Arbeit verrichten kann? z.b. wie lange man Joggen, Basketball- Spielen, ohne zu ermüden 1) Möglichst lang anhaltende aerob-alaktazide Energiegewinnung = aerobe Ausdauer 2) für aerobe Energiegewinnung ist die ausreichende Versorgung der Zelle mit Sauerstoff ist entscheidend 3) Die Versorgung mit Sauerstoff ist umso besser bei - größerem Atemminutenvolumen - Sauerstoffbindefähigkeit an Hb im Blut, größerer Menge Hb d.h. höherer Anzahl der Erythrocyten - größerem Schlagvolumen des Herzens: mit weniger Herzschlägen kann mehr Blut mit O 2 durch den Kreislauf transportiert werden 4) Bei vorwiegend anaerob-laktazider Energiegewinnung kommt es für die Ermüdungswiderstandsfähigkeit darauf an, dass - möglichst lange ein stead-state zwischen Laktat-Bildung und Abbau aufrechterhalten wird, dies ist abhängig von: - Menge laktatabbauender Enzyme - Abbau von Laktat über aerobe Glykolyse sobald die Belastungsintensität geringer ist - Pufferkapazität des Blutpuffers H2CO3 um H+ zu neutralisieren Man kann seine Ausdauerfähigeit also verbessern, indem man trainiert, möglichst lange durch aerobe Energiebereitstellung Energie zu gewinnen. 9 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

10 IV) Anspassungserscheinungen des HKS durch Training Die Fähigkeit des Organismus, eine größtmögliche Menge Sauerstoff aus der Luft aufzunehmen und schnell an die arbeitende Muskelzelle zu transportieren, ist die entscheidende leistungsbegrenzende Größe für alle länger dauernden Ausdauerbelastungen. 1. Einflüsse von Ausdauertraining auf die Funktionsgrößen der Atmung: a) Vitalkapazität: = Fassungsvermögen der Lunge an Atemluft (3,5-5 Liter) bestehend aus: - inspiratorischem Reservevolumen (1,5-2 Liter) - Atemzugvolumen (0,5-1 Liter) - exspiratorischem Reservevolumen (1,5-2 Liter) Beim Trainierten nur geringe Steigerungen! b) Atemminutenvolumen (AMV): Atemzugvolumen x Atemfrequenz = Atemminutenvolumen (AMV) AMV bei Untrainierten: 6-8 l/min in Ruhe; l/min bei körperlicher Belastung AMV bei Ausdauertrainierten: l/min bei körperlicher Belastung Möglichkeiten zur Steuerung der Belastungsintensität in der Praxis: Wenn Atemfrequenz und Atemtiefe über längere Zeit konstant gehalten werden können, ist der Sauerstoffbedarf gedeckt (ruhige, tiefe Atmung = Sauerstoffatmung ). Eine hechelnde und flache Atmung deutet auf ein Sauerstoffdefizit und damit auf eine zu hohe Intensität (anaerober Bereich) hin. 2. Sportherz a) durchschnittliche, normale Herzvolumina: Frau: cm3 (= Größe der geballten Faust) Mann: cm3 (= Größe der geballten Faust) Radrennfahrer: cm3 b) Physiologische Vergrößerung des Herzens Bei intensiverer Beanspruchung des Herzens, wird der Herzmuskel ebenso wie ein Skelettmuskel auftrainiert, wodurch die Herzmuskelwand dicker wird. Zusätzlich kann man von einer Hohlraumvergrößerung sprechen, da durch das gesteigerte Kontraktionsvermögen des Herzmuskels, die systolische Blutentleerung der Herzkammern (Auswurfphase) ergiebiger ist. 10 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

11 c) Positive Effekte der Vermehrung der Herzmuskelmasse Herzfrequenz: Anzahl der Herzschläge pro Minute (S/min): - normal in Ruhe: S / min - unter Belastung: bis maximal 220 S / min (Jugendliche), 200 S / min (Erwachsene) Schlagvolumen: Die Menge Blut, die bei einer Kontraktion und Entleerung des Herzmuskels in den Blutkreislauf gepumpt wird Herzminutenvolumen: diejenige Blutmenge, die das Herz in 1 min durch den Blutkreislauf gepumpt wird: HMV = Schlagvolumen x Herzfrequenz Senkung des Ruhepulses, Steigerung des HMV bei Belastung ( größere Blutmenge, die bei einer Kontraktion des Herzens in den Kreislauf gepumpt wird) Ökonomisierung der Herzarbeit = Schonung des Herzens geringere Herzfrequenz beim Sportherz notwendig um gleiche Menge Blut in einer Minute in den Kreislauf zu pumpen! zu c) Beispiel: Bei gleichem HMV verhalten sich die beiden Faktoren Schlagvolumen und Herzfrequenz gegensätzlich proportional: - Trainierter: bei hohem Schlagvolumen geringe Herzfrequenz - Untrainierter: geringes Schlagvolumen, hohe Herzfrequenz D.h. um 2 Liter Blut pro Minute zu transportieren (d.h. HMV von 5) muss das Herz eines Untrainierten, dessen Herz ein Schlagvolumen von 0,25l hat, 8 Herzschläge machen, während ein Trainierter mit einem Schlagvolumen von 0,5l nur 4 Herzschläge braucht, um 2 Liter Blut pro Minute zu pumpen. => leistungsbestimmender Faktor für das HMV ist das Schlagvolumen!!! d) Verschiedene Herzgrößen in Abhängigkeit von der Sportart: (Durchschnittswerte) Normalherz 750 cm 3 Ruderer 1098 cm 3 Langstreckenläufer 992 cm 3 Mittelstreckenläufer 977 cm 3 Eisschnellläufer 911 cm 3 Radsportler 969 cm 3 Handballspieler 978 cm 3 Skilangläufer 935 cm 3 3. Blut und Durchblutung Eine Verbesserung der Blutzusammensetzung und der Durchblutung bewirkt grundsätzlich eine Optimierung des Antransport von Sauerstoff und Abtransport von CO2 und anderen Stoffwechselprodukten. Anpassungserscheinungen durch Ausdauertraining: - bessere Durchblutung der Lungenkapillaren - Große Sauerstoffentsättigung des Blutes 11 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

12 - Bessere Transportkapazität von O 2 im Blut durch höhere Menge Hämoglobin (also auch größere Menge Erythrocyten = dies wird durch Einnahme von EPO künstlich und illegal hervorgerufen, sonst Höhentraining) - Verlagerung der Durchblutung von den Verdauungsorganen hin zur Durchblutung der Muskulatur zur optimalen Sauerstoffversorgung - Aufgrund der gesteigerten Durchblutung können die Endprodukte (CO2, Laktat) schneller abtransportiert und die Übersäuerung im Muskel hinausgezögert werden => dies bewirkt, zusammen mit einer größeren Menge an laktatabbauenden Enzyme eine verbesserte Pufferkapazität des Blutes gegen Übersäuerung. VI) Spezifische Ausdauerfähigkeiten Ausdauer ist nicht gleich Ausdauer! Worin unterscheidet sich aber die Ausdauerfähigkeit eines Sprinters und eines Marathonläufers? a) Worin muss ein Marathonläufer ausdauernd sein? entgegen der Ermüdung langandauernd, bei geringerer Intensität laufen b) Worin muss ein Sprinter ausdauernd sein? auf kurzer Distanz eine möglichst hohe Geschwindigkeit längst möglich aufrechterhalten Die Sportwissenschaft spricht dabei neben der Grundlagenausdauer als Basis von 4 weiteren speziellen Ausdauerfähigkeiten, bei Belastungen länger als 25/ 35sec. (je nach Literatur) 1) Kurzzeitausdauer (KZA) (25sec/35sec 2min) und Schnelligkeitausdauer Der Energiebedarf pro Zeiteinheit ist sehr hoch, es überwiegt die anaerob-laktazide Energiegewinnung. Kraft- und Schnelligkeitsfähigkeiten haben hier etwa die gleiche Bedeutung wie die leistungsbestimmenden Faktoren der Ausdauer. Die Belastungsintensität ist sehr hoch der Laktatspiegel steigt sehr schnell und führt schließlich durch Übersäuerung zur Erschöpfung. 1.1) Schnelligkeitsausdauer (7sec bis 2 min) = Stehvermögen bei zyklischen Bewegungen mit hoher bis höchster Intensität 12 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

13 2) Mittelzeitausdauer (MZA) (2min-10min) + Laufstrecken zwischen 800m und 3000m Die Energiegewinnung erfolgt etwa zu gleichen Teilen anaerob wie aerob. Phosphatspeicher und Fettsäuren haben keine leistungsbestimmende Bedeutung. 3) Langzeitausdauer (LZA) (ab 10 min) + mögliche Laufstrecken: Coopertest, Halb- / Marathonlauf Energie wird überwiegend und mit zunehmender Belastungszeit fast ausschließlich durch die aerobe Energiegewinnung geliefert. Bei Belastungen unter 35min: durch den noch anaeroben Anteil der Energiegewinnung Anreicherung von Laktat im Blut. Bei Belastungen über 35min: Die Energiegewinnung ist vorwiegend aerob. Die Sauerstoffmenge reicht aus, die benötigte Energiemenge bereitzustellen. 13 by Ohlsen, Strehlow, Feirle

14 4) azyklische Spielausdauer Ergibt sich aus den 3 Komponenten: a) Kraftausdauer (Kraftfähigkeit) = Ermüdungswiderstandsfähigkeit bei lang andauernden und sich wiederholenden Kraftleistungen b) Schnelligkeitsausdauer ( bei hoher Intensität) c) Grundlagenausdauer VII) Aufgaben 1) Finde zu jeder der 5 speziellen Ausdauerfähigkeiten eine passende Sportdisziplin und ordne die dazugehörigen Energiegewinnungswege zu! (Bei welchen sportlichen Belastungen ist welche der 4 Energiegewinnungswege (aerobalaktazid usw.) dominierend und leistungsbestimmend?) 2) Welche Bedeutung haben die einzelnen Energiegewinnungswege und Energiespeicher bei einem 800m-Lauf? 3) Welche der 4 Energiegewinnungswege ist Grundlage für alle Sportarten? Warum? 14 by Ohlsen, Strehlow, Feirle