Physiologische Grundlagen des Ausdauersports. Differenzierte Trainingsmethoden im Ausdauerbereich

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1 Physiologische Grundlagen des Ausdauersports Differenzierte Trainingsmethoden im Ausdauerbereich von Dr. med. Dr. Sportwiss. Thorsten Schiffer Deutsche Sporthochschule Köln

2 Dr. med. Dr. Sportwiss. Thorsten Schiffer, geb in Hamburg. Sport- und Medizinstudium in Köln mit Abschluss als Diplom-Sportlehrer Bis 2002 ärztlich klinisch tätig. Seit 2003 Facharzt für Chirurgie. Spezialisierung in Sport-, Tauch- und Rettungsmedizin. Seit 2003 Lehr- und Forschungstätigkeit als Studienrat im Hochschuldienst im Institut für Motorik und Bewegungstechnik Leichtathletik, Schwimmen, Turnen an der Deutschen Sporthochschule Köln mit dem wissenschaftlichen Schwerpunkt im Bereich leistungsphysiologischer und anatomisch-struktureller Anpassungen an Kraft- und Ausdauertraining. Dr. med. Dr. Sportwiss. Thorsten Schiffer Facharzt für Chirurgie Tauchmedizin - Sportmedizin Diplom-Sportlehrer Deutsche Sporthochschule Köln Institut für Motorik und Bewegungstechnik Carl-Diem-Weg Köln t.schiffer@dshs-koeln.de

3 1. 1 Definition Ausdauer 2. 2 Ausdauerarten 3. 3 Energiebereitstellung 4 Laktat in der Leistungsdiagnostik 5. 5 Lokale aerobe dynamische Ausdauer 6. 6 Allgemeine aerobe dynamische Ausdauer 7. 7 Ausdauertrainingseffekte 8 Praxis der Ausdauersportarten

4 Ausdauertraining Wer oder was ist ausdauernd? Bei einhergehender Betrachtung des Begriffs Ausdauer sind darin mehrere Facetten zu erkennen. Wenn ein Hochleistungssportler 5000 Meter unter 13 Minuten läuft, ist er dann ausdauernd oder schnell? Hat Ausdauer etwas mit Schnelligkeit zu tun? Wenn Jan Ullrich ein Zeitfahren bei der Tour de France gewinnt und man seine definierte Oberschenkelmuskulatur betrachtet, ist er dann kräftig, schnell oder ausdauernd? Im Profifußball wird 90 Minuten lang abwechselnd gesprintet und getrabt. Ist das ausdauernd oder können sich Fußballspieler sehr gut erholen? Eines können wir jetzt schon festhalten. Selbst in den klassischen Ausdauersportarten, Laufen, Radfahren und Schwimmen gibt es die Ausdauer nicht. Sie ist immer gepaart mit den konditionellen Fähigkeiten Koordination (Technik), Kraft (Kraftausdauer) und Schnelligkeit (Schnelligkeitsausdauer). Definition Auf Grund der Komplexität des Ausdauerbegriffs ist eine alle Gegebenheiten umfassende Definition schwierig. Daher sind in zahlreichen Lehrbüchern mehr oder weniger komplexe Definitionen zu finden. Die meisten Definitionen beruhen auf den Kernaussagen der von Hollmann geprägten Kölner Sportmedizin. Demnach wird die Ausdauer als Ermüdungswiderstandsfähigkeit angesehen. Bei gegebenen muskulären Leistungen wird die Ausdauer aus didaktischen Gründen nach ihrer morphologischen (mehr oder weniger als 1/6-1/7 der benutzten Muskulatur), biochemischen (aerob - anaerob) und biophysikalischen (statisch - dynamisch) Beanspruchung des Organismus eingeteilt. Sportverlag Strauß

5 Muskelausdauer lokale allgemeine aerobe anaerobe aerobe anaerobe statische statische statische statische dynamische dynamische dynamische dynamische Einteilung nach Hollmann

6 ie Bereitstellung von Energie zur Muskelkontraktion geschieht über die Spaltung von ATP: ATP --> ADP + anorganisches Phosphat (P i ) + Energie

7 Die Resynthese des ADP kann auf verschiedenen Wegen erfolgen: ADP + Kr-phosphat --> ATP + Kreatin (LOHMANN Reaktion) --> anaerob alaktazide Energiebereitstellung ADP + Glukose (Glykogen) --> ATP + Laktat (anaerobe Glykolyse) --> anaerob laktazide Energiebereitstellung ADP + Glukose, Fettsäuren oder Proteine + Sauerstoff --> ATP + CO 2 + H 2 O (via Zitratzyklus/Atmungskette) --> aerobe Energiebereitstellung

8 Kinetik des aeroben und anaeroben Stoffwechsels Sportverlag Strauß

9 Traditionelle Ansichten zum Laktat - Abtransport aus der Muskelzelle erfolgt via Diffusion - Laktat als Abfallprodukt Bloß kein Laktat bilden - Ursache für Muskelermüdung und Schmerz Neues zur Laktatelimination - aktiver Transport (85 %) spez. Monocarboxylat Membrantransporter (MCT) - 75% des gebildeten Laktat werden der oxidativen Energiegewinnung zugeführt. (MAZZEO et al. 1986; BROOKS et al. 1996; JUEL 1997; GLADDEN 2004).

10 Training der Laktatelimination? Höchste Laktatelimination durch Training bei 6-14% der aas Training im Intensitätsbereich 6-12mmol/L Laktat TB 1 TB 2 TB 3 Amateur Topathlet TREFFENE et al. 80, BANGSBO et al. 90

11 Laktat [mmol/l] TB1 TB2 TB Herzfrequenz [S/min] Km/h 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 Geschwindigkeit m/s

12 Schwellenkonzepte, maximales Laktat Steady state Konzepte und Fehlerquellen

13 12 Aerob-anaerobe Schwelle 10 8 Laktat [mmol/l] Ruhe V [m/s] (nach MADER et al. 1976)

14 12 10 maxlass im Dauertest (nach HECK und ROSSKOPF 1994) 170 Watt Laktat [mmol/l] Watt 150 Watt 140 Watt 120 Watt 0 Ruhe t (min)

15 Einflüsse auf die Laktatmessung

16 Leistungswerte in Abhängigkeit von Testschemata 8 Laktat [mmol/l] Watt/5min 25 Watt/2min 50 Watt/3min 50 Watt/2min (nach HECK 1990) P (Watt)

17 Laufbandwinkel + Untergrund LB 4% LB 2% LB 6% Rasen Rekortan 12 (n = 13) Wald LB 0% 10 Laktat (mmol/l) 8 6 (nach HECK 1990) Geschwindigkeit (m/s)

18 Problem: Gerätevarianz Laktat [mmol/l] 6,4 6,2 6 5,8 Gerät A 1. Best. Gerät A 2. Best. Gerät B 1. Best. Gerät B 2. Best. Portables Gerät 5,6 5,4 5,2 Sperlich ,55 mmol/l (theoretisch) Anzahl der Proben

19 Es gibt nicht die Schwelle Sämtliche Schwellenkonzepte sind mathematisch-statistisch errechnete Bezugspunkte. Sie können im Einzelfall mit der maxlass zutreffen. Jedes Schwellenkonzept ist gleich gut oder schlecht. Es kommt auf den/die Diagnostiker/in an und welche Erfahrung er/sie mit dem angewendeten Konzept gesammelt hat. Eine Überprüfung im Training ist unbedingt erforderlich!

20 Allgemeine aerobe dynamische Ausdauer Unterteilung in KZA, MZA, LZA LLF: Absolute maximale Sauerstoffaufnahme Relative maximale Sauerstoffaufnahme Höhe der aerob-anaeroben Schwelle Größe der Glykogendepots Qualität der Stoffwechselvorgänge

21 VO 2 = Hf x Schlagvolumen x Arteriovenöse Sauerstoffdifferenz O 2 - Transport O 2 Ausnutzung im Muskel HZV Maximale Diffusionskapazität der Lunge Durchblutung der Arbeitsmuskulatur Zelluläre metabolische Kapazität Blutvolumen Totaler Hb-Gehalt Ernährungszustand

22 "20 Jahre lang 40 Jahre alt bleiben Zitat: Prof. Hollman Entnommen aus Hollmann Hettinger Sportmedizinische Grundlagen

23 Anpassungseffekte durch Ausdauertraining 1. Herz 2. Muskel 3. Blut 4. Lunge/Atmung 5. Fettstoffwechsel 6. Immunsystem 7. Körperformung 8. Psyche Sportverlag Strauß

24 Physiologische Anpassungen Anpassungen an aerobes Ausdauertraining erfolgen bei einer Beanspruchung von % der _O2max entsprechend eines Laktatwertes von ca. 1,5 bis 3,5 mmol/l, einer Herzfrequenz von Schlägen pro Minute, einem 3er oder 4er Schrittrhythmus oder beim Laufen ohne zu schnaufen. Diese Intensitätsbereiche sind als Orientierungen zu verstehen. Sie schwanken zum Teil erheblich je nach Alter, Geschlecht und Trainingszustand der Trainierenden, aber auch in Abhängigkeit von der Sportart, den Witterungsbedingungen oder der Flüssigkeitsaufnahme. Um die individuelle Leistungsfähigkeit zu erheben, sollte vor dem Beginn eines Trainingsprogramms die medizinische Sporttauglichkeit attestiert und eine fachgerechte sportwissenschaftliche Leistungsdiagnostik durchgeführt werden. Zentrale Anpassungen Regelmäßige intensive Trainingsbelastungen im Bereich des aeroben Ausdauertrainings können zur wohl bekanntesten Trainingsanpassung, dem Sportherzen führen, wobei für den Auswurf einer festgelegten Blutmenge pro Zeiteinheit weniger Schläge benötigt werden. Dadurch schlägt das Herz in Ruhe (Herzminutenvolumen 5 Liter/min) in Ruhe ökonomischer und unter Belastung besteht eine Frequenzreserve, die letztendlich eine mehr als doppelt so große Leistungsfähigkeit des Herzmuskels des Trainierten (40 Liter/min) im Vergleich zum Untrainierten (20 Liter/min) ermöglicht. Periphere Anpassungen Sportverlag Strauß

25 Die schnellsten auch durch extensives aerobes Ausdauertraining zu erzielenden Anpassungen erfolgen in der beanspruchten Muskulatur: Verbesserung der Durchblutung, Erhöhung der Zuckerdepots im Muskel, leistungsfähigere und vermehrt vorhandene Enzyme und Mitochondrien (Orte der Energiegewinnung aus Zucker und Sauerstoff) zur aeroben Energiegewinnung, vermehrte Nutzung von Fettsäuren zur Energiegewinnung sowie ein erhöhter Gehalt an sauerstoffbindendem Myoglobin im Muskel. Die genannten Veränderungen führen zu einer höheren Ausdauerleistungsfähigkeit bei unveränderter kardiopulmonaler Kapazität. Diese Effekte kommen dem Leistungssportler zur Deckung seines Energiegrundbedarfs auch bei intensiverer Tätigkeit zu Gute. Herzkranke und Untrainierte können durch die bessere Ausschöpfung des vorhandenen Sauerstoffs in der arbeitenden Muskulatur bei Alltagsbelastungen ohne eine unökonomische Aktivierung der Herztätigkeit über die Herzfrequenz auskommen. Gehirn und Psyche Körperliche Aktivität hat einen entscheidenden und prägenden Einfluss auf die Entwicklung des Gehirns und kann zu einer Verbesserung der Stimmung und des Wohlbefindens führen. Aerobes dynamisches Ausdauertraining kann die Gehirndurchblutung erhöhen und die Bildung von Nervenzellen über die Aktivierung von Wachstumsfaktoren fördern. Es existieren wissenschaftlich fundierte Untersuchungsergebnisse, die darauf hindeuten, dass strukturellen und psychiatrischen Gehirnerkrankungen durch dosierte körperliche Tätigkeit entgegengewirkt werden kann. Sportverlag Strauß

26 Wichtigste Untersuchungsmethode für die Erforschung muskulärer Anpassungen ist die Muskelbiopsie

27 Anatomisch-physiologische Adaptationen durch Ausdauertraining

28 Rechtsverschiebung der Laktatleistungskurve Anstrengungsgrad als Laktat [mmol/l] Schiffer und Sperlich ,5 1 1, 5 A B Km/h 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 4,0 4,5 5,0 m/s Geschwindigkeit Sportverlag Strauß

29 Ausdauertrainingseffekte in der Sportpraxis

30 Gesundheitlicher Nutzen körperlicher Aktivität Reduktion der KHK-Mortalität und Morbidität bei adäquater körperlicher Belastung (Paffenbarger et al. 1993; Sesso et al. 2000). ACSM/NYHA: 3-5 Trainingseinheiten/Woche, Hf 130 S min -1, min 3-6 MET, Laktatwert zwischen 1,5 und 3-4 mmol l Kilokalorienmehrverbrauch/Woche Sportverlag Strauß

31 Körperliche Aktivität im Haushalt Schiffer et al Bügeln Staubwischen Spülen Fliesen schrubben Staubsaugen Fensterputzen 3 MET Wasserkästen tragen 6 MET Kcal/Stunde Schiffer et al. 2005

32 Art der Tätigkeit Erhobene Daten Daten von Spitzer, Hettinger, Kaminsky (1964) Differenz zwischen den Daten Fenster putzen 2,55 kcal/min 2,91 kcal/min 0,36 kcal/min Staubsaugen 2,37 kcal/min 3,2 kcal/min 0,83 kcal/min Kachel und Fliesen putzen 1,98 kcal/min 3,73 kcal/min 1,75 kcal/min Leichtere Tätigkeiten 1,40 kcal/min 2,89 kcal/min 1,49 kcal/min Staubwischen 1,0 kcal/min 3,25 kcal/min 2,25 kcal/min Bügeln 0,98 kcal/min 2,27 kcal/min 1,29 kcal/min Differenz 8, 8 kcal/min

33 Ausdauertraining - Nordic Walking, Walking und Jogging Schiffer et al. Eur. J. Appl. Physiol 2006 Schiffer et al. Eur. J. Appl. Physiol 2006 Schiffer et al. Eur. J. Appl. Physiol 2006

34 Ausdauertraining in Fitnessprogrammen 4,5 MET 300 kcal Schiffer et al. 2005

35 Ausdauertraining in Fitnessprogrammen Schiffer et al Schiffer et al. 2005