Beurteilung der körperlichen Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit vom Lebensalter H. Heck

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1 Beurteilung der körperlichen Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit vom Lebensalter H. Heck Bochum 21. September 2009

2 Leistung? - physikalische? - körperliche Leistung(sfähigkeit)?

3 Unter körperlicher Leistungsfähigkeit wird die Summe der individuell möglichen stütz- und zielmotorischen Aktionen verstanden. Die jeweilige körperliche Leistungsfähigkeit in den unterschiedlichen sportlichen Bewegungsabläufen ist qualitativ durch den Einsatz der motorischen Hauptbeanspruchungsformen und quantitativ durch Intensität, Dauer und Häufigkeit charakterisiert. Qualitativer Aspekt der Leistung Koordination Flexibilität Kraft Schnelligkeit Ausdauer Quantitativer Aspekt der Leistung Intensität Dauer Häufigkeit (nach HOLLMANN)

4 Ausdauerformen Nach der Grösse der beanspruchten Muskulatur Nach der Arbeitsweise der Muskulatur Nach der Energiebereitstellung - Allgemeine A. (mehr als 1/6 der Skelettmuskulatur) - Lokale Muskelausdauer (weniger als 1/6 der Skelettmuskulatur) - Dynamische A. (Bewegungen mit Spannung und Entspannung) - Statische A. (Bewegungen mit Dauerspannung) Aerobe Ausdauer: - Kurzzeit-A min - Mittelzeit-A min - Langzeit-A. über 30 min Anaerobe Ausdauer: - Kurzzeit-A s - Mittelzeit-A s - Langzeit-A s (nach HOLLMANN)

5 Allgemeine aerobe dynamische Ausdauer Aerobe Ausdauerleistungen mittels dynamischer Arbeit unter Einsatz von mehr als 1/7 1/6 der gesamten Skelettmuskulatur. Die Leistungsfähigkeit wird vor allem von der Kapazität des Herz- Kreislauf-, Atmungs- und Stoffwechselsystems sowie von der Qualität der bewegungstypischen Koordination limitiert. (nach HOLLMANN)

6 Allgemeine aerobe dynamische Ausdauer Limitierung durch die maximale Energieflussrate, die über längere Zeit aufrecht erhalten werden kann. Direktes Maß: max. O 2 -Aufnahme (l/min) (nach HOLLMANN)

7 maximale Sauerstoffaufnahme im Alternsgang aus W. Hollmann, 2000

8 85 VO2 VO2 max der max der Läufer der der schwedischen Leichtathletik-Nationalmannschaft 80 VO 2 max (ml*kg -1 *min -1 ) Laufstrecke (m) Marathon (nach SEVEDHAG/ SJÖDIN, 1984)

9 Testverfahren Kniebeugen Kletterstufe Fahrradergometer Laufbandergometer Drehkurbelergometer u. a.

10 . Belastungsart VO 2 max (%) Bergauflaufen 100 Laufen horizontal Fahrrad sitzende Position Fahrrad liegende Position Fahrrad 1 Bein, sitzende Position Armkurbel Fuß + Armkurbel (10 20 % f. Armarbeit) Stufentest Maximale Sauerstoffaufnahme in Prozent bei verschiedenen. ergometrischen Belastungen, bezogen auf 100% = VO 2 max während Bergauflaufens. (mod. Astrand)

11 Leistung = Arbeit / Zeit Arbeit = Kraft x Weg Leistung = Kraft x Weg / Zeit = Kraft x Geschwindigkeit Belastungsteigerung über Änderung des Bremswiderstands und/oder der Pedalumdrehungsgeschwindigkeit

12 Belastungsteigerung durch Änderung der Laufgeschwindigkeit und/oder des Anstiegwinkels

13 Belastungssteigerung Bei Fahrradergometrie: Steigerung über Änderung des Bremswiderstands und/oder der Pedalumdrehungsgeschwindigkeit Bei Laufbandergometrie: Steigerung durch Änderung der Laufgeschwindigkeit und/oder des Anstiegwinkels Leistung = Arbeit / Zeit Arbeit = Kraft x Weg Leistung = Kraft x Weg / Zeit = Kraft x Geschwindigkeit Leistung x 100 Wirkungsgrad (%) = Energieumsatz

14 Belastungsmodus Belastung Zeit

15 Kinetik der Sauerstoffaufnahme während w Belastung Kinetik der Sauerstoffaufnahme bei stufenförmiger (links) und rampenförmiger (rechts) Belastung (schematische Darstellung)

16 Verschiedene Belastungsschemata für r die Fahrradergometrie Stufentest mit kurzer Steigung 25 Watt/1 min Belastung (Watt) Anfangsbelastung 100 Watt Stufentest mit mittlerer Belastungsdauer 50 Watt/3 min Stufentest mit hoher Eingangsstufe 50 Watt/3 min Stufentest mit langer Belastungsdauer 20 Watt/6 min Intervallartiger Test Zeit (min)

17 Häufig angewandte Belastungsschemata bei der Fahrradergometrie Leistung (Watt) Watt/2min 50 Watt/3min 25 Watt/2min Zeit (min)

18 Belastungsschema Fahrrad Laufband Laufband Anfangsbelastung 50 Watt (25 Watt) 2,5 m/s 3,0 m/s 3,5 m/s 8 km/h 10 km/h 12 km/h Belastungsstufe 50 Watt (25 Watt) 0,5 m/s 2 km/h Stufendauer (min) 3 (2) 3 (5) 3 (5)

19 Beurteilungskriterien der Leistungsfähigkeit Maximal-Test max. Belastungsstufe max. Sauerstoffaufnahme Submaximal-Test physical work capacity 170 aerob-anaerobe Schwelle max. P (Watt) max. v (m/s) rel. max. P (Watt/kg) max. VO2 (ml/min) rel. max. VO2 (ml/min*kg) PWC 170 (Watt) rel. PWC (Watt/kg) as (Watt) as (m/s) as (VO2)

20 Relative maximale Sauerstoffaufnahme im Alternsgang aus W. Hollmann, 2000

21 Sollwert der maximalen Leistung für f r Männer M und Frauen bei der Fahrradergometrie im Sitzen Leistung (Watt/kg) Männer Frauen Alter (Jahre)

22 Soll-Wattleistung für r Männer M und Frauen über 30 Jahre Für Männer, älter als 30 Jahre Solleistung (Watt) = 3. G (kg). [130 - A (Jahre)]/100 Für Frauen, älter als 30 Jahre Solleistung (Watt) = 2,5. G (kg). [124-0,8. A (Jahre)]/100 (G = Gewicht; A = Alter)

23 Beispiel: Mann 80 kg, 28 Jahre Soll-Leistung = 3* 80 = 240W Ist- Leistung = 350W Prozentwert der Ist- Leistung bezogen auf die Soll- Leistung = (350W/ 240W) *100 =145, 8 %

24 Beziehung zwischen dem Belastungs- anstieg und der maximalen Leistung Belastungsanstieg (Watt/min) Belastung (Watt) maximale Belastung (Watt) y = 3.16 x r = ,2 301,2 Zeit (min) 325,8 350,7 Sauerstoffaufnahme bei der Fahrradergometrie in Abhängigkeit von der Leistung: O 2 -Aufnahme (ml/min) = Leistung (Watt) Belastungsanstieg (Watt/min)

25 Beurteilungskriterien der Ausbelastung untere Grenze der max. Herzfrequenz max. Atemäqivalent =max.v E /max.v O max. resp. Quotient =max.v CO /max.v O 2 max. Laktat 2 2 Abkürzung max. HF (1/min) max. AÄ max. RQ max. LA (mmol/l) Wert Lebensalter (Fahrrad) Lebensalter (Laufband) > 30 > 1.1 > 8 (> 5 z.b. Marathon- Läufer)

26 Altersabhängigkeit der der maximalen Herzfrequenz bei bei Männern und und Frauen maximale Herzfrequenz (1/min) Frauen Männer Lebensjahrzehnt

27 Leistungsbeurteilung im submaximalen Belastungsbereich anhand der Herzfrequenz

28 Herzfrequenzverhalten während w Fahrradergometerarbeit im Sitzen bei Spitzensportlern verschiedener Sportarten und Nichtsportlern Herzfrequenz (1/min) Belastung (Watt) Nichtsportler Ruderer (nach HOLLMANN/HECK) Sprinter Fußballspieler Langstreckenläufer Radsportler Ruhe

29 PWC 170 bei einem Nichtsportler und einer ausdauertrainierten Person Herzfrequenz (1/min) Untrainiert Trainiert -10 Ruhe (nach HECK, Therapiewoche 28, S , 1978) Leistung (Watt)

30 Ermittlung pulsbezogener Leistung Richtwerte Männer Frauen PWC 130 1,5 1,25 Watt/kg PWC 150 2,0 1,6 Watt/kg PWC 170 2,5 2,0 Watt/kg Herzfrequenz (1/min) (nach ROST/HOLLMANN 1982) Leistung (Watt)

31 Herzfrequenzwerte im Lebensverlauf bei verschiedenen Belastungen 180 Herzfrequenz (1/min) Watt 150 Watt 110 Watt 70 Watt 30 Watt Ruhe Lebensjahrzehnt

32 Die Berechnung des PWC Wertes kann nach folgender Formel erfolgen: PWC 170= P1+ (P2-P1)* (170-Hf1)/ (Hf2- Hf1) P= Leistung, Hf= Herzfrequenz

33 Beispiel: Mann 80 kg, 28 Jahre P1= 300W, Hf1= 168/min P2= 350W, Hf2= 182/min PWC 170= 300+ ( )* ( )/ ( ) = * 0,14 = 307W Bei einer Hf von 170/min wurde eine Leistung von 307 W (= 3,8 W/kg) erreicht! Ist- Soll- Wertvergleich: 3,8/ 2,5*100 = 152%

34 PWC 170 bei verschiedenen maximalen Herzfrequenzen Herzfrequenz (1/min) Leistung (Watt) (nach HECK 1990)

35 Leistungsbeurteilung im submaximalen Belastungsbereich anhand der Blutlaktatkonzentration

36 Glykolyse

37 max. Laktat-steady steady-state state beim Drehkurbel - Dauertest Watt Laktat(mmol/l) Watt 150 Watt 140 Watt 120 Watt Zeit (min) Ruhe (nach HECK und ROSSKOPF 1994)

38 8 7 6 Laktat [mmol/l] Zeit [min] J. Krüger, unpubliziert

39 Laktatwerte im Laufbandstufentest bei LäuferinnenL unterschiedlicher Laufdisziplinen 7 6 Sprint (n=12) 400m (n=10) 800m (n=16) 1500m (n=22) Laktat (mmol/l) ,17 3,52 3,99 4,26 4,89 Marathon (n=6) 1 0 6:25 5:33 4:54 4:23 3:58 3:37 3:20 min/1000m (nach FÖHRENBACH et al. 1982) Laufgeschwindigkeit (m/s)

40 Mader A, Liesen H, Heck H, Philippi H, Rost R, Schürch P, Hollmann W: Zur Beurteilung der sportartspezifischen Ausdauerleistungsfähigkeit im Labor. Sportarzt und Sportmedizin 27 (1976) 80-88, Definition der aerob-anaeroben Schwelle als Kriterium zur Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit. 2. Empfehlungen zur Intensitätssteuerung des Trainings anhand der Laktat- Leistungs-Kurve. 3. Entwicklung einer Mikromethode der Laktatbestimmung aus dem Kapillarblut.

41 Definition der aerob-anaeroben Schwelle nach Mader et al. (1976) Der Bereich des Übergangs zwischen der rein aeroben zur partiell anaeroben, laktazid gedeckten muskulären Energiestoffwechselleistung wird als aerob-anaerobe Schwelle der Arbeitsmuskulatur unter den gegebenen Belastungsbedingungen bezeichnet. Dieser Bereich eignet sich zur Charakterisierung der Ausdauerleistungsfähigkeit, wenn man das Maximum der rein aerob abgedeckten energetischen Leistung mit dieser gleichsetzt.

42 Definition der aerob-anaeroben Schwelle nach Mader et al. (1976) Der Bereich des Übergangs zwischen der rein aeroben zur partiell anaeroben, laktazid gedeckten muskulären Energiestoffwechselleistung wird als aerob-anaerobe Schwelle der Arbeitsmuskulatur unter den gegebenen Belastungsbedingungen bezeichnet. Dieser Bereich eignet sich zur Charakterisierung der Ausdauerleistungsfähigkeit, wenn man das Maximum der rein aerob abgedeckten energetischen Leistung mit dieser gleichsetzt. Als Kriterium zur Erfassung der aerob- anaeroben Schwelle bei spiroergometrischen Untersuchungen kann der Anstieg des Laktats auf 4mmol/l im peripheren Blut, z.b. bei stufenweiser Belastungssteigerung gewertet werden.

43 Aerob-anaerobe Schwelle 12 (nach MADER et al. Sportarzt und Sportmed., 1976) 10 Laktat (mmol/l) Ruhe Laufgeschwindigkeit (m/s)

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46 Individuelle anaerobe Schwelle 10 8 A tn B Laktat (mmol/l) tem C ta Em tb Watt (nach STEGMANN et al. 1981) Zeit (min)

47 Schwellenbestimmung nach der +1,5mmol/l-Methode aerobe Schwelle individuelle anaerobe Schwelle Laktat (mmol/l) ,5 mmol (nach DICKHUTH 1991) Geschwindigkeit (km/h)

48 Laktatsenke (nach BRAUMANN et al., Dtsch Z Sportmed 42, 1991) Lakatat (mmol/l) v max Pause Laktatelimination > Laktatproduktion Senkenbelastung Stufentest Laktatproduktion > Laktatelimination

49 Einflussfaktoren auf die Laktat-Leistungskurve und die Schwellenwerte Ausdauerleistungsfähigkeit Belastungsschema Glykogenzustand der Arbeitsmuskulatur Blutabnahmeort Analysekompartement des Blutes Belastungsgerät

50 Verschiedene Testschemata für f r die Fahrradergometrie Leistung (Watt) W/ 2min 50 W/ 3min 25 W/ 2min 30 W/ 5min Zeit (min) (nach HECK 1990)

51 Laktatleistungswerte in Abhängigkeit von Testschemata 8 30 Watt/5 min 25 Watt/2 min Laktat (mmo/l) Watt/3 min 50 Watt/2 min 0 (nach HECK 1990) Belastung (Watt)

52 Prozent (%) Anstieg der Exponentialfunktion y=100 (1-e -t/ für r verschiedene Zeitkonstanten τ = 2 min τ = 3 min Zeit (min) t/τ ) (nach HECK 1987)

53 Schwellenkonzepte 230 ias-keul Schwellen (Watt) maximales Laktat-steady-state aas-mader ias-stegmann +1,5mmol/l- Methode Watt 5 min 25 Watt 2 min 50 Watt 3 min 50 Watt 2 min (nach HECK und ROSSKOPF 1994) 6 12,5 16,7 25 Belastungsanstieg (Watt/min)

54 Laktatwerte bei Nachwuchs- und Eliteathleten 14 Laktat (mmol/l) H.D. Nachwuchs nicht talentiert 184cm 90kg 18J T.A. Nachwuchs talentiert 186cm 78kg 17J K.N. Elite Nov cm 89kg 24J K.N. Elite Juni 1975 verbesserte Ausdauer 2 0 (nach MADER und HOLLMANN, Leistungssport 9, S.8-62, 1977) Leistung (Watt)

55 Beispiele für Laktatleistungskurven im Quer- und Längsschnitt

56 Lakatat (mmol/l) Trainingsbedingte Veränderung der Laktatleistungskurve (nach VASSILIADES und MADER 1991) Geschwindigkeit (m/s)

57 Verschlechterung der Belastbarkeit bei einem Herzinfarktpatienten Herzfrequenz Herzfrequenz Laktat Laktat Laktat (mmol/l) Herzfrequenz (1/min) Leistung (Watt) 60 nach Heitkamp H-C u. Hipp A, Herz 26, 2001, Nr.7

58 Trainings-/Belastungssteuerung mittels Laktat

59 Trainingsempfehlung für f r Marathonläufer 6 5 Tempoläufe intensive Wiederh.- läufe Laktat (mmol/l) %-Intensität (Marathon): 2,5±0,5 mmol/l Laktat extensive Wiederh.- läufe Fahrtspiel 2 Tempo- Dauerlauf 1 Regeneration < 80% extensiver Dauerlauf intensiver Dauerlauf 80-90% 90-97% 100±3% Laufgeschwindigkeit (m/s) (nach FÖHRENBACH 1986)

60 Vergleich zwischen der Marathongeschwindigkeit und der Geschwindigkeit bei 2,5mmol/l Laktat 5.6 (nach FÖHRENBACH 1986) Marathongeschwindigkeit (m/s) n=9 Männer n=12 Frauen N = Y = X r r = p < Linie gleicher Geschwindigkeiten Geschwindigkeit bei 2,5mmol/l Laktat (m/s)

61 Wirkung verschiedener Betarezeptorenblocker auf Laktat und Herzfrequenz während ansteigender Arbeit auf dem Fahrradergometer 10 ohne Medikament 200 ohne Medikament 8 Propranolol Aceebutolol Atenolol Acebutolol Propranolol Atenolol Laktat (mmol/l) 6 4 Herzfrequenz (1/min) Belastung (Watt) Belastung (Watt) R. Rost 1987

62 Fahrradergometer-Test bei einem Herzinfarktpatienten Stufendauer: 3 min Stufenhöhe: 25 Watt 160 Laktat (mmol/l) β-blockade Angina- pectoris- Schwelle Herzfrequenz(1/min) Leistung (Watt) 80 nach Heitkamp H-C u. Hipp A, Herz 26, 2001, Nr.7

63 Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit