Beurteilung der körperlichen Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit vom Lebensalter H. Heck Bochum 21. September 2009
Leistung? - physikalische? - körperliche Leistung(sfähigkeit)?
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)
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. 3-10 min - Mittelzeit-A. 10-30 min - Langzeit-A. über 30 min Anaerobe Ausdauer: - Kurzzeit-A. 10-20 s - Mittelzeit-A. 20-60 s - Langzeit-A. 60-180 s (nach HOLLMANN)
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)
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)
maximale Sauerstoffaufnahme im Alternsgang aus W. Hollmann, 2000
85 VO2 VO2 max der max der Läufer der der schwedischen Leichtathletik-Nationalmannschaft 80 VO 2 max (ml*kg -1 *min -1 ) 75 70 65 60 55 50 400 800 800-1500 1500-5000 Laufstrecke (m) 5000-10000 Marathon (nach SEVEDHAG/ SJÖDIN, 1984)
Testverfahren Kniebeugen Kletterstufe Fahrradergometer Laufbandergometer Drehkurbelergometer u. a.
. 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 95-98 90-96 82-85 62-70 65-70 100-97 Maximale Sauerstoffaufnahme in Prozent bei verschiedenen. ergometrischen Belastungen, bezogen auf 100% = VO 2 max während Bergauflaufens. (mod. Astrand)
Leistung = Arbeit / Zeit Arbeit = Kraft x Weg Leistung = Kraft x Weg / Zeit = Kraft x Geschwindigkeit Belastungsteigerung über Änderung des Bremswiderstands und/oder der Pedalumdrehungsgeschwindigkeit
Belastungsteigerung durch Änderung der Laufgeschwindigkeit und/oder des Anstiegwinkels
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
Belastungsmodus Belastung Zeit
Kinetik der Sauerstoffaufnahme während w Belastung Kinetik der Sauerstoffaufnahme bei stufenförmiger (links) und rampenförmiger (rechts) Belastung (schematische Darstellung)
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)
Häufig angewandte Belastungsschemata bei der Fahrradergometrie Leistung (Watt) 400 350 300 250 200 150 100 50 50 Watt/2min 50 Watt/3min 25 Watt/2min 0 0 5 10 15 20 25 Zeit (min)
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)
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)
Relative maximale Sauerstoffaufnahme im Alternsgang aus W. Hollmann, 2000
Sollwert der maximalen Leistung für f r Männer M und Frauen bei der Fahrradergometrie im Sitzen Leistung (Watt/kg) 3.00 2.75 2.50 2.25 2.00 1.75 Männer Frauen 1.50 10 20 30 40 50 60 70 Alter (Jahre)
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)
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 %
Beziehung zwischen dem Belastungs- anstieg und der maximalen Leistung 300 250 30 Belastungsanstieg (Watt/min) 20 12 6 Belastung (Watt) 200 150 100 maximale Belastung (Watt) 50 0 400 350 300 250 200 150 0 10 20 30 40 50 y = 3.16 x + 259.0 r = 0.98 273,2 301,2 Zeit (min) 325,8 350,7 Sauerstoffaufnahme bei der Fahrradergometrie in Abhängigkeit von der Leistung: O 2 -Aufnahme (ml/min) = 300 + 12. Leistung (Watt) 100 6 12 20 30 Belastungsanstieg (Watt/min)
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 200 - Lebensalter (Fahrrad) 210 - Lebensalter (Laufband) > 30 > 1.1 > 8 (> 5 z.b. Marathon- Läufer)
Altersabhängigkeit der der maximalen Herzfrequenz bei bei Männern und und Frauen maximale Herzfrequenz (1/min) 210 200 190 180 170 160 150 140 Frauen Männer 130 3 4 5 6 7 8 Lebensjahrzehnt
Leistungsbeurteilung im submaximalen Belastungsbereich anhand der Herzfrequenz
Herzfrequenzverhalten während w Fahrradergometerarbeit im Sitzen bei Spitzensportlern verschiedener Sportarten und Nichtsportlern Herzfrequenz (1/min) 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 Belastung (Watt) Nichtsportler Ruderer (nach HOLLMANN/HECK) Sprinter Fußballspieler Langstreckenläufer Radsportler Ruhe 30 70 110 150 190 230
PWC 170 bei einem Nichtsportler und einer ausdauertrainierten Person Herzfrequenz (1/min) 190 180 170 160 150 140 130 120 110 100 90 80 70 60 50 40 Untrainiert Trainiert -10 Ruhe 30 70 110 150 190 230 270 310 350 390 (nach HECK, Therapiewoche 28, S.3928-33, 1978) Leistung (Watt)
Ermittlung pulsbezogener Leistung 210 190 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) 170 150 130 110 90 70 (nach ROST/HOLLMANN 1982) 0 25 50 75 100 125 Leistung (Watt)
Herzfrequenzwerte im Lebensverlauf bei verschiedenen Belastungen 180 Herzfrequenz (1/min) 160 140 120 100 80 60 190 Watt 150 Watt 110 Watt 70 Watt 30 Watt Ruhe 40 3. 4. 5. 6. 7. Lebensjahrzehnt
Die Berechnung des PWC Wertes kann nach folgender Formel erfolgen: PWC 170= P1+ (P2-P1)* (170-Hf1)/ (Hf2- Hf1) P= Leistung, Hf= Herzfrequenz
Beispiel: Mann 80 kg, 28 Jahre P1= 300W, Hf1= 168/min P2= 350W, Hf2= 182/min PWC 170= 300+ (350-300)* (170-168)/ (182-168) = 300+ 50* 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%
PWC 170 bei verschiedenen maximalen Herzfrequenzen 220 200 Herzfrequenz (1/min) 180 160 140 120 100 80 60 40 0 50 100 150 200 250 300 Leistung (Watt) (nach HECK 1990)
Leistungsbeurteilung im submaximalen Belastungsbereich anhand der Blutlaktatkonzentration
Glykolyse
max. Laktat-steady steady-state state beim Drehkurbel - Dauertest 12 10 170 Watt Laktat(mmol/l) 8 6 4 2 160 Watt 150 Watt 140 Watt 120 Watt 0 0 5 10 15 20 25 30 Zeit (min) Ruhe (nach HECK und ROSSKOPF 1994)
8 7 6 Laktat [mmol/l] 5 4 3 2 1 0 0 11 22 33 44 Zeit [min] J. Krüger, unpubliziert
Laktatwerte im Laufbandstufentest bei LäuferinnenL unterschiedlicher Laufdisziplinen 7 6 Sprint (n=12) 400m (n=10) 800m (n=16) 1500m (n=22) Laktat (mmol/l) 5 4 3 2 3,17 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) 2.6 3.0 3.4 3.8 4.2 4.6 5.0 Laufgeschwindigkeit (m/s)
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, 109-112 1. 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.
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.
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.
Aerob-anaerobe Schwelle 12 (nach MADER et al. Sportarzt und Sportmed., 1976) 10 Laktat (mmol/l) 8 6 4 2 0 Ruhe 3.4 3.8 4.2 4.6 5.0 5.4 5.8 6.2 6.6 Laufgeschwindigkeit (m/s)
Individuelle anaerobe Schwelle 10 8 A tn B Laktat (mmol/l) 6 4 2 tem C ta Em tb 0 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Watt (nach STEGMANN et al. 1981) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Zeit (min)
Schwellenbestimmung nach der +1,5mmol/l-Methode 8 7 6 aerobe Schwelle individuelle anaerobe Schwelle Laktat (mmol/l) 5 4 3 2 1 0 1,5 mmol (nach DICKHUTH 1991) 8 10 12 14 16 18 20 22 24 Geschwindigkeit (km/h)
Laktatsenke (nach BRAUMANN et al., Dtsch Z Sportmed 42, 1991) Lakatat (mmol/l) v max Pause Laktatelimination > Laktatproduktion Senkenbelastung Stufentest Laktatproduktion > Laktatelimination
Einflussfaktoren auf die Laktat-Leistungskurve und die Schwellenwerte Ausdauerleistungsfähigkeit Belastungsschema Glykogenzustand der Arbeitsmuskulatur Blutabnahmeort Analysekompartement des Blutes Belastungsgerät
Verschiedene Testschemata für f r die Fahrradergometrie 350 300 Leistung (Watt) 250 200 150 100 50 50 W/ 2min 50 W/ 3min 25 W/ 2min 30 W/ 5min 0 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Zeit (min) (nach HECK 1990)
Laktatleistungswerte in Abhängigkeit von Testschemata 8 30 Watt/5 min 25 Watt/2 min Laktat (mmo/l) 6 4 2 50 Watt/3 min 50 Watt/2 min 0 (nach HECK 1990) 0 50 100 150 200 250 300 Belastung (Watt)
Prozent (%) Anstieg der Exponentialfunktion y=100 (1-e -t/ für r verschiedene Zeitkonstanten 100 90 τ = 2 min 80 70 τ = 3 min 60 50 40 30 20 10 0 0 1 2 3 4 5 6 Zeit (min) t/τ ) (nach HECK 1987)
Schwellenkonzepte 230 ias-keul Schwellen (Watt) 220 210 200 190 180 170 maximales Laktat-steady-state aas-mader ias-stegmann +1,5mmol/l- Methode 160 150 30 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)
Laktatwerte bei Nachwuchs- und Eliteathleten 14 Laktat (mmol/l) 12 10 8 6 4 H.D. Nachwuchs nicht talentiert 184cm 90kg 18J T.A. Nachwuchs talentiert 186cm 78kg 17J K.N. Elite Nov. 1974 187cm 89kg 24J K.N. Elite Juni 1975 verbesserte Ausdauer 2 0 (nach MADER und HOLLMANN, Leistungssport 9, S.8-62, 1977) 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 Leistung (Watt)
Beispiele für Laktatleistungskurven im Quer- und Längsschnitt
Lakatat (mmol/l) 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 Trainingsbedingte Veränderung der Laktatleistungskurve 14.04.89 20.04.90 02.04.91 (nach VASSILIADES und MADER 1991) 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Geschwindigkeit (m/s)
Verschlechterung der Belastbarkeit bei einem Herzinfarktpatienten 12 10 Herzfrequenz 08.10.98 Herzfrequenz 11.09.00 Laktat 08.10.98 Laktat 11.09.00 180 160 Laktat (mmol/l) 8 6 4 140 120 100 Herzfrequenz (1/min) 2 80 0 25 50 75 100 125 150 175 200 225 250 Leistung (Watt) 60 nach Heitkamp H-C u. Hipp A, Herz 26, 2001, Nr.7
Trainings-/Belastungssteuerung mittels Laktat
Trainingsempfehlung für f r Marathonläufer 6 5 Tempoläufe intensive Wiederh.- läufe Laktat (mmol/l) 4 3 100%-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% 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0 Laufgeschwindigkeit (m/s) (nach FÖHRENBACH 1986)
Vergleich zwischen der Marathongeschwindigkeit und der Geschwindigkeit bei 2,5mmol/l Laktat 5.6 (nach FÖHRENBACH 1986) Marathongeschwindigkeit (m/s) 5.4 5.2 5.0 4.8 4.6 4.4 4.2 n=9 Männer n=12 Frauen N = 21 21 Y = -0.26-0.26 + 1.06. 1.06 X r r = 0.96 0.96 p < 0.001 0.001 Linie gleicher Geschwindigkeiten 4.0 4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6 Geschwindigkeit bei 2,5mmol/l Laktat (m/s)
Wirkung verschiedener Betarezeptorenblocker auf Laktat und Herzfrequenz während ansteigender Arbeit auf dem Fahrradergometer 10 ohne Medikament 200 ohne Medikament 8 Propranolol Aceebutolol Atenolol 180 160 Acebutolol Propranolol Atenolol Laktat (mmol/l) 6 4 Herzfrequenz (1/min) 140 120 100 2 80 0 60 0 40 80 120 160 200 240 280 Belastung (Watt) 0 40 80 120 160 200 240 280 Belastung (Watt) R. Rost 1987
Fahrradergometer-Test bei einem Herzinfarktpatienten 16 14 Stufendauer: 3 min Stufenhöhe: 25 Watt 160 Laktat (mmol/l) 12 10 8 6 4 2 β-blockade Angina- pectoris- Schwelle 140 120 100 Herzfrequenz(1/min) 0 0 25 50 75 100 125 150 175 200 Leistung (Watt) 80 nach Heitkamp H-C u. Hipp A, Herz 26, 2001, Nr.7
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