1 Arbeitsblatt : Harvard Step Test Einleitung: Die Ausdauerleistungsfähigkeit stellt für sehr viele Sportarten (Laufen, Radfahren, Schwimmen, Spielsportarten, usw.) eine leistungsbestimmende Einfallsgröße dar. Dabei verbraucht unser Körper beachtliche Energiemengen, die durch die Nahrung gewonnen, zwischengespeichert und dann über verschiedene Stoffwechselprozesse verfügbar werden. Neben den energiereichen Phosphatverbindungen ATP und CrP (anaerob alaktazid) wird hier insbesondere auf Glykogen- und Fettspeicher im Muskel sowie auf Blutglukose zurückgegriffen. Glykogen und Fette können überdies auch in anderen Körperdepots mobilisiert und über das Blut in den Muskel transportiert werden. Die energetische Nutzung von Glykogen und Glukose kann über die Verbrennung von Sauerstoff erfolgen (aerobe Energiebereitstellung), wobei sehr viel biochemische Energie in Form von ATP gewonnen wird. Diese Form der Energiegewinnung hat eine hohe Kapazität aber eine geringe Energieflussrate und ist daher für intensive Belastungen nicht ausreichend. Die Verstoffwechselung von Glykogen und Glukose kann jedoch auch (anaerob) ohne Sauerstoff erfolgen. Hier wird zwar schnell ATP mit einer hohen Energieflussrate bereitgestellt, jedoch in nur sehr geringem Umfang. Bei der anaeroben Energiegewinnung unterscheidt man den Phosphatstoffwechsel, der vor allen Dingen über CrP erfolgt, eine sehr hohe Energieflussrate ausweist, aber nur für wenige Sekunden ausreichen würde, und die Glykolyse. Hier wird Glykogen und Glukose zu Pyruvat abgebaut, wobei gleichfalls ATP entsteht. Die Energieflussrate und die Kapazität der Glykolyse befinden sich zwischen dem Phosphatstoffwechsel und der aeroben Energiegewinnung. Soll insbesondere die aerobe Ausdauerleistungsfähigkeit erhöht werden, so kann dies an der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO2max) überprüft werden. Diese wird als das Vermögen verstanden, eine maximale Menge an Sauerstoff aus der Atemluft in der beanspruchten Muskulatur zu verbrauchen. Die Sauerstoffaufnahme beruht dabei auf der Atmung (Sauerstoff-Zufuhr), dem Herz- Kreislauf-System (Sauerstoff-Transport) und vor allen Dingen auf dem Energieumsatz in der Muskelzelle (Sauerstoff-Verwertung). Einen guten Feldtest zur Abschätzung der aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit stellt der Harvard-Step- Test (Harvard-Universität Boston, Brouha et al., 1943) dar. Dieser kann auch in der Schule sehr gut durchgeführt werden. Er schätzt die aerobe Ausdauerleistungsfähigkeit durch eine Auswertung der Erholungspulssummen nach einer 5-minütigen Belastung durch Treppensteigen ab. Das Ergebnis lässt, wie beim Cooper-Test, einen sehr guten Rückschluss auf die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max) zu. Material: Bank oder Hocker oder Plattform (Männer ca. 50 cm, Frauen ca. 43 cm hoch), Stoppuhr, Metronom (in der Studienwerkstatt vorrätig), Notizzettel und, wenn möglich, Pulsuhren. Durchführung: 1) Erproben Sie die Methode der Pulsmessung, indem Sie den Ruhepuls einer Testperson 30 Sekunden lang mit den Fingerspitzen an der Halsschlagader oder am Handgelenk messen. Multiplizieren Sie den Messwert mit 2, um die Herzschläge pro Minute zu erhalten. 1
2 2) Stellen Sie die Höhe eines Turnkastens so ein, dass der Kniewinkel der Testperson beim Aufsetzen des Fußes auf der Trittfläche etwa 90 Grad beträgt. Dabei wird für männliche Testpersonen eine Tritthöhe von 50 Zentimetern und für weibliche von 40 Zentimetern verwendet. 3) Die Testperson steigt, ohne sich vorher aufzuwärmen, in fünf Minuten (300 s) insgesamt 150 Mal mit beiden Beinen bis zu einer aufrechten Körperhaltung auf den Turnkasten und wieder herunter also 30 Mal pro Minute. Dabei werden die Beine abwechselnd zum Auf- und Absteigen genutzt und müssen vollkommen gestreckt werden. Ein vollständiger Schrittzyklus die Abfolge: linkes Bein aufsetzen - rechtes Bein aufsetzen - linkes Bein absetzen - rechtes Bein absetzen. Für die Schrittfolgen kann nach der Hälfte des Tests ein Beinwechsel vollzogen werden. Um einen angemessenen Bewegungsrhythmus zu finden, kann man sich an einem Musikstück mit einem Rhythmus von 120 Schlägen pro Minute orientieren. Im Anschluss an das Belastungsende setzt sich die Testperson, so dass über einen Zeitraum von 5 Minuten alle 30 Sekunden die Pulswerte abgetastet und aufgeschrieben werden können. Abb. 1 Schrittzyklus beim Harvard Step-Test 4. Zählen Sie die Pulsschläge der Testperson für jeweils 30 Sekunden eine Minute (P1 = Pulssumme 1 bis 1,5 min), zwei Minuten (P2 = Pulssumme 2 bis 2,5 min) und drei Minuten (P3 = Pulssumme 3 bis 3,5 min) nach Beendigung der fünfminütigen Belastungsphase. Notieren Sie die Messwerte. 5. Berechnen Sie aus den drei Messwerten den Leistungsindex (LI) nach folgender Formel: LI = (300 s x 100) / ((P1 + P2 + P3) 2) Sofern der Test vor Ablauf der vorgesehenen Dauer von fünf Minuten erschöpfungsbedingt abgebrochen werden muss, wird die absolvierte Testzeit in s (anstatt 300s) in die Formel einbezogen. Als Erschöpfung gilt, wenn der Proband die Trittgeschwindigkeit über einen Zeitraum von 15 Sekunden nicht mehr halten kann. 2
3 Beispiel: Wenn die Gesamttestzeit von 300 Sekunden (= 5 Minuten) abgeschlossen wurde und die Anzahl der Herzschläge zwischen 60s-90s betrug 90, zwischen 120s-150s war es 80 Herzschläge und zwischen 180s-210s waren es 70 Herzschläge, dann würde die Gleichung des Fitness Index Score: (100 x 300) / ((90+80+70) x 2) = 62,5 lauten. Bewertung Fitness Index exzellent > 96 gut 83-96 durchschnittlich 68-82 unterer Durchschnitt 54-67 schlecht < 54 Aufgaben: 1) Führen Sie den Harvard-Step-Test mit zwei bis drei Personen aus ihrer Gruppe durch. Achten Sie darauf, dass die Personen entweder unterschiedlichen Geschlechts oder unterschiedlicher Größe sind. Ein Gruppenmitglied schreibt Protokoll (Testdauer und Pulswerte aller Personen, s. Tabelle 1) und ein Gruppenmitglied achtet auf die Zeit. Bestimmen Sie anschließend den Fitness-Index der Testpersonen! Tabelle 1 Probandendaten Name Proband Testdauer 0-300s Pulssumme 1 1,5 min Pulssumme 2 2,5 min Pulssumme 3 3,5 min Fitness-index s bpm bpm bpm s bpm bpm bpm 2) Diskutieren Sie die Form der Arbeit, welche von den Probanden verrichtet wird und berechnen Sie diese. Berechnen Sie anschließend die Arbeit W und die Leistung P für die Probanden. W = m g h mit m = Masse in kg der Person, g = 9,81 m/s -1 und h = Tritthöhe P = W / t 3
4 3) Berechnen Sie die Zeit t, die benötigt wird, um den Energiegehalt einer Tafel Schokolade (W = 530 kcal/2219j) durch den Harvard-Step-Test umzusetzen. 4) Beschreiben Sie, wie das Testdesign für einen körpergrößenneutralen Test aussehen könnte. 5) Erklären Sie, welche externen Faktoren darüber hinaus den Test (Herzfrequenz) beeinflussen könnten. 6) Setzen Sie sich mit den Vor- und Nachteilen auseinander und begründen Sie diese. 7) Tragen Sie die aufgenommenen Pulswerte der Probanden in ein Koordinatensystem in Abhängigkeit der Zeit ein und stellen Sie die beiden Kurven einander gegenüber. Wählen Sie eine geeignete Skalierung. Diskutieren Sie mögliche Korrelationen zum Harvard-Step-Test und zur aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit. 4
5 Literaturverzeichnis Brouha L., Health, C.W., Graybiel A. (1943). Step test simple method of measuring physical fitness for hard muscular work in adult men. Rev Canadian Biol. 2:86. Conconi, F., Ferrare, M., et al. (1982). Determination of the anaerobic threshold by a non-invasive field test in runners. Journal of Applied Physiology. 52 (4), 869 73. PMID 7085420. Ryhming, I. (1953). A modified Harvard step test for the evaluation of physical fitness. Arbeitsphysiologie. 15(3), 235-250. Montoye, H.J. (1953). The Harvard step test and work capacity. Rev Can Biol. 11(5), 491-499. Reedy, J.D., Saiger, G.L., Hosler, R.H.(1958). Evaluation of the Harvard Step Test with respect to factors of height and weight. Int Z Angew Physiol. 17(2),115-119. Keen, E.N., Sloan, A.W. (1958). Observations on the Harvard step test. J Appl Physiol. 13(2):241-243. Sloan, A.W. (1959). A modified Harvard step test for women. J Appl Physiol. 14:985-6. Ricci, B., Baldwin, K., Hakes, R., Fein, J., Sadowsky, D., Tufts, S., Wells, C. (1966). Energy cost and efficiency of Harvard step-test performance. Int Z Angew Physiol. 22(2),125-130. Meyers, C.R. (1969). A study of the reliability of the Harvard step test. Res Q. 40(2), 423. Fox, E.L., Billings, C.E., Bartels, R.L., Bason, R. and Mathews, D. (1973), Fitness standards for male college students. European Journal of Applied Physiology and Occupational Physiology. Volume 31, Number 3, 231-236. 5
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