ABSTRACT der DIPLOMARBEIT zur Erlangung des Magistergrades für Militärische Führung (FH) Energiebevorratung und Energiebereitstellung am Beispiel der physischen Leistungsfähigkeit von Soldaten am FH-Diplomstudiengang Militärische Führung an der Theresianischen Militärakademie eingereicht von Fhr GREINER Josef bei ObstdG Mag. HOLLERER Franz WIENER NEUSTADT, Mai 2003 1
Ziel dieser Arbeit ist es, das Energiebevorratungs- und Energiebereitstellungssystem des Soldaten auf Optimierungsmöglichkeiten zu überprüfen. Mögliche resultierende Auswirkungen werden an Hand von Beispielen, im Rahmen des zu erfüllenden Auftragsspektrums von Soldaten, aufgezeigt. Folgende forschungsleitende Fragestellungen gilt es zur Klärung einer Optimierung des Energiebevorratungs- und Energiebereitstellungssystems am Beispiel der physischen Leistungsfähigkeit von Soldaten zu beantworten. Wie muss das physische Anforderungsprofil von Soldaten, auf Grund der Gesetzes- und Vorschriftenlage, sowie aus sportmedizinischer Sicht, zur Bewältigung des Auftragsspektrums beschaffen sein? Welche Möglichkeiten bietet das Energiebevorratungssystem des Soldaten zur Optimierung, und welche Auswirkungen ergeben sich dadurch für die physische Leistungsfähigkeit von Soldaten? Welche Möglichkeiten bietet das Energiebereitstellungssystem des Soldaten zur Optimierung, und welche Auswirkungen ergeben sich dadurch für die physische Leistungsfähigkeit von Soldaten? Die oben genannten Fragen werden auf Basis der vorliegenden Literatur diskutiert. Dabei wird nach der induktiven Methode vorgegangen. Die sich ergebenden Erkenntnisse werden auf deren Einfluss auf die physische Leistungsfähigkeit von Soldaten überprüft. Zu diesem Zweck gliedert sich die Arbeit in 7 Kapitel. Gewonnene Erkenntnisse: Im 1. Kapitel wird die Frage beantwortet, wie das physische Anforderungsprofil von Soldaten auf Grund der Gesetzes- und Vorschriftenlage, sowie aus sportmedizinischer Sicht beschaffen sein muss. Es zeigte sich, dass die von Soldaten zu erfüllenden Aufträge sehr vielschichtig sein können. Zu deren Bewältigung ist von Soldaten 2
jederzeit eine gewisse physische Leistungsfähigkeit zu fordern. Das physische Anforderungsprofil, welchem alle Soldaten entsprechen müssen, wird Militärische Basisfitness genannt. Für die Überprüfung dieser geforderten Limits gibt es vorgegebene Kriterien, welche jeder Soldat zu erfüllen hat. Alle sportwissenschaftlichen Studien bewiesen, dass mit 2 bis 3 Stunden Ausdauertraining in der Woche diese Limits problemlos zu erreichen sind. Ein joborientiertes physisches Anforderungsprofil für alle Waffengattungen, welche die geforderten physischen Leistungen im Einsatz konkret beschreiben und bewertbar machen, gibt es derzeit noch nicht. Die Relevanz der Energiebevorratung und der Energiebereitstellung wurde daher vor allem an Hand von konkreten Beispielen vorgenommen. Im 2. Kapitel werden die für die Energiebevorratung und Energiebereitstellung wichtigen Aufbauelemente der Skelettmuskulatur und deren Funktion beschrieben. Im 3. Kapitel wird konkret beschrieben, wie die einzelnen Phasen des Energiestoffwechsels des Soldaten funktionieren. Es zeigte sich die zentrale Rolle von ATP, welches als einziger Energieträger direkt für Muskelkontraktionen verwendet werden kann. Alle anderen Phasen des Energiestoffwechsels dienen der Resynthese des verbrauchten ATP`s. Wie viel Energie für die Resynthese des verbrauchten ATP`s zur Verfügung gestellt wird, hängt vor allem von den zur Verfügung stehenden Ausgangsstoffe (Kreatinphosphat, Kohlenhydrat, Fett, Eiweiß) ab. Der vollständige Abbau dieser Stoffe liefert dabei jeweils die meiste Energie. Im 4. Kapitel werden die Messmethoden beschrieben, mit denen man indirekt nachweisen kann, welche Art des Energiestoffwechsels zum Messzeitpunkt gerade dominiert. Diese Messergebnisse können wertvolle Parameter für eine effiziente Trainingssteuerung geben. Im Rahmen der militärischen Ausbildung konzentriert man sich vor allem auf die Pulsmessung. Für die weitere Abhandlung wurden die in der Wissenschaft üblichen VO 2 max-werte herangezogen. Diese drücken die maximale Sauerstoffaufnahme bei bestimmten Belastungsintensitäten aus. Auf die Korrelation zwischen dem Anstieg der Herzfrequenz, sowie der zunehmenden Sauerstoffaufnahme unter zunehmender Belastung, wurde hingewiesen. Im 5. Kapitel wird die Frage nach der Optimierungsmöglichkeit des Energiebevorratungssystem, und deren Auswirkungen auf die physische Leistungsfähigkeit von Soldaten, beantwortet. Es zeigte sich, dass die Speicherung, der 3
durch Nahrungsmittel aufgenommenen Energie, an verschiedenen Orten in unterschiedlichster Form und Menge erfolgt. Der Vorrat an ATP ist sehr begrenzt. Er lässt sich durch Training für den Soldaten auch nicht merklich erhöhen. Der Kreatinphosphatspeicher hingegen lässt sich, durch einen regelmäßigen Wechsel von Ausschöpfung und Wiederauffüllung, durch Training vergrößern. Vor allem Kraft- und Kraftausdauertraining beeinflussen diesen Speicher. Allerdings muss das Training so gestaltet sein, dass es genau die Trainingsreize enthält, welche von dem jeweiligen Soldaten zur Erfüllung seiner Aufträge gefordert werden. Die Konsequenz eines optimierten Kreatinphosphatspeichers ist vor allem darin zu sehen, dass es dem trainierten Soldaten länger möglich ist, eine maximal hohe Belastungsintensität aufrechtzuerhalten. Als mögliche Situation für den Soldaten wurde der Sprung vorwärts dargestellt. Gespeicherte Kohlenhydrate stellen die wertvollsten Energiespeicher dar. Diese Kohlenhydratspeicher lassen sich vor allem durch Ausdauertraining stark vergrößern. Der optimalste Bevorratungsort von Kohlenhydraten befindet sich in der Muskulatur selbst. Es gilt wiederum, dass eine Mehreinlagerung von Kohlenhydraten nur in jener Muskulatur stattfindet, welche auch belastet wurde. Somit stellt ein physisch fordernder Gefechtsdienst ebenfalls eine Belastungsform dar, welche dem tatsächlich geforderten Anforderungsprofil an Soldaten entspricht. Je mehr Kohlenhydrate in der Muskulatur des Soldaten eingelagert sind, desto länger kann dieser auch darauf zurückgreifen. Eine höhere Belastungsintensität ist somit für eine längere Zeit aufrechtzuerhalten. Neben dem eingelagerten Muskelglykogen spielt auch der Leberglykogenvorrat eine wesentliche Rolle. Geht einer bestimmten Muskelgruppe das bevorratete Muskelglykogen zur Neige, so wird über die Blutbahn Leberglykogen zur entsprechenden Muskelgruppe geliefert. Auf diese Art und Weise wird auch das Gehirn mit Kohlenhydraten versorgt. Je mehr Leberglykogen der Soldat bevorratet hat, umso länger kann er die Muskulatur und das Gehirn mit Kohlenhydraten versorgen. Somit steht dem Soldaten einerseits länger hochwertige Energie für die Bewältigung hoher Belastungsintensitäten zur Verfügung, andererseits kann dadurch auch der Zustand der Hyperglykämie (s. Gummiknie,...) länger vermieden werden. 4
Für Fette gilt, dass sie zwar sehr gut speicherbar sind, aber der Optimierungseffekt eher in einer Verringerung des Körperfettanteils besteht. Diätetische Maßnahmen in Verbindung mit Ausdauerbelastungen stellen dazu eine gute Möglichkeit dar. Es gibt für den Soldaten keine reale Auftragslage, welche die Mehreinlagerung von Körperfett begründen würde. Optimierungsmöglichkeiten für Eiweiße bestehen vor allem in einer Verbesserung der funktionellen Struktur der Muskulatur. Aus rein energetischer Sicht ist jedoch keine Optimierungsmöglichkeit der Energiebevorratung durch Eiweiße für Soldaten abzuleiten. Im 6. Kapitel wird die Frage nach der Optimierungsmöglichkeit des Energiebereitstellungssystem, und deren Auswirkungen auf die physische Leistungsfähigkeit von Soldaten, beantwortet. Es wurde erkannt, dass die Energiebereitstellung vor allem in Abhängigkeit von der Belastungsintensität, der Belastungsdauer und dem Trainingszustand des Soldaten erfolgt. Die Phasen der Energiebereitstellung verlaufen meist gleichzeitig. Es ließen sich dennoch dominante Energiebereitstellungsphasen bei verschiedenen Belastungsintensitäten herauskristallisieren. Jede einzelne dieser Energiebereitstellungsphasen bietet seine individuellen Optimierungsmöglichkeiten. Bei der anaerob-alaktaziden Energiebereitstellung profitiert der trainierte Soldat einerseits von einer rascheren Umwandlungsgeschwindigkeit der Phosphate, andererseits von einer rascheren Wiederauffüllung der entleerten Phosphatspeicher. Somit steht dem trainierten Soldaten schneller wieder Energie für Belastungen hoher Intensität zur Verfügung, als dem untrainierten Soldaten. Optimierungsmöglichkeiten des anaerob-alaktaziden Energiebereitstellungssystems ergaben sich vor allem im Bereich des Laktatstoffwechsels. Das Laktat ist bei dieser Art des Energiebereitstellung der leistungslimitierende energetische Faktor. Durch eine vermehrte Pufferkapazität ist der trainierte Soldat in der Lage, die Übersäuerung der Muskulatur, und somit den Leistungsabbruch, länger zu verzögern. Aus energetischer Sicht sind dadurch Belastungen mit hoher Intensität länger realisierbar. Eine Optimierung der Säuretoleranz ermöglicht den gleichen Effekt. Diese Fähigkeit ist von Soldaten allerdings nur begrenzt trainierbar. Nach einer intensiven Belastung, mit einhergehender Laktatanhäufung, ist der trainierte Soldat jedoch fähig, die 5
eingetretene Übersäuerung rascher abzubauen als der untrainierte Soldat. Gerade diese Fähigkeit ist in hohem Maße vom Trainingszustand des Soldaten abhängig. Je schneller ein Soldat das produzierte Laktat wieder abbauen kann, desto schneller ist er wieder in der Lage, Belastungen mit hoher Intensität durchzuführen. Die aerobe Energiebereitstellung beruht auf der Verbrennung von Nährstoffen mit Sauerstoff. Für das gezielte Training der Energiebereitstellung durch Eiweiße ließen sich keine Notwendigkeiten ableiten. Optimierungsmöglichkeiten ließen sich vor allem im Bereich des Kohlenhydrat- und Fettstoffwechsels feststellen. Deren Verbrennung erfolgt immer gleichzeitig. Der prozentuale Anteil an der Energiebereitstellung hängt jedoch sehr stark von der Belastungsintensität, der Belastungsdauer und dem Trainingszustand des Soldaten ab. Bei der aeroben Energiebereitstellung stellten sich die Kohlenhydrate als idealer Energielieferant heraus. Auf Grund ihrer Begrenztheit gilt es, diese so lange wie möglich zu schonen. Somit ergab sich, unter Beibehaltung der gleichen Belastungsintensität, der größte Optimierungseffekt in einer frühzeitigen Verschiebung in Richtung vermehrter Fettverbrennung. Die Belastungsintensität und die Belastungsdauer werden dem Soldaten auf Grund des Ereignisses, bzw. auf Grund des Auftrages, vorgegeben. Diese Faktoren sind meist nicht veränderbar. Der Trainingszustand des Soldaten hingegen lässt sich bereits im Vorhinein, im Sinne einer energetisch effizienteren Energiebereitstellung, optimieren. Da die zu bewältigende Belastungsintensität und Belastungsdauer bei einem Großteil der zu erfüllenden Aufträge meist das aerobe Energiebereitstellungssystem fordern wird, gilt es vor allem, dieses zu trainieren. Positiv stellte sich ebenfalls heraus, dass sich gerade das aerobe Energiebereitstellungssystem durch Ausdauertraining merklich verbessern lässt. Vor allem der sich durch Ausdauertraining einstellende Effekt der vermehrten Fettverbrennung, und einer gleichzeitigen Schonung der Kohlenhydrate für höhere Belastungsintensitäten, erweist sich für die Masse der zu erfüllenden Aufträge als vorteilhaft. All diese Gründe sprechen aus energetischer Sicht für eine vermehrte Optimierung des aeroben Energiebereitstellungssystems. Im 7. Kapitel erfolgt eine zusammenfassende Schlussbetrachtung der gewonnenen Erkenntnisse. 6