Sportbiologie
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Sportbiologie
Dr.Alexander ParizekFacharzt für Unfallchirurgie
Sportarzt
Biologische Grundlagen
Allgemeine Begriffsdefinitionen
• Biologie: Lehre der Lebewesen• Zelle: kleinste selbstständige Einheit
des Lebens• Gewebe: Zusammenschluss von Zellen
mit gleichem Aufbau und Funktion• Organ: Funktionelle Einheit aus
verschiedenen Geweben• Gesamtorganismus (Mensch):
Komplexes System spezialisierter Zellen
Die Zelle
Die elementaren Lebensfunktionen
• Energiegewinnung:– Synthese > Spaltung > Energie (ATP)
• Glykolyse – Zuckerspaltung – anaerob – 2 ATP• Oxidation – Verbrennung – aerob – 38 ATP
• Energiespeicherung:– KP, Glycogen,Fett
• Reizantwort:– Elektrischer Impuls, Kontraktion
• Reizanpassung:– Hypertrophie, Hyperplasie
• Regeneration:– Zellteilung, Zellvermehrung (ausgenommen
Nerven, Knorpel)
Biologische Grundlagen des Trainings
• Anpassung des Organismus auf Reize und Erreichen eines höheren funktionellen Trainingsniveaus
• Stresstheorie:• Systematische Steigerung:• Zyklische Trainingsgestaltung:• Ganzjährigkeit:• Anpassung der Belastung
Stressreaktion• Alarmreaktion
– Atmung, Kreislauf, Energiebereitstellung
• Anpassung– Energiegleichgewicht (steady state)
• Ermüdung/Erschöpfung– Energiedefizit, HF- und Laktatanstieg,
verminderte LF, Zwangsabbruch
• Erholung und Kompensation– Auffüllen der Enegiespeicher, Laktatabbau
• Überkompensation– In der Erholungsphase Aufbau einer
erhöhten LF (TRAININGSEFFEKT)
Systematische Steigerung
• Anpassung an Trainingsreiz und Zunahme der LF und des Erholungszustandes nach 4-6 Wochen
• D.h. nach Ablauf des letzen Überkompensationszyklus Steigerung des Trainingsreizes (WNTZ)
Zyklische Trainingsgestaltung
Ganzjährigkeit• Geplante Belastungs- und
Erholungsphasen in Abhängigkeit des Trainingszustandes
• Mikrozyklus (1 Woche)• Mesozyklus (4-6 Wochen)• Makrozyklus (Jahresplanung)
– Vorbereitungsperiode– Wettkampfperiode– ÜbergangsperiodeBereits nach 5 trainingsfreien Tagen
Abbauvorgänge (Trainingsverlust) !
Anpassung der Belastung
• Intensität– Trainingsbelastung in % der max.LF– Kraft: Gewicht in % des Maximalgewichtes– Ausdauer: VO2 (HF) in % des VO2max.(max HF)
• Belastungsdauer– Gesamtzeit der wirksamen Belastung
• Belastungshäufigkeit– Anzahl der Trainingseinheiten pro Woche(mind 2x)
• Wöchentl. gesamte Trainingsbelastung (WNTZ)– Gesamtsumme der wirksamen Trainingsbelasungen
• Die Trainingsbelastung muß in einem optimalen Verhältnis zur momentanen individ. LF stehen
Organsysteme
• Sind funktionelle Einheiten, die aus mehreren Organen bestehen
• Atmungssystem• Herz-Kreislaufsystem• Verdauungssystem• Harn- und Geschlechtsorgane• Nervensystem• Sinnesorgane• Bewegungsapparat
Anatomie des Atmungssystem
• Obere Luftwege: (anfeuchten,erwärmen,reinigen)– Nase und/oder Mund– Kehlkopf– Luftröhre (Trachea)
• Untere Luftwege: (Gasaustausch)– Bronchialbaum– Lungenbläschen (Alveolen) ca.80 qm
Atemmechanik
• Einatmung (Inspiration) ist ein aktiver Vorgang wobei der Brustkorb mit Hilfe der Atemmuskulatur erweitert (gehoben) wird.
• Ausatmung (Expiration) erfolgt passiv, der Brustkorb senkt sich infolge der Schwerkraft, die Lunge zieht sich elastisch zusammen.
• Brustatmung• Bauchatmung
Atemphysiologie
• Ventilation (Belüftung)– Durch Brustkorberweiterung Ausdehnung der Lunge,
Einströmen von Luft (Blasbalgprinzip)– Passives Ausatmen (evtl. aktiv forciert)
• Diffusion (Gasaustausch)– Sauerstoff/Kohlendioxid– Passiver physikalischer Vorgang– äußere Atmung (Alveolen/Lungengefäße)– innere Atmung (Blut/Zellen)
• Perfusion (Durchblutung)– Lungenkapillaren
Spirometrie
• Atemzugsvolumen (Vt): 0,5 l• Atemfrequenz (f): 12-18• Atemminutenvolumen (VE): 8-10 l• Vitalkapazität (VK): 3-5 l• Residualvolumen (RV): 1-2 l• Forciertes Expirationsvolumen (FEV 1): 70% VK• Sauerstoffaufnahme (VO2): 300ml• Atemgrenzwert: 120-170 l/min
– Während 1 Minute max.ventilierbares Volumen
Anpassung des Atmungssystems
• Kurzfristige Anpassung– Steigerung der AF und des AV = AMV (-10x)– Steigerung der Perfusion
• Langfristige Anpassung– Organhypertrophie (doppeltes
Lungenvolumen)– VK, AMV (Verdoppelung)– Ökonomisierung der Atemarbeit (d.h. mehr
Volumen, geringere Frequenz)– Erythrozyten ?
Anatomie des Herzens
Physiologie des Herzens
• Zentrales Pumporgan• Linkes Herz für Körperkreislauf• Rechtes Herz für Lungenkreislauf• Vorhöfe sammeln Blut • Kammer leistet Pumparbeit• Herzschlag in 2 Phasen (< 1sec.)
– Diastole (Füllungsphase)– Systole (Auswurfphase)
• Systole als Pulswelle tastbar• RR 120/80• Autonomes Reizleitungssystem
Herzphysiologische Begriffe• Herzfrequenz (HF)
– Schläge/min 60-90
• Schlagvolumen (SV)– Auswurfvolumen der Systole ca. 75 ml
• Herzminutenvolumen (HMV)– SVxHF d.s.ca. 70.x75ml = 5l/min
• Blutdruck (RR)– Systolisch/diastolisch 120/80
• EKG (Elektrokardiogramm)– Elektrische Ableitung der Herzmuskelaktion
Anpassung des Herzens
• Kurzfristige Anpassung:– Bei Belastung Erhöhung des HMV(4-5fach)
• HF 2-2,5fach (180)• SV 1,5-2fach (150ml)
– Blutdruck steigt bis etwa 200/90
• Langfristige Anpassung:– Hypertrophie des Herzmuskels und Dilatation– HMV kann bis auf das Doppelte des
untrainierten gesteigert werden (Sportlerherz)
• SV bis 200ml, max.HF bleibt gleich• D.h.Ökonomisierung der Herzarbeit• Volums- statt frequenzbetontDas Herzkreislaufsystem ist mit der
Energieproduktion der leistungslimitierende Faktor der Ausdauer !
Anatomie der Blutgefäße• Körperkreislauf
– Versorgung– linke Kammer – Aorta (Hauptschlagader)– Hals-,Arm-,Becken-, und
Beinschlagadern– Arterien– Kapillaren– Venen– obere und untere
Hohlvene– rechter Vorhof
• Lungenkreislauf– Gasaustausch– rechte Kammer– Lungenarterien– Lungenkapillaren– Lungenvenen– linker Vorhof– Lungenarterien enthalten
sauerstoffarmes, Lungenvenen sauerstoffreiches Blut
Physiologie der Blutgefäße• Hochdrucksystem
– Arterielles System– Muskelfasern in den Gefäßwänden
ermöglichen Querschnittsveränderungen– Pulse
• Niederdrucksystem (75% d. Volumens)– Venöses System– Auch hier Querschnittsveränderungen– Umverteilung des Blutvolumens
Anpassung des Gefäßsystems
• Blutumverteilung– Begrenztes Blutvolumen macht
Mechanismus notwendig– Luxusversorgung der beanspruchten Organe
zu Lasten anderer.
• Gefäßneubildungen (Kapillarsprossung)– Bildung neure Haargefäße in trainierten
Organen bewirkt bessere Sauerstoffversorgung
– Gesamtwiederstand der Gefäße nimmt ab
Anatomie des Blutes
• Gesamte Blutmenge etwa 1/13 des Körpergewichtes (5-6 l)
• 40% Blutzellen (HK)• 5 Mio. Rote Blutkörperchen (Erythrozyten)• 5000 Weiße Blutkörperchen (Leukozyten)• 150-350000 Blutplättchen (Thrombozyten)• Rest Plasma
Physiologie des Blutes
• Gastransport (Erythrozyten)• Stofftransport• Infektionsabwehr (Leukozyten,AK)• Blutgerinnung (Thrombozyten,
Gerinnungsfaktoren)• Pufferung (pH)• Wärmeregulation• Wasserhaushalt
Anpassung des Blutes
• Kurzfristig– Pufferung v.a. Milchsäure (Laktat)– Abnahme der Viskosität bei Belastung
• Langfristig– Zunahme der Gesamtblutmenge
(Hyperphosie)– Zunahme der Erythrozyten beim
Höhentraining (Hypoxietraining)– Hält aber höchsten 2-3 Wochen an
Verdauungssystem
Physiologie der Verdauung
• Zerkleinerung und Einspeicheln• Verdauungssäfte aus Magen, Leber,
Bauchspeicheldrüse, Dünndarm• Aufnahme der Nährstoffe durch die
Dünndarmzotten• Pfortaderkreislauf• Speicherung in Leber, Muskeln,
Fettzellen• Wasserresorption im Dickdarm• Ausscheidung über Mast- und Enddarm
Ernährung
• 3 Hauptmahlzeiten, 2 Zwischenmahlzeiten• Kohlehydratreiche Kost• 4-5 h vor Wettkampf keine großen Mahlzeiten• Energiebilanz
– 1g KH, EW = 4kcal, 1g Fett = 9kcal– GU=KGx24kcal, AU, TU (Gesamtenergiebedarf)– TU = TI(in%) x VO2max. x min x 5
• Nährstoffbilanz– 55% KH, 30% Fett, 15% Eiweiß (Protein)
• Flüssigkeitsbilanz(Wasser und Elektrolyte)• Vitaminbilanz
Harnsystem
Physiologie des Harnsystems
• Ausscheidung– Nieren filtrieren aus dem Blut Wasser,
Schadstoffe, Schlackenstoffe, Medikamente (Dopingkontrolle)
– 1-1,5 l Harn werden in der Blase gesammelt
• Regulation– Wasserhaushalt– Mineralstoffhaushalt
Männliche Geschlechtsorgane
Weibliche Geschlechtsorgane
Physiologie der Geschlechtsorgane
• Reifung in der Pubertät• Hormone: Testosteron bzw. Östrogen• Menstruationszyklus
– Beginn in der Pubertät– Normalerweise 28 Tage– Unregelmäßigkeiten im Leistungssport– Schwankungen der LF– Höhere LF in der 1. Hälfte des Zyklus– Regelverschiebungen möglich
Anatomie des Nervensystems
• Zentrales NS (ZNS)– Gehirn und Rückenmark (Zellkörper)– Schaltzentrale
• Peripheres NS (PNS)– Verbindung mit Organen (Zellfortsätze)
• Sensomotorisches NS– Kontakt zur Umwelt (Information/Reaktion)
• Vegetatives NS– Koordiniert Organfunktion (unwillkürlich)– Sympatikus (Lebens- oder Leistungsnerv)– Parasympatikus(Vagus) Schonnerv