Sportbiologie Dr Alexander Parizek Facharzt fr Unfallchirurgie Sportarzt

Sportbiologie Dr. Alexander Parizek Facharzt 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 – Übergangsperiode Bereits nach 5 trainingsfreien Tagen Abbauvorgänge (Trainingsverlust) !

Anpassung der Belastung • Intensität – Trainingsbelastung in % der max. LF – Kraft: Gewicht in % des Maximalgewichtes – Ausdauer: VO 2 (HF) in % des VO 2 max. (max HF) • Belastungsdauer – Gesamtzeit der wirksamen Belastung • Belastungshäufigkeit – Anzahl der Trainingseinheiten pro Woche(mind 2 x) • 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 (VO 2): 300 ml Atemgrenzwert: 120 -170 l/min – Während 1 Minute max. ventilierbares Volumen

Anpassung des Atmungssystems • Kurzfristige Anpassung – Steigerung der AF und des AV = AMV (-10 x) – 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 (< 1 sec. ) – 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) – SVx. HF d. s. ca. 70. x 75 ml = 5 l/min • Blutdruck (RR) – Systolisch/diastolisch 120/80 • EKG (Elektrokardiogramm) – Elektrische Ableitung der Herzmuskelaktion

Anpassung des Herzens • Kurzfristige Anpassung: – Bei Belastung Erhöhung des HMV(4 -5 fach) • HF 2 -2, 5 fach (180) • SV 1, 5 -2 fach (150 ml) – 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 200 ml, max. HF bleibt gleich • D. h. Ökonomisierung der Herzarbeit • Volums- statt frequenzbetont Das 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 (p. H) • 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 – 1 g KH, EW = 4 kcal, 1 g Fett = 9 kcal – GU=KGx 24 kcal, AU, TU (Gesamtenergiebedarf) – TU = TI(in%) x VO 2 max. 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