Einleitung   2

Verzeichnis  der verwendeten Abkürzungen  

Verzeichnis  der verwendeten Abbildungen  

Verzeichnis  der verwendeten Tabellen  

Verzeichnis  des Anhangs  

1  Einleitung  9

2  Literaturbesprechung  13

2.1  Krankheitsartenstatistik  13

2.2  Energiebereitstellung bei Sportlicher Leistung  16

2.3  Ausdauer  22

2.3.1  Allgemeine aerobe Ausdauer  25

2.3.2  Gesundheitssportlicher Wert und präventivmedizinische Bedeutung des  

Ausdauertrainings   26

2.4  Herzfrequenz  32

2.4.1  Herzfrequenzverhalten während Ausdauerbelastungen  34

2.4.2  Herzfrequenzanpassung an das Ausdauertraining  36

2.5  Training  38

2.5.1  Trainingsadaptation  39

2.5.2  Trainingsmethoden zur Verbesserung der Ausdauer  41

2.5.3  Trainingspulsfrequenz für ein gesundheitssportliches Ausdauertraining  44

2.5.3.1  Trainingssteuerung mittels Pulsfrequenz  47

2.5.4  Ausdauertraining im Schwimmen  48

2.5.5  Trainingspulsfrequenz für ein gesundheitssportliches Schwimm- training  50

2.6  Die besonderen physikalischen Eigenschaften des Wassers und  

ihre  Auswirkungen auf den menschlichen Körper  53

2.7  Wirbelsäulenfreundliches Rückenschwimmen  57

2.7.1  Die Technik des wirbelsäulenfreundlichen Rückenschwimmens  61

2.8  Laufübungen im Wasser  64

2.8.1  Die Technik des aquajogging  66

2.9  Fahrradergometrie  67

3  Untersuchungsmethodik  72

3.1  Untersuchungsgut  72

Einleitung   3

3.2  Projektbeschreibung  75

3.2.1  Darstellung der Kursinhalte  78

3.2.2  Exemplarische Darstellung einer Kursstunde  88

3.2.3  Belastungsverfahren  91

3.2.4  Bewertung der Leistungsfähigkeit  86

3.2.5  Apparaturbesprechung  90

3.2.6  Auswertungsverfahren und Statistik  92

4  Untersuchungsergebnisse  94

4.1  Darstellung der erfaßten Parameter des fahrradergometrischen  

Vor-  und Nachtests  94

4.2  Vergleichende Darstellung der Untersuchungsparameter  95

4.3  Vergleich der physical working capacity bei Puls 130  96

4.4  Vergleich der Herzfrequenzen in Ruhe  99

4.5  Vergleich der Belastungszeiten  101

4.6  Vergleich der Herzfrequenzen auf gegebenen submaximalen Be-  

lastungsstufen   104

5  Diskussion  108

6  Zusammenfassung  112

7  Verzeichnis der verwendeten Literatur  110

Einleitung 4

Verzeichnis der verwendeten Abkürzungen

% Prozent <...> Kennzeichnung fremdsprachlicher Begriffe °C Temperatur in Grade (C) Abb. Abbildung ADP Adenosindiphosphat AG Arbeitsgemeinschaft ATP Adenosintriphosphat BP Belastungspuls CO 2 Kohlendioxid dD diastolischer Druck Dr. Doktor EKG Elektrokardiogramm engl.: englisch etc. et cetera f./ff. folgende g Gramm H 2 Wasserstoff HF Herzfrequenz Hrsg. Herausgeber Kap. Kapitel kcal Kilokalorie kg Kilogramm kj Kilojoule l Liter Lat.: lateinisch min Minute ml Mililiter mmHg Milimeter Quecksilber mmol Milimol mol Mol

Einleitung 5

O 2 Sauerstoff p Irrtumswahrscheinlichkeit P Phospahat PC personal computer P d diastolischer Blutdruck Prof. Professor P m mittlerer Blutdruck P s systolischer Blutdruck PWC physical working capacity RP Ruhepuls s Standardabweichung s.o siehe oben s.u siehe unten S/ Min Schläge pro Minute sD systolischer Druck sec Sekunde Tab. Tabelle TPF Trainingspulsfrequenz U/ Min Umdrehung pro Minute USA united states of amerika V Atemzeitvolumen vgl. vergleiche VO 2 -max. Maximale Sauerstoffaufnahme VP Versuchsperson WHO world health organisation X Mittelwert

Einleitung 6

Verzeichnis der verwendeten Abbildungen

Abbildung 1: Darstellung der Rehabilitationsfälle nach Altersgruppen in den alten Bundesländern je 1.000 Versicherte ohne Rentner 1992 [erstellt auf Grundlage der Datensammlung des BUNDESVERBANDES DER BETRIEBSKRANKENKASSEN 1993].

Abbildung 2: Darstellung der bundesweiten Häufigkeit von Muskel-und Skeletterkrankungen nach Diagnoseuntergruppen. Aufgeführt ist der Anteil der Arbeitsunfähigkeitsfälle und -tage je 1.000 Mitglieder ohne Rentner in Prozent [erstellt auf Grundlage der Datensammlung des Bundesverbandes der Betriebskrankenkassen 1993].

Abbildung 3: Darstellung der Strukturformel des Adenosintriphosphats [aus STEGEMANN 1984, 32].

Abbildung 4: Darstellung der Spaltung von ATP unter Energiegewinn. Außer der Energie entsteht bei dieser chemischen Reaktion Adenosindiphosphat (ADP) und anorganisches Phosphat (P 1 ) [modifiziert nach MARKWORTH 1988, 234].

Abbildung 5: Anteil der energieliefernden Prozesse an der Energiebereitstellung bei maximaler körperlicher Belastung von unterschiedlicher Dauer [aus DE MARÉES 1992, 415].

Abbildung 6: Schematische Darstellung der verschiedenen Formen von Ausdauerleistungsfähigkeit [modifiziert nach HOLLMANN/HETTINGER 1990, 304].

Abbildung 7: Darstellung der maximalen Sauerstoffaufnahme in ml/kg KG min ^-1 von jeweils fünf der leistungsfähigsten Sportler der aufgeführten Sport-

Einleitung 7

Sportarten

[aus HOLLMANN/HECK; in HOLLMANN/HETTINGER 1990, 374].

Abbildung 8: Darstellung des Verhaltens der organischen Leistungsfähigkeit, gemessen anhand der maximalen Sauerstoffaufnahme bei männlichen und weiblichen Personen von der Kindheit bis zum hohen Alter [aus HOLLMANN 1990, 203].

Abbildung 9: Darstellung der pulsfrequenzbeeinflussenden Faktoren [modifiziert nach LAGERSTR∅M 1991, 291].

Abbildung 10: Mittelwertdarstellung der Pulsfrequenz von männlichen Personen des 3.-7. Lebensjahrzehnts auf gleichen Belastungsstufen während Fahrradergometerarbeit (Standardtestmethode) [aus HOLLMANN/HETTINGER 1990, 622].

Abbildung 11: Verhalten der Pulsfrequenz während und nach Arbeit verschiedener Intensität [nach E.A. MÜLLER; in SCHMIDT/THEWS 1985, 605].

Abbildung 12: Schematische Darstellung wichtiger Kreislaufgrößen beim Trainierten ( ) und Untrainierten ( )

[aus ROST/HOLLMANN 1982, 12].

Abbildung 13: Schema der biologischen Anpassung, gilt insbesondere für die Prozesse der Glykogendepotvergrößerung [aus BRÜGGEMANN/GROSSER/ZINTL 1986, 20].

Abbildung 14: Schematische Darstellung des Erholungswertes der einzelnen Pausenanteile; der Bereich der lohnenden Pause ist grau unterlegt [modifiziert nach GRAF; in HOLLMANN/HETTINGER 1990, 496].

Einleitung 8

Abbildung 15: Darstellung der Formel zur Ermittlung der Trainingspulsfrequenz nach SMITH/ISRAEL [1983, 158].

Abbildung 16: Darstellung der Formel zur Ermittlung der Trainingspulsfrequenz nach HOLLMANN/HETTINGER [1990, 478].

Abbildung 17: Darstellung der Formel zur Ermittlung der Trainingspulsfrequenz nach LAGERSTR∅M [1992, 84].

Abbildung 18: Darstellung der Formel zur Ermittlung der Trainingspulsfrequenz für fitneßorientiertes Schwimmen nach WILKE [1994, 350].

Abbildung 19: Darstellung der Formel zur Ermittlung der Trainingspulsfrequenz für ein gesundheitssportliches Schwimmtraining nach ROST [1990, 89].

Abbildung 20: Schematische Darstellung der Herzschlagfrequenz (HF),

systolischem Druck (sD), diastolischem Druck (dD), O 2 -Aufnahme (O 2 ), CO 2 -Bildung (CO 2 ), Atemzeitvolumen (V) bei linear ansteigender ergometrischer Belastung [modifiziert nach MELLEROWICZ 1979, 407].

Abbildung 21: Darstellung der graphische Ermittlung der PWC 130 . Im dargestellten Beispiel wurden die Daten von Versuchsperson 7 der vorliegenden Untersuchung eingesetzt. Die graphisch ermittelte PWC 130 betrug hier im Vortest 113 Watt, im Nachtest 130 Watt. Rechnerisch wurde eine Leistungsfähigkeit von 114 Watt im Vortest, 129.5 Watt im Nachtest ermit- telt.

Einleitung 9

Abbildung 22: Darstellung der für die Untersuchungen verwendeten Pulsmeßgeräte PE 3000 Polar (Finnland).

Abbildung 23: Graphische Darstellung der PWC 130 in Watt aller Teilnehmer vor und nach der Trainingsphase; die Daten von VP 1 wurden nicht erfaßt.

Abbildung 24: Graphische Darstellung der gewichtsbezogenen Leistungsfähigkeit PWC 130 in Watt/kg Körpergewicht des Vor- und Nachtests.

Abbildung 25: Graphische Darstellung der Ruheherzfrequenzen des Vor-und Nachtests aller Teilnehmer und Teilnehmerinnen.

Abbildung 26: Graphische Darstellung der Belastungszeit in Sekunden der Teilnehmer und Teilnehmerinnen vor und nach der Trainingsphase.

Abbildung 27: Darstellung der Mittelwerte für die Herzfrequenz auf gegebenen submaximalen Belastungsstufen des Vor- und Nachtests.

1 Einleitung

Erkrankungen des Rückens bzw. der Wirbelsäule stellen in unserer heutigen Zeit den Großteil der Muskel- und Skeletterkrankungen dar (vgl. Kap. 2.1). Empfehlungen, die Betroffene von Sporttherapeuten, Ärzten und Sportlehrern erhalten, um diesen Krankheitsbildern vorzubeugen, beziehen sich oft auf sportliche Betätigung. Dabei gesteht man dem Schwimmen, insbesondere dem Rückenschwimmen, eine besondere Rolle zu. Angesichts der Tatsache, daß es verschiedene Möglichkeiten gibt, das Rückenschwimmen auszuüben, stellt sich die Frage wie das Rückenschwimmen am günstigsten ausgeführt werden sollte um den oben genannten Erkran- kungen entgegenzuwirken.

Einleitung 10

Um dem gesundheitsbewußten Menschen, der in seiner Freizeit "wirbelsäu-lenfreundlich" aktiv werden möchte oder Sporttherapeuten, Ärzten und Sportlehrern eine Entscheidungshilfe zu geben, ist es nötig, die verschiedenen Variationen des Rückenschwimmens auf ihre Wirbelsäulentauglichkeit zu untersuchen. Eine wirbelsäulenfreundliche Rückenschwimmtechnik muß definiert werden.

BÄCKER nimmt dieses Problem 1988 auf und definiert im Rahmen einer Diplomarbeit an der Deutschen Sporthochschule Köln eine wirbelsäulenfreundliche Rückenschwimmtechnik.

Weiterführend greift das Institut für Schwimm,- Wasser-, Winter- und Kampfsport diesen Gedanken auf und untersucht die wirbelsäulenfreundliche Rückenschwimmtechnik unter verschiedenen sportwissenschaftlichen Gesichtspunkten. Insbesondere auch aufgrund der zahlenmäßig in keiner Relation zum heutigen Stand praktischer Erfahrung und Erkenntnis stehenden Untersuchungen mit dem Inhalt, eine wirbelsäulenfreundliche Rückenschwimmtechnik zu definieren und unter verschiedenen Zielsetzungen wissenschaftlich zu untersuchen.

Das Projekt "Rückengesundheit im Wasser" ist ein Programm, welches im Bereich der Primärprävention der degenerativen Wirbelsäulenerkrankungen anzusiedeln ist. Die Schwerpunkte liegen in der Vermittlung einer wirbelsäu-lenfreundlichen Rückenschwimmtechnik, welche die Teilnehmer und Teilnehmerinnen auch in der Freizeit nutzen können um wirbelsäulenfreundlich aktiv sein zu können. Desweiteren zielt das Programm auf den Ausgleich von muskulären Disbalancen besonders im Bereich der Rumpfmuskulatur. Zusätzlich soll das Programm dem psychischen Wohlbefinden und der psychischen Entspannung dienen.

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich innerhalb des Projekts "Rückenge-sundheit im Wasser" mit der Frage, inwieweit sich ein schwerpunktmäßig mittels der wirbelsäulenfreundlichen Rückenschwimmtechnik durchgeführtes schwimmerisches Ausdauertraining effektiv gestalten läßt. Im weiteren Ver- lauf der Arbeit wird untersucht, in welchem Ausmaß sich die kardio-

Einleitung 11

pulmonale Leistungsfähigkeit erwachsener Teilnehmer und Teilnehmerinnen durch die Teilnahme an dem geschilderten Projekt positiv beeinflussen lässt. Die Notwendigkeit, sich innerhalb des Projekts einer solchen Fragestellung zu widmen, ergibt sich aus der Vielzahl von wissenschaftlichen Untersuchungen, die immer wieder die Erkrankungen des Herz-Kreislauf Systems als eine der häufigsten Todesursachen in der Bundesrepublik Deutschland aufführen. Weiterhin sind Muskel- und Skeletterkrankungen sowie Herz-Kreislauf-Erkrankungen die Hauptgründe für die Inanspruchnahme von Rehabilitationsmaßnahmen (vgl. Kap. 2.1).

Da körperliche Bewegung nicht nur dem Risikofaktor Bewegungsmangel entgegenwirkt, sondern auch anderen Risikofaktoren ¹ , lassen sich beim körperlich aktiven Menschen entsprechend positive Effekte im Sinne einer Schutzwirkung auf das Herz-Kreislauf System nachweisen (vgl. Kap. 2.3.2) [HOLLMANN 1989, 9].

Aufgrund der vorliegenden Statistiken liegt es nahe die jetzt und zukünftig verursachenden Belastungen für die Bevölkerung und auch für das Gesundheitssystem durch sinnvolle Bewegungsprogramme zu begrenzen. Ob und wieweit ein präventiver Kurs "Rückengesundheit im Wasser" dazu einen Beitrag leistet, wird hier im Bezug auf die kardio-pulmonalen Trainingswirkungen dargestellt.

Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, diese Trainingseffekte eines zweimal wöchentlich durchgeführten 15-stündigen Schwimmtrainings im Rahmen des Projektes "Rückengesundheit im Wasser" auf die kardio-pulmonale Leistungsfähigkeit von Erwachsenen objektiv zu belegen. Diesbezüglich soll eine Maßnahme aufgezeigt werden, die Herz-Kreislauferkrankungen verhindert, bzw. den Krankheitsverlauf positiv beinflussen kann. Es ist zu erwarten, daß sich die Leistungsfähigkeit bei gleicher Herzfrequenz nach der Trainingsphase erhöht während sich die Herzfrequenz sowohl in Ruhe als auch auf gegebenen Belastungsstufen verringert.

¹ Hypertonie, Übergewicht, Distress und Rauchen (Senkung des Wahrscheinlichkeitsindex des Rauchens).

Einleitung 12

Desweiteren wird auch eine Möglichkeit aufgezeigt, wie die wirbelsäulen-freundliche Rückenschwimmtechnik in Kombination mit wassergymnastischen Lauf- und Bewegungsübungen sowie Entspannungsübungen einen sinnvollen Beitrag zur sporttherapeutischen Praxis leisten kann. Vielleicht lassen sich mithilfe des hier geschilderten Gesundheitsprogramms bezüglich der Prävention von Muskel- und Skeletterkrankungen und bezüglich der Herz-Kreislauferkrankungen zwei Zielgruppen parallel zueinander positiv beeinflussen.

Die Stundeninhalte wurden entsprechend erwachsenendidaktischer undmethodischer Grundlagen aufgestellt. 2

Das Schwimmen eignet sich für den Einsatz in der Hauptsache aus den folgenden Gründen:

• Die Auftriebskraft des Wassers entlastet den gesamten Bewegungsapparat.

• Schwimmen zählt zu den beliebtesten Bewegungsformen unserer Gesellschaft.

• Schwimmen zählt zu den klassischen Ausdauersportarten. [BÄCKER/BINKOWSKI 1990, 83].

² Auszugweise seien hier angeführt:

1. WILKE, K.: Schwimmsportpraxis. Hamburg,:Reinbek, 1994.

2. VÖLKER, K./MADSEN, ∅./LAGERSTR∅M, D.: Fit durch Schwimmen. Erlangen: Perimed Fachbuch, 1983

3. DORDEL, H.-J.: Bewegung und Sport Erwachsener -Anfängerschwimmen-, Dortmund: Verlag modernes Lernen,

1985.

Krankheitsarten 13

2 Literaturbesprechung

2.1 Krankheitsartenstatistik

In der Bundesrepublik Deutschland stirbt nach Angaben der FORD BETRIEBSKRANKENKASSE [1989, 3] jeder zweite Bundesbürger an den Folgen einer Herz-Kreislauf-Erkrankung. Die Häufigkeit von Herz-Kreislauf-Erkrankungen verursacht in der Bundesrepublik Kosten in zweistelliger Milliardenhöhe. Die Entwicklung der Herz-Kreislauf-Erkrankungen wird wesentlich von den nachfolgend dargestellten Risikofaktoren mitbeeinflußt.

Obwohl sich die oben aufgeführten Risikofaktoren unterschiedlich entwickelten, hat sich der Gesundheitsstatus in der gesamten Bundesrepublik 1991 für Männer und Frauen im Alter von 25 bis 69 Jahren deutlich verschlechtert. Das Risiko, an einer Herz-Kreislauf-Krankheit zu sterben, erhöhte sich für die 25 bis 69-jährige bundesdeutsche Bevölkerung von 1984 bis 1988 um 4.5%. Diese Entwicklung ist insofern überraschend, da ein gestiegenes Gesundheitsbewußtsein und eine Vielzahl von präventiven Aktivitäten einen eher positiven Trend erwarten lassen [FORSCHUNGSVERBAND DEUTSCHE HERZ-KREISLAUF-PRÄVENTIONSSTUDIE (DHP) 1991, 46 f.]. Diese eher beunruhigende Tendenz wird auch in Darstellungen des BUNDESVERBANDES DER BETRIEBSKRANKENKASSEN [1993, 49 ff.] bestätigt. Bei bundesweit durchgeführten Untersuchungen von über drei Millionen Mitgliedern wird festgestellt, daß die Muskel- und Skeletterkrankungen, ge- folgt von den Herz-Kreislauf-Erkrankungen, die häufigsten Gründe für die

Krankheitsarten 14

Inanspruchnahme von Rehabilitationsmaßnahmen darstellen. Die Herz-Kreislauf-Erkrankungen sind mit einem Anteil von 27 von Hundert, die Muskel- und Skeletterkrankungen mit einem Anteil von 39 v.H. an der Inanspruchnahme von Rehabilitationskuren beteiligt (vgl. Abb. 1). Diese Entwicklung zeigt eine starke Altersabhängigkeit. Aus der Darstellung ist ersichtlich, daß Erkrankungen des Muskel- und Skelettsystems sowie die Erkrankungen des Herz-Kreislauf Systems bei Überschreiten der Altersgrenze von 45 bis 50 Jahren den größten Teil von Rehabilitationsfällen ausmachen. Die Rehabilitationsmaßnahmen konzentrieren sich daher verstärkt auf diese Altersgruppe.

³ Unter Neubildungen werden hier sowohl gutartige als auch bösartige Neubildungen (Geschwulste) verstanden.

Krankheitsarten 15

Abbildung 3

Interessant ist im Zusammenhang mit dem Untersuchungsgegenstand `Wir-belsäulenfreundliches Rückenschwimmen´, daß der Großteil der Muskel- und Skeletterkrankungen mit über 60% den Rücken betreffen (vgl. Abb. 2) [BUNDESVERBAND DER BETRIEBSKRANKENKASSEN 1993, 49].

Krankheitsarten 16

2.2 Energiebereitstellung bei Sportlicher Leistung

Eine der wichtigsten Voraussetzungen für Ausdauerleistungen ist die muskuläre Energiebereitstellung, da jede Kontraktion der Skelettmuskulatur unter Energieverbrauch abläuft. Innerhalb des Muskels sind zahlreiche biochemische Reaktionen nachzuweisen, welche unter anderem die Aufgabe haben, energetische Substanzen aus dem Blut in den Muskel zu überführen und mit physikalischem Energiegewinn abzubauen. Die energetische Grundlage für jede Muskelkontraktion ist der Zerfall des ATPs, einer energieliefernden Körpersubstanz, die in nahezu allen lebenden Zellen vorhanden ist. Dieses Biomolekül bildet die Basis für die in den Zellen eines lebenden Organismus ständig ablaufenden Biosynthesen, Transportvorgänge und Muskelkontraktionen [DE MARÉES 1992, 397].

Das ATP-Molekül besteht aus der organischen Base Adenin, Ribose, einem Einfachzucker sowie aus drei Phosphatgruppen, die untereinander verbunden sind (vgl. Abb. 3).

Abbildung 4: Darstellung der Strukturformel des Adenosintriphosphats [aus STEGEMANN 1984, 32].

Die für die Muskelkontraktion benötigte Energie wird direkt frei. Das Prinzip der Energiegewinnung bei der Spaltung dieser Verbindung liegt darin begründet, daß die Endprodukte, die sich beim Abspalten eines Phosphatrestes ergeben, weniger freie Energie enthalten als die Ausgangssubstanz ATP. Die-

Energiebereitstellung bei sportlicher Leistung 17

ser Vorgang vollzieht sich unter Wirkung des Enzyms Adenosintriphosphatase (vgl. Abb. 4).

Die freie Energie dieser Reaktion beträgt ≈ 30 kJ/mol ² ATP.

Abbildung 5:

Die Muskelzellen enthalten die größte Konzentration des für die Muskelkontraktion wichtigen ATPs. Fände der Energiefluß für eine Reihe von Muskelkontraktionen nur aus dem „Energiespeicher“ Muskelzelle statt, so würde die Konzentration an ATP allenfalls für drei bis vier maximale Muskelkontraktionen oder ein bis zwei Sekunden Arbeitsdauer ausreichen. Deshalb ist für das Durchführen von Leistungen oberhalb dieser Zeitgrenze, wie dies bei Ausdauerleistungen der Fall ist, eine fortlaufende Resynthese (Wiederaufbau) des ATP aus ADP unbedingt notwendig, um weitere Muskelkontraktionen zu ermöglichen [DE MARÉES 1992, 402]. Pro Gramm Muskelgewicht sind in der Muskulatur fünf mol ATP pro zu finden [GROSSER/BRÜGGEMANN/ZINTL 1986, 25].

Nach STEGEMANN [1984, 31] verliert jedes Training ohne den Aufbau von körpereigenen Stoffen und die Energielieferung über das Biomolekül ATP seine Wirkung.

Die Resynthese des ATP findet auf den nachfolgend dargestellten drei Wegen statt. Das jeweilige dabei entstehende Endprodukt ist energieärmer als die Ausgangssubstanz, entsprechend ergibt sich ein Energiegewinn. Die nachfolgend dargestellten, innerhalb der Wiederherstellungsprozesse ablau- fenden verschiedenen Stoffwechselschritte haben das Ziel, die Energie der

Energiebereitstellung bei sportlicher Leistung 18

mit der Nahrung zugeführten Nährstoffe, hauptsächlich Kohlehydrate und Fette, freizusetzen.

1. anaerob alaktazid (über die Kreatinphosphatspaltung) Die ATP-Bildung über die Spaltung von Kreatinphosphat ist bei einer maximalen Arbeit für eine Dauer von 6 bis 8 Sekunden ausreichend [HOLLMANN/HET- TINGER 1990, 60]. Eine Laktatbildung findet nicht statt.

2. anaerob laktazid (über die Glykolyse)

In der Glykolyse, welche im Plasma der Muskelzelle abläuft, erfolgt der schrittweise Abbau von Glukose oder Glykogen, der Speicherform der Glukose. Im Verlauf der Glykolyse wird die Glukose bzw. das Glykogen in Brenztraubensäure umgewandelt. Durch das nicht ausreichende Vorhandensein von Sauerstoff erfolgt hier eine Umbildung der Brenztraubensäure in Laktat.

Ist Sauerstoff ausreichend vorhanden, erfolgt eine Überführung der Brenztraubensäure in aktivierte Essigsäure und es findet eine aerobe Glykolyse statt. Der Reingewinn an ATP beträgt pro mol Glukose zwei ATP und pro Glukosemolekül aus Glykogen drei ATP [HECK 1990, 26; DE MARÉES 1992, 404] (vgl. Tab. 1).

Tabelle 1: ATP-Ausbeute bei der vollständigen aeroben Zerlegung eines Zuckermoleküls aus

Energiebereitstellung bei sportlicher Leistung 19

1. aerob (über den Zitratzyklus und über die Atmungskette) Die in der Glykolyse gebildete Brenztraubensäure wird in den Zitronensäurezyklus, anschließend in die Atmungskette eingeschleust und unter Energiegewinn abgebaut. Der wesentliche Teil der ATP-Bildung findet in der Atmungskette statt. Hier wird das hohe energetische Potential des Wasserstoffs zur Phosphorylierung des ADP zu ATP genutzt. Der in der Glykolyse und im Zitronensäurezyklus reduzierte Wasserstoff wird in der Atmungskette über mehrere Schritte unter Energiegewinn abgestuft und letztendlich in Anwesenheit von Sauerstoff zu Wasser oxidiert. Die Gesamtenergiebilanz der Wiederherstellungswege führt beim Abbau von einem Molekül Glukose zur Bildung von insgesamt 39 ATP, CO 2 und Wasser [HECK 1990, 22 ff.; vgl. Tab. 1]. Da Sauerstoff ausreichend vorhanden ist, findet eine Laktatbildung nicht statt.

Bei Ausdauerbelastungen tritt nach DE MARÉES [1992, 449] besonders das Glykogen als Energielieferant in den Vordergrund. ⁴ Anlehnend an diese Aussage stellt WEINECK [1994, 88] dar, daß für Ausdauerbelastungen die Energiegewinnung über den Abbau von Glykogen einen wesentlichen Vorteil gegenüber dem Abbau von freien Fettsäuren bietet. Wie unten dargestellt haben die Fettsäuren zwar einen mehr als doppelt so hohen Energiewert, benötigen jedoch wesentlich mehr Sauerstoff bei der Verbrennung als das Glykogen. ⁵ Dies bedeutet, daß der absolute Brennwert der Fette höher liegt als der des Glykogens (vgl. Tab. 2). Bei Betrachtung des pro Liter Sauerstoff erreichten Energiebetrages fällt jedoch auf, daß bezogen auf die Energiebilanz die Verbrennung des Glykogens einen größeren Energiewert liefert als die Verbrennung von Fettsäuren. Der prozentuale Energiemehrgewinn bei der reinen Glukoseverbrennung beträgt 13%; bei der

⁴ HARTLY [1993, 84] bezeichnet Belastungen von mindestens 10 Minuten Dauer als Ausdauerbelastungen, da hier

die Energiebereitstellung zu über 80% oxidativ erfolgt.

⁵ Die physiologischen Brennwerte der Nährstoffe werden in der Literatur mit 4.1kcal/g für Kohlehydrate, 4.1kcal/g für

Eiweiße und 9.3kcal/g für Fette angegeben [DE MARÉES 1992, 446; STEGEMANN 1984, 74].

Energiebereitstellung bei sportlicher Leistung 20

Verbrennung von Glykogen sogar 16% gegenüber der Verbrennung von Fettsäuren.

Entsprechend der Darstellungen wird die Bedeutung eines ausreichend großen Glykogenspeichers für Ausdauersportler verständlich. Der Glykogengehalt in der Muskulatur beträgt nach STEGEMANN [1984, 83] 1.5g pro 100g Muskulatur. Weiterhin befinden sich noch 50 bis 75g gespeichertes Glykogen in der Leber sowie 5g Glukose im Blut. Der Fettanteil bei einem ca. 70kg schweren Mann beträgt ungefähr 10kg, entsprechend einem Energiegehalt von 400.000kJ.

Für die Bedeutung der Fettoxidation ist die Länge einer andauernden aeroben Belastung entscheidend. Wird eine solche Belastung mit 70% der maximalen Sauerstoffaufnahme durchgeführt, werden 20 bis 30% der benötigten Energiemenge im Anfangsteil der Belastung durch die Oxidation von Fettsäuren bereitgestellt. Fällt die Belastung in den Bereich der allgemeinen aeroben Langzeitausdauer (vgl. Kap. 2.3.1), kann der prozentuale Anteil bis zu 50% betragen, bei sehr lang andauernder Belastung bis zu 90%. Je besser der Trainingszustand eines Athleten im Bereich der aeroben Ausdauer ist, desto größer ist der Prozentteil der Fettoxidation an der Energiebereitstellung. Die Kohlehydratdepots werden geschont und die Fähigkeit, eine submaximale Ausdauerbelastung länger durchzuhalten, wird gestärkt [HOLLMANN/HETTINGER 1990, 74].

Der Umsatz freier Fettsäuren und die Lipolyse (Fettsäureverbrennung) stei- gen bei Belastungen mit großem Umfang und geringer Intensität stark an.

Energiebereitstellung bei sportlicher Leistung 21

Der Kohlehydratanteil wird erst bei Belastungen mit höherer Intensität bzw. erhöhtem aeroben Anteil verstärkt in Anspruch genommen [STRAUZENBERG 1979, 38].

Tabelle 3:

Folgende Faktoren bestimmen, in welchem Verhältnis Fettsäuren und Kohlehydrate bei der Energiebereitstellung während sportlicher Leistung stehen:

1. Kostzusammensetzung:

Als Brennstoff im Muskel wird vorrangig die energieliefernde herangezo-

Energiebereitstellung bei sportlicher Leistung 22

gen, die in der aufgenommenen Nahrung der jeweiligen Person zum größten Teil vertreten ist.

2. Arbeitsintensität:

Der Energiebedarf steigt gemeinsam mit der Arbeitsintensität an. Wenn dieser Energiebedarf aerob, d.h. unter ausreichend vorhandenem Sauerstoff realisierbar ist, wird von der langsamen Energiebereitstellung durch die Oxidation von Fettsäuren auf die schnellere Energienachlieferung über die Glukoseoxidation umgeschaltet. Ist der Energiebedarf weiterhin pro Zeiteinheit erhöht, erfolgt die Energiebereitstellung anaerob, also unter Laktatbildung.

3. Arbeitsdauer:

Der Anteil der Fette bei der Energiebereitstellung erhöht sich bei zunehmender aerober Arbeitsdauer. Allerdings ist mit diesem Prozeß auch eine Abnahme der Leistungsfähigkeit verbunden [DE MARÉES 1992, 452 ff.]. Die pro Zeit erreichbare Energieausbeute liegt bei einem Fettsäuremolekül unter der des Glukosemoleküls.

Die Belastungsformen während des schwimmerischen Ausdauertrainings lagen im Bereich des aerob-anaeroben Übergangs bzw. der aeroben Mittelzeitausdauer (vgl. Kap. 2.3.1).

2.3 Ausdauer

Sportliche Bewegungsformen lassen sich nach HOLLMANN/HETTINGER [1990, 141] schematisch in fünf motorische Hauptbeanspruchungsgruppen unterteilen:

Ausdauer 23

Im weiteren Verlauf der Arbeit wird auf die „klassische“ Hauptbeanspru-chungsform Ausdauer näher eingegangen; die ausführliche Erörterung und weitere Unterteilung der restlichen vier motorischen Hauptbeanspruchungs-formen soll hier nicht stattfinden.

Ausdauer ist identisch mit Ermüdungswiderstandsfähigkeit und wird definiert als die Fähigkeit, eine gegebene Leistung über einen möglichst langen Zeitraum durchhalten zu können [HOLLMANN/HETTINGER 1990, 303]. Nach GROSSER/BRÜGGEMANN/ZINTL [1986, 111] ist Ausdauer, neben der oben erwähnten Widerstandsfähigkeit gegen Ermüdung bei relativ lang anhaltenden Belastungen, auch durch die rasche Wiederherstellungsfähigkeit nach der Belastung definiert.

Die häufig nur mit „Ermüdungswiderstandsfähigkeit“ begrifflich gleichgesetzte Definition von Ausdauer kann dazu führen, daß ein Ausdauertraining im Sinne des Auftretens unangenehmer Erlebnisse bei stark ermüdenden Belastungen abgelehnt wird. Gesundheits- bzw. fitneßsportliches Ausdauertraining soll dagegen “(...) ein positives subjektives Empfinden im Sinne des Wohlbefindens zum Ziel haben“ [RÖTHIG 1992, 52]. Die verschiedenen Formen der Ausdauer sind in Abb. 6 dargestellt.

Ausdauer 24

Abbildung 7:

Die Differenzierung der Ausdauer richtet sich zum einen nach dem Umfang der eingesetzten Muskulatur, zum anderen nach der Art der vorrangigen Form der Energiebereitstellung.

Wird mindestens ¹ / 6 bis ¹ / 7 der Gesamtkörpermuskulatur eingesetzt, so spricht man von allgemeiner Muskelausdauer. Da neben den Muskelfaktoren auch übergeordnete Systeme wie Atmung und Herzkreislauf auf die Leistungsfähigkeit begrenzend wirken können, kommt dieser Differenzierung besondere Bedeutung zu [HECK 1990, 64].

Von aerober Ausdauer spricht man, wenn die Energiebereitstellung in Gegenwart von ausreichend vorhandenem Sauerstoff stattfindet. Von anaerober Ausdauer, wenn die Energiebereitstellung ohne oder bei unzureichendem Sauerstoff stattfindet [GROSSER/BRÜGGEMANN/ZINTL 1986, 111 f.]. Das Bruttokriterium der maximalen aeroben Leistungsfähigkeit ist die maximale Sauerstoffaufnahme (VO 2 max.). Sie gibt an, wieviel Liter Sauerstoff pro Minute maximal aufgenommen und für die Resynthese des ATP genutzt werden können [HECK 1990, 64]. Entsprechend finden sich bei typischen Ausdauersportarten hohe Werte der VO 2 max. In Abbildung 7 werden die maximalen VO 2 -max. Werte von verschiedenen Sportlern dargestellt. Von weiblichen Personen werden Maximalwerte mit dem 14. bis 16. Lebensjahr erreicht, von männlichen Personen mit dem 18. bis 20. Lebensjahr. Die aerobe Leistungsfähigkeit nimmt nach dem 30. Lebensjahr stetig ab (vgl. Kap. 2.3.4). Diese Entwicklung läßt sich durch Ausdauertraining bremsen [HOLLMANN/HETTINGER 1990, 626; HOLLMANN/LIESEN 1985, 86].

Ausdauer 25

Abbildung 8:

2.3.1 Allgemeine aerobe Ausdauer

Die allgemeine aerobe Ausdauer wird als aerobe Ausdauerleistung mittels dynamischer Arbeit unter Einsatz von mehr als ¹ / 6 bis ¹ / 7 der gesamten Skelettmuskulatur definiert. Zur besseren Orientierung sei hier angemerkt, daß

¹ / 6 bis ¹ / 7 der gesamten Skelettmuskulatur der gut entwickelten Muskulatur eines Beines entspricht [HOLLMANN/HETTINGER 1990, 347]. Je nach Belastungsdauer wird die allgemeine aerobe Ausdauer in die folgenden drei Untergruppen unterteilt;

1. Allgemeine aerobe Kurzzeitausdauer: Die Belastungsdauer beträgt 3 bis 10 Minuten. Durch die hier vorliegende hohe Belastungsintensität reichen die aerob ablaufenden Stoffwechselvorgänge nicht aus, um eine ausreichende

Ausdauer 26

Energiegewinnung zu gewährleisten. Die zusätzliche Energiegewinnung erfolgt durch parallel ablaufende metabolische (abbauende) Vorgänge mit hohen Laktatwerten in Blut und Gewebe. Bei dieser Form der Ausdauer werden die höchsten Werte der maximalen Sauerstoffaufnahme/Minute erreicht. Die vorrangige Form der Energiebereitstellung ist jedoch mit einem Anteil von mindestens 60% weiterhin aerob

[BRÜGGEMANN/GROSSER/ZINTL 1986, 121].

2. Allgemeine aerobe Mittelzeitausdauer: Die Belastungsdauer beträgt 10 bis 30 Minuten. Der Anteil der aeroben Stoffwechselanteile ist hier wesentlich höher als bei der allgemeinen aeroben Kurzzeitausdauer. Da die Belastungsdauer relativ lang ist, treten keine Maximalwerte bei der maximalen Sauerstoffaufnahme/Minute auf.

3. Allgemeine aerobe Langzeitausdauer: Die Belastungsdauer beträgt mehr als 30 Minuten. Die Größe der Kohlehydratdepots wird neben kardiopulmonaler Kapazität und anaerob-aerober Schwelle zur entscheidenden leistungsbeeinflussenden Größe [HOLLMANN/HETTINGER 1990, 347 f.].

Für die vorliegende Arbeit ist von den dargestellten Formen der Ausdauer besonders die allgemeine aerobe Mittelzeitausdauer bedeutend, da die meisten dynamischen Beanspruchungsformen während des Trainings im zeitlichen Rahmen von 10 bis 30 Minuten liegen.

2.3.2 Gesundheitssportlicher Wert und präventivmedizinische Bedeutung des Ausdauertrainings

Ausdauertraining verfolgt das Ziel, die allgemeine aerobe Ausdauer zu erhöhen [RÖTHIG 1992, 54].

Desweiteren ist Ausdauertraining ein geeignetes Mittel, um Bewegungsman- gelkrankheiten vorzubeugen und in der Rehabilitation wirksam zu werden. Es

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ist besonders zur Vorbeugung gegen und zur Wiederherstellung nach Herz-und Kreislauf-Erkrankungen geeignet. Entsprechend seiner volksgesundheitlichen Bedeutung hat Ausdauertraining einen ganz besonderen Stellenwert [LETZELTER 1987, 162].

Beim Vergleich verschiedener epidemiologischer Studien zur Bedeutung von körperlichem Training stellen HOLLMANN/LIESEN/ROST/HECK/SATOMI [1985, 49] fest, daß Aktivitäten, welche auf Belastung der allgemeinen aeroben Ausdauer zielen, eine kardioprotektive bzw. eine Schutzwirkung auf das menschliche Herz besitzen.

PFAFFENBERGER [1992, 60 ff.] stellt nach eigenen epidemiologischen Untersuchungen fest, daß das Risiko, an einer koronaren Herzkrankheit zu sterben, durch körperliche Aktivität gesenkt werden kann. Zusammenfassend läßt sich erkennen, daß dieses Risiko, bei den untersuchten Personen mit steigender Stoffwechselaktivität bzw. steigendem Kalorienverbrauch sinkt.

In HOLLMANN/ROST/DUFAUX/LIESEN [1983, 88] wird die Vielzahl von Anpassungserscheinungen durch ein Training zur Verbesserung der allgemeinen aeroben Ausdauer dargestellt.

1. Liegt eine Koronarschwäche vor, kann das drohende Mißverhältnis zwischen O 2 -Bedarf und O 2 -Angebot bei körperlicher Arbeit auf eine höhere Belastungsstufe verschoben werden. Dies wird durch die nachfolgend auf- geführten Mechanismen ermöglicht:

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• Zunahme von Zahl und Größe der Mitochondrien in der ausdauertrainierten Muskulatur;

• Vermehrung der Aktivität anaerober und aerober Enzyme; • Zunahme des Myoglobingehalts;

• Zunahme der Oberfläche der Kapillaren in der trainierten Muskulatur;

• Abnahme des peripheren Widerstands; Gemeinsam bewirken die genannten Mechanismen eine Verminderung des peripheren sympathischen Antriebs auf das Herz.

Zentrale Mechanismen:

• Verminderung der Herzschlagzahl in Ruhe und auf gegebenen submaximalen Belastungsstufen;

• Tendenz zur Reduzierung des systolischen Blutdrucks; • Verlängerung der Diastolendauer und Zunahme der diastolischen Relaxationsgeschwindigkeit; • Reduzierung der Kontraktilität; • Festigen der elektrischen Stabilität des Myokards; • Verminderung der Katecholaminfreisetzung. 1. Die Fließeigenschaften des Blutes können verbessert werden. 2. Eine Thromboseneigung kann reduziert werden. 3. Der Atheroskleroseentwicklung kann entgegengewirkt werden durch eine Veränderung des Lipoproteinmusters in Richtung einer Vermehrung von HDL, einer Senkung von LDL und Triglyceriden.

4. Die Insulin-Sensibilität erhöht sich parallel mit der Glukosetoleranz und gesenktem Plasmainsulinspiegel

[HOLLMANN/LIESEN/ROST/HECK/SATOMI 1985, 50 f.; HOLLMANN 1990, 195 ff.].

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“Wichtigstes Gesamtergebnis: Die Reduzierung der Herzbelastung für eine gegebene Körperarbeit, Verringerung des O 2 -Bedarfs des Herzens für eine gegebene Belastungsstufe, ggf. Reduzierung der Risikofaktoren: Hypertonie, Hyperlipidämie, Hyperglykämie (körperlich aktive Menschen metabolisieren Glukose schneller), Adipositas, Disstreß, Bewegungsmangel.“ [HOLLMANN/HETTINGER 1990, 457]. 6

Im Bezug auf die therapeutische Bedeutung von Ausdauerbelastungen hebt ROST [1991, 93] hervor, daß nur Ausdauerbelastungen zu Trainingseffekten am Herz-Kreislauf System führen. Günstig für ein Ausdauertraining sind nach

HOLLMANN/ROST/DUFAUX/LIESEN [1983, 86] vor allem Sportarten, die mit Einsatz großer Muskelgruppen über eine längere Zeit durchgeführt werden können. Dabei handelt es sich um Sportarten mit zyklischen, dynamischen Bewegungsabläufen, zu denen unter anderem Laufen, Radfahren und Schwimmen gehören.

Experimentell erhobenen Laborbefunden nach muß die Belastungsdauer kontinuierlich drei Minuten überschreiten um Anpassungserscheinungen zu bewirken. Deutliche Adaptationseffekte sind im Labor bereits nach fünf Minuten kontinuierlicher Belastungsdauer zu verzeichnen. STRAUZENBERG [1979, 37] merkt an, daß als Minimum für das Erreichen von Funktionsverbesserungen ein wöchentlich zweimal durchgeführtes Training, von ca. 20 bis 30 Minuten Dauer ausreichend ist. Übereinstimmend stellen VÖLKER/MADSEN/LAGERSTR∅M [1983, 83] die Mindestanforderung eines gesundheitlich wirksamen Trainings dar. HOLLMANN/HETTINGER [1990, 481] stellen fest, daß für eine Verbesserung der kardio-pulmonalen Leistungsfähigkeit in dem für präventivmedizinische

^{6 Die Herabsetzung des O} 2 -Bedarfs im Herzmuskel findet durch folgende ausdauertrainingsbedingte Adaptationen

statt:

• Senkung der HF in Ruhe und auf gegebenen submaximalen Belastungsstufen;

• Verlängerung der Diastolendauer (die Herzmuskeldurchblutung findet hauptsächlich in dieser Phase statt);

• Senkung des systolischen Drucks (der Widerstand, gegen den der Herzmuskel anarbeitet sinkt);

• Sauerstoffsparende Abnahme der Kontraktilität des Herzmuskels im submaximalen Bereich;

• Reduzierte Freisetzung der Sauerstoffräuber Norafrenalin und Adrenalin;

• Abnahme des peripheren Widerstands;

• Verbesserung der elektrischen Stabilität des Herzmuskels (Verminderung von Herzrhythmusstörungen).

[HOLLMANN 1990, 200].