Inhaltsverzeichnis I

Inhaltsverzeichnis   

1  Einleitung.  1

1.1  Energiestoffwechsel.  1

1.2  Leistungsdiagnostik  3

1.3  Allgemeine aerobe Ausdauerleistungsfähigkeit  4

1.3.1  Belastungsschema.  4

1.3.2  Beurteilungskriterien  6

1.3.3  Abbruchkriterien.  7

1.4  Laktatkinetik  7

1.5  Laktatschwellenkonzepte.  9

1.5.1  Anaerobe 4-mmol Schwelle nach MADER et al. (1976)  9

1.5.2  Individuelle anaerobe Schwelle nach DICKHUTH et al. (1991)  10

1.6  Ziel der Untersuchung  11

2  Methodik.  13

2.1  Untersuchungsgerät  13

2.2  Probandengut  13

2.3  Untersuchungsdesign  14

2.3.1  Eingangsuntersuchung  15

2.3.2  Stufentest  15

2.4  Messmethodik.  16

2.4.1  Blutdruckmessung  16

2.4.2  Lakatbestimmung.  17

2.4.3  Herzfrequenzmessung.  18

2.4.4  Leistungsberechnung  18

2.5  Statistik  19

3  Ergebnisse.  20

3.1  Blutdruckwerte.  21

3.1.1  Systolischer Blutdruck.  21

3.1.1.1  Vor der Belastung  21

3.1.1.2  Nach der Belastung.  22

3.1.2  Diastolischer Blutdruck  23

3.1.2.1  Vor der Belastung  23

3.1.2.2  Nach der Belastung.  24

3.1.3  Arterieller Mitteldruck.  25

3.1.3.1  Vor der Belastung  25

3.1.3.2  Nach der Belastung.  26

3.2  Laktatwerte  27

3.2.1  Belastungsstufe 0  27

3.2.2  Belastungsstufe 1  28

3.2.3  Belastungsstufe 2  29

3.2.4  Belastungsstufe 3  30

3.2.5  Belastungsstufe 4  31

3.2.6  Belastungsstufe 5  32

3.2.7  Belastungsstufe 6  33

3.2.8  Belastungsstufe 7  34

3.2.9  Belastungsstufe 8  35

3.2.10  Nach der Belastung.  36

3.3  Herzfrequenzwerte  37

Inhaltsverzeichnis II

3.3.1  Belastungsstufe 0  37

3.3.2  Belastungsstufe 1  38

3.3.3  Belastungsstufe 2  39

3.3.4  Belastungsstufe 3  40

3.3.5  Belastungsstufe 4  41

3.3.6  Belastungsstufe 5  42

3.3.7  Belastungsstufe 6  43

3.3.8  Belastungsstufe 7  44

3.3.9  Belastungsstufe 8  45

3.3.10  Eine Minute nach Belastung  46

3.3.11  Drei Minuten nach Belastung  47

3.3.12  Fünf Minuten nach Belastung.  48

3.4  Spezielle leistungsphysiologische Kenngrößen.  49

3.4.1  Schwellengeschwindigkeit nach DICKHUTH et al. (1991)  49

3.4.2  Schwellengeschwindigkeit nach MADER et al. (1976)  50

3.4.3  Schwellenlaktat nach DICKHUTH et al. (1991)  51

3.4.4  Basislaktat nach DICKHUTH et al. (1991)  52

3.4.5  Approximierte Stufenhöhe.  53

4  Diskussion  54

4.1  Methodenkritik.  54

4.2  Interpretation der Herzfrequenzwerte  56

4.2.1  Ruheherzfrequenz  57

4.2.2  Belastungsherzfrequenz  59

4.2.3  Nachbelastungsherzfrequenz  61

4.3  Interpretation der Blutdruckwerte.  63

4.3.1  Blutdruck in Ruhe.  64

4.3.2  Arterieller Mitteldruck.  66

4.3.3  Nachbelastungsblutdruck.  67

4.4  Interpretation der Laktatwerte  70

4.4.1  Ruhelaktat  72

4.4.2  Belastungslaktat  73

4.4.3  Nachbelastungslaktat  76

4.5  Interpretation der leistungsphysiologischen Kenngrößen.  78

4.5.1  Schwellenkonzepte nach MADER et al. (1976) und DICKHUTH  

et  al. (1991)  78

4.5.2  Approximierte Stufenhöhe.  82

4.6  Empfehlungen für die Trainingspraxis  83

4.7  Fazit und Ausblick  86

5  Zusammenfassung  88

6  Literaturverzeichnis  90

7  Anhang.  93

7.1  Anthropometrische Daten der Probanden.  93

7.2  Formblatt Testprotokoll  94

7.3  Einverständniserklärung der Teilnehmer  95

Abkürzungsverzeichnis III

Abkürzungsverzeichnis

AÄ AAS Abb. Abs. Acetyl-CoA ANOVA AS aSh ATP Aufl. AV bearb. BMI ca. cm Zentimeter dias. erw. et al. et altera EU h H ⁺ HF HF ^max Hrsg. HWZ IAS k.S. KF kg KH kJ km korr. KP KW l l.S. La LLK max. maxLass min mmol Millimol MW Mittelwert n O ² p PFK

Abkürzungsverzeichnis IV

pH-Wert PWC RQ RR RR dias diastolischer Blutdruck RR m arterieller Mitteldruck RR sys s. S. SD sek. sig. sog. sys. Tab. u.a. unter anderem u.U. unter Umständen überarb. UV vgl. vollst. vs. z.B. zum Beispiel

Abbildungsverzeichnis V

Abbildungsverzeichnis

Abb. 1: Energiebereitstellung bei maximaler Belastung in Abhängigkeit von der Belastungszeit (DICKHUTH, 2000, S. 183).......................................................... 2 Abb. 2: Laktat-Leistungskurve eines Sportlers links (JANSSEN, 1989, S. 46) und der Einfluss von Ausdauertraining auf die LLK rechts (JANSSEN, 1989, S. 47)........ 8 Abb. 3: Bestimmungsmethode der „aerob-anaeroben Schwelle bei einem Blutlaktatwert von 4 mmol/l (HECK, 1990, S.142)........................................................................ 9 Abb. 4: Bestimmungsverfahren der „+1,5 mmol/l-Methode“ (CLASING et al., 1994,

S. 117). .................................................................................................................. 11 Abb. 5: Stufenförmiges Belastungsdesign mit 5minütiger Stufendauer (nähere

Erläuterungen im Text). ........................................................................................ 16 Abb. 6: Graphische Darstellung des systolischen Blutdrucks (in mmHg) vor der Belastung, unterteilt nach Stufendauer und nach Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des prozentualen Körperfettanteils. .......................................................... 21 Abb. 7: Graphische Mittelwertdarstellung des systolischen Blutdrucks (in mmHg) nach der Belastung, eingeteilt in Körperfettanteil sowie Stufendauer........................... 22 Abb. 8: Graphische Darstellung der Mittelwerte des diastolischen Blutdrucks (in mmHg) vor der Belastung, differenziert nach Stufendauer und dem anteiligen

Körperfettgehalt (in %) der Probanden. ................................................................ 23 Abb. 9: Deskriptive graphische Mittelwertdarstellung des diastolischen Blutdrucks (in mmHg) nach der Belastung, gruppiert nach Stufendauer und dem Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des prozentualen Körperfettanteils. ..... 24 Abb. 10: Darstellung des arteriellen Mitteldrucks (in mmHg) vor der Belastung anhand einer Mittelwertgraphik mit Unterteilung nach Stufendauer sowie nach anteiligem

Körperfettgehalt (in %) der Teilnehmer................................................................ 25 Abb. 11: Mittelwertdarstellung des arteriellen Mitteldrucks (in mmHg) nach der Belastung, gruppiert nach Stufendauer und Körperfettgruppe.............................. 26 Abb. 12: Deskriptive graphische Darstellung der Ruhelaktatwerte (in mmol/l), unterteilt in kurze und lange Stufe sowie nach prozentualem Körperfettanteil.................... 27 Abb. 13: Mittelwerte des Laktats (in mmol/l) auf der ersten Belastungsstufe, differenziert nach kurzer vs. langer Stufe und dem Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des prozentualen Körperfettanteils........................................ 28 Abb. 14: Graphische Darstellung der Laktatwerte (in mmol/l) der zweiten Stufe im Mittel, gruppiert nach Stufendauer und Körperfettanteil. ..................................... 29 Abb. 15: Mittelwertdarstellung des Laktats (in mmol/l) der Stufe 3, gegliedert nach Stufendauer und Körperfettgruppe........................................................................ 30 Abb. 16: Laktatwerte (in mmol/l) der Stufe 4 im Mittel, gruppiert nach Stufendauer und dem anteiligen Körperfettgehalt (in %)................................................................. 31

Abbildungsverzeichnis VI

Abb. 17: Deskriptive graphische Darstellung der Laktatmittelwerte (in mmol/l) auf Stufe 5, eingeteilt nach der Dauer der Belastungsstufe und dem Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des prozentualen Körperfettanteils.................................. 32 Abb. 18: Durchschnittliche Laktatwerte (in mmol/l) der Stufe 6, differenziert nach Körperfettgruppe sowie nach kurzer und langer Stufedauer................................. 33 Abb. 19: Graphische Mittelwertdarstellung des Laktats (in mmol/l) auf Belastungsstufe 7, gruppiert nach der Dauer der Stufe. .................................................................. 34 Abb. 20: Deskriptive graphische Darstellung der Laktatmittelwerte (in mmol/l) auf Belastungsstufe 8, eingeteilt nach der Dauer der Belastungsstufe........................ 35 Abb. 21: Durchschnittliche Laktatwerte (in mmol/l) nach der Belastung, unterteilt in Stufendauer und prozentualen Körperfettanteil der Probanden. ........................... 36 Abb. 22: Ruheherzfrequenzen (in S/min) im Mittel, differenziert nach Körperfettgruppe und Dauer der Belastungsstufe.............................................................................. 37 Abb. 23: Graphische Mittelwertdarstellung der Herzfrequenzen (in S/min) auf Stufe 1, gruppiert nach Körperfettgruppen und Stufendauer............................................. 38 Abb. 24: Deskriptive graphische Darstellung der Herzfrequenzwerte (in S/min) auf Stufe 2, eingeteilt in Körperfettgruppen und Stufendauer. ................................... 39 Abb. 25: Durchschnittliche Herzfrequenzwerte (in S/min) der dritten Belastungsstufe, differenziert nach Stufendauer und anteiligem Körperfettgehalt (in %)............... 40 Abb. 26: Herzfrequenzwerte (in S/min) der Stufe 4 im Mittel, gruppiert nach Körperfettgruppe und Dauer der Belastungsstufe. ................................................ 41 Abb. 27: Graphische Mittelwertdarstellung der Herzfrequenzen (in S/min) auf Stufe 5 mit Unterteilung in Körperfettgruppen und Stufendauer. .................................... 42 Abb. 28: Durchschnittliche Herzfrequenzen (in S/min) der Stufe 6, dargestellt in graphischer Form mit Differenzierung nach Stufendauer und prozentualem

Körperfettanteil. .................................................................................................... 43 Abb. 29: Deskriptive graphische Darstellung der Herzfrequenzwerte (in S/min) der siebten Belastungsstufe eingeteilt in kurze und lange Stufendauer. ..................... 44 Abb. 30: Durchschnittliche Herzfrequenzwerte (in S/min) der achten Stufe, differenziert nach der Dauer der Belastungsstufe. ..................................................................... 45 Abb. 31: Graphische Mittelwertdarstellung der Herzfrequenzen (in S/min) eine Minute nach Belastung, gruppiert nach Körperfettgruppen und Stufendauer. .................. 46 Abb. 32: Durchschnittliche Herzfrequenzwerte (in S/min) drei Minuten nach Belastung, gruppiert nach Körperfettgruppe und Dauer der Belastungsstufe......................... 47 Abb. 33: Deskriptive graphische Darstellung der Herzfrequenzmittelwerte (in S/min) fünf Minuten nach Belastung, differenziert nach Stufendauer und prozentualem

Körperfettanteil. .................................................................................................... 48

Abbildungsverzeichnis VII

Abb. 34: Mittelwertdarstellung der Schwellengeschwindigkeiten (in km/h) nach DICKHUTH et al. (1991), differenziert nach kurzer vs. langer Stufe und dem

prozentualen Körperfettanteil................................................................................ 49 Abb. 35: Graphische Darstellung der durchschnittlichen Schwellengeschwindigkeiten (in km/h) nach MADER et al. (1976), gegliedert in Körperfettgruppe und Dauer

der Belastungsstufe................................................................................................ 50 Abb. 36: Durchschnittliche Schwellenlaktatwerte (in mmol/l) nach DICKHUTH et al. (1991), dargestellt in graphischer Form mit Unterteilung in Körperfettgruppen und

Stufendauer............................................................................................................ 51 Abb. 37: Graphische Mittelwertdarstellung des Basislaktats (in mmol/l) nach DICKHUTH et al. (1991), gruppiert in kurze vs. lange Stufe und anteiligen

Körperfettgehalt (in %). ........................................................................................ 52 Abb. 38: Deskriptive graphische Darstellung der approximierten Stufenhöhe (in km/h) im Mittel, differenziert nach Körperfettgruppen und Stufendauer........................ 53 Abb. 39: Die tageszeitliche Veränderung der Leistungsfähigkeit (WEINECK, 2000,

S. 261). .................................................................................................................. 55 Abb. 40: Herzfrequenzmittelwerte (in S/min) der kurzen und langen Stufe mit Angabe des Signifikanzniveaus und Probandenanzahl pro Stufe....................................... 60 Abb. 41: Kinetik der Herzfrequenz nach verschiedenen Arten der Ausbelastung

(ISRAEL, 1982, S. 88). ......................................................................................... 61 Abb. 42: Herzfrequenzmittelwerte nach der Belastung (in S/min) differenziert nach

kurzer vs. langer Stufendauer................................................................................ 62 Abb. 43: Einfluss des Trainingszustands auf den systolischen Blutdruck in Abhängigkeit des Alters (KLEINMANN, 1980, S. 240). ..................................... 64 Abb. 44: Abhängigkeit des RR sys und RR dias von der Intensität einer körperlichen Leistung (THEWS & VAUPEL, 2001, S. 161). ................................................... 67 Abb. 45: Der Einfluss unterschiedlicher Ernährungssituationen auf Form und Lage der Laktat-Leistungskurve, dargestellt an einem Einzelfall (BRAUMANN et al.,

1987, S.37). ........................................................................................................... 71 Abb. 46: Laktatmittelwerte (in mmol/l) der kurzen und langen Stufe mit Angabe des Signifikanzniveaus und Probandenanzahl pro Stufe. ............................................ 74 Abb. 47: Simulation von Muskel- und Blutlaktat bei zwei Minuten dauernder hoher Laktatbildung (vgl. HECK, 1990, S. 41)............................................................... 77 Abb. 48: Darstellung der Herzfrequenz- und Laktatkurven von Proband Nr. 8 bei 5- und 8-minütiger Stufendauer (nähere Erläuterungen im Text). ................................... 79 Abb. 49: Trainingsintensitäten und angestrebte Laktat- und Herzfrequenzbereiche, abgeleitet aus einer Laufbandergometrie (DICKHUTH, 2000, S. 208)................ 84

Tabellenverzeichnis VIII

Tabellenverzeichnis

Tab. 1: Überblick über die Belastungsschemata für die Laufbandergometrie. ................ 5 Tab. 2: Beurteilungskriterien der Ausbelastung (DE MARÉES, 2002, S. 459)............... 6 Tab. 3: Anthropometrische Daten der Versuchspersonen (KF = Körperfettanteil,

KW = Körperwasseranteil).................................................................................... 14 Tab. 4: Test auf Normalverteilung nach Kolmogorov-Smirnov..................................... 20 Tab. 5: Deskriptive tabellarische Darstellung des systolischen Blutdrucks (in mmHg) vor der Belastung, differenziert nach Dauer der Belastungsstufe sowie simultan

nach dem prozentualen Körperfettanteil. .............................................................. 21 Tab. 6: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich des systolischen Blutdrucks vor der Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 21 Tab. 7: Mittelwertdarstellung des systolischen Blutdrucks (in mmHg) nach der Belastung, unterteilt in Körperfettgruppe und Stufendauer. ................................. 22 Tab. 8: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich des systolischen Blutdrucks nach der Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 22 Tab. 9: Deskriptive tabellarische Darstellung des diastolischen Blutdrucks (in mmHg) vor der Belastung, unterteilt in Körperfettgruppe sowie in kurze und lange

Stufendauer............................................................................................................ 23 Tab. 10: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich des diastolischen Blutdrucks vor der Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 23 Tab. 11: Tabellarische Darstellung der Mittelwerte des diastolischen Blutdrucks (in mmHg) nach der Belastung, untergliedert in Körperfettanteil der Probanden

sowie kurzer und langer Stufendauer. ................................................................... 24 Tab. 12: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich des diastolischen Blutdrucks nach der Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 24 Tab. 13: Mittelwerte des arteriellen Mitteldrucks (in mmHg) vor der Belastung, differenziert nach Körperfettgruppe und Dauer der Belastungsstufe.................... 25 Tab. 14: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich des arteriellen Mitteldrucks vor der Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 25 Tab. 15: Deskriptive tabellarische Darstellung des arteriellen Mitteldrucks (in mmHg) nach der Belastung, eingeteilt in prozentualen Körperfettanteil sowie in kurze vs.

lange Stufe............................................................................................................. 26

Tabellenverzeichnis IX

Tab. 16: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich des arteriellen Mitteldrucks nach der Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 26 Tab. 17: Tabellarische Darstellung der Ruhelaktatwerte (in mmol/l) anhand der Mittelwerte, gruppiert nach Stufendauer und Körperfettgruppe. .......................... 27 Tab. 18: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Ruhelaktatwerte mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und Körperfettanteil). 27 Tab. 19: Deskriptive tabellarische Darstellung der Laktatwerte (in mmol/l) von Belastungsstufe 1, gegliedert in prozentualen Körperfettanteil der Probanden

sowie Dauer der Belastungsstufe. ......................................................................... 28 Tab. 20: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Laktatwerte von Belastungsstufe 1 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und

Körperfettanteil). ................................................................................................... 28 Tab. 21: Mittelwerte des Laktats (in mmol/l) auf der zweiten Stufe, eingeteilt nach prozentualem Körperfettanteil sowie nach der Dauer der Belastungsstufe. ......... 29 Tab. 22: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Laktatwerte von Belastungsstufe 2 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und

Körperfettanteil). ................................................................................................... 29 Tab. 23: Tabellarische Darstellung der durchschnittlichen Laktatwerte (in mmol/l) für Belastungsstufe 3 mit Unterteilung nach anteiligem Körperfettgehalt (in %) und

nach kurzer vs. langer Stufe. ................................................................................. 30 Tab. 24: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Laktatwerte von Belastungsstufe 3 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und

Körperfettanteil). ................................................................................................... 30 Tab. 25: Deskriptive Darstellung der Laktatwerte (in mmol/l) von Belastungsstufe 4, differenziert nach kurzer vs. langer Stufe und dem Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des prozentualen Körperfettanteils........................................ 31 Tab. 26: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Laktatwerte von Belastungsstufe 4 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und

Körperfettanteil). ................................................................................................... 31 Tab. 27: Durchschnittliche Laktatwerte (in mmol/l) der fünften Belastungsstufe, unterteilt in Körperfettgruppe und Stufendauer. ................................................... 32 Tab. 28: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Laktatwerte von Belastungsstufe 5 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und

Körperfettanteil). ................................................................................................... 32 Tab. 29: Mittelwertdarstellung des Laktats (in mmol/l) auf Belastungsstufe 6, gegliedert nach Stufendauer und prozentualem Körperfettanteil........................................... 33 Tab. 30: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Laktatwerte von Belastungsstufe 6 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und

Körperfettanteil). ................................................................................................... 33

Tabellenverzeichnis X

Tab. 31: Tabellarische Darstellung der Laktatmittelwerte (in mmol/l) für die siebte Belastungsstufe mit Unterteilung in kurze und lange Stufe. ................................. 34 Tab. 32: Laktatwerte (in mmol/l) der Belastungsstufe 8 im Mittel, differenziert nach

kurzer vs. langer Stufendauer................................................................................ 35 Tab. 33: Deskriptive Darstellung der Nachbelastungslaktatwerte (in mmol/l), gegliedert nach kurzer vs. langer Stufe und dem Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des

prozentualen Körperfettanteils. ............................................................................. 36 Tab. 34: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Nachbelastungslaktatwerte mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und

Körperfettanteil). ................................................................................................... 36 Tab. 35: Mittelwertdarstellung der Ruheherzfrequenzen (in S/min) mit Unterteilung in kurze vs. lange Stufe sowie dem anteiligen Körperfettgehalt (in %).................... 37 Tab. 36: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Ruheherzfrequenzen mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und Körperfettanteil). 37 Tab. 37: Tabellarische Darstellung der Herzfrequenzwerte (in S/min) für Belastungsstufe 1, gegliedert nach Stufendauer und prozentualem Körperfettanteil. ............ 38 Tab. 38: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte von Belastungsstufe 1 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer

und Körperfettanteil). ............................................................................................ 38 Tab. 39: Herzfrequenzwerte (in S/min) der zweiten Belastungsstufe, untergliedert in Körperfettanteil sowie kurzer und langer Stufe. ................................................... 39 Tab. 40: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte von Belastungsstufe 2 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer

und Körperfettanteil). ............................................................................................ 39 Tab. 41: Deskriptive Darstellung der Herzfrequenzwerte (in S/min) von Stufe 3, gegliedert nach kurzer vs. langer Stufe und dem Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des prozentualen Körperfettanteils. .......................................................... 40 Tab. 42: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte von Belastungsstufe 3 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer

und Körperfettanteil). ............................................................................................ 40 Tab. 43: Mittelwertdarstellung der Herzfrequenzen (in S/min) von Belastungsstufe 4 mit Unterteilung in kurze vs. lange Stufe sowie dem prozentualen

Körperfettanteil. .................................................................................................... 41 Tab. 44: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte von Belastungsstufe 4 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer

und Körperfettanteil). ............................................................................................ 41 Tab. 45: Tabellarische Darstellung der Herzfrequenzwerte (in S/min) für Belastungs- stufe 5, differenziert nach Stufendauer und anteiligem Körperfettgehalt (in %). . 42

Tabellenverzeichnis XI

Tab. 46: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte von Belastungsstufe 5 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer

und Körperfettanteil). ............................................................................................ 42 Tab. 47: Deskriptive tabellarische Darstellung der Herzfrequenzwerte (in S/min) von Belastungsstufe 6, gruppiert nach Körperfettanteil und Stufendauer.................... 43 Tab. 48: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte von Belastungsstufe 6 mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer

und Körperfettanteil). ............................................................................................ 43 Tab. 49: Mittelwertdarstellung der Herzfrequenzen (in S/min) von Stufe 7, untergliedert

nach Belastungsdauer. ........................................................................................... 44 Tab. 50: Tabellarische Mittelwertdarstellung der Herzfrequenzen (in S/min) von Belastungsstufe 8 mit Unterteilung in kurze und lange Stufe. .............................. 45 Tab. 51: Deskriptive Darstellung der Herzfrequenzwerte (in S/min) eine Minute nach Belastung, differenziert nach Stufendauer und dem Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des prozentualen Körperfettanteils........................................ 46 Tab. 52: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte eine Minute nach Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 46 Tab. 53: Mittelwertdarstellung der Herzfrequenzen (in S/min) drei Minuten nach Belastung, untergliedert in kurze vs. lange Stufe sowie dem anteiligen

Körperfettgehalt (in %). ........................................................................................ 47 Tab. 54: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte drei Minuten nach Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 47 Tab. 55: Tabellarische Darstellung der durchschnittlichen Herzfrequenzwerte (in S/min) fünf Minuten nach Belastung, eingeteilt in kurze und lange Stufe sowie dem

prozentualen Körperfettanteil................................................................................ 48 Tab. 56: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Herzfrequenzwerte fünf Minuten nach Belastung mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 48 Tab. 57: Deskriptive Darstellung der durchschnittlichen Schwellengeschwindigkeiten (in km/h) nach DICKHUTH et al. (1991), gruppiert nach prozentualem

Körperfettanteil und Dauer der Belastungsstufe. .................................................. 49 Tab. 58: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Schwellengeschwindigkeit nach DICKHUTH et al. (1991) mittels zweifaktorieller ANOVA

(Faktoren: Stufendauer und Körperfettanteil). ...................................................... 49 Tab. 59: Mittelwertdarstellung der Schwellengeschwindigkeiten (in km/h) nach MADER et al. (1976) mit Unterteilung nach Stufendauer und Körperfettanteil

(in %)..................................................................................................................... 50

Tabellenverzeichnis XII

Tab. 60: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Schwellengeschwindigkeit nach MADER et al. (1976) mittels zweifaktorieller ANOVA

(Faktoren: Stufendauer und Körperfettanteil). ...................................................... 50 Tab. 61: Tabellarische Darstellung der Schwellenlaktatwerte (in mmol/l) nach DICKHUTH et al. (1991), untergliedert in kurze vs. lange Stufe sowie dem

prozentualen Körperfettanteil................................................................................ 51 Tab. 62: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der Schwellenlaktatwerte nach DICKHUTH et al. (1991) mittels zweifaktorieller ANOVA

(Faktoren: Stufendauer und Körperfettanteil). ...................................................... 51 Tab. 63: Deskriptive tabellarische Darstellung der Basislaktatwerte (in mmol/l) nach DICKHUTH et al. (1991), differenziert nach Stufendauer und Konstitutionstyp der Teilnehmer anhand des prozentualen Körperfettanteils.................................. 52 Tab. 64: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich des Basislaktats nach DICKHUTH et al. (1991) mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren:

Stufendauer und Körperfettanteil)......................................................................... 52 Tab. 65: Mittelwertdarstellung der approximierten Stufenhöhe (in km/h), eingeteilt in prozentualen Körperfettanteil und Dauer der Belastungsstufe.............................. 53 Tab. 66: Inferenzstatistische Analyse der Ergebnisse bezüglich der approximierten Stufenhöhe mittels zweifaktorieller ANOVA (Faktoren: Stufendauer und

Körperfettanteil). ................................................................................................... 53 Tab. 67: Richtzahlen für Laufgeschwindigkeiten an der anaeroben Schwelle zur Einschätzung der Aus-dauerleistungsfähigkeit (ZINTL, 2001, S. 164)................ 81

Formelverzeichnis XIII

Formelverzeichnis

Formel 1: Arterieller Mitteldruck für periphere Arterien. .............................................. 17 Formel 2: Approximierte Stufenhöhe (nähere Erläuterungen im Text). ........................ 18 Formel 3: Berechnung der maximalen Herzfrequenz (DE MARÉES, 2002, S. 458) .... 59

Einleitung Seite 1

1 Einleitung

1.1 Energiestoffwechsel

Die Kontraktion eines oder mehrerer Muskeln ist die Voraussetzung für jede aktive Bewegung des menschlichen Körpers, bei der aufgrund physikalischer Gesetze Energie notwendig ist. Diese Energie wird über den Energiestoffwechsel zur Verfügung gestellt. Unter dem Begriff Energiestoffwechsel werden alle enzymatisch katalysierten Vorgänge verstanden, die zur Bereitstellung chemischer Energie durch biologische Oxidation der Nährstoffe und körpereigener energiehaltiger Substanzen beitragen (vgl. RÖTHIG, 1992, S. 138). Aber nicht nur für die Muskelkontraktion, sondern auch für den Aufbau von neuem Zellmaterial oder für aktive Transportvorgänge in den Zellen wird Energie benötigt.

Bei körperlichen Belastungen im Sport steigt der Energiebedarf im menschlichen Organismus an, so dass es zu einer Energieumsatzsteigerung kommt, die je nach Art und Intensität erheblich über dem Ruhebedarf liegen kann (vgl. DE MARÉES, 1996, S. 399). Diese teilweise sehr schnelle Erhöhung des Energiebedarfs kann nicht in ausreichender Menge durch die biologische Oxidation der Nährstoffe bereitgestellt werden. Deshalb verfügt die Muskelzelle über sogenannte Energiespeicher, aus denen die Energie für die Muskelkontraktion schnell und in relativ großer Menge direkt bereitgestellt werden kann. Diese Energiespeicher bestehen aus den energiereichen Phosphatverbindungen Adenosin-Triphosphat (ATP) und Kreatinphosphat (KP). Der kleinere ATP-Speicher beliefert direkt die energieverbrauchenden Prozesse in der Muskelzelle, wohingegen der größere KP-Speicher nur zum Wiederauffüllen des ATP-Speichers verwendet wird.

Die gesamte Energiemenge beider energiereicher Verbindungen reicht für maximal 20 Muskelkontraktionen. Bei länger andauernden sportlichen Belastungen müssen folglich chemische Reaktionen in der Muskelzelle ablaufen, die Energie zum Wiederauffüllen der Energiespeicher ATP und KP liefern (vgl. DE MARÉES, 1996, S. 402). Die für die ständige Resynthese der energiereichen Phosphate benötigte Energie wird durch die biologische Oxidation der energiereichen Nährstoffe bereitgestellt. Als Hauptenergielieferanten der Muskelzelle dienen hierbei die Glukose und die freien Fettsäuren, die bei der Verdauung der Nahrung entstehen.

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Man unterscheidet zwei verschiedene Wege der Nährstoffzerlegung, die zum Einen vom Sauerstoffgehalt in der Muskulatur und zum Anderen von der zeitlichen Energiebereitstellung abhängig sind.

Bei der anaeroben Oxidation der Nährstoffe (ohne Sauerstoffverbrauch) unterscheidet man weiterhin die anaerob-alaktazide und die anaerob-laktazide Energiebereitstellung. Als anaerob-alaktazid bezeichnet man den durch die Kreatinkinase katalysierten Aufbau von ATP aus ADP und Kreatinphosphat. Durch diese Reaktion kann innerhalb kurzer Zeit viel Energie bereitgestellt werden (hohe Energieflussrate). Bei der anaeroblaktaziden Energiebereitstellung dagegen wird die Energie aus Glukose gewonnen, die in der Glykolyse zu Pyruvat abgebaut wird. Wird die Glykolyse infolge einer starken Steigerung des Energiebedarfs bei maximaler körperlicher Tätigkeit erheblich angekurbelt, so fällt mehr Pyruvat an, als oxidativ verarbeitet werden kann (vgl. DE MARÉES, 1996, S. 407). Das angehäufte Pyruvat wird mit der Laktatdehydrogenase zu Milchsäure (Laktat) umgewandelt. Durch die vermehrte Laktatproduktion in der Muskelzelle wird der pH-Wert gesenkt und die zur Energiegewinnung benötigten Enzyme, insbesondere das Schlüsselenzym Phosphofruktokinase (PFK), werden gehemmt. Infolgedessen muss die Belastung abgebrochen oder die Intensität verringert werden. Diese Form der Energiebereitstellung erfolgt relativ schnell und die pro Zeiteinheit freigesetzte Energiemenge ist relativ groß. Die Gesamtenergiemenge dagegen reicht aber nur für etwa 10-90 Sekunden Belastungsdauer.

Der zweite Weg der Energiebereitstellung, Oxidation der Nährstoffe, wird dann genutzt, wenn der Muskelzelle genügend Sauerstoff für die Abbauprozesse zur Verfügung steht. Bis zur Bildung von Pyruvat schritte für die anaerobe und aerobe Oxidation identisch. Anstatt der Umwandlung in Laktat wird das Pyruvat nun in aktivierte Essigsäure (Acetyl- CoA) umgewandelt. Acetyl-CoA

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ist ein Schlüsselmolekül des oxidativen Stoffwechsels, da hier auch der Fettstoffwechsel und der Eiweißstoffwechsel einmünden und der weitere Abbau aller drei Substrate gemeinsam verläuft (vgl. DICKHUTH, 2000, S. 178). Die aktivierte Essigsäure wird im Zitronensäurezyklus weiter abgebaut und anschließend in die Atmungskette weitergegeben, in der die eigentliche Energieproduktion stattfindet. Bei der aeroben Energiebereitstellung wird die Energie nicht schnell und auch nicht in großer Menge bereitgestellt, dafür aber relativ lange.

Die energieliefernden Prozesse in der Muskelzelle laufen immer gleichzeitig ab. Wieviel der einzelne Stoffwechselprozess zur Gesamtenergieleistung beiträgt, hängt in erster Linie von der Intensität und Dauer der Belastung ab. Abbildung 1 zeigt eine Übersicht über die einzelnen Stoffwechselprozesse und ihre zeitliche Verfügbarkeit.

1.2 Leistungsdiagnostik

Die sportmedizinische Leistungsdiagnostik ist ein Verfahren zur Ermittlung von physiologischen Größen während einer definierten muskulären Belastung. Sie liefert Messdaten über die körperliche Leistungsfähigkeit von Sportlern, zeigt im Vergleich zu Normwerten Defizite auf und stellt individuelle Trainingsvorgaben zu deren Beseitigung zur Verfügung. Da die körperliche Leistungsfähigkeit neben den physischen Faktoren auch von psychischen sowie sozialen Faktoren beeinflusst wird, gibt es kein Testverfahren, das die körperliche Leistungsfähigkeit in ihrer Gesamtheit erfasst (vgl. DE MARÉES, 2002, S. 438). Aufgrund dessen wurden Testverfahren entwickelt, die die Untersuchung einzelner Ausprägungen der motorischen Hauptbeanspruchungsformen ermöglichen. In der sportmedizinischen

Leistungsdiagnostik wurden in der Vergangenheit vor allem Testverfahren zur Beurteilung der allgemeinen aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit entwickelt. Hierbei unterscheidet man zwischen sportartspezifischen und sportartunspezifischen Verfahren. Sportartspezifische Verfahren kommen immer dann zum Einsatz, wenn nicht die allgemeine Ausdauerleistungsfähigkeit, sondern die sportartspezifische Ausdauer beurteilt werden soll. Dies ist am Besten durch eine Kombination von geeigneten Labor- und Felduntersuchungen möglich (vgl. WEINECK, 2000, S. 55). Feldtests sind Untersuchungen, die außerhalb des Labors unter Trainings- und Wettkampfbedingungen durchgeführt werden. Der Vorteil liegt in ihrer größeren Sportartspezifität, wodurch Änderungen der sportlichen Leistungsfähigkeit im Verlaufe des Trainings besser erfasst werden können. Weiterhin können zumeist mehrere

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Sportler gleichzeitig an der Untersuchung teilnehmen und sportartspezifisch belastet werden. Ein großer Nachteil gegenüber Labortests sind die witterungsbedingten Schwankungen der Untersuchungsbedingungen, wodurch die Vergleichbarkeit der Untersuchungen nur bedingt möglich ist.

Bei Laboruntersuchungen dagegen können die Trainings- und Wettkampfbedingungen nur teilweise hergestellt werden, da die Untersuchungen auf Ergometern im Labor durchgeführt werden. Der Vorteil liegt in ihrer grundsätzlich besseren Standardisierbarkeit und Reproduzierbarkeit.

1.3 Allgemeine aerobe Ausdauerleistungsfähigkeit

Die aerobe Ausdauerleistungsfähigkeit ist für viele Sportarten von besonderer Bedeutung. Gerade in Ausdauersportarten ist sie die wesentliche leistungsbestimmende Komponente. Sie wird bestimmt durch die maximale Oxidationsrate von Wasserstoff in der Atmungskette und ist somit identisch mit der maximalen Sauerstoffaufnahme (vgl. HECK, 1990, S. 36). Darunter versteht man die Menge an Sauerstoff, die maximal während einer Belastung vom Körper aufgenommen werden kann. In den oben angesprochenen Testverfahren kann die aerobe Leistungsfähigkeit durch einen Belastungstest abgeschätzt werden, der eine kontinuierliche Belastungssteigerung bis in den Grenzbereich der Leistungsfähigkeit beinhaltet.

1.3.1 Belastungsschema

Das Belastungsschema zur Bestimmung der allgemeinen aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit beschreibt den zeitlichen Verlauf der Belastung, der in Abhängigkeit vom Untersuchungsziel vielfach variieren kann. Eine einheitliche Festlegung gibt es daher nicht. Am Häufigsten werden heutzutage rampenartige bzw. stufenförmige Belastungsschema ausgewählt, da dies die Erhebung und Beurteilung von Messgrößen erleichtert. Grundsätzlich wird das Belastungsschema durch Anfangsbelastung, Belastungsabstufung sowie Stufen- und Pausendauer bestimmt. Die Anfangsbelastung sollte aus untersuchungsökonomischen Gründen so hoch wie möglich, aus physiologischen Gründen dagegen niedrig gewählt werden (vgl. HECK, 1990, S. 115). Es sollte darauf geachtet werden, dass die Anfangsbelastung nicht zu hoch eingestellt wird, da ansonsten aufgrund des Sauerstoffdefizits frühzeitig anaerobe energieliefernde Prozesse aktiviert werden. Dies hat eine übermäßige Laktatproduktion

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auf der ersten Belastungsstufe zur Folge, was eine exakte Leistungsdiagnostik erschwert. Bei Laufbanduntersuchungen in der Praxis konnte gezeigt werden, dass eine einheitliche Eingangsstufe nicht sinnvoll ist. Vielmehr sollte sie von der Leistungsfähigkeit des Sportlers bzw. dessen Sportart abhängig sein. In der Regel liegt die Eingangsstufe zwischen 8 und 12 km/h.

Für die Belastungsabstufung findet man in der Literatur zahlreiche Empfehlungen, von denen sich aber nur wenige durchgesetzt haben. Bei Laufbanduntersuchungen arbeiten die meisten sportmedizinischen Untersuchungszentren mit Belastungsabstufungen von 0,4 m/s (1,44km/h) bzw. 0,5 m/s (1,8 km/h).

Die Stufen- bzw. Belastungsdauer ist ein weiteres wichtiges Kriterium für eine exakte Leistungsdiagnostik. Eine zu kurze Belastungsdauer auf jeder Stufe bedeutet das Auftreten des entsprechenden Laktats im Blut erst in der nächsten bzw. übernächsten Stufe (vgl. HOLLMANN & HETTINGER, 2000, S. 362). Das Laktat wird mit einer

ca. zweiminütigen Verzögerung aus der Muskulatur ins Blut geschwemmt. HOLLMANN

(2000, S. 362) ist der Meinung, dass für eine objektive Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit eine Belastungsdauer von vier Minuten je Stufe nicht unterschritten werden sollte. Erst dann kann sich eine konstante Laktatkonzentration im

Körper einstellen. Die Pausendauer zwischen den einzelnen Belastungsstufen sollte so kurz wie möglich gewählt werden, da neben der Laktatproduktion auch immer eine Laktatelimination stattfindet. Je länger die Pause ist, desto mehr Laktat kann abgebaut werden. In der Praxis hat sich gezeigt, dass ein geübter Untersucher die Blutabnahme und die Geschwindigkeitssteigerung am Laufband in ca. 30 Sekunden durchführen kann.

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1.3.2 Beurteilungskriterien

Bei den Beurteilungskriterien der allgemeinen aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit spielen sowohl objektive als auch subjektive Ausbelastungskriterien eine Rolle. Nach DE MARÉES (2002, S. 454) zählen folgende Kriterien zu den wesentlichen Ausbelastungskriterien der Leistungsbeurteilung bei ansteigender Fahrrad- und Laufbandergometrie:

maximal erreichte Belastungsstufe

maximale Sauerstoffaufnahme maximaler Sauerstoffpuls PWC 170 (Physical Work Capacity 170) Schwellen maximale Herzfrequenz maximales Atemäquivalent maximaler respiratorischer Quotient maximaler Laktatwert « Levelling-off » der Sauerstoffaufnahme

Die fünf erstgenannten Kriterien gehören zu den subjektiven Ausbelastungskriterien, wobei die ersten drei die Ausbelastung der Testperson voraussetzen. Die anderen beiden können im submaximalen Belastungsbereich bestimmt werden. Bei den fünf Letzten handelt es sich um objektive Ausbelastungskriterien, die man für eine exakte Leistungsbestimmung auf jeden Fall hinzuziehen sollte. Tabelle 2 gibt einen Überblick über die objektiven Beurteilungskriterien der Ausbelastung.

Tab. 2: Beurteilungskriterien der Ausbelastung (DE MARÉES, 2002, S. 459).

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1.3.3 Abbruchkriterien

Neben den Ausbelastungskriterien sind bei ergometrischen Untersuchungen auch die Abbruchkriterien zu beachten, um eine Gesundheitsgefährdung der Probanden während der Belastung zu vermeiden. Nach DE MARÉES (2002, S. 459) handelt es sich im Wesentlichen um folgende Kriterien, die sich auf das Herz beziehen und in der Regel im Belastungs-EKG erkennbar sind:

gefährliche Herzrhythmusstörungen

Abnahme der Herzfrequenz trotz steigender Belastung ST-Streckenveränderungen

Überschreiten des systolischen Blutdruckes von 250 mmHg und des diastolischen Blutdruckes von 120 mmHg Herzbeschwerden (Engegefühl) starke Kopfschmerzen, Schwindel

Treten diese Beschwerden bei der Testperson während der ansteigenden Belastung auf, sollte die Untersuchung unverzüglich abgebrochen werden. Es ist aber darauf zu achten, dass es nicht zu einem abrupten Abbruch kommt. Der Proband sollte noch mindestens zwei bis drei Minuten niedrig belastet werden, um einen möglichen Kollaps zu vermeiden.

1.4 Laktatkinetik

Leistungsdiagnostische Untersuchungen zur Bestimmung der aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit sind heutzutage ohne Messungen der Laktatkonzentrationen bei verschiedenen Belastungsformen nicht mehr vorstellbar. In nahezu allen Sportarten spielt dieser Messparameter mittlerweile eine bedeutsame Rolle. Aus der bei solchen Untersuchungen gewonnenen Beziehung zwischen Belastung und den dabei gemessenen Laktatkonzentrationen ergeben sich charakteristisch verlaufende Lakat-Leistungskurven (LLK). Ihre Lage und Verlauf erlauben eine relativ gute Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit einer Testperson. Abbildung 2 zeigt eine Laktat-Leistungskurve eines Sportlers. Je besser die Ausdauerleistungsfähigkeit eines Athleten ist, desto später erfolgt der Laktatanstieg bei progressiver Belastung. Es kommt zu einer Rechtsverschiebung und Abflachung der Laktatkurve. Kurve A und B

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sind in Abbildung 2 vom gleichen Athleten, wobei Kurve A am Anfang einer Trainingsperiode und Kurve B nach einer Trainingsperiode von drei Monaten erstellt worden ist. Dies zeigt, dass besser ausdauertrainierte Sportler bei vergleichbaren Laktatspiegeln höhere Laufgeschwindigkeiten aufweisen als weniger gut trainierte.

Abb. 2: Laktat-Leistungskurve eines Sportlers links (JANSSEN, 1989, S. 46) und der Einfluss von Ausdauertraining auf die LLK rechts (JANSSEN, 1989, S. 47).

Nach WEINECK (2002, S. 199) kommt es bei verbesserter Ausdauerleistungsfähigkeit zusätzlich zu einer Verringerung der absoluten Höhe des Laktatspiegels zum Zeitpunkt des Umschlagpunktes. Außerdem sinkt bei zunehmend verbessertem Trainingszustand bei gleicher Belastung die Laktatproduktionsrate. Um den Grad der Auslastung bei der Erhebung von Laktatwerten einschätzen zu können, gelten folgende Hinweise nach WEINECK (2000, S. 199): Eine Laktatkonzentration am Ende einer Untersuchung weißt darauf hin, dass bei

6,0 - 8,0 mmol Laktat/l Blut der Athlet nicht ausbelastet war 8,0 - 12,0 mmol Laktat/l Blut der Sportler eine mittlere Ausbelastung hatte 12,0 - 16,0 mmol Laktat/l Blut der Athlet eine hohe Auslastung hatte über 16 mmol Laktat/l Blut eine sehr hohe Auslastung vorlag. Bei der Bewertung der Laktatkonzentrationen ist zu beachten, dass es eine Reihe von Einflussfaktoren gibt, die sich negativ auf die Ergebnisse auswirken können bzw. die Lage und Form der Kurve verändern. Auf die verschiedenen Einflussfaktoren der Laktatwerte wird im Abschnitt 4.4 näher eingegangen.