Organische Adaptation durch Ausdauertraining

Inhaltsverzeichnis

0. Einleitung

1. allgemeine Effekte

2. Herz- Kreislauf-System

3. Blut

4. Atemsystem

5. passiver & aktiver Bewegungsapparat
5.1 passiver Bewegungsapparat
5.2 aktiver Bewegungsapparat

6. Neurohormonelle Regulation

7. Nachwort

8. Literaturverzeichnis

0. Einleitung

Welchen Effekt hat Ausdauertraining ? Diese oder ähnliche Fragen werden ständig im Studium oder in der Schule gestellt, vor allem dann, wenn ein 3000m Lauf auf dem Plan steht oder 1000m Zeitschwimmen.

In dieser Arbeit will der Autor einige organische Effekte von Ausdauertraining beschreiben und erklären. Diese Effekte werden auch Adaptationen genannt, darunter versteht man die ,,Fähigkeit zur Anpassung gegenüber Reizen¹ ". Dies bedeutet, dass der Körper sich auf Reize, auf Trainingsbelastungen einstellt und sich anpasst.

Diese Adaptationen zielen hauptsächlich auf die bessere Nutzung vorhandener Energien und deren Ökonomisierung. Des weiteren werden im passiven Bewegungsapparat Korrekturen vorgenommen, sowie biochemische Änderungen in Blut und Zelle.

Diese physischen Anpassungen führen auch zu psychischen Anpassungen wie gesteigertes Wohlbefinden und größere Belastbarkeit². Mit diesen allgemeinen Effekten möchte der Autor seine Arbeit beginnen. Es ist ihm dabei klar, dass nur ein Bruchteil der gesamten Adaptationsbreite behandelt werden kann. Er hofft aber, einen guten Überblick verschaffen zu können.

1. Allgemeine Effekte

³ Die organischen Anpassungen des Körpers gehen mit einigen allgemeinen Effekten einher. Adaptationen des Herz-Kreislauf-Systems⁴ verringern z.B. Risikofaktoren wie Bluthochdruck, koronare Herzkrankheiten⁵ sowie Übergewicht und fördert den Bewegungsdrang. Des weiteren wird das Immunsystem⁶ gestärkt und die allgemeine Leistungsfähigkeit (in Schule, Beruf, Alltag und Freizeit) verbessert.

Dieses Effekte steigern wiederum das Wohlbefinden eines Menschen und dadurch sein Selbstwertgefühl. Dieses wird durch Stress-, Angst- und Spannungsabbau unterstützt. Außerdem setzt eine gesteigerte Körperwahrnehmung ein.

Ausdauertraining verursacht nicht nur organische Adaptationen, sondern auch Psychische. Aus dem angeführtem Beispiel des Herz- Kreislauf-Systems und den daraus resultierenden Anpassungen ist leicht zu sehen, dass Körper und Geist eine Einheit bilden und dass Veränderungen auf der einen Seite Veränderungen auf der anderen Seite bedingen, sowohl im positiven wie im negativen Sinne.

2. Herz-Kreislauf-System

⁷ Im folgenden werden Anpassungserscheinungen an das Herz-Kreislauf-System beschrieben. Eine der auffälligsten und gut messbaren Effekte ist die Herabsetzung der Herzfrequenz nach nur wenigen Wochen. Bedingt wird dies durch die ,,Umstellung des Vegetativums vom sympathikotonen zum vagotonen Typ"⁸ (Weineck S.419). Also von der Leistung zur Erholung. In der Fachliteratur wird hier von einer vegetativen Umstellung gesprochen oder auch von Sympathikushemmung. Hierbei wird der Sauerstoffverbrauch im Herz verringert, die Herzleistung verbessert und ökonomisiert.

Eine Reduzierung der Herzfrequenz um nur 10 Schläge pro Minute hat eine Sauerstoffersparnis von 15 % zur Folge⁹.

Des weiteren wird die Katecholaminausschüttung¹⁰ um ca. 30 % reduziert (Strauzenberg in Weineck). Dies hat den Vorteil dass das Herz weniger Sauerstoff verbraucht und somit einem Sauerstoffmangel unter Belastung im Herzen entgegengewirkt werden kann (Kraus/Raab in Weineck).

Gleichzeitig wird der Gehalt an Azetylcholin, ein Vagusstoff¹¹, im Körper erhöht und somit einer ,,kardiotoxischen¹² Wirkung durch Katecholaminausschüttung" (Schryver in Weineck) entgegen gewirkt, was wiederum Sauerstoff, also Energie, spart.

Diese Effekte werden als funktionelle Anpassungen bezeichnet. Dies impliziert, dass es auch andere, nämlich morphologische Veränderungen¹³ gibt.

Diese Anpassungen verstärken die ,,eingeleiteten funktionellen Ökonomisierungsvorgänge" (Weineck S. 422) durch Training an der anaeroben Schwelle¹⁴.

So wird die oben angesprochene Reduzierung der Herzfrequenz auch durch Herzhypertrophie und der damit einhergehenden Vergrößerung des Schlagvolumens bedingt, was wiederum eine Ökonomisierung der Herzarbeit zur Folge hat. Diese Ökonomisierung wird dadurch erreicht, dass der benötigte Blutbedarf unter Belastung durch Volumenarbeit abgedeckt wird und nicht durch eine Frequenzerhöhung des Herzschlages¹⁵. Außerdem wird die ,,periphere Sauerstoff- und Substratausnutzung [...durch...] verbesserte Kapillarisierung"¹⁶ (Weineck S.423) gesteigert. Des weiteren wird auch die maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit (VO2 max )¹⁷ verbessert und somit die bereits mehrfach angesprochene Ökonomisierung des Herzen gefördert.

Zusammenfassend kann gesagt werden, dass es bei Anpassungen im Herz-Kreislauf-System primär darum geht, die Herzarbeit zu ökonomisieren und die Sauerstoffausnutzung zu verbessern. Dies geschieht einerseits durch die oben besprochenen Adaptationen als auch durch eine verbesserte Blutversorgung (die angesprochene Kapillarisierung in Zeile 67) der Herzkranzgefässe und eine ,,kräftige Dilatation der Koronareingänge"¹⁸ (Weineck S. 423).

3. Blut

Ein vergrößertes Blutminutenstromvolumen, verbesserte Sauerstoffnutzung und Kapillarbildung im Herz-Kreislauf-System bedingt auch Veränderungen im Blut. Diese Anpassungen werden in ,,kurzfristige" und ,,langfristige" (Weineck S.112) Anpassungen unterschieden.

Unter kurzfristiger Anpassung versteht man eine ,,relative Zunahme der zellulären Blutbestandteile unmittelbar zu Beginn einer körperlichen Belastung" (Weineck S.112). Diese Zunahme erklärt sich durch eine ,,vorübergehende Bluteindickung in- folge einer Wasserverschiebung" (Weineck S.112).

Die längerfristigen Anpassungsphänome sind im Rahmen von Ausdauertraining von größerem Interesse, da sie wiederum eine Ökonomisierung des Energiehaushalts zur Folge haben.

Je nach Dauer des Ausdauertrainings kommt es zu einer Zunahme des Blutvolumens um ein bis zwei Liter (Mellerowicz/Müller in Weineck). Dies geschieht durch die Vermehrung des Eiweißanteils im Blut, dadurch erhöht sich die Wasserbindefähigkeit und das Blutplasma steigt an. Dieses Plasmavolumen wird nun bei körperlichen Belastungen als Wasserreserve und zur Wärmeregulation des Körpers benutzt. Dadurch kann die Leistungsfähigkeit länger auf einem hohen Niveau gehalten werden, zusätzlich wird die Pufferkapazität¹⁹ des Blutes gestärkt. Der Körper ist resistenter gegen lokale und allgemeine Ermüdungen unter Belastung.

Ebenso nehmen das Hämoglobin und die Zahl der roten Blutkörperchen zu; dies gewährleistet einen höheren Sauerstofftransport und die Viskosität des Blutes nimmt ab und infolge ,,verringerter Druckarbeit" (Weineck S.113) wird Energie gespart.

4. Atmungssystem

Es wurde bereits erwähnt, dass ein Anpassungsziel des Körpers Sauerstoffeinsparungen betreffen. Dies geschieht nicht nur über Adaptationen im Herz-Kreislauf-System oder im Blut. Funktionelle und morphologische Anpassungen lassen sich auch im Atmungssystem finden.

Hier versteht man unter morphologischen Anpassungen unter anderem die Hypertrophie der Atemmuskulatur, wie z.B. der äußeren Zwischenrippenmuskel (Mm.intercosales externi)²⁰ und des Zwerchfells²¹. Dies gewährleistet eine ökonomisierte und vertiefte Bauchatmung.

Unter funktionellen Anpassungen²² versteht man die quantitativ und qualitativ schnellere Einstellung der Atmung auf körperliche Belastungen. Dabei wird das Atemminutenvolumen²³ gesteigert, die Aveolen in der Lunge werden effizienter mit Sauerstoff versorgt, die Totraumventilation²⁴ wird reduziert und die Atmung normalisiert sich schneller.

5. Passiver und aktiver Bewegungsapparat

Der Bewegungsapparat unterteilt sich in Aktiv und Passiv. Dabei wird unter Aktiv die Muskulatur verstanden, die direkt an der sportlichen Bewegung teilnimmt. Der passive Bewegungsapparat besteht aus Knochen, Knorpel, Sehnen und Bändern.

Die Anpassungserscheinungen im Apparat unterliegen daher unterschiedlicher Geschwindigkeiten. Die Muskulatur passt sich aufgrund vorhandener Kapillare erheblich schneller an Belastungen an als Bänder oder Knochen. Zusätzlich ist der Stoffwechsel im passiven Bewegungsapparat im vergleich zum Muskel verlangsamt²⁵ und eine Adaptation kann mehrere Wochen oder Monate in Anspruch nehmen.

5.1 passiver Bewegungsapparat

Knochen

²⁶ Die Reaktion der Knochen auf Belastungsreize ist mit einem Reglersystem zu vergleichen. Dabei ist die Reglergröße der Knochenquerschnitt, als Störgröße ist die Beanspruchung des Knochens durch äußere Kräfte (Tittel/Schmidt in Weineck) anzusehen. Eine hohe Spannung im Knochen verursacht eine Knochenhypertrophie, also eine Zunahme des Querschnitts. Bleibt die Beanspruchung gleich, nimmt die Spannung auf den Knochen ab, wird diese Beanspruchung unterschritten, kommt es zur Knochatrophie und der Querschnitt nimmt ab.

Ziel des Knochens ist es, ein Fließgleichgewicht zwischen den Spannungsverhältnissen zu erreichen.

Kortikalishypertrophie

Hierunter versteht man die Zunahme der kompakten Knochenrinde. An den Ansatzzonen von Muskeln, Sehnen und Gelenkkapseln werden Hohlräume, gefüllt mit embyonalen Gewebe, gebildet. Die Häufigkeit und Ausbildung ist abhängig von der jeweiligen sportlichen Aktivität²⁷.

Spongiosahypertrophie

Dies ist die Verstärkung der Knochen durch Bildung von Knochenbälkchen (subsantia spongiosa). Knochenverbindungen und lokale Knochenreaktionen werden hierdurch beweglicher.²⁸

Knorpel

Effekte auf den Knorpel lassen sich in funktionelle und morphologische einteilen. Bei der morphologischen Anpassung wird die Zellenzahl vergrößert und vermehrt und die Faserstruktur verändert²⁹. Konkret heißt dies eine hypertrophie des Knorpels.³⁰ Bei der funktionellen Anpassung wird der Zellstoffwechsel³¹ gesteigert, die chemische Zusammensetzung wird optimiert und die Druckelastizität und die Stoßdämpfung verbessert. ³²

Sehnen und Bänder

Belastungsreize bedingen an Bändern und Sehnen eine Zunahmen der Zugfestigkeit und eine Hypertrophie des Sehnenquerschnitts. Erreicht wird dies durch die Verfestigung des Micelleargerüsts und durch Micellenvermehrung (Tittel in Weineck S.141). Eine Mehrbelastung hat eine Kräftigung und eine Minderbelastung eine Schwächung der Bänder und Sehnen zur Folge.

Adaptationen am passiven Bewegungsapparat haben das Ziel, den Körper gegenüber hohen Belastungen resistent zu machen. Verstärkte Knochen sollen den Druck, der z.B. bei Laufleistungen entsteht, auffangen und gleichmäßig verteilen um so Knochenbrüche zu vermeiden. Eine höhere Wasserbindefähigkeit im Knorpel hat eine geringere Abnutzung zur Folge, verstärkte Bänder und Sehnen eine höhere Belastbarkeit der an sportlichen Tätigkeiten beteiligten Muskulatur.

5.2 aktiver Bewegungsapparat

Weiter oben wurde bereits erwähnt, was unter einem aktiven Bewegungsapparat zu verstehen ist. Diese Muskulatur lässt sich nun in ,,slow twiched" (ST)³³ und ,,fast twiched" (FT)³⁴ unterteilen, wobei sich die FT- Muskulatur nochmals in oxidative (FTO) und glykolytische (FTG) Muskulatur unterscheiden lässt. Die Verteilung der einzelnen Muskelfasern im Körper ist ,,stark anlagebedingt" (Zintl S.68) und daher nur bedingt veränderbar. Eine ,,direkte Umwandlung des einen Fasertypen in den anderen [...]ist nicht möglich" (Zintl S.69). Anpassungen im Muskel laufen daher nur auf der Ebene des Stoffwechsels, also metabolisch, ab³⁵ und betreffen hauptsächlich die FTO- und FTG-Fasern. Dabei werden die oxidativ ausgerichteten Fasern in Richtung anaerob³⁶ verschoben und die glykolytisch ausgerichteten Fasern aerob³⁷.

Durch ein gezieltes Training sind bereits nach vier oder acht Wochen Veränderungen in der Muskulatur feststellbar, wird das Training abgesetzt, z.B. durch eine Verletzung, bilden sich die erzwungen Veränderungen zurück³⁸.

Biochemische Veränderungen im Muskel

Biochemische Veränderungen beziehen sich auf die angesprochen Stoffwechseladaptationen³⁹. Hierbei treten in der Muskelzelle Veränderungen auf, wie z.B. eine Steigerung der Mitochondrienzahl in der Zelle, eine Vergrößerung der Glykogenspeicher und eine Vermehrung des Myoglobingehalts. Diese Veränderungen bedingen eine verbesserte aerobe Leistungsfähigkeit des Körpers und die Wiederstandsfähigkeit gegen Ermüdung wird gefördert.⁴⁰

6. Neurohormonelle Regulation

⁴¹ Als ,,Neurohormonelle Regulation" bezeichnet man die Verbindung zwischen dem Nervenund dem Hormonsystem. Diese beiden Systeme sind so eng miteinander verflochten, dass eine getrennte Betrachtung nicht möglich ist.

Vegetatives Nervensystem

Dieses System besteht aus 2 Teilsystemen, zum einen der Aktivierungsnerv (Sympathikus) und zum anderen der Erholungsnerv (Parasympathikus). Der Sympathikus aktiviert die Atmung, das Herz-Kreislauf-System , das Hormonsystem und die Skelettmuskulatur. Der Parasympathikus wirkt hingegen dämpfend auf eben diese ein. Aber er aktiviert auch, nämlich das Verdauungssystem, die Leber und die Nieren.

Vergleicht man die Aufgaben dieser 2 Nerven, sieht man dass der Sympathikus bei sportlichen Leistungen und Bewegungen des alltäglichen Lebens im Vordergrund steht, der Parasympathikus tritt dagegen in Erholungsphasen und Regenrationszeiten hervor. Aus diesen Aufgaben leiten sich nun die Adaptationseffekte eines Ausdauertrainings ab.

- sichere und schnellere Einstellung des Sysmpathikotonus
- Überwiegen des Vagotonus in den Ruhephasen und dadurch eine Verkürzung der Erholungs- und Resynthesezeiten

Relevante Hormone

Hormone spielen innerhalb der sportlichen Leistungen eine wichtige Rolle. Sie sorgen z.B. für Glucosespaltung, aktivieren den Abbau freier Fettsäuren oder fördern die Sauerstoffaufnahme. Im folgenden werden aus der Vielzahl der Regulationshormone drei vorgestellt, die bei Ausdauerbelastungen eine besondere Rolle spielen können.

Somatotropin (STH)

STH ist ein Wachstumshormon mit folgenden Aufgaben:

- drosselt den Glucoseabbau
- steigert Glykogenresynthese
- mobilisiert Fettsäuren aus dem Fettgewebe und
- mobilisiert die Fettsäurenverbrennung

Durch Ausdauertraining wird STH während einer Belastung über einen längeren Zeitraum ausgeschüttet und somit eine konstantere Leistung erzielt.

Adrenalin und Noradrenalin

Weiter oben wurde bereits erwähnt, dass Adrenalin und Noradrenalin auch als Katecholamine bezeichnet werden.

Diese beiden Hormone wirken unterschiedlich auf den Körper ein, so bewirkt z.B. eine erhöhte Adrenalinausschüttung eine Steigerung der Herzfrequenz, mobilisiert die freien Fettsäuren und spaltet Glykogen. Noradrenalin hingegen senkt die Herzfrequenz und verengt die Blutgefässe, aber es mobilisiert auch Fettsäuren und ist somit ein Synergist⁴² zum Adrenalin und dem STH.

Das Ziel der Katecholamine ist Vorbereitung des Körpers auf eine sportliche Belastung und daher notwendig.

Anpassungen beziehen sich auf eine geringere Ausschüttung der Katecholamine bei gleicher Leistung bzw. dass im Bedarfsfall eine beträchtlich höhere Ausschüttung möglich ist.

Kortisol

Als drittes Hormon soll hier das Kortisol genannt werden. Es wird in der Nebennierenrinde (NNR) produziert und

- fördert die Glukogenese⁴³
- greift abbauend in den Eiweißstoffwechsel ein
- mobilisiert die Fettsäuren (und ist somit ein Synergist zu den Katecholaminen und dem STH)
- es lässt Rückschlüsse auf ein Übertraining zu

Adaptationen bei diesem Hormon sind geringerer Anstieg unter langandauernder Belastung, kein Abfall der Ausschüttung und eine Hypertrophie der NNR.

Neben diesen genannten drei Hormonen gibt es noch ein Vielzahl anderer, die hier nicht bearbeitet werden können.

Stellvertretend seien an dieser Stelle Aldosteron⁴⁴, Insulin⁴⁵ und Thyroxin⁴⁶ genannt.

7. Nachwort

Betrachtet man nun die Gesamtheit der Adaptationen nochmals, stellt man fest, dass ein Hauptziel die Verbesserung und Ökonomisierung des Energiehausalts ist. Im Bereich des passiven Bewegungsapparates ist das Hauptziel die Anpassungen des Skelettgerüsts an überdurchschnittliche sportliche Belastungen.

Bezogen auf den Gesundheitssport bedeuten Anpassungen ein gesteigertes oder wiedergewonnes Lebensgefühl. Herzpatienten können ihr Herz und ihr Kreislaufsystem stärken, Muskelatrophy, z.B. nach einem Knochenbruch, schneller abgefangen werden und generell wird die Lebensqualität gesteigert.

Hohlmann/ Hettinger beschreiben diese Anpassungen sehr anschaulich mit dem Schlagwort ,,20 Jahre lang 40 alt" (in Gesundheitsorientiertes Fitnesstraining S.10) zu bleiben. Falls dies durch körperliches Ausdauertraining wirklich möglich sein soll, sollte Ausdauertraining bei jedem Menschen einen Platz im Wochenkalender einnehmen

Literaturverzeichnis

Brauer/Gottschalk (Hrsg.) (1996, 2. Auflage). Sportmedizin von A bis Z. Heidelberg & Leipzig : Johann Ambrosius Barth Verlag.

Buskies/Boeckh-Behrens (3. Auflage, 1998). Gesundheitsorientiertes Fitnesstraining. Band 2; Dr. Loges Sports Care Reihe. Winsen: Verlag Wehdemeier & Pusch.

Markworth (1983). Sportmedizin. Reinbeck bei Hamburg:Rohwohlt Taschenbuch Verlag.

Weineck (3. Auflage, 1990). Sportbiologie. Erlangen: Medizinische Verlagsgesellschaft mbH.

Zintl (4. Auflage, 1997). Ausdauertraining Grundlagen, Methoden, Trainingsteuerung. München u.a.: BLV Sportwissen.

[...]

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¹ Sportmedizin von A bis Z S.16

² Gesundheitsorientiertes Fitnesstraining S.11

³ Gesundheitsorientiertes Fitnesstraining S.11 ff. (nach Tabelle)

⁴ Adaptation des Herz-Kreislauf-Systems ab S. 4

⁵ Weineck S.420, Abbildung 204

⁶ es tritt eine vermehrte Produktion von Lymphozyten auf (Weineck S. 114)

⁷ Sportbiologie

⁸ Sportbiologie S.419 ff.

⁹ Sportbiologie S.422

¹⁰ Adrenalin und Noradrenalin, gelten als Stresshormone & werden z.B. bei sportl. Belastungen ausgeschüttet

¹¹ dieser Stoff ist somit ein Gegenspieler zu den Katecholaminen

¹² kardiotoxisch bedeutet soviel wie Herzvergiftend

¹³ dies sind ,,sichtbare" Veränderungen an Organen

¹⁴ der ,,Punkt des maximalen Laktat-steady-states (Maxlass in Zintl 1997).Der Punkt, an dem Laktatbildung und Laktatabbau sich grade noch die Waage halten und liegt bei ca. 4 mmol/l Blutlaktat (Zintl 1997)

¹⁵ eine erhöhte Herzfrequenz hat Sauerstoffmangel zufolge und einen Anstieg des Energiebedarfs (Weineck S.422

¹⁶ dem Herzmuskel wird durch Öffnung verschlossener Kapillaren oder deren Neubildung (Kollaterlalbildung) mehr Blut zugeführt

¹⁷ die VO2 max. wird in der Leistungsdiagnostik als Indikator der individuellen Ausdauerleistung verwandt

¹⁸ gemeint ist eine Vergrößerung der Herzeingänge

¹⁹ durch das gestiegene Plasmavolumen steigt der Bikarbonat-Puffer und das Hämoglobin im Blut an. Dadurch wird eine Übersäuerung, also ein Abfall des ph-Wertes im Blut, verzögert. (Zintl S.47)

²⁰ Sportbiologie S. 132.

²¹ Der äußere Zwischenrippenmuskel ist verantwortlich für die Brustatmung, das Zwerchfell für die Bauchatmung.

²² Sportbiologie S. 131

²³ ist die Menge an Luft, die pro Minute eingeamtet wird , es errechnet sich aus Atemzugvolumen und Atemfrequenz (Sportmedizin von Abis Z S. 29)

²⁴ hierunter versteht man die Luft, die bei einen Atemzug in den obern und unteren Luftwegen bleiben und somit dem Gasaustausch nicht zur Verfügung stehen (Sportmedizin S.200 ff.)

²⁵ Sportbiologie S. 135

²⁶ Sportbiologie S. 135 ff.

²⁷ Sportbiologie S.136

²⁸ Sportbiologie S.136

²⁹ Sportmedizin von A bis Z S. 101

³⁰ Sportbiologie S. 139

³¹ eine Dickenzunahme des hyalinen Knorpels bei kurzfristigen Belastungen (Sportbiologie S. 139)

³² Sportmedizin von A bis Z S. 101

³³ Zintl S. 66 Tab. Nr. 23

³⁴ in der Literatur finden sich auch die Begriffe: schnell und langsam kontrahierende Muskeln, rote und weiße Fasertypen; tonische und phasische bzw. Muskeln vom Typ I; Typ II A oder Typ II B

³⁵ Zintl S.69

³⁶ erhöht z.B. die Sprintleistung

³⁷ erhöht z.B. die Ausdauerleistung

³⁸ Zintl S. 69

³⁹ Siehe Zeile 191

⁴⁰ Sportmedizin S. 72

⁴¹ Zintl Seite 70 ff, bezieht sich auf die gesamten Ausführungen zu diesem Teilabschnitt

⁴² wirken zwei oder mehre Substanzen verstärkend zusammen, bezeichnet man sie als Synergisten

⁴³ Neubildung von Glucose

⁴⁴ reguliert den Natrium- und Kaliumhaushalt und ist für die Aufrechterhaltung des Blutplasmas wichtig

⁴⁵ Steigert die Zellwanddurchlässigkeit für Glucose, Aminio- und Fettsäuren; transportiert Bluzucker in die Muskelzelle

⁴⁶ fördert die Sauerstoffaufnahme im Gewebe, Vergrößert die Mitochondrienzahl und steigert die Glykogenspaltung in der Leber und der Muskelatur