Dieser 5. Buchband soll zur weiteren Wissensreflexion im klinischen Assessment- und rehabilitativen Trainingsprozess dienen. in Anlehnung an die hier erarbeiteten leistungsphysiologischen Grundlagen, werden der praktische Nutzen von Ausdauertests in Form individuelle konzipierter Stufentests diskutiert und rechnerische Möglichkeiten zur Quantifizierung des Energie- bzw. Leistungsumsatzes aufgezeigt. Anhand klinischer Beispiele wird der Rehabilitationsaufbau entsprechend den Wundheilungsphasen aufgezeigt, um mittels Funktionstests Best Practice zu erzielen. Daneben werden übergeordnete Themenbereiche, mit Schwerpunkt auf neuronalen Verarbeitungs- und Lernprozessen diskutiert.
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
1. Differenzierende Nutzung ausdauerassoziierter Leistungsparameter
1.1 Physiologische Grundlagen in der Ausdauerdiskussion
1.1.1 Spiroergometrie
1.1.2 VO2max und Longevity
1.1.3 Bedeutung eines gesunden Lebensstils
1.2 Maximale Herzfrequenz
1.3 Bedeutung des Ruhepulses
1.4 Maximaltest zur Bestimmung der Hfmax
2. Bestimmung der VO2max auf dem Fahrradergometer
2.1 Merkpunkte zur Durchführung des Astrand-Tests
2.1.1 Konzeption des «Vortests»
2.2 Astrand-Test auf dem Fahrradergometer
2.3 Ablauf eines Maximaltests auf dem Laufband
3. Bestimmung der VO2max auf dem Laufband
3.1 Balke-Treadmill-Test (Laufband)
3.1.1 Submaximaler Balke-Test
3.1.2 Vorwahl des Belastungsprotokolls
4. Erweiterte Nutzung ermittelter Testdaten im Ausdauerbereich
4.1 Leistungsphysiologische Grundlagen in der Ausdauerdiskussion
4.1.1 Maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit (VO2max)
4.1.2 Respiratorischer Quotient, Sauerstoffaufnahme und Energieumsatz
4.1.3 Zuordnung von VO2max-Bereichen zur prozentualen Beanspruchung des Hfmax
4.1.4 Kalorienverbrauch vs. Fettverbrennung
4.2 Gesundheitliche Bedeutung der VO2max
4.2.1 Steuerung des leistungsabhängigen Energieverbrauchs
4.3 Möglichkeiten und Grenzen des Astrand-Tests
4.3.1 Maximaltest zur Einschätzung der VO2max
4.3.2 Nutzung/Berechnung leistungsdiagnostischer Belastungsparameter auf dem Fahrradergometer
4.3.3 Berechnung der Ø-Wattleistung auf einem Fahrradergometer ohne Wattanzeige
4.3.4 Qualitativer Kalorienverbrauch in Abhängigkeit der Belastungsdauer bzw. -Intensität
4.3.5 Aussagen zum sog. «Nachbrenneffekt» (EPOC)
5. Muskelkontraktionsformen
5.1 Der Wirkungsgrad von Muskelarbeit
5.2 Isotonisch-konzentrischer Kontraktionsmechanismus
5.2.1 Besonderheiten exzentrischer Muskelarbeit
6. Wattleistung auf dem Laufband
6.1 Bestimmung der VO2max auf dem Laufband
7. Auswirkungen physikalischer Grössen auf das biomechanische System «Mensch»
7.1 Arten von Kraft
7.2 Arbeit, Energie und Leistung
7.2.1 Kinetische Energie
7.2.2 Impuls
7.3 Hebelarten
7.4 Druck (Kompression)
7.5 Zug
7.6 Verformungsdynamik der Bandscheibe bei Flexion
8. Fallbeispiele und Lernfragen
8.1 Basisgrössen und -Einheiten des SI-Systems
8.2 Energiebereitstellung und Anpassung auf zellulärer Ebene
8.3 Prozesse der Energiebereitstellung
9. Schnittstelle zwischen Primär- und Sekundärprävention
9.1 Die Anamnese
9.2 Krankheit vs. Krankheitsbild
9.2.1 Aktivitäten und Partizipation
9.2.2 Differenzierung zwischen Krankheit und »Krankheitsyndrom»
10. Training bei ausgesuchten Krankheitsbildern
10.1 Fragestellungen im Clinical Assessment
10.2 Physiologie der Wundheilungsphasen
11. Clinical Assessment
12. Guideline für den Rehabilitationsprozess
13.-Phasen-Modell des muskulären Aufbautrainings in der Rehabilitation
13.1 (Patho-)Physiologische Grundlagen der Wundheilung
13.2 Stufenmodell des Kraftaufbaus
15. Das Krankheitsbild
15.1 Ruptur des vorderen Kreuzbandes
15.2 Bandscheibenvorfall/Diskushernie
15.3 Rekonstruktion des Vorderen Kreuzbandes
15.4 Schulterluxation
16. Up-Regulation der Genexpression
14.1 Molekulare Inkompatibilität von Kraft- und Ausdauertraining
17. Belastung–Adaptationszyklus - Grundlage der Belastbarkeit
17.1 Training bei reduzierter Belastbarkeit und verminderter Belastungsverträglichkeit
18. Evidenz adaptiver Trainingssteuerung
18.1 Erfassung des Trainingsvolumens
18.2 Einfluss der der wiederholungsbezogenen TuT auf Belastungsdauer und Arbeit
21. Signalverarbeitung im Nervensystem
21.1 Summation postsynaptischer Signale
21.2 Typisierung von Synapsen und neuronale Vernetzungsvarianten
21.3 Divergenz und Konvergenz
21.4 Arthrogene Muskelinhibition
21.5 Neurophysiologische Grundlage der muskulären Inhibition
21.5.1 Arten der Neuronale Hemmung
21.6 Plastizität neuronaler Strukturen
21.6.1 Molekulare Mechanismen der neuroplastischen Vorgänge
21.7 Entscheidungssysteme menschlichen Verhaltens
22. Sensomotorik – neurophysiologische Basis der arthromuskulären Koordination
22.1 Haptische Wahrnehmung
22.2 Kinästhetische Wahrnehmung
22.4 Propriozeptoren/Nozizeptoren
22.4.1 Golgi-Rezeptoren
22.4.2 Muskelspindel
22.5 Neurophysiologische Grundlagen der Haltungs- und Gleichgewichtssteuerung
22.6 Kontrolle der Haltung
23. Dimensionen der Orientierung des Körpers
23.1 Posturale Funktion der Motorik
23.1.1 Komponenten der Gleichgewichtsfähigkeit
23.2 Strategien zur Schwerpunktkontrolle
23.2.1 Vestibularapparat
23.2.2 Okulomotorischer Reflex
23.2.3 Labyrinth-Kopfstellreflex
23.2.4 Somatosensorik
23.3 Betrachtungen instabile Unterlagen als universelles Trainingsmittel
24. Assessments zur Einschätzung des Sturzrisikos
24.1 «Flamingo»-Test (Einbeinstand)
24.2 Test der Gehgeschwindigkeit
24.3 M-CTSIB
24.4 Gleichgewichtstest-Reha (GGT-Reha)
24.5 Timed up an Go Test (TUG)
24.6 Romberg-Test
26. Klinische und sportmotorische Tests
Zielsetzung und thematische Schwerpunkte
Das primäre Ziel dieses Fachlehrbuchs besteht darin, trainingsphysiologische, biomechanische und neurobiologische Grundlagen fundiert mit der klinischen Praxis des rehabilitativen Trainings zu verknüpfen. Ausgehend von der Fragestellung, wie sich diagnostische Testverfahren im Sinne einer evidenzbasierten Praxis (Evidence-based Practice) gezielt zur individuellen Steuerung von Belastungsprozessen und zur Förderung der funktionellen Wiederherstellung nach Verletzungen oder Erkrankungen nutzen lassen, vermittelt das Werk praxisrelevante Leitlinien für Bewegungs- und Gesundheitsfachpersonen.
- Leistungsphysiologische Diagnostik und Belastungssteuerung im Ausdauerbereich (Spiroergometrie, VO2max, metabolische Schwellen und MET)
- Biomechanische Gesetzmässigkeiten und Kraftwirkungen auf das Bewegungssystem (Hebelgesetze, Druck- und Zugkräfte, Bandscheibenbelastung)
- Phasenmodell der Wundheilung und stufenweiser Kraftaufbau in der muskuloskelettalen Rehabilitation
- Molekularbiologische Mechanismen der Genexpression, Signaltransduktion (mTOR vs. AMPK) und adaptive Trainingssteuerung
- Neurophysiologische Grundlagen der Sensomotorik, posturalen Kontrolle, spinalen Reflexverschaltung und neuronalen Hemmungsmechanismen
- Standardisierte klinische Assessments und Testverfahren zur Sturzprävention, Gleichgewichtsfähigkeit und funktionellen Leistungsdiagnostik
Auszug aus dem Buch
2. Bestimmung der VO2max auf dem Fahrradergometer
Im Normalfall verlaufen Sauerstoffaufnahme (VO2) und Herzfrequenz bei stufenförmig steigender Belastung über weite Bereiche relativ gleichförmig bzw. „parallel“, weichen aber in höheren Intensitäten und bei längerer Belastung zunehmend voneinander ab. Dieses „Nicht-Parallel-Verhalten“ ist nicht selten, sondern ein durchaus typisches Phänomen, vor allem nahe der anaeroben Schwelle, im Hochintensitätsbereich sowie bei längeren Belastungen mit Herzfrequenzdrift (T. Glaab, O. Schmidt, 2020). In spiroergometrischen Belastungstests wird ein „ideales“ Plateau bzw. ein streng linearer Verlauf der Sauerstoffaufnahme nur bei einem Teil der Personen gesehen; ein eindeutiges Sauerstoffplateau wird z.B. nur bei etwa 30–50% der maximal ausbelasteten Tests erreicht, die übrigen zeigen abweichende Verläufe. Entsprechend ist es eher die Regel als die Ausnahme, dass sich Herzfrequenz und Sauerstoffaufnahme vor allem im höheren Belastungsbereich und bei längeren Tests nicht mehr parallel verhalten. Die stärksten Abweichungen zwischen VO₂ und Herzfrequenz (HF) zeigen Kinder/Jugendliche und ältere Erwachsene, während gesunde, trainierte Erwachsene im mittleren Alter den „parallelsten“ Verlauf aufweisen. Hintergrund sind altersabhängige Unterschiede in Herzfrequenzregulation, Schlagvolumen, VO₂-Kinetik und Effizienz (D. Hohle, 2019). Mit steigendem Alter sinken VO₂max und maximale HF, gleichzeitig nehmen diastolische Funktion, Gefässsteifigkeit und häufig Komorbiditäten zu, was die Kopplung zwischen zentraler Herzreaktion und peripherer Sauerstoffaufnahme verschlechtert (A. Kluttig, 2020). Ältere Personen zeigen häufiger einen deutlichen HF-Drift und eine abgeflachte VO₂-Zunahme bei steigender Belastung, sodass die Kurven weniger parallel verlaufen als bei Jüngeren (Publikation uni-tübingen). Diese selten zitierte nicht direkt proportionale Zusammenhang zwischen VO2 und HF primär erklärt teilweise die Fehlerquelle des Astrand-Tests von bis zu 20% gegenüber der Spiroergometrie.
Der vielzitierte Astrand-Test basiert auf der Voraussetzung, dass aufgrund einer physiologischen Gesetzmässigkeit zwischen 50 und 85 Prozent der maximalen Herzfrequenz eine annähernd lineare Beziehung zwischen Herzfrequenz und Sauerstoffaufnahme besteht. Aus diesem Grund wird zur Bestimmung des Testpulses im Pulsspektrum zwischen 125 und 170 Schlägen/min offengelassen, welche individuelle Herzfrequenz am Ende der Akkomodationsphase erreicht werden sollte. Unter der Annahme, dass Herzfrequenz und Sauerstoffaufnahme in einem submaximalen Belastungsbereich proportional zueinander ansteigen, kann letztere über die Herzfrequenz am Testende abgeschätzt werden. Je näher die Herzfrequenz nach unten gegen 125 Schlägen/min tendiert, desto weniger ändert sich die Herzfrequenz bei Leistungssteigerungen, was dazu führt, dass VO₂max eher unterschätzt wird.
Bis zur anaeroben Schwelle steigen HF und VO₂ weitgehend proportional zur Leistung (Watt). Das bedeutet eine Zunahme der Herzfrequenz um 4–6 Schläge/min pro Belastungssteigerung um 1 Watt und eine entsprechende Zunahme der Sauerstoffaufnahme von 3–4 ml//kg KG/min. Der lineare Zusammenhang ergibt sich aus der Gleichung VO₂ = HF × SV × arterio-venöse O₂-Differenz, da Schlagvolumen (SV) und arterio-venöse Differenz konstant bleiben.
Zusammenfassung der Kapitel
1. Differenzierende Nutzung ausdauerassoziierter Leistungsparameter: Das Kapitel vermittelt physiologische Kenngrössen der Ausdauer wie Spiroergometrie, VO2max im Kontext von Langlebigkeit sowie die differenzierte Bestimmung und Relevanz von Ruhe- und Maximalpuls.
2. Bestimmung der VO2max auf dem Fahrradergometer: Dieses Kapitel behandelt die Durchführung und Fehlerquellen des Astrand-Ergometertests sowie die Notwendigkeit von individuellen Vortests zur Absicherung eines physiologischen Steady-States.
3. Bestimmung der VO2max auf dem Laufband: Das Kapitel erläutert standardisierte Laufband-Testverfahren wie den submaximalen Balke-Treadmill-Test sowie geschlechtsspezifische Belastungsprotokolle und Umrechnungsformeln.
4. Erweiterte Nutzung ermittelter Testdaten im Ausdauerbereich: Hier werden die Verknüpfung von Sauerstoffaufnahme, respiratorischem Quotienten und Substratnutzung (Fett- vs. Kohlenhydratverbrennung) sowie die praktische Steuerung des Energieumsatzes und des Nachbrenneffekts dargelegt.
5. Muskelkontraktionsformen: Dieses Kapitel analysiert die mechanischen Wirkungsgrade verschiedener Kontraktionsformen und beschreibt die physiologischen Besonderheiten sowie den energetischen Aufwand exzentrischer Muskelarbeit.
6. Wattleistung auf dem Laufband: Das Kapitel stellt mathematisch-physikalische Berechnungsmodelle zur Quantifizierung der mechanischen Wattleistung und des metabolischen Äquivalents beim Laufen mit und ohne Steigung vor.
7. Auswirkungen physikalischer Grössen auf das biomechanische System «Mensch»: Es werden mechanische Kernbegriffe wie Kraft, Impuls, Hebelgesetze sowie Druck- und Zugspannungen vertieft und auf Gelenkstrukturen sowie Bandscheiben angewendet.
8. Fallbeispiele und Lernfragen: Anhand praxisnaher Rechenbeispiele und Aufgabenstellungen trainiert das Kapitel die konkrete Berechnung von mechanischer Arbeit, Leistung, Kalorienverbrauch und metabolischen Äquivalenten.
9. Schnittstelle zwischen Primär- und Sekundärprävention: Das Kapitel definiert den Übergang von Prävention zu Rehabilitation und führt in die strukturierte Anamneseerhebung sowie die bio-psycho-soziale Klassifikation gemäss ICF-Modell ein.
10. Training bei ausgesuchten Krankheitsbildern: Hier werden die Grundlagen des Clinical Reasoning sowie die physiologischen Stadien der Wundheilung als zeitlicher Orientierungsrahmen für therapeutische Trainingsreize vermittelt.
11. Clinical Assessment: Das Kapitel beschreibt den systematischen Ablauf klinischer Funktions- und Provokationstests zur Feststellung der individuellen Belastbarkeit und Formulierung präziser Trainingsziele.
12. Guideline für den Rehabilitationsprozess: Es wird eine strukturierte Handlungsanleitung vorgestellt, die von der Schmerzbeherrschung und dem Training bradytropher Gewebe über Koordination bis zum gezielten Kraft- und Ausdaueraufbau reicht.
13.-Phasen-Modell des muskulären Aufbautrainings in der Rehabilitation: Dieses Kapitel diskutiert die pathophysiologischen Folgen von Immobilisation und beschreibt ein hierarchisches, kriterienbasiertes Stufenmodell des rehabilitativen Krafttrainings.
15. Das Krankheitsbild: Anhand typischer Pathologien wie VKB-Rupturen, Bandscheibenvorfällen und Schulterluxationen werden evidenzbasierte, phasenorientierte Nachbehandlungsschemata und Return-to-Activity-Kriterien ausgeführt.
16. Up-Regulation der Genexpression: Das Kapitel beleuchtet die zelluläre Signaltransduktion durch mechanische und metabolische Reize, welche über Transkription und Translation adaptive Anpassungsprozesse im Muskelgewebe auslösen.
17. Belastung–Adaptationszyklus - Grundlage der Belastbarkeit: Hier wird der biologische Zyklus von Belastung, Beanspruchung, Ermüdung und Erholung kritisch gegenüber dem klassischen Superkompensationsmodell abgegrenzt und auf vulnerable Zielgruppen übertragen.
18. Evidenz adaptiver Trainingssteuerung: Das Kapitel analysiert aktuelle trainingswissenschaftliche Erkenntnisse zu Satzvolumen, Reiznähe (RIR) und Time under Tension (TuT) zur Steuerung von Hypertrophie und Maximalkraft.
21. Signalverarbeitung im Nervensystem: Es werden neurophysiologische Mechanismen wie synaptische Summation, neuronale Hemmungsprozesse, Neuroplastizität und kognitive Entscheidungssysteme des Verhaltens dargestellt.
22. Sensomotorik – neurophysiologische Basis der arthromuskulären Koordination: Das Kapitel behandelt die sensorischen Regelkreise aus Propriozeptoren, Muskelspindeln und Golgi-Sehnenorganen zur willkürlichen und reflektorischen Bewegungs- und Haltungssteuerung.
23. Dimensionen der Orientierung des Körpers: Hier werden die Raum- und Körperorientierung, vestibuläre und okulomotorische Reflexe sowie die Vor- und Nachteile von Trainingsmitteln auf instabilen Unterlagen analysiert.
24. Assessments zur Einschätzung des Sturzrisikos: Das Kapitel stellt evidenzbasierte Testverfahren wie den Flamingo-Einbeinstand, den Timed-Up-and-Go-Test, den M-CTSIB und den Romberg-Test zur validen Beurteilung von Mobilität und Sturzgefahr vor.
26. Klinische und sportmotorische Tests: In einem alphabetischen Kompendium werden wesentliche orthopädische und funktionelle Screening-Verfahren von FAAM über Lachman- und LESS-Test bis hin zum SEBT zusammengefasst.
Schlüsselwörter
Rehabilitatives Training, Trainingsphysiologie, VO2max, Ausdauerdiagnostik, Biomechanik, Wundheilungsphasen, Kraftaufbau, Sensomotorik, Posturale Kontrolle, Sturzrisiko, Genexpression, mTOR, Clinical Assessment, Evidence-based Practice, Astrand-Test
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in diesem Fachbuch grundlegend?
Das Lehrbuch vermittelt ein vertieftes Verständnis über die Verknüpfung von physiologischen Funktionsmechanismen, biomechanischen Gesetzen und evidenzbasierten Trainingsmethoden in der muskuloskelettalen Rehabilitation und im gesundheitsorientierten Training.
Was sind die zentralen Themenfelder des Werks?
Zu den thematischen Schwerpunkten gehören die Leistungsdiagnostik im Ausdauerbereich, die physikalische Biomechanik des Menschen, phasenbezogene Wundheilungsprozesse, die molekulare Steuerung des Krafttrainings sowie die Neurophysiologie von Gleichgewicht, Sensomotorik und Sturzprävention.
Welches primäre Ziel verfolgt die Publikation?
Ziel ist es, Fachpersonen in Therapie- und Bewegungsberufen fundierte, direkt in der Praxis anwendbare Werkzeuge zur Datenerhebung, individuellen Trainingssteuerung und kriteriengeleiteten Rehabilitation an die Hand zu geben.
Welche wissenschaftliche Methode liegt dem Buch zugrunde?
Das Buch stützt sich auf das Konzept der Evidence-based Practice (EBP), indem es biomechanische und physiologische Laborforschung, empirische klinische Studien und standardisierte Assessments miteinander verbindet.
Was wird im Hauptteil des Buches behandelt?
Im Hauptteil werden mathematisch-physikalische Berechnungen für Trainingsparameter dargelegt, konkrete Fallbeispiele aus Orthopädie und Traumatologie analysiert, detaillierte Rehabilitationsleitlinien aufgestellt und standardisierte Testbatterien für Praxisanwendungen aufbereitet.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren das Werk?
Prägende Begriffe sind unter anderem VO2max, metabolisches Äquivalent (MET), Wundheilungsphasen, Sensomotorik, posturale Stabilität, Reiznähe (RIR), Genexpression, mTOR-Signalweg und Clinical Assessment.
Warum ist die Bestimmung der VO2max auch für die Langlebigkeit (Longevity) relevant?
Die maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit (VO2max) gilt als wesentlicher Prädiktor für die kardiorespiratorische Fitness, welche umgekehrt proportional zur Gesamtmortalität verläuft und das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Diabetes und kognitiven Abbau signifikant senkt.
Wie unterscheiden sich die Trainingsinterventionen in den verschiedenen Phasen der Wundheilung?
In der frühen Proliferationsphase stehen schmerzfreie, gering intensive Bewegungen zur Anregung von Mikrozirkulation und Gewebediffusion im Fokus, während erst in späteren Konsolidierungs- und Umbauphasen eine progressive Steigerung von Kraftausdauer, Hypertrophie und spezifischer Belastbarkeit zulässig ist.
Warum ist ein reines Training auf instabilen Unterlagen zur Sturzprophylaxe nicht ausreichend?
Gemäss dem SAID-Prinzip passt sich der Körper spezifisch an den Trainingsreiz an; da Alltagsstürze meist bei dynamischen Bewegungsabläufen auf festem Boden auftreten, sind für eine effektive Sturzprävention primär Maximalkraft, reaktive Schnellkraft und dynamische posturale Reflexe auf festem Untergrund entscheidend.
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- Urs Geiger (Author), 2026, Von der Trainingsphysiologie zur klinischen Relevanz des rehabilitativen Trainings, Band 5, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/1745985
