Reine Sauerstoff Respiration. Eine Ressource zur Verbesserung der Kurzzeitausdauer

Inhaltsverzeichnis

Danksagung

Zusammenfassung

1. Einleitung

2. Fragestellung

3. Theorie
3.1 KraftundAusdauer
3.1.1 Konditionsdreieck
3.1.2 Kraftarten und Muskelfaseraktivität, abhängig von derZeit
3.1.3 Definition Ausdauer
3.1.4 Einteilung derAusdauer
3.1.5 Aerobe und Anaerobe Ausdauer
3.1.6 Anaerobe Schwelle (ANS)
3.1.7 Allgemeine-,spezielle-und Kraftausdauer
3.1.8 Sprint-, Kurz-, Mittel-, Langzeitausdauer.
3.2 Energie und leistungslimitierende Systeme
3.2.1 Bewegungs-, Betriebs-, Steuerungssystem
3.2.2 Zusammenspiel derSysteme
3.2.3 Laktat als Leistungslimitierender Faktor
3.2.4 Muskelfasertypen als Leistungsbeeinflussender Faktor
3.3 Energiebereitstellung im Muskel
3.3.1 O2 in die Muskelfasern; Energiebereitstellung in den Muskeln
3.3.2 Regeneration des Muskels
3.4 02-Defizit, Steady-State und 02-Schuld (EPOC)
3.5 Gasaustausch
3.5.1 Bindungskurven
3.6 O2 (Sauerstoff)
3.6.1 O2 in derMedizin
3.6.2 O2 in der Technik
3.6.3 O2 in Lebensmitteln
3.7 Atmung
3.7.1 Atemtechnik
3.7.2 Atemgrössen
3.7.2 Vitalkapazität.
3.8 Blut als O2 Transportmittel
3.9 EPO Doping
3.10 Serotonin

4. Methodik
4.1 ShuttleRun
4.1.1 Durchführen des Shuttle Run
4.2 O2- Respiration vor dem Shuttle Run

5. Ergebnisse
5.1 Probandenübersicht
5.1.1 Probandi
5.1.2 Proband2
5.1.3 Proband3
5.1.4 Proband4
5.2 Testresultate
5.2.1 Proband 1
5.2.2 Proband2
5.2.3 Proband3
5.2.4 Proband 4
5.3 Auswertung
5.3.1 Diskussion

Rückblick

6. Literaturverzeichnis

7. Abbildungsverzeichnis

8. Tabellenverzeichnis

Danksagung

Ich bedanke mich bei allen Personen herzlich, die mich beim Prozess dieser Maturarbeit begleitet haben.

Ein spezielles Dankeschön gilt meiner Familie und meinen Freunden aber auch allen Per­sonen, die mir zu verschiedenen Tests zur gratis Verfügung gestanden haben und als Pro­banden tätig waren.

Ein grosses Dankeschön geht an die Firma О-Pur, welche mir die 02-Flaschen und die Re­spirationsmasken für die verschiedenen Tests zur Verfügung gestellt haben.

Ein weiteres grosses Dankeschön gilt Herrn Dr. Andreas von Philipsborn, er hat mir aktiv bei der Verfassung dieserArbeit zur Seite gestanden.

Der grösste Dank gilt aber Herrn Mirko Novakovic, der mich als Betreuer durch diese Ar­beit geleitet hat. Er hat mich als Wegweiser geführt und war von Anfang an interessiert und vom Gelingen überzeugt.

Danke, ohne Euch alle wäre dieses Projekt nie möglich gewesen!

Zusammenfassung

Als begeisterter Sportler habe ich mich schon sehr früh für dieses Thema interessiert und gelangte zur Überzeugung, dass es auch eine spannende Maturarbeit ergeben würde.

Anfangs war mir noch nicht klar, wie ich das alles angehen soll. Zum Glück hat mir Herr Novakovic sachkundig mit Rat und Tat unter die Arme gegriffen und mir mögliche Wege aufgezeigt.

Während meiner oft herausfordernden Recherchen konnte ich mein Wissen enorm vertie­fen und mein sportliches Spektrum erweitern. Durch die Auswertung der Tests konnte ich mich das erste Mal in die Welt der Wissenschaft einleben und mich somit auch mit der Ver­fassung einer wissenschaftlichen Arbeit befassen. Die Auswertung der Tests verlief wie im Bilderbuch und die Testresultate liessen mich staunen. Die Arbeit hat mir viel Freude ge­macht, ich durfte über ein Thema der „wichtigsten Nebensache der Welt", den Sport, schreiben!

1. Einleitung

Es ist allgemein bekannt, dass Sauerstoff (O2) eine elementare Rolle in unserem Körper spielt. Wir atmen O2 aus der Umgebungsluft ein und machen es so dem Körper möglich, seinen normalen Tätigkeiten nachzugehen. Auch wenn wir uns sportlich betätigen brau­chen wir O2 um unseren Körper voranzutreiben.

In dieser Arbeit untersuche ich die Auswirkungen des Einatmens von reinem O2 auf sport­liche Leistungen des menschlichen Körpers, spezifisch auf die Kurzzeitausdauer.

Ich möchte zeigen, dass O2-Respiration positive Auswirkungen auf unsere Kurzzeitausdau­er haben kann. Ich will auch beweisen, dass durch O2-Respiration sportliche Leistungen gesteigert werden können und dies nicht durch herkömmliches Grundlagenausdauertrai­ning oder Höhentraining.

Obwohl das Blut schon fast zu 100% mit O2 gesättigt ist, möchte ich Versuche mit reiner O2 -Respiration durchführen, um herauszufinden, ob eine sportliche Leistung verbessert wer­den kann. O2-Beigabe soll die Leistung im aeroben Energiegewinnungsbereich steigern.

Gleichzeitig möchte ich auch eventuelle negative Auswirkungen oder Nebenwirkungen durch Beigabe von reinem Sauerstoff auf den menschlichen Körper aufzeigen und all das in dieser Maturarbeit festhalten.

2. Fragestellung

Dieser Teil der Arbeit war die grösste Herausforderung, da der Bereich Sport ein ganzes Universum ist und ich nur einen kleinen Planeten erforsche will. Deshalb habe ich mich entschlossen, mich mit der folgenden Fragestellung näher auseinander zu setzen:

Kann 02-Respiration die Kurzzeitausdauer positiv beeinflussen?

3. Theorie

3.1 Kraft und Ausdauer

3.1.1 Konditionsdreieck

Kraft, Ausdauer und Schnelligkeit treten nie in ihrer Reinform auf.

Schnelligkeit ist streng genommen nur eine Form der Kraft. Kraft wird in einem Zeitab­schnitt geleistet. Kraft, welche in einem kurzen Zeitrahmen geliefert wird, nennt man Kraft (auch Schnellkraft). Leistet man ,Krafť in einem grösseren Zeitabschnitt nennt man dies Ausdauer. Dies ist eine sehr vereinfachte Anschauungsweise, fasst aber das Wesentliche zusammen. Man kann Sportarten relativ gut in einem Konditionsdreieck (siehe Abbildung 1) einteilen, denn in jeder Sportart spielen Kondition, Kraft und Schnelligkeit eine Rolle. (1)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.2 Kraftarten und Muskelfaseraktivität, abhängig von der Zeit

Bei Sportarten (wie z.B. Gewichtheben), bei denen die muskuläre Anspannung grösser als 25% ist, werden Blutgefässe abgeschnürt und somit erhält der Muskel erheblich weniger O2. Hier bewegt man sich im anaeroben Bereich und spricht von Maximalkraft (Sportarten). Der Gewichtheber besitzt Maximalkraft-Ausdauer. Diese Maximalkraft-Ausdauer ist nicht wirklich abhängig vom Herz-Kreislaufsystem. Hingegen ist bei Herz- Kreislaufausdauer die muskuläre Anspannung kaum über 25% der Maximalkraft, deswe­gen kann hier der Sauerstoff viel besser transportiert werden. Je nach Ausdauerart, die trainiert wird, besitzt man verschiedene Muskelfasertypen(siehe Abbildung 2 und Kapitel 3.2.4).

Ausdauer kann man als Ermüdungswiderstandsfähigkeit und Erholungsfähigkeit definieren. Je länger die muskuläre Arbeitsdauer, desto höher ist die Kapazität. Je schneller die Mus­keln arbeiten können, desto höher die Leistungsfähigkeit (siehe Tabelle 1)

Tabelle 1 Ausdauerqualitäten

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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Abbildung 2 Kraftarten und Muskelfaseraktivität in Abhängigkeit von der Zeit (1)

3.1.3 Definition Ausdauer

Ausdauer als solche kann man nicht definieren, da sie von mehreren Parametern abhängt. Man kann sie jedoch abhängig vom Parameter definieren; daraus entstehen folgende Defi­nitionen für Ausdauer:

1. psycho-physische Ermüdungs-Widerstandsfähigkeit und Erholungsfähigkeit
2. Fähigkeit, Leistung mit möglichst grossem aeroben Stoffwechsel zu erbringen
3. Möglichst grosse Leistung mit minimaler Laktatbildung (oder gute Laktatverträg­lichkeit) (1)

3.1.4 EinteilungderAusdauer

Je nach Kriterium (Belastungsart, 02-Verfügbarkeit oder Energie-Bereitstellung) kann man Ausdauer in verschiedene Ausdauerformen einteilen.

Wenn man vom Kriterium Bewegung ausgeht, kann man Ausdauer in zyklische/azyklische Ausdauer einteilen (siehe Abbildung 3). Zyklisch bedeutet dabei die stereotypischen Bewe­gungsmuster, wie sie im Grundlagenausdauertraining üblich sind (z.B. Joggen). Wenn man von der azyklischen Ausdauer spricht, ist die Rede von nicht-zyklischen Bewegungsmus­tern, wie sie im Spielsport üblich sind. Je nach Belastungsart lässt sie sich auch in allgemei­ne und spezifische Ausdauer einteilen. Falls man von der 02-Verfügbarkeit ausgeht, unter­scheidet man zwischen aerob und anaerob (siehe Kapitel 3.1.5). Je nach Energiebereitstel­lung unterscheidet man Sprint-, Kurz-, Mittel- oder Langzeitausdauer (Siehe Abbildung 3 und Kapitel 3.1.8). (1)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3 Ausdauerformen (1)

3.1.5 Aerobe und Anaerobe Ausdauer

Je nach Verfügbarkeit von O2 (Siehe Abbildung 3) muss der Muskel bei hoher körperlicher Belastung die zusätzlich benötigte Energie ohne O2 produzieren, es entsteht eine Gärung (mit Laktat; siehe auch Kapitel 3.2.3). Dies nennt man anaerobe Energiegewinnung. Je län­ger die Muskeln mit der aeroben (mit O2 und nicht mit Gärung) Energiegewinnung Leis­tung erbringen können, desto besser ist die Ausdauer eines Athleten. (1)

3.1.6 Anaerobe Schwelle (ANS)

Die ANS (siehe Abbildung 4) wird auch Laktatschwelle genannt. Sie bezeichnet die höchst­mögliche Belastungsintensität eines Athleten, bei der Abbau und Bildung von Laktat im Gleichgewicht sind (Laktat-Steady-State). Diese Schwelle kann als ein Mass für die Ausdau­erfähigkeit eines Menschen betrachtet werden.

Die ANS ist von Mensch zu Mensch verschieden. Je besser die Ausdauer eines Menschen, desto länger bewegt er sich im anaeroben Bereich. Je „fitter" ein Mensch ist, desto weniger Laktat produziert er, desto später erreicht er den Laktat-Steady-State (= Plateau auf der Laktatkurve; Gleichgewicht zwischen Abbau und Bildung von Laktat)

Die Leistungsfähigkeit (d.h. die Intensität, mit der ein Körper belastet werden kann) misst gleichzeitig auch die anaerobe Kapazität, welche aussagt, wie hoch die körperliche Belas­tung auf einen menschlichen Körper wirken kann, ohne in die aerobe Energiegewinnung zu fallen (= wie lange kann der Körper entstehendes Laktat noch abbauen, ohne das eine Gä­rung oder Übersäuerung abläuft.). Siehe auch Abbildung 1 für grobe Einteilung der Sport­arten in anaerob oder aerob. (1)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.1.7 Allgemeine-, spezielle- und Kraftausdauer

Theoretisch existiert keine allgemeine Ausdauer, da jede Ausdauerart an ihre eigene Sport­art gebunden ist oder umgekehrt. Jede Sportart hat spezifische Bewegungsmuster, die ihre eigene Ausdauer verlangen. Jede Sportart erfordert gleichermassen mehr oder weniger Kapazität/Leistungsfähigkeit. Dabei sollte man stets erwähnen, dass immer eine allgemei­ne Ausdauer vorhanden sein sollte. So trainieren Spielsportler vor der Saison meist Grund­lagenausdauer und/oder Sprint-Schnellkraft (Joggen, Sprints, Kraftraum) und gehen dann während der Saison spezifischer auf Spielzüge, Taktik, etc. ein.

Der Begriff Kraftausdauer ist nicht klar abgegrenzt und wird oft falsch verstanden. Charak­teristisch für Kraftausdauer Disziplinen ist eine längere muskuläre Anspannungszeit (ca. 40-60% der max. Kraft) mit nur wenig rückgewonnener elastischer Energie. (1)

3.1.8 Sprint-, Kurz-, Mittel-, Langzeitausdauer

Der primäre Unterschied zwischen diesen vier Ausdauer Variationen liegt in der Intensität pro Zeitintervall. Je intensiver etwas in kurzer Zeit ausgeführt werden muss, desto mehr Kraft braucht man (Sprintausdauer) dabei. Je weniger der Kraftfaktor eine Rolle spielt, des­to mehr Langzeitausdauer braucht man. Kraft und Schnelligkeit sind die massgebenden Faktoren in der Ausdauerartbestimmung. (1)

3.2 Energie und leistungslimitierende Systeme

3.2.1 Bewegungs-, Betriebs-, Steuerungssystem

Wir können unseren ganzen Körper in drei Systeme einteilen: Bewegungssystem, Betriebs­system und Steuerungssystem (Abbildung 5). Um die leistungslimitierenden Faktoren ver­stehen zu können, werde ich im nächsten Abschnitt näher auf die drei Systeme eingehen.

Im Bewegungssystem spielt der Muskelfasertyp (Abbildung 8), welcher auch genetisch be­stimmt ist, eine ausschlaggebende Rolle. Die Arten von Muskelfasern, welche Vor-, sowie Nachteile aufweisen (z.B. weisse Fasern brauchen mehr Energie und ermüden schneller) können unsere Leistung stark bestimmen. In den Muskelfasern können nach langer und/oder intensiver Belastung eine Übersäuerung, Verhärtung/Verkrampfung oder sogar Mikroläsionen (kleine Zellrisse) entstehen. Auch die Atemmuskulatur kann leistungsein­schränkend sein, denn mit der Zeit muss der Körper bei gleicher Belastung mehr ventilie­ren.

Im Betriebssystem spielen das Herzkreislauf- sowie das Muskelzellsystem die wichtigsten Rollen. Je mehr Leistung das Herzsystem bringen kann, desto mehr O2 gelangt zu den Mus­kelzellen. Je mehr Mitochondrien in den Muskelzellen vorhanden sind, desto mehr O2kann von ihnen aufgenommen und verarbeitet werden (Abbildung 6).

Die Haupt-Leistungslimitierenden Faktoren sind: Laktat-Anhäufung im Blut (Brennen in der Muskulatur -> Reduzierung der Intensität) und die zentralnervösen Hemmprozesse, welche den Antrieb schwächen. (1)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 5 Bewegungs-, Betriebs- und Steuerungssystem(l)

3.2.2 Zusammenspiel der Systeme

Die 3 Systeme korrelieren stets miteinander (Abbildung 5). Der Körper wäre nicht in der Lage, über längere Zeit Leistung zu erbringen, würden die Systeme nicht fusionieren. Die Energieproduktion findet stets in der Zelle statt (siehe auch Kapitel 3.3). Es ist für den Muskel zwar möglich, für kurze Zeit (anaerob) unabhängig von den zwei anderen Syste­men Leistung zu erbringen, aber auf Dauer unmöglich. (1) In meiner Arbeit werde ich ver­suchen, direkt und indirekt alle 3 Systeme zu beeinflussen. Ich werde das Atemsystem mit zusätzlichem O2 versorgen (02-Lieferung beeinflussen). Ich kann das Herzkreislaufsystem nicht beeinflussen, dieses transportiert das O2. Hat ein Proband jedoch ein grösseres Herz (auch Sportlerherz genannt), ist er in der Lage mehr O2 zu pumpen (vergleichbar mit einem Motor, je grösser der Motor, desto mehr Pumpleistung). In den Muskelzellen angekommen wird das O2 genutzt und verwertet. Je nach Proband ist die 02-Aufnahme in den Muskeln besser oder schlechter, da die Muskelzellen und Typen auch genetisch beeinflusst sind. Ist ein Proband trainiert lange zu laufen, so hat er vermehrt kapillarisierte Muskelfasern, wel­che ihm erlauben, mehr auf die oxidative Energiegewinnung zurückzugreifen. Siehe auch Kapitel: Muskelfasertyp als Leistungsbeeinflussender Faktor [Kapitel 3.2.4].

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 6 Zusammenspiel der Systeme am Beispiel O2 (1)

3.2.3 Laktat als Leistungslimitierender Faktor

Sehr intensive sportliche Leistungen (z.B. 100m oder 400m Lauf) können nicht durch die aerobe Energiegewinnung bewältigt werden. Es muss schnell viel Energie geliefert werden. Die Muskelzelle muss auf hochenergetische Stoffe zurückgreifen und da dies alles ohne O2 abläuft, muss auch Glucose (Einfachzucker) vergären. Durch diese Vergärung entsteht das sogenannte Laktat (Anion der Milchsäure). Diese Anhäufung von Laktat verursacht Bren­nen in den Muskeln und sendet Hemmsignale an unser Hirn. Die Anhäufung ist leistungsli­mitierend, da, unter anderem durch die Übersäuerung, die Muskelkontraktion gehemmt wird. Dabei verändert sich auch der pH-Wert im Blut. Die Abbildung 7 zeigt in einer verein­fachten Form die Anhäufung des Laktates auf. Unterhalb der ANS häuft sich kein Laktat an, da Auf-, und Abbau im steady-state (^Gleichgewicht) sind. Oberhalb häuft sich Laktat an, da die anaeroben Prozesse überwiegen. Die Laktat-Anhäufung kann bis zu einem gewissen Grad von unserem Körper „geschluckt" werden, nach einem gewissen Punkt ist die Anhäu­fung jedoch so gross, dass die Muskeln nicht mehr richtig arbeiten können. Man kann dies mit einer Badewanne vergleichen. Dreht man den Wasserhahn so weit auf, dass der Abfluss die Wassermassen nicht mehr abführen kann, so überläuft die Badewanne nach einem ge­wissen Zeitpunkt.

Laktat kann je nach Intensität der sportlichen Leistung nach 30-60min abgebaut werden. Es wird in Leber, Niere, Herz und Muskulatur abgebaut. (1)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.2.4 Muskelfasertypen als Leistungsbeeinflussender Faktor

Die Energiebereitstellung findet in den Mitochondrien der Muskelzellen statt. Der Muskel besteht aus verschiedenen Muskelzelltypen, die auch als Muskelfasern bezeichnet werden. Es gibt verschiedene Muskelfaser Typen. Diese Muskelfasertypen unterscheiden sich in ihrer Funktion, Struktur und energetischen Eigenschaften (Abbildung 8).

Je nach Muskelfasertyp kann O2 besser oder schlechter aufgenommen werden. Man kann die Muskelfasern in Typl-Fasern (langsam zuckend) und Typ2-Fasern (schnell zuckend) einteilen. Die Typ2-Fasern lassen sich dann wieder in "Unterkategorien" einordnen, näm­lich Typ2a und Typ2b. Die wichtigsten Muskelfasertypen sind: Typl und Typ2b. Typl gilt als Ausdauerfaser und Typ2b als Sprintfaser. Es gibt im menschlichen Körper keinen Mus­kel der ausschliesslich aus einem Faser Typ besteht. Im äusseren Oberschenkelmuskel ist der Anteil von schnellen und langsamen Fasern etwa gleich.

Die Abbildung zeigt auch die verschiedenen Eigenschaften der Muskelfasern auf. (1) Die Muskelfasern spielen auch in meinem Versuch eine Rolle, da je nach Proband die Muskelfa­serverteilung anders ist.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 8 Muskelfasertypen und ihre Eigenschaften(l)

Je nach Trainingsstatus eines Probanden sind die Muskelfasern auf eine gewisse Leistung "getrimmt" (z.B. bei einem Probanden, welcher 3-4 mal die Woche joggen geht, ist die Ka- pillarisierung der Typl Muskelfasern viel grösser als bei einem Sprinter oder Bodybuilder). Die Sportart, die ein Proband ausübt, kann unter Umständen das Testresultat stark beein­flussen, da z.B. ein Crossfitter (Crossfit= Mischung aus Kraft, Schnelligkeit und Ausdauer) eine sehr grosse Kapillarisierung aller Muskelfasern aufweist. Somit ist der Proband in der Lage, das respirierte O2 besser und in grösserem Mass zu den Muskeln zu transportieren.

3.3 Energiebereitstellung im Muskel

Es gibt zwei wichtige Energieformen in den Muskeln, die chemische und mechanische Energie. Die Energie ist entweder gespeichert (potentiell) oder freigesetzt (kinetisch) vor­handen. Der „Energielieferant" für die Muskelkontraktion (Muskelbewegung) ist Adenosin- Tri-Phosphat (ATP). ATP zerfällt während der vom Körper erbrachten Leistung zu Adeno- sin-Di-Phosphat (ADP) und Phosphat. Die Zufuhr von chemisch gespeicherter Energie baut ADP wieder auf zu ATP.

Der Muskel produziert bei Kontraktion und Dehnung sehr viel Wärme (ca. 70-80% der Energie wird in Wärme umgewandelt) (siehe Abbildung 9). (1)

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3.3.1 02 in die Muskelfasern; Energiebereitstellung in den Muskeln

Sauerstoff, aufgenommen ins Blut (in den Alveolen), bindet an Hämoglobin (roter Blutfarb­stoff), welches in die Kapillaren gelangt. In den Muskelzellen gibt Hämoglobin seine O2- Moleküle an Myoglobin (roter Muskelfarbstoff) ab. Das Myoglobin transportiert schliess­lich die O2-Moleküle in die Mitochondrien (in den Muskeln und Organen), wo sie verwertet werden können. (1) Genauere Beschreibung von Hämo-, und Myoglobin siehe Kapitel 3.3.1.1 und Kapitel 3.3.1.2

3.3.1.1 Hämoglobin

Hämoglobin ist ein Molekül bestehend aus einem Protein und einer chemischen Gruppe, welche Eisen enthält. Dem Hämoglobin kommt eine lebenswichtige Aufgabe zu: es trans­portiert O2 zu unseren Zellen. Hämoglobin gibt unserem Blut auch die typisch rote Farbe. Damit unser Körper richtig funktionieren kann, ist der Hämoglobin-Wert sehr wichtig. Hat man einen zu tiefen Eisenwert im Blut (ist häufig bei Frauen und Vegetariern der Fall), so beeinflusst dies den Hämoglobin-Wert. Ist der Hämoglobin-Wert zu niedrig, so kann man unter Müdigkeit, Kopfschmerzen oder Wachstumsstörungen leiden.

Hämoglobin als O2 Transportmittel des Blutes kann jeweils 4 O-Atome pro Häm-Molekül binden. Diese O-Atome gibt das Häm-Molekül dann in den Zellen ab. Siehe auch Kapitel 3.5 Gasaustausch.(2)

3.3.1.2 Myoglobin

Myoglobin ist ein Molekül zusammengesetzt aus einem Protein und einer chemischen Gruppe, welche Eisen enthält. Myoglobin ist mit dem Blutfarbstoff Hämoglobin verwandt. Myoglobin dient wie Hämoglobin dem 02-Transport, aber anders wie Hämoglobin befindet sich Myoglobin in den Muskelzellen. Myoglobin hat eine grössere 02-Affinität (O2 bindet stärker und besser an Myoglobin) als Hämoglobin, dadurch wird sichergestellt, dass das O2 in den Muskelzellen ankommt. (3)

3.3.2 Regeneration des Muskels

Unter Regeneration versteht man die Wiederherstellung eines physiologischen Gleichge­wichtszustandes. Die Regeneration wird durch diverse Faktoren beeinflusst, unter ande­rem durch die Belastung und die Menge an Metaboliten (=Stoffwechselprodukte, z.B. Laktat). Sie ist auch genetisch beeinflusst.

Sie kann zudem auch durch die Aufnahme von O2 beeinflusst werden. Nach der sportlichen Aktivität laufen unsere Systeme für eine Zeit weiter (siehe Kapitel 3.4), wie lange ist von Mensch zu Mensch verschieden. Nach der sportlichen Aktivität hat der Körper ein erhöhtes „Bedürfnis" für O2. Respiriert man also O2, nach der sportlichen Aktivität, kann es sein, dass der Körper (Muskeln) sich schneller regeneriert.

3.4 02-Defizit, Steady-State und 02-Schuld (EPOC)

Die Aufnahme und den Verbrauch von Sauerstoff versucht der Körper immer im Gleichge­wicht zu halten. Beim Training kann es jedoch zu einem Ungleichgewicht kommen, wodurch eine sogenannte Sauerstoffschuld entsteht. Zu Beginn einer körperlichen Belas­tung braucht der Körper eine gewisse „Anlaufzeit" wobei die ersten 3-4min die benötigte Energie aus der Gärung (Laktat) gewonnen wird. Diese „Anlaufzeit" nennt man 02-Defizit. Erst wenn sich der Körper der körperliche Arbeit angepasst hat, bewegt er sich im aeroben Bereich (02-Aufnahme und Verbrauch sind im Gleichgewicht^ steady-state). Nach der kör­perlichen Arbeit muss der Körper das O2, welches er „zu wenig" aufgenommen hat, nachge­liefert erhalten, es kommt zu erhöhter Respiration (Dies nennt man Sauerstoffschuld, wo­bei dieser Begriff veraltet ist und man es heutzutage: EPOC (engl.: excess postexercise oxygen consumption, deutsch: Sauerstoffmehraufnahme nach Belastungsende} nennt) (4) (siehe auch Abbildung 11)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.5 Gasaustausch

O2 ist unverzichtbar für unseren Organismus, es sorgt für die Aufrechterhaltung sämtlicher Lebensprozesse. Wir nehmen O2 aus der Umgebungsluft auf, und der Körper transportiert es via Lunge zu unseren Körperorganen und den Muskelzellen. Hierbei brauchen das Herz und das Gehirn am meisten O2im Ruhezustand. In den verschiedenen Zellen wird das O2zu CO2 umgewandelt (siehe Abbildung 12 und 13), danach wird das CO2zu den Lungen trans­portiert und wieder durch den Mund ausgeschieden. (6)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 12 Respirationssystem (6)

Die Luft, welche wir einatmen, besteht zu 79% aus Stickstoff und 21% aus O2, wobei 1% Spurenelemente sind. In den Lungen wird dann das O2 in den Alveolen (Lungenkapillaren) „herausgefiltert" und diffundiert ins Blut. Diese Diffusion geschieht durch eine gasdurch­lässige Membran in den Alveolen. Im Körper wird das O2im Blut an Hämoglobin gebunden und zu den verschiedenen Organen (Herz, Hirn, Muskeln, etc.) geleitet. Während des Transportes verliert das Blut, genauer das Hämoglobin, stetig an O2, da das Hämoglobin immerzu O2 - Moleküle an die Zellen abgibt, wo der partielle Druck tiefer ist (siehe Abbil­dung 14). Der partielle Druck lässt sich anhand eines einfachen Beispiels erläutern. Füllt man einen Plastikbecher (welcher das Hämoglobin darstellt) randvoll mit Tischtennisbäl­len (die O2-Moleküle darstellen), so fallen die Tischtennisbälle problemlos aus dem Becher, wenn man ihn nur leicht zusammendrückt. Je mehr Tischtennisbälle jedoch aus dem Be­cher gefallen sind, desto mehr muss man ihn zusammendrücken, um die Tischtennisbälle herauszubekommen. Schlussendlich ist es dann gar nicht mehr möglich die letzten Tisch­tennisbälle, durch reine Druckausübung, aus dem Becher zu bekommen.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 13 Transportwegvon 02im Körper (6)

Огкапп in zwei verschiedenen Formen im Blut transportiert werden: chemisch gebunden (z.B. an Hämoglobin) oder physikalisch gelöst (z.B. im Blutplasma).

Das gleiche gilt auch für СО2.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 14 O2- und CO2- Partialdrücke (6)

3.5.1 Bindungskurven

Bindungskurven zeigen den (Funktions-) Zusammenhang zwischen dem partiellen O2- Druck [pO2] (in Blutgefässen etc.) und der O2-Sättigung[SO2] auf. Sie zeigen auf, wie sich die O2 -Sättigung unter Einfluss verschiedener Faktoren verschieben kann.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

02-Bindungskurve des Hämoglobin

Aus der Abbildung 15 kann man herauslesen, dass das Blut (Hämoglobin) auch noch bei niedrigem p02 zu ca. 80% mit O2 gesättigt ist. Dabei liegt die Sättigung bei fast 99% in der Lunge und nimmt dann stetig ab, je weiter es im Körper (auch Peripherie genannt) „ver­teilt" wird. In grösseren Höhen jedoch liegt die Sättigung in den Lungen nicht mehr bei 99%, sondern nur noch bei ca. 90%. Erstaunlicherweise lässt sich die Sättigungskurve auch durch den Säuregehalt „manipulieren", auch Bohr-Effekt genannt. Je „saurer" das Blut (d.h. je tiefer der pH-Wert), desto mehr verschiebt sich die Sättigungskurve nach rechts, was bedeutet, dass O2 eine höhere Affinität für Hämoglobin entwickelt und dass O2 besser in der Lunge aufgenommen werden kann. Umgekehrt verhält es sich bei eher basischem Blut. Die Affinität von Hämoglobin zu O2 wird verringert und die Abgabe in der Peripherie wird ver­bessert (siehe auch Abbildung 16, grün eingefärbt normaler pH des Blutes). (6)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Diese Verschiebung der Kurve ist physiologisch gesehen sehr sinnvoll. Die Muskeln begin­nen Laktat zu produzieren, der Säuregehalt im Blut erhöht sich. Durch den gesteigerten Säuregehalt verbessert sich die Aufnahme von O2 in den Lungen. Sehr wichtig ist jedoch die Aufrechterhaltung des pH-Wertes im Blut. Der pH-Wert liegt bei 7,4 ± 0,02. Zur Konstant­haltung des pH macht sich der Körper verschiedene Puffersysteme zu Nutzen, auf welche ich nicht genau eingehen werde. Auch eine Rolle zur Aufrechterhaltung spielt die Respira­tion, wobei CO2, welches ein „saures" Gas ist, ausgeatmet wird. Die metabolische (d.h. nicht respiratorische) Komponente (Ausscheidung von Säuren z.B. NaHCO3 durch den Urin) spielt auch eine Rolle, jedoch nur minim (siehe auch Abbildung 17). (6)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 17 Puffersystem und pH-Wert (6)

3.6 02 (Sauerstoff)

O2 ist unter Normbedingungen ein gasförmiges chemisches Element, welches mit 0 abge­kürzt wird. 0 hat die Ordnungszahl 8. O2 enthält eine Doppelbindung. Im Normalzustand ist O2 ein geschmacks-, geruchs- und farbloses Gas. Wird es kondensiert (-218C0), so entsteht eine hellblaue Flüssigkeit. O2 reagiert mit jedem anderen chemischen Element (ausser Edelgase).

Das Element Sauerstoff kommt überall in der Natur vor. O2 wird nahezu überall verwendet von medizinischer Therapie bis hin zur Raumfahrt. (7)

3.6.1 02 in der Medizin

Man findet O2 überall in der Medizin, sei es im OP-Saal oder im Krankenwagen. Verschie­dene Therapien basieren auf Sauerstoffkonsum, unter anderem die Langzeit­Sauerstofftherapie (LOT= Longterm-Oxygen-Thearpy). O2-Konsum kann auch bei chroni­schen Cluster Kopfschmerzen helfen und dies schon innerhalb von Minuten.

O2 wird überall eingesetzt wo Lungen-, Herz- oder Hirnprobleme festgestellt werden. In der Notfallmedizin wird dem Patienten Umgebungsluft, welche mit O2 angereichert worden ist, verabreicht. Dies hat unter anderem eine beruhigende Wirkung auf den Patienten, da die Wahrscheinlichkeit einer erhöhten Atemfrequenz somit auf ein Minimum reduziert wird. (7)

Es ist unter anderem erwiesen, dass O2 die Wundheilung anregt. Ein Forscherteam der University of Illinois in den USA hat herausgefunden, dass bei Mäusen die Wundheilung beschleunigt wird, wenn man sie mit Überdruck O2 behandelt. O2 aktiviert die Entzün­dungszellen des Immunsystems und dadurch beginnt der Heilungsprozess zu laufen. Dazu kommt, dass O2-Derivate die Vermehrung von Bakterien in Wunden verhindern. (8)

3.6.1.1 Risiken der 02 Respiration

Wenn man über längere Zeit reines O2 einatmet, kann dies auch lebensbedrohlich werden, da in den Lungen die Alveolen anschwellen und aufhören, ihrer normalen Aktivität nach­zugehen. Dieses Phänomen nennt man Lorrain-Smith-Effekt. Es existiert auch eine soge­nannte Sauerstoffvergiftung, welche häufig bei Tauchern auftritt. Hierzu kommt es, wenn der O2 Partialdruck zu hoch ist, da z.B. andere Gase fehlen und/oder vom O2 verdrängt wurden. (9)

Es ist unter anderem auch erwiesen, dass die Beatmung von zu früh geborenen Babys mit Luft und nicht mit 100% reinem O2 durchgeführt werden sollte. Eine Studie zeigt, dass Neugeborene, die mit Luft wiederbelebt wurden (dies kann ab und zu vorkommen, wenn das Kind zu tiefe O2 Werte hat) eine bessere Hirnaktivität zeigen als die Kinder die mit 100% O2-Gas beatmet wurden. Im Durchschnitt sterben dann 5% weniger Babys. Anders ausgedrückt könnte man einen von 20 Todesfällen abwenden, wenn die Kinder mit Luft und nicht mit reinem O2 beatmet werden würden. (10)

Neue Studien zeigen auch, dass Patienten, die einen Schlaganfall, Herzinfarkt oder eine Kohlenmonoxid-Vergiftung erlitten haben, nicht mehr mit 100% reinem O2 beatmet wer­den sollten. Früher wurden diese Patienten mit 100% reinem O2 beatmet, es gehörte zu den Golden Standards (medizinische Grundregeln).

Die Auswirkungen von reinem O2 auf unseren Körper können schädliche Nebenwirkungen hervorrufen. O2 beschleunigt die Atmung und somit die vermehrte Ausatmung von CO2, was die CO2 Konzentration im Körper abfallen lässt. Dies führt dann wiederum zu einer Verengung der Gefässe, somit sinkt automatisch die Blut- und somit auch die Sauer­stoffversorgung im Hirn. Parallel dazu können im Hirn verschiedene Regionen "irritiert" werden und so zum Beispiel spezielle Hormone, sogenannte Neurotransmitter, ausschüt­ten, die das Herz hindern Blut zu pumpen und O2 zu transportieren. Es wird somit empfoh­len, falls Beatmung nötig ist, das Beatmungsgas zu 95% mit O2 und zu 5% mit CO2 anzurei­chern. (11)

3.6.2 O2 in der Technik

O2 wird vor allem bei der Herstellung von Eisen und Stahl verwendet. Einerseits braucht man O2 um hohe Temperaturen zu erreichen und andererseits um unerwünschte Beimen­gungen auszuschliessen (z.B. Phosphor, welcher dann durch Zugabe von O2 "wegoxidiert"). In der Raumfahrt wird flüssiges O2 (LOX= Liquid Oxygen) als Oxidationsmittel für den Ra­ketentreibstoff benutzt. O2 findet man unter anderem auch in Schweißbrennern, da O2 die Flamme heißer macht und sich somit keine Russrückstände bilden. In der Wasseraufberei­tung spielt O2 eine massgebende Rolle, denn mit O2 versetztes Wasser lässt sich viel einfa­cher aufbereiten, von Schadstoffen befreien und filtern. (7)

3.6.3 O2 in Lebensmitteln

Heutzutage ist es Trend, Produkte wie z.B. Wasser mit O2 zu versetzen. Dies ist allerdings nur ein „Marketing Gag" und dient dazu, die Kunden zu täuschen. Bekanntlich wird O2 ja durch die Lungen aufgenommen und nicht durch den Magen.

Hingegen wird O2 häufig bei verschlossenen Verpackungen hinzugefügt, es steigert die Haltbarkeit eines Produktes. (7)

3.7 Atmung

Durch die Atmung wird O2 in den Körper gebracht und als Kohlendioxid (CO2) ausgeschie­den. Auf dem Weg durch Nase, Mund und Hals wird die eingeatmete Luft erwärmt, ange­feuchtet und gereinigt. Die Luftröhre verzweigt sich dann in die sogenannten Bronchien. Die Bronchien verzweigen sich in immer feinere Äste (Bronchiolen). Die Bronchiolen gehen in Lungenbläschengänge (Alveolen Gänge) über und schliesslich erreicht die Atemluft die Alveolen. Unser Körper hat ca. 500 Mio. Alveolen mit einem Durchmesser von ca. 0,2­0,06mm. Diese Alveolen sind mit einer sehr dünnen Membran überzogen, die den Gasaus­tausch ermöglicht. Zwischen den Alveolen liegen elastisches Bindegewebe und Blutgefässe. Zwischen den Alveolen und dem Kapillarnetz erfolgt der Gasaustausch (O2, CO2 und N2) durch Diffusion. Zusammen beträgt die Gasaustauschfläche 100-200m2. (12)

3.7.1 Atemtechnik

Dem Zwerchfellmuskel kommt die wichtigste Aufgabe im Atemapparat zu. Er ist der Motor, der die Lungen anhebt und somit die Luft einströmen lässt.

Die Atembewegungen werden durch das Atemzentrum im oberen Rückenmark gesteuert. Die Steuerung erfolgt durch den CO2-Partialdruck (pCO2) im Blut.

Ein hoher CO2 Druck vertieft die Atmung. Ein niedriger CO2 Druck verlangsamt die Atmung.

Der selbständige Atemrythmus kann aber auch durch Hirnimpulse beeinflusst werden, so­mit ist die Atemmotorik doppeltsteuerbar. Nebst dem pCO2 beeinflussen auch noch andere Faktoren den Atemapparat. Dies wären der O2-Druck im Blut (pO2) und die H+- Ionenkon­zentration (also der Säuregehalt; pH). Diese 3 Faktoren beeinflussen somit auch automa­tisch die Abgabe und Aufnahme von CO2 und O2. Die Abgabe und Aufnahme von CO2 und O2 führen dann zu einer Rückkopplung der drei oben genannten Atemrhythmus­beeinflussenden Faktoren. So führt z.B. ein erhöhter pCO2 zu einer Ventilationssteigerung, welche wieder zur vermehrten CO2 Abgabe führt. (12)

3.7.1.1 Einatmen (Inspiration)

Bei der Inspiration zieht sich das Zwerchfell zusammen und die Luft kann durch den Mund und die Nase einströmen. Die Zwischenrippenmuskulatur hebt die Rippen an und der Brustraum wird vergrössert. Es wird aktive Muskelarbeit ausgeführt. (12)

3.7.1.2 Ausatmen (Exspiration)

Das Zwerchfell und die Zwischenrippenmuskulatur erschlaffen, der Brustraum verkleinert sich. Es wirken nur elastische Kräfte und man ist wieder in der Ausgangslage. (12)

3.7.2 Atemgrössen

Die normale Atemfrequenz (AF) liegt bei ca. 10-16 Atemzügen pro Minute. Das normale Atemzugvolumen (AZV) liegt bei ca. 0.5l und das normale Atemminutenvolumen (AMV) bei 6-8l. Der O2 Verbrauch unseres Körpers hängt stark von der Arbeitsleistung ab. So kann es sein, dass der Köper bei schwerster Arbeit ein AMV von 120 l aufweist (siehe auch Tabelle 3 und 4). (12)

Tabelle 2 AZV, AF, AMV (12)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 3 AMV (12)

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

3.7.2 Vitalkapazität

Als Vitalkapazität bezeichnet man die Luftmenge, die nach maximaler Einatmung wieder ausgeatmet werden kann. Sie ist abhängig von Alter, Grösse, Geschlecht und Gewicht. Ab dem 30. Lebensjahr nimmt die Elastizität der Lunge und somit auch die Vitalkapazität ab. Bei jüngeren Menschen lässt sich die Vitalkapazität deutlich steigern, nämlich durch Grundlagenausdauertraining. Die Vitalkapazität ist unter anderem deshalb sehr wichtig, weil sie letztendlich bestimmt, wie viel O2 in die Lungen gelangen kann. Je höher die Vital­kapazität, umso tiefer ist die Atemfrequenz bei sportlicher Aktivität. (12)

3.8 Blutals02 Transportmittel

Blut besteht zu 45% aus Blutzellen (rote Blutkörperchen, weisse Blutkörperchen und Blut­plättchen) und zu 55% aus Blutplasma (enthält 90% Wasser). Ca. 8% des Körpergewichtes ist Blut.

Die roten Blutkörperchen (Erythrozyten) sind für den O2 Transport verantwortlich. Sie enthalten das sogenannte Hämoglobin (siehe auch Kapitel 3.5), welches das O2 transpor­tiert.

3.9 EP0 Doping

EPO Doping oder auch Blut-Doping genannt ist eine Form von Doping, bei der die Anzahl Erythrozyten (rote Blutkörperchen) massiv verändert werden. Durch die erhöhte Anzahl roter Blutkörperchen kann die athletische Leistung enorm gesteigert werden. Dadurch, dass mehr rote Blutkörperchen in der Blutbahn sind, kann mehr O2 zu den Muskeln gelan­gen, was die aerobe Kapazität erheblich erhöht. Dies steigert somit auch die Ausdauer ei­nes Athleten. Durch die Injektion von Erythropoietin (EPO), eines Hormons, kann die Blut­körperchen Produktion erheblich gesteigert werden. Dies ist aber mittlerweile im Profi­sport nicht mehr erlaubt. (13)

3.10 Serotonin

Serotonin ist ein Hormon, welches auch als Neurotransmitter dient. Serotonin wird wäh­rend sportlicher Aktivität ausgeschüttet. Es gibt 2 Möglichkeiten den Serotonin-Spiegel anzuheben. Mit erhöhtem Herzschlag oder mit regelmässigem aerobem Training. Beim re­gelmässigem aeroben Training wird im Hirn Tryptophan (Aminosäure, aus der Serotonin aufgebaut ist) ausgeschüttet. Der ganze Serotonin-Herstellungsprozess ist bis heute noch nicht 100% erforscht.

Sicher ist, dass Serotonin bei regelmässigem aerobem Training ausgeschüttet wird, dies wiederum kann das sogenannte ,,runners high“ (= ein Gefühlszustand, bei dem ähnliche Glücksgefühle oder ähnliches „Wohlbefinden“ hervorgerufen werden, wie bei Drogenkon­sum) erzeugen. Bei manchen Personen, die mehrmals die Woche joggen gehen oder aero­bes Training ausüben, kann dies zu einem Zwang führen. Das Unterbewusstsein kann ein Verlangen nach Serotoninausschüttung entwickeln. Somit kann Joggen oder anderes aero­bes Training „abhängig“ machen.

Serotonin kann auch als Antidepressivum eingesetzt werden, da es die Laune und Stim­mung eines Patienten stark beeinflussen kann. Unter anderem verändert Serotonin das Schlafverhalten, den Appetit, die Sensorik und die Schmerzwahrnehmung.

Spritzt man einem Patienten Serotonin, so verringert sich zuerst dessen Blutdruck, dieser erhöht sich aber danach drastisch und fällt danach wieder unter die Normgrenze von HOmgHg, wo er langanhaltend bleibt. Dies kann unter anderem auch die sportliche Leis­tung beeinflussen. Ein direkter Nebeneffekt der Ausschüttung von Serotonin ist, dass das Unterbewusstsein mehr Willen und Durchhaltevermögen entwickelt. (14)

4. Methodik

4.1 Shuttle Run

Ich werde meine Fragestellung untersuchen, indem ich mit verschiedenen Versuchsgrup­pen einen Shuttle Run Test durchführe.

Ich habe mich für diesen Test entschieden, weil er genormt und somit für alle gleich ist. Er eignet sich besonders gut zur Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit.

Das Prinzip des Shuttle Runs ist sehr simpel. Der joggende Proband muss bis zum Ertönen eines Piep-Signals an einem entsprechenden Punkt angekommen sein, wie die Grafik zeigt.

Dieser Test hat auch noch einen weiteren Vorteil: Die Einhaltung des Tempos ist praktisch unmöglich, da es sich um einen Stufentest handelt, der immer schnelleres Joggen verlangt. Die Drehung beim Richtungswechsel wirft das ganze Tempo durcheinander. Man muss nach 20m von 0km/h wieder auf eine gewisse Geschwindigkeit beschleunigen. Dies wirft den Probanden aus seinem Pace.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Weitere Eigenschaften des Shuttle Runs:

- Bestimmung, Beurteilung und Einordnung der aktuellen Leistungsfähigkeit
- Intensitätsbereiche fürs Training (HF, Leistung - km/h, min/km)
- Dokumentation des Trainingsfortschrittes (ggf. Rückschrittes)
- Erstellen von Leistungsprognosen (z.B. Marathon)

4.1.1 Durchführen des Shuttle Run

Der Teilnehmer läuft im vorgegebenen Tempo, das heisst nicht schneller und nicht langsa­mer als die Tonsignale angeben. Der Wendepunkt ist jeweils auf der 20m Linie, das Berüh­ren mit einem Fuss reicht dabei aus. Das Wenden sollte möglichst eng geschehen. Der Teil­nehmer sollte stets in einer geraden Bahn laufen. Falls dies nicht der Fall ist, sollte der Teilnehmer durch den Testleiter darauf aufmerksam gemacht werden. Wenn der Teilneh­mer schneller als das Tonsignal die Linie erreicht hat, wird er vom Testleiter darauf auf­merksam gemacht langsamer zu laufen. Erreicht ein Teilnehmer beim Ertönen des Tonsig- nales die Linie nicht, muss er sein Tempo entsprechend erhöhen.

Der Test endet, wenn der Teilnehmer freiwillig aufgibt oder 3 Mal hintereinander die Linie nicht rechtzeitig erreicht hat. Dies zu beurteilen liegt auch beim Testleiter. Der Testleiter sollte die Teilnehmer stets ermutigen und anfeuern, sodass der Teilnehmer bestmögliche Testergebnisse erbringen kann.

Beim Shuttle Run wird die Zeit gemessen, die ein Teilnehmer erreicht. (15)

4.2 02- Respiration vor dem Shuttle Run

Unmittelbar nachdem der Teilnehmer 5 Minuten Zeit hatte sich durch Dehnübungen ein­zuwärmen, muss er 100% reinen Sauerstoff respirieren. Dies macht er, indem er eine Re­spirationsmaske (siehe Abbildung 19) aufsetzt und diese an Mund und Nase drückt. Die Luft wird durch Löcher, die einen Unterdruck verhindern, in der Maske minimal mit Um­gebungsluft angereichert. Der Teilnehmer respiriert je nach Test 2.5 Minuten lang 2 l/min (=5l O2) oder 2min lang 4l/min O2 (= 8l O2). Der Teilnehmer atmet dabei durch die Nase ein und durch den Mund aus. Die Respiration des reinen O2 sollte den Puls des Teilnehmers nochmals senken.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 19 O2- Flasche inklusive Atemmaske (16)

5. Ergebnisse

5.1 Probandenübersicht

Bei den Probanden handelt es sich um Nicht-professionelle Athleten, jedoch treiben alle regelmässig Sport. Ich habe speziell auch Nichtraucher ausgewählt, da die Lungenkapazität der Rauchern eingeschränkt ist gegenüber derjenigen der Nichtraucher. Ich habe versucht, auch ältere Personen in den Test einzubeziehen, um die Tests über eine grössere Alter- spanne durchzuführen.

5.1.1 Proband 1

Tabelle 4 SteckbriefProband 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.1.2 Proband 2

Tabelle 5 SteckbriefProband 2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.1.3 Proband 3

Tabelle 6 SteckbriefProband 3

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.1.4 Proband 4

Tabelle 7 SteckbriefProband 4

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2 Testresultate

5.2.1 Proband 1

5.2.1.1 Test 1 (5l02), Meilen, Strassenbelag

Tabelle 8 Test 1, Proband 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.1.2 Test2(0l O2), Meilen, Strassenbelag

Tabelle 9 Test 2 Proband 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.1.3 Test 3 (8102), Meilen, Strassenbelag

Tabelle 10 Test 3, Proband 1

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.2 Proband 2

5.2.2.1 Test 1 (5l O2), Meilen, Strassenbelag

Tabelle 11 Test 1, Proband 2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.2.2 Test 2 (5l O2), Meilen, Strassenbelag

Tabelle 12 Test 2, Proband 2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.2.3 Test3(8l02), Meilen, Strassenbelag

Tabelle 13 Test 3, Proband 2

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.3 Proband 3

5.2.3.1 Test 1 (5l02), Adliswil, Tartanbahn

Tabelle 14 Test 1, Proband 3

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.3.2 Test2(0l O2), Meilen, Strassenbelag

Tabelle 15 Test 2, Proband 3

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.3.3 Test 3(8l O2), Adliswil Tartanbahn

Tabelle 16 Test 3, Proband 3

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.4 Proband 4

5.2.4.1 Test 1 (5l O2), Meilen, Strassenbelag

Tabelle 17 Test 1, Proband 4

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.4.2 Test 2(Ol O2)

Tabelle 18 Test 2, Proband 4

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.2.4.3 Test 3 (81O2)

Tabelle 19 Test 3, Proband 4

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

5.3 Auswertung

Tabelle 20 Testauswertung in Sekunden und Durchschnittswerte

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Alle Tests liefen erfolgreich ab. Die Resultate jedoch haben mich sehr erstaunt. Der Mittel­wert aller Probanden bei Test 1 war 619s, bei Test 2 konnte durchschnittlich eine Leis­tungssteigerung von ca. 1,13% (626s) festgestellt werden. Dies ist aber ein vernachlässig­barer Wert, da dies durch die Tagesform eines Probanden beeinflusst werden kann. Für mich bedeutet dies, dass durch 5l „langsam" (=2l 02/min für 2.5min) eingeatmetes O2 keine Leistungssteigerung erbracht werden kann. Ich setze also Test 1 und Test 2 gleich, habe somit einen Mittelwert 2 von 622.5 Sekunden.

Bei allen 4 Probanden konnte eine signifikante Leistungssteigerung in Test 3 festgestellt werden. Die Probanden liefen in Test 3 im Durchschnitt 9.1% schneller als in Test 1 und 2. Dies ist eine erhebliche Leistungssteigerung. Die Probanden wurden nie darauf hingewie­sen, dass durch die 02-Respiration eine Leistungssteigerung erbracht werden könnte. Die Probanden liefen immer alleine, es war also nie ein „Wettkampf' mit einem anderen Pro­banden. Die Tests wurden immer mit genügend Abstand und Erholungspausen (meist 1 Woche) durchgeführt, wobei Test 3, das heisst der Test mit dem meisten O2, als letzter Test durchgeführt wurde. Abbildung 21 sollte klar darstellen, dass eine Leistungssteigerung ersichtlich ist. Durch die vorgängige 02-Respiration von 4l 02/min wurde die Luft, die ein­geatmet wurde, viel weniger mit Umgebungsluft vermischt, was bedeutet, dass mehr O2- Moleküle in die Lunge gelangen konnten. Die Probanden haben angegeben, dass die Respi­ration zu Testbeginn viel leichter fiel im Vergleich zu Test 1 und Test 2. Es könnte sein, dass das 02-Defizit (Kapitel 3.4) auf eine Art stark „unterstützt" wurde. Das 02-Defizit wur­de künstlich hinausgezögert und somit konnte eine deutlich höhere Leistung erbracht wer­den. (Tabelle 20).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 20 Grafik zur Darstellung der Testauswertung

5.3.1 Diskussion

Nach der Auswertung der Testergebnisse fand ich meine Hypothese bestätigt: 02-Respiration kann die Kurzzeitausdauer positiv beeinflussen.

Durch diese für die Sportwelt noch eher unbekannte Form der Leistungsverbesserung könnte diese Form von „Doping" positive Folgen haben. Beispielsweise könnte man einem 400 m Sprinter eine bessere Vorbereitung bieten. Die 02-Respiration wird nicht als Form der illegalen Leistungssteigerung angesehen und ist deshalb laut dem Olympischen Komi­tee erlaubt.

Man hat diese Form des „Dopings" noch nicht unter die Lupe genommen. Wieso ist dies in der Sportwelt noch unbekannt? Kann es sein, dass es bei professionellen Athleten keine Folgen hat?

Ich gebe zu, ich weiss es nicht. Mein Versuch ist nur mit einer kleinen Anzahl Probanden durchgeführt worden, welche zudem alles Amateure waren. Die Bedingungen waren nie genormt, die Wetterverhältnisse sowie die Tagesform verschieden. Andererseits ist die Abweichung von Test 1/Test 2 zu Test 3 fast 10%. Dies ist ein Wert, den man nichtver- nachlässigen darf!

Was auch sehr interessant ist: Bei Proband 1 (Tabelle 4) ist der höchste Puls jeweils nicht am Schluss des Tests gemessen worden, sondern immer während des Tests (Tabelle 8-10). Ich kann mir dies nicht erklären und bin bei Recherchen auch nicht auf plausible Antwor­ten gestossen. Dann kam ich auf Serotonin (Kapitel 3.10). Kann es sein, dass zu diesem Zeitpunkt (als der Puls am höchsten war), Serotonin ausgeschüttet wurde und der Proband ein ,,runner high“ hatte? - Das wäre definitiv plausibel, ist aber nicht zu belegen, da kein Blut entnommen werden konnte.

Interessant zu sehen ist auch, dass die Probanden, die O2 respiriert haben, meist nicht mehr im Pace waren, als der Test vom Testleiter abgebrochen wurde. Hingegen bei den Tests ohne O2 haben die meisten Probanden freiwillig den Test beendet. Dies kann auch mit dem O2-Defizit Zusammenhängen, da die Lungen so schneller anfangen zu brennen. Unter anderem zeigt dies, dass die Probanden gut kapillarisierte Muskeln (Kapitel 3.2.4) haben. Die Lunge „brannte“ vor den Muskeln, als kein O2 respiriert wurde und die Muskeln brannten vor der Lunge als O2 respiriert wurde. Dies ist für mich auch ein Zeichen dafür, dass O2 einen Einfluss auf unser Respirationssystem hat.

Ein weiterer Gesichtspunkt, der nicht zu vernachlässigen ist, ist der psychologische.

Ist es möglich, dass man das Gefühl hat, O2 Respiration müsse etwas verändern? Für mich ist dies nicht auszuschliessen. Studien zeigen, dass das Hören von Musik beim Sport auch Auswirkungen haben kann. Wie bereits erwähnt, ist es nicht auszuschliessen. 50% der Probanden gibt an, eine Veränderung gespürt zu haben von Test 1 zu Test 2. Dies ist eine viel zu geringe Anzahl. Die Messresultate zeigen jedoch, dass man Test 1 und Test 2 gleich­setzen kann, also die Testresultate vernachlässigbare Unterschiede aufweisen. Interessant zu sehen ist jedoch, dass die Probanden angegeben haben eine Veränderung bezüglich der Respiration in Test 3 gespürt haben. Ich kann jedoch ausschliessen, dass die Probanden bei Test 1 und Test 2 jeweils eine schlechte Tagesform hatten, da die Leistungssteigerung in Test 3 bei 9.1% liegt (siehe Tabelle 21).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 21 Grafik zur Testauswertung

Rückblick

In meiner Freizeit spiele ich American Football und verfolge als passionierter Fan dieser Sportart die Spiele der NFL, der National Football League. Dabei ist mir erstmals aufgefal­len, dass Spielern hinter dem Spielfeld, auf der Bank, Sauerstoff durch die Atemwege ver­abreicht wurde.

Mein Interesse war geweckt.

Wir leben in einer Weilt, in der es vielleicht wenige unerforschte Gebiete und Themen gibt. Durch unseren angeborenen Wissensdurst und unsere Neugier haben wir vieles entschlüs­selt und erforscht. Doch immer noch findet sich Neues, was auf uns wartet.

Trotz moderner Forschungsmethoden bleiben manchmal Fragen offen. Auch ich habe die­se frustrierende Erfahrung gemacht und bin an Grenzen gestossen, vor allem wegen mei­ner doch eher bescheidenen Mittel und meinem heutigen Wissensstand.

Wenn ich auf diese Arbeit und den Arbeitsprozess zurückblicke, so haben sich mir trotz­dem viele neue Türen geöffnet. Es ging bei weitem um mehr als nur die 02-Respiration. Die akribische Suche nach Quellen sowie der praktische Teil haben mir enorm Spass gemacht. Der sportliche Test mit meinen Probanden war extrem spannend!

Diese Arbeit hat mir noch detaillierter vor Augen geführt, dass in unserem Universum alles zusammenhängt. Jedes kleinste Teilchen hat seinen Platz und seine Funktion. Unser Körper im Besonderen ist ein Wunderwerk, ein in sich geschlossener Kreislauf. Keine Bewegung, kein Atemzug kann getätigt werden ohne dass ein chemischer oder physikalischer Prozess dahintersteckt.

Ich habe versucht, mich mit einem winzig kleinen Teil dieses Universums auseinanderzu­setzen und mich in eine Welt zu vertiefen, die mir bislang unbekannt war.

Konnte ich meine anfängliche Frage beantworten?

Hat der zusätzliche Sauerstoff meinen Spielern auf der Bank Vorteile gebracht?

Ja und nein, „jein".

Ich habe das Thema von vielen Seiten her angeschaut, mich mit Spezialisten ausgetauscht, getestet und evaluiert. Dadurch habe ich neue Fragen generiert, konnte aber viele davon nicht beantworten oder durch Quellen belegen, weil einfach keine Quellen vorhanden wa­ren. Ich habe erfahren, wie wenig wir wirklich wissen, je stärker eine wissenschaftliche Arbeit ins Detail geht.

Dieses ganze Gebiet ist bis zum heutigen Zeitpunkt noch nicht vollständig erforscht, es war­tet aber darauf, erforscht zu werden. Vielleicht habe ich ja mit meiner Maturarbeit einen kleinen Stein ins Rollen gebracht...

6. Literaturverzeichnis

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4. Netzathleten. Netzathleten.de. [Online] [Zitat vom: 13. 9 2013.] http://www.netzathleten.de/Sportmagazin/Lexikon/Sauerstoffschuld/712828308884 8626095/head.
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6. Pessenhofer, H. Gase im Blut. Graz, Österreich : s.n., unbekannt. unbekannt unbekannt. Powerpoint Präsentation.
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10. Peter, Davis G, et al., et al. Resuscitation of newborn infants with 100% oxygen or air: a systematic review and meta-analysis . Lancet : Lancet, 2004. Analyse.
11. Merkel, Wolgang. Welt.de. [Online] 22. 07 2007. [Zitat vom: 10. 10 2013.] http://www.welt.de/wissenschaft/article889026/Reiner-Sauerstoff-schadet-Herz-und- Hirn.html.
12. König, Peter und Lipp, Andreas. Lehrbuch für Forschungstaucher. [Online] 2007. [Zitat vom: 20. 10 2013.] http://www.ifm.zmaw.de/fileadmin/files/forschungstaucher/Kap2_AnatPhysio.pdf.
13. Autoren, Wikipedia. Wikipedia. [Online] 5. November 2013. [Zitat vom: 12. November 2013.] http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Blood_doping&oldid=581904072. 581904072.
14. Michele Turcotte MS, RD. Livestrong. [Online] 15. August 2009. [Zitat vom: 22. November 2013.] http://www.livestrong.com/article/22590-effects-exercise-serotonin- levels/.
15. NOHV. Norddeutscher Handballverband. [Online] unbekannt, unbekannt unbekannt. [Zitat vom: 12. 10 2013.] http://www.nohv.de/fileadmin/Schiris/Info/ANLEITUNG_shuttle-run.pdf.
16. O-Pur. O-Pur . [Online] 1. Juni 2003. [Zitat vom: 12. Oktober 2013.] http://www.opur.ch/ch/detail.cfm?article_id=3690.
17. Wikipedia Autoren. Wikipedia. [Online] 03. 10 2013. [Zitat vom: 16. 10 2013.] http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Sauerstoff&oldid=123112938.

7. Abbildungsverzeichms

Abbildung 1 Konditionsdreieck (1)

Abbildung 2 Kraftarten und Muskelfaseraktivität in Abhängigkeit von der Zeit (1)

Abbildung 3 Ausdauerformen (1)

Abbildung4Anaerobe Schwelle (ANS) (1)

Abbildung 5 Bewegungs-, Betriebs- und Steuerungssystem(1)

Abbildung 6 Zusammenspiel der Systeme am Beispiel O2 (1)

Abbildung 7 LaktatAuf- und Abbau (1)

Abbildung 8 Muskelfasertypen und ihre Eigenschaften(1)

Abbildung 9 Energiebereitstellung im Muskel(1)

Abbildung 10 Hämoglobin Molekül (2)

Abbildung 11 O2 Defizit und EPOC (5)

Abbildung 12 Respirationssystem (6)

Abbildung 13 Transportweg von O2 im Körper (6)

Abbildung 14 O2- und CO2- Partialdrücke (6)

Abbildung 15 O2- Bindungskurven des Hämoglobins (6)

Abbildung16DerBohrEffekt (6)

Abbildung 17 Puffersystem und pH-Wert (6)

Abbildung 18 Shuttle Run Aufbau

Abbildung 19 O2- Flasche inklusive Atemmaske (16)

Abbildung 20 Grafik zur Darstellung der Testauswertung

Abbildung 21 Grafik zur Testauswertung

8. Tabellenverzeichnis

Tabelle 1 Ausdauerqualitäten

Tabelle 2 AZV, AF, AMV (12)

Tabelle 3 AMV (12)

Tabelle 4 SteckbriefProband 1

Tabelle 5 SteckbriefProband 2

Tabelle 6 SteckbriefProband 3

Tabelle 7 SteckbriefProband 4

Tabelle 8 Test 1, Proband 1

Tabelle 9 Test 2 Proband 1

Tabelle 10 Test 3, Proband 1

Tabelle 11 Test 1, Proband 2

Tabelle 12 Test 2, Proband 2

Tabelle 13 Test 3, Proband 2

Tabelle 14 Test 1, Proband 3

Tabelle 15 Test 2, Proband 3

Tabelle 16 Test 3, Proband 3

Tabelle 17 Test 1, Proband 4

Tabelle 18 Test 2, Proband 4

Tabelle 19 Test 3, Proband 4

Tabelle 20 Testauswertung in Sekunden und Durchschnittswerte