Atmung und Sport. Anpassung und Einschränkung des Atmungssystem bei sportlicher Belastung

Inhaltsverzeichnis

1. Probleme der Forschung zum Lungensystem

2. Atmung und Sport
2.1. Morphologische Anpassung des Atmungssystems
2.2. Funktionelle Anpassung des Atmungssystems
2.3. Ventilationsgrößen des Atmungssystems???ja oder nein???
2.4. Aktueller Forschungsstand zum Thema des Metaboreflexes nach Dempsey et al., 2008
2.5. Einschränkung der Leistungsfähigkeit durch Mechanismen und akute Anpassungen des Atmungssystems an Belastung
2.5.1. Diaphragm Metaboreflex
2.5.2. Expiratory Flow Limitation (EFL)
2.5.3. Arterielle Hypoxämie
2.5.4. Totraumventilation
2.5.5. Diffusionskapazität
2.5.6. Sauerstoffsättigung
2.6. Diskussion Atemmuskulaturtraining – Leistungssteigerung oder Zeitverschwendung

3. Überlegungen zur Forschung der Leistungssteigerung im Hochleistungssport

Bibliography

1. Probleme der Forschung zum Lungensystem

Die Anpassung des Körpers unter sportlicher Belastung ist ein beliebtes Thema der aktuellen Forschung im Bereich des Leistungs- und Breitensports. Hierbei sind vor allem die Entwicklung des Herz-Kreislaufsystems, sowie die Adaptation des Skelettmuskelsystems interessant, da die Anpassungen sehr vielfältig, gut sichtbar und leicht messbar sind. Kommt es jedoch zur Adaptation im Atmungssystem scheint die Forschung auf Probleme zu stoßen. Die Messbarkeit der einzelnen Größen ist vor allem im Leistungssport – wo in der Regel die größten Anpassungen zu verzeichnen sind – schwierig bis unmöglich. Es können zwar recht einfach Messungen zu den Größen des Atmungssystems wie beispielsweise der Vo2Max erhoben werden, hierfür ist allerdings jeweils eine Belastung am möglichen sportlichen Limit möglich, welche das eigentliche Training der Athleten beeinflusst und meistens von Trainern sowie Sportlern aus genau diesen Gründen abgelehnt wird. Die Probandensuche unter Topathleten gestaltet sich also meist als schwierig, wenn es um die Erforschung des Lungensystems und seiner Kenngrößen, sowie auch um dessen beziehungsweise deren Adaptationen unter Belastung geht. Dies ist vermutlich ein wesentlicher Punkt für die stets andauernde Forschung zum Thema, im Gegensatz zum Herz-Kreislaufsystem zu dessen Anpassung zahlreiche Studien bekannt sind. Die vorliegende Arbeit soll einen Überblick über die aktuelle Forschung zur Anpassung des Lungensystems sowie eine Diskussion über aktuelle kontroverse Forschungen im angesprochenen Bereich enthalten. Hierbei wird vor allem der Metaboreflex der von Dempsey geprägt wurde besondere Erwähnung finden, da aktuelle Studien versuchen die Auswirkungen dieses Reflexes darzustellen und zu ergründen. Abschließend endet die Arbeit mit einem Ausblick auf weitere Forschungsansätze die auf den angesprochenen Themen und Studien aufbauen könnten und welche den Bereich der Forschung um die Anpassung des Atmungssystems und den Metaboreflex weiter beleuchten könnten. Ebenfalls werden die Ergebnisse von Studien und Forschung die in der Arbeit behandelt werden zugefasst wiedergegeben um die Arbeit abzuschließen.

2. Atmung und Sport

In diesem Teil der vorliegenden Seminararbeit soll zunächst auf die verschiedenen Arten der Anpassung im Lungen- und Atmungssystem eingegangen werden. Erstens wird die morphologische Anpassung unter Beobachtung gestellt, worauf die funktionale Anpassung der betrachteten Systeme folgt. Anschließend wird der aktuelle Forschungsstand zum Thema des Atemmuskulaturtrainings erläutert und auf das Problem des Metaboreflexes (Dempsey et al., 2008) eingegangen, welcher laut aktueller Studien ein leistungslimitierender Faktor im Hochleistungssport sein kann. Abschließend wird diskutiert, welche Konsequenzen aus den angesprochen Studien gezogen werden können und welche Forschungsansätze weiter verfolgt werden müssen, um mehr Licht in die Streitfrage um den Metaboreflex und seine Auswirkungen bei intensiver sportlicher Belastung zu bringen.

2.1. Morphologische Anpassung des Atmungssystems

Die morphologische Adaptation des Lungensystems ist ein schwierig zu behandelndes Thema. Es muss unterschieden werden, ob dazu ebenfalls Anpassungen zählen, die im Bereich der Lunge und der beteiligten Organe und Strukturen zählen, oder nur morphologische Veränderungen die durch das Nutzen dieser entstehen. Zu nennen wäre beispielsweise die erweiterte Kapillarisierung in den Alveoli. Einerseits findet die Anpassung in der Lunge statt, andererseits ist jedoch das Herz-Kreislaufsystem für die Erweiterung des Kapillarsystems verantwortlich zu zeichnen. (Weineck, 2002, S. 198)

Laut McKenzie findet überhaupt keine morphologische Anpassung des Atmungssystems an sportliche Belastung statt. Dies ist Tabelle 1 (Table 1) zu entnehmen, die die Adaptation durch Belastung in den Teilsystemen des Körpers aufzeigt. Ebenfalls argumentiert McKenzie, dass morphologische Anpassungen im Lungensystem nicht notwendig sind, da dieses bereits auf Höchstleistung ausgelegt ist, welche jeder Zeit abrufbar ist. Da die morphologischen Anpassungen der Lunge also nicht belegbar sind, sollen die funktionellen Anpassungen im Folgenden genauer betrachtet werden. (McKenzie, 2011, S. 382)

2.2. Funktionelle Anpassung des Atmungssystems

Die funktionelle Anpassung des Lungensystems kann am Einfachsten an der Veränderung der Kenngrößen des Lungensystems erkannt werden. Durch stetiges Training vor allem im intensiven und hochintensiven Bereich (85-100% der VO2max) verändern sich diese Kenngrößen und so kann insgesamt mehr Sauerstoff vom Körper und der Muskulatur aufgenommen werden und jeder einzelne Atemzug wird effektiver. Laut Weineck steigt so unter Belastung das Atemminutenvolumen (AMV). Dies geschieht durch eine Steigerung des Atemzugvolumens (AZV) in Zusammenspiel mit einer Steigerung der Atemfrequenz (AF) bei Belastung. Bei gut trainierten Sportlern findet die Steigerung bei Belastung jedoch hauptsächlich durch Vergrößerung des AZV statt, da dies weniger Energie benötigt, als die AF zu erhöhen, welche außerdem limitiert ist. Es kann nur so schnell geatmet werden, wie die Atemmuskulatur sich entspannen beziehungsweise anspannen kann. Insgesamt kann also von einer Ökonomisierung der Atmung unter Belastung gesprochen werden. (Weineck, 2002, S. 265)

Laut McKenzie gehört jedoch auch die Anpassung des Skelettmuskelapparates welcher die aktive Atmung unterstützt zu dieser funktionellen Adaptation. Die sogenannte Atemhilfsmuskulatur teilt sich in zwei Bereiche auf. Unterschieden werden Inspirations- und Expirationsmuskeln. Der gesamte Muskelapparat der die aktive Atmung unterstützt besteht aus trainierbaren Skelettmuskeln, die Muskelfasern enthalten, welche bei häufiger und intensiver Nutzung Adaptationserscheinungen zeigen, ähnlich wie beispielsweise der biceps brachii bei entsprechendem Training. Es finden Hypertrophieprozesse statt, welche die Muskulatur an Größe anwachsen lassen, genauso wird jedoch die Effektivität der Muskulatur erhöht, indem der Stoffwechsel innerhalb der Muskeln verbessert wird. Somit kann von einer funktionellen Anpassung des Atmungssystems gesprochen werden, wobei dies ebenfalls auch als Anpassung des Skelettmuskelsystems angesehen werden kann. (McKenzie, 2011, S. 382; McKenzie, Tabelle 1, S. 382; Weineck, S. 266)

Ebenfalls zur Atemmuskulatur zählt das Zwerchfell, welches jedoch gesondert betrachtet werden muss. Es unterliegt laut verschiedener Studien keiner oder nur geringer Anpassung durch Belastung. „While the diaphragm has its own metabolic features and is resistant to fatigue, the remaining skeletal musle can be trained either by ‘volume‘ […] or by ‘resistance.’ Laut McKenzie ist das Zwerchfell ermüdungsresistent. Deshalb muss es nicht trainiert werden im Gegensatz zur Atemhilfsmuskulatur, welche entweder in Umfang oder Ermüdungsresistenz zunehmen kann, wenn ein entsprechendes Atemmuskulaturtraining durchgeführt wird. (McKenzie, 2011, S. 382-383)

Auch Kenney et al. beschreiben das Zwerchfell als sehr ausdauern, selbst unter extremer Belastung. Im Gegensatz zur ebenfalls bei der Atmung beteiligten Skelettmuskulatur hat das Zwerchfell eine erhöhte Zahl an Mitochondrien und Enzymen, welche die Sauerstoffaufnahmefähigkeit der Muskelfasern des Diaphragmas deutlich erhöhen und damit die Leistungsfähigkeit steigern. (Kenney et al., 2012, S. 200)

2.3. Ventilationsgrößen des Atmungssystems???ja oder nein???

Das Lungensystem enthält eine Vielzahl an unterschiedlichen messbaren Größen, welche Aussagen über eine mögliche Leistung beziehungsweise über eine akute Belastung zulassen. Die wichtigste Größe im Zusammenhang mit Leistungsprognose und Belastungsmessung ist hierbei die maximale aerobe Kapazität VO2max, welche die maximale Sauerstoffaufnahme pro Minute in die Skelettmuskulatur beschreibt.

Je höher die gemessene VO2max eines Sportlers ist, desto stärker ist dieser belastbar ist eine Faustregel die genannt werden kann. Je mehr Sauerstoff also von der Muskulatur aufgenommen werden kann, desto effektiver kann die Muskulatur arbeiten und in der Folge dessen ist auch die Leistung die vollbracht werden kann abhängig von der VO2max und damit im Fall eines Spitzensportlers aussagekräftig für dessen maximale Leistungsfähigkeit. (McKenzie, 2011, S. 381)

Weitere Ventilationsgrößen die entscheidend für die Sportliche Leistungsfähigkeit sein können sind beispielsweise die Totalkapazität TK. Sie bezeichnet die maximale Menge an Luft, welche sich zu einem Zeitpunkt in der Lunge befinden kann. (Weineck, 2002, S. 258)

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