Eine stufenförmige Spiroergometrie stellt eine Belastungsuntersuchung dar, um die cardiopulmonale Leistungsfähigkeit des Probanden zu bestimmen. Höhenbedingungen schränken die Leistungsfähigkeit ein. Im Gegensatz zu Anpassungsreaktionen an chronische Hypoxie wurden die Reaktionen auf akuten Sauerstoffmangel noch sehr wenig erforscht.
Ziel dieser Arbeit war es, aufgrund der divergierenden Beobachtungen einzelner Studien, herauszufinden, wie sich einzelne physiologische Parameter auf einer simulierten Höhe von 3500m verändern. Ein weiteres Ziel dabei ist, den Zusammenhang zwischen den einzelnen Schwellen (LTP1, LTP2, HRTP und VTP) zu prüfen und auch das Knickverhalten der Herzfrequenzleistungskurven zu untersuchen.
Methode: 10 männliche Probanden absolvierten 2 maximale stufenförmige Spiroergometrien am Fahrradergometer – unter Normoxie (20,93% O2) und unter normobaren Hypoxiebedingungen (14,1% O2) in einer Hypoxiekammer. Unterschiede und Zusammenhänge zwischen beiden Umgebungsbedingungen wurden geprüft.
Ergebnis: Die Leistung und die Sauerstoffaufnahme sind unter Sauerstoffmangelbedingungen signifikant reduziert, wobei die anaerobe Kapazität erhalten bleibt. Des Weiteren wurde ein hochsignifikanter Zusammenhang zwischen Pmax und ΔPmax sowie VO2max und ΔVO2max gefunden. Trainierte Probanden weisen demnach einen größeren Verlust der VO2max und dadurch auch der Pmax auf. Die einzelnen Schwellen konnten unter Hypoxie als reproduzierbar gefunden werden, wodurch das Konzept der Dreiphasigkeit der Energiebereitstellung auch unter Sauerstoffmangelbedingungen bestätigt wurde. Es zeigt sich des Weiteren eine Änderung des Knickverhaltens, wobei diese vom Herzfrequenzverlauf unter Normoxie abhängig ist und auf Unterschiede der ß1-Rezeptoren hinweist.
Inhaltsverzeichnis
- 1. Einleitung
- 2. Die Atmung
- 2.1. Anatomie des Atmungsapparates
- 2.1.1. Lungen- und Atemvolumina
- 2.2. Physiologie der Atmung
- 2.2.1. Funktionen der Atmung
- 2.2.2. Grundlagen des Gasaustausches in der Lunge
- 2.2.2.1. Luftzusammensetzung – Luftdruck – Partialdruck
- 2.2.3. Details beim Gasaustausch in den Alveolen
- 2.2.4. Die Sauerstoffbindungskurve
- 2.2.4.1. Sauerstoffaufnahme in der Lunge
- 2.2.4.2. Sauerstoffabgabe im Gewebe
- 2.2.4.3. Rechtsverschiebung der Sauerstoffbindungskurve
- 2.2.4.4. Linksverschiebung der Sauerstoffbindungskurve
- 2.2.5. Regulation der Atmung
- 2.1. Anatomie des Atmungsapparates
- 3. Die Spiroergometrie
- 3.1. Dreiphasigkeit der Energiebereitstellung
- 3.2. Gemessene Parameter und deren Verläufe
- 3.2.1. Leistung – P [W]
- 3.2.2. Herzfrequenz - HF [1/min]
- 3.2.2.1. Positives Knickverhalten der HFLK
- 3.2.2.2. Linearer Verlauf der HFLK
- 3.2.2.3. Negatives Knickverhalten der HFLK
- 3.2.2.4. Schlagvolumen – Herzminutenvolumen
- 3.2.3. Laktat – La [mmol/l]
- 3.2.4. Spirometrische Parameter
- 3.2.4.1. Atemfrequenz - AF [1/min]
- 3.2.4.2. Atemzugvolumen – VT [l]
- 3.2.4.3. Atemminutenvolumen – AMV oder VE [l/min]
- 3.2.4.4. Sauerstoffaufnahme – VO2 [l/min]
- 3.2.4.5. Kohlendioxidabgabe – VCO2 [l/min]
- 3.2.4.6. Respiratorischer Quotient – RQ [-]
- 3.2.4.7. Atemäquivalent für Sauerstoff – EqO2 [-]
- 3.2.4.8. Atemäquivalent für Kohlendioxid – EqCO2 [-]
- 3.2.4.9. Sauerstoffpuls - VO2/HF [ml]
- 4. Hypoxie – Sauerstoffmangelbedingungen
- 4.1.1. Luftzusammensetzung, Luftdruck und Partialdruck in der Höhe
- 4.1.2. Hypoxiebedingungen
- 4.1.2.1. Hypobare Hypoxie
- 4.1.2.2. Normobare Hypoxie
- 4.1.2.3. Prinzip einer normobaren Hypoxiekammer
- 4.1.2.4. Akute Hypoxie
- 4.1.2.5. Chronische Hypoxie
- 4.1.2.6. Höhenadaptation - Höhenakklimatisation
- 4.2. Einfluss akuter Hypoxie auf den menschlichen Organismus
- 4.2.1. Leistung
- 4.2.2. Herzfrequenz
- 4.2.3. Laktat
- 4.2.4. Spirometrische Parameter
- 4.2.4.1. Atemfrequenz
- 4.2.4.2. Atemzugvolumen
- 4.2.4.3. Atemminutenvolumen
- 4.2.4.4. Sauerstoffaufnahme
- 4.2.4.5. Sauerstoffsättigung
- 4.2.4.6. Kohlendioxidabgabe
- 4.2.4.7. Respiratorischer Quotient
- 4.2.4.8. Atemäquivalent für Sauerstoff
- 4.2.4.9. Atemäquivalent für Kohlendioxid
- 4.3. Zusammenfassender Überblick
- 5. Methodik der Studie
- 5.1. Probanden
- 5.2. Studiendesign
- 5.3. Auswertung und Analyse
- 6. Ergebnisse
- 6.1. Leistung
- 6.2. Herzfrequenz
- 6.3. Laktat
- 6.3.1. Laktat pro Watt
- 6.4. Atemfrequenz
- 6.5. Atemzugtiefe
- 6.6. Ventilation
- 6.7. Sauerstoffaufnahme
- 6.7.1. Sauerstoffverbrauch pro Watt
- 6.7.2. Sauerstoffpuls
- 6.8. Kohlendioxidabgabe
- 6.9. Respiratorischer Quotient
- 6.10. Atemäquivalent für Sauerstoff
- 6.11. Atemäquivalent für Kohlendioxid
- 6.12. Vergleich der Schwellen LTP2, HRTP, VTP
- 6.13. Zusammenfassender Überblick
- 7. Diskussion
- 7.1. Vergleich mit der Literatur
- 7.2. Physiologische Zusammenhänge zwischen den Parametern
- 7.3. Kritik an der eigenen Studie
- 7.4. Schlussfolgerung und weiterer Ausblick
Zielsetzung und Themenschwerpunkte
Ziel dieser Arbeit ist die Untersuchung der Auswirkungen akuter normobarer Hypoxie auf physiologische Kenngrößen während stufenförmiger Fahrradergometerbelastungen. Es soll ein umfassender Überblick über die Veränderungen verschiedener Parameter gegeben und ein Vergleich mit bestehenden Studien durchgeführt werden. Die Reproduzierbarkeit der Schwellenwerte (LTP1, LTP2, HRTP, VTP) unter Hypoxie soll ebenfalls geprüft werden.
- Auswirkungen akuter Hypoxie auf die sportliche Leistungsfähigkeit
- Veränderungen kardiopulmonaler Parameter unter Hypoxie
- Reproduzierbarkeit von Schwellenwerten unter Hypoxie
- Zusammenhang zwischen den verschiedenen physiologischen Parametern
- Individuelle Unterschiede in der Reaktion auf Hypoxie
Zusammenfassung der Kapitel
1. Einleitung: Die Einleitung führt in das Thema der akuten Hypoxie und deren Auswirkungen auf den menschlichen Organismus bei sportlicher Betätigung ein. Sie hebt die bestehenden Diskrepanzen in der Literatur bezüglich der physiologischen Reaktionen auf akute Hypoxie hervor und begründet die Notwendigkeit einer weiteren Untersuchung, insbesondere unter Verwendung identischer Belastungsprotokolle in Normoxie und Hypoxie, um aussagekräftige Vergleiche zu ermöglichen. Die Arbeit soll einen umfassenden Überblick über die physiologischen Kenngrößen und deren Verläufe während einer Spiroergometrie unter Hypoxie liefern und die Reproduzierbarkeit von Schwellenwerten untersuchen.
2. Die Atmung: Dieses Kapitel erläutert die Grundlagen der Atmung, beginnend mit der Anatomie des Atmungsapparates und der Beschreibung verschiedener Lungenvolumina. Es geht dann auf die Physiologie der Atmung ein, einschließlich der Funktionen der Atmung, des Gasaustausches in der Lunge, der Sauerstoffbindungskurve und der Regulation der Atmung. Die detaillierte Beschreibung dieser Prozesse dient als Grundlage für das Verständnis der Auswirkungen von Sauerstoffmangel auf den Organismus.
3. Die Spiroergometrie: Dieses Kapitel beschreibt die Spiroergometrie als Methode zur Beurteilung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit. Es erklärt die Dreiphasigkeit der Energiebereitstellung anhand der Laktatleistungskurve (LLK) und beschreibt die verschiedenen Phasen (aerobe Phase, aerob-anaerobe Übergangsphase, anaerobe Phase). Es werden die bei einer Spiroergometrie gemessenen Parameter (Leistung, Herzfrequenz, Laktat, spirometrische Parameter) und deren typische Verläufe während eines Stufentests detailliert erläutert, einschließlich der verschiedenen Herzfrequenzleistungskurvenverläufe und der Bedeutung von Schwellenwerten wie LTP1, LTP2, HRTP und VTP.
4. Hypoxie – Sauerstoffmangelbedingungen: Das Kapitel definiert Hypoxie und unterscheidet zwischen hypobarer und normobarer Hypoxie, akuter und chronischer Hypoxie, sowie Adaptation und Akklimatisation. Es beschreibt den Einfluss akuter Hypoxie auf den menschlichen Organismus und beleuchtet die unterschiedlichen Befunde in der Literatur bezüglich der Auswirkungen auf Leistung, Herzfrequenz, Laktat und spirometrische Parameter. Die Kapitelstruktur folgt einer systematischen Darstellung der wichtigsten Parameter und ihrer Veränderungen unter Hypoxie, wobei die bestehende Unsicherheit und die Heterogenität der bisherigen Forschungsbefunde hervorgehoben werden.
5. Methodik der Studie: Dieses Kapitel beschreibt die Methodik der durchgeführten Studie, einschließlich der Auswahl der Probanden (10 gesunde, sportliche, männliche Nichtraucher), des Studiendesigns (Stufentest am Fahrradergometer unter Normoxie und normobarer Hypoxie), der Datenerhebung (Laktatmessung, Herzfrequenzmessung, spirometrische Messungen) und der statistischen Auswertung (t-Tests für gepaarte Stichproben, lineare Regressionsanalysen).
6. Ergebnisse: Dieses Kapitel präsentiert die Ergebnisse der Studie, beginnend mit einer detaillierten Beschreibung der Ergebnisse für jeden Parameter (Leistung, Herzfrequenz, Laktat, Atemfrequenz, Atemzugtiefe, Ventilation, Sauerstoffaufnahme, Kohlendioxidabgabe, respiratorischer Quotient, Atemäquivalente für Sauerstoff und Kohlendioxid). Die Ergebnisse werden mit Hilfe von Tabellen und Abbildungen dargestellt und statistisch analysiert. Die Ergebnisse zu den Schwellenwerten werden ebenfalls detailliert behandelt und im Hinblick auf deren Reproduzierbarkeit unter Hypoxie diskutiert.
Schlüsselwörter
Hypoxie, normobare Hypoxie, Spiroergometrie, Fahrradergometrie, Stufenbelastung, Sauerstoffaufnahme (VO2max), Herzfrequenz, Laktat, Ventilation, Atemfrequenz, Atemzugvolumen, Atemäquivalente, Respiratorischer Quotient, Leistung, anaerobe Schwelle (LTP2), aerobe Schwelle (LTP1), Herzfrequenzknickpunkt (HRTP), ventilatorische Schwelle (VTP), Höhenadaptation, Trainingsstatus.
Häufig gestellte Fragen (FAQ) zur Studie: Auswirkungen akuter normobarer Hypoxie auf physiologische Kenngrößen während stufenförmiger Fahrradergometerbelastungen
Was ist das Ziel der Studie?
Die Studie untersucht die Auswirkungen akuter normobarer Hypoxie auf verschiedene physiologische Kenngrößen während eines stufenförmigen Fahrradergometertests. Es soll ein umfassender Überblick über die Veränderungen dieser Parameter gegeben und ein Vergleich mit bestehenden Studien durchgeführt werden. Ein weiterer Fokus liegt auf der Reproduzierbarkeit von Schwellenwerten (LTP1, LTP2, HRTP, VTP) unter Hypoxie.
Welche Themenschwerpunkte werden behandelt?
Die Studie befasst sich mit den Auswirkungen akuter Hypoxie auf die sportliche Leistungsfähigkeit, Veränderungen kardiopulmonaler Parameter unter Hypoxie, der Reproduzierbarkeit von Schwellenwerten unter Hypoxie, dem Zusammenhang zwischen verschiedenen physiologischen Parametern und individuellen Unterschieden in der Reaktion auf Hypoxie.
Welche Methoden wurden angewendet?
Die Studie verwendete ein Studiendesign mit einem stufenförmigen Fahrradergometrie-Test unter Normoxie und normobarer Hypoxie. Die Probanden waren 10 gesunde, sportliche, männliche Nichtraucher. Gemessen wurden Laktat, Herzfrequenz und spirometrische Parameter. Die statistische Auswertung erfolgte mittels t-Tests für gepaarte Stichproben und linearer Regressionsanalysen.
Welche Parameter wurden gemessen?
Gemessen wurden Leistung, Herzfrequenz, Laktat, Atemfrequenz, Atemzugvolumen, Atemminutenvolumen, Sauerstoffaufnahme (VO2), Kohlendioxidabgabe (VCO2), respiratorischer Quotient (RQ), Atemäquivalente für Sauerstoff (EqO2) und Kohlendioxid (EqCO2), sowie der Sauerstoffpuls (VO2/HF).
Welche Schwellenwerte wurden untersucht?
Die Studie untersuchte die Reproduzierbarkeit der Schwellenwerte LTP1, LTP2, HRTP und VTP unter Hypoxiebedingungen.
Wie ist die Studie strukturiert?
Die Studie gliedert sich in sieben Kapitel: Einleitung, Die Atmung, Die Spiroergometrie, Hypoxie – Sauerstoffmangelbedingungen, Methodik der Studie, Ergebnisse und Diskussion. Die Einleitung führt in die Thematik ein, die Kapitel 2 und 3 beschreiben die Grundlagen der Atmung und der Spiroergometrie. Kapitel 4 behandelt Hypoxie, Kapitel 5 die Methodik, Kapitel 6 die Ergebnisse und Kapitel 7 die Diskussion und Schlussfolgerungen.
Welche Ergebnisse wurden erzielt?
Kapitel 6 präsentiert die detaillierten Ergebnisse für jeden gemessenen Parameter unter Normoxie und Hypoxie. Es wird ein Vergleich der Parameter unter beiden Bedingungen durchgeführt, einschließlich einer Analyse der Schwellenwerte und deren Reproduzierbarkeit unter Hypoxie. Die Ergebnisse werden in Tabellen und Abbildungen dargestellt.
Welche Schlussfolgerungen werden gezogen?
Die Diskussion (Kapitel 7) beinhaltet einen Vergleich der Ergebnisse mit bestehenden Studien aus der Literatur, eine Analyse der physiologischen Zusammenhänge zwischen den Parametern und eine kritische Reflexion der eigenen Studie. Schlussfolgerungen und ein Ausblick auf weitere Forschungsfragen werden ebenfalls präsentiert.
Welche Schlüsselwörter beschreiben die Studie?
Schlüsselwörter sind: Hypoxie, normobare Hypoxie, Spiroergometrie, Fahrradergometrie, Stufenbelastung, Sauerstoffaufnahme (VO2max), Herzfrequenz, Laktat, Ventilation, Atemfrequenz, Atemzugvolumen, Atemäquivalente, Respiratorischer Quotient, Leistung, anaerobe Schwelle (LTP2), aerobe Schwelle (LTP1), Herzfrequenzknickpunkt (HRTP), ventilatorische Schwelle (VTP), Höhenadaptation, Trainingsstatus.
- Quote paper
- Mario Frei (Author), 2011, Untersuchung physiologischer Kenngrößen bei stufenförmigen Fahrradergometerbelastungen unter Normoxie und normobarer Hypoxie, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/323910
