Leistungsphysiologie und molekulare

• Extrakorporale Faktoren

  • Sportgeräte / -bekleidung / -anlagen

• Umgebungsbedingungen

• Doping

• Genetik

  • Morphologie

• Phänotypen Auswahl

• Herzfrequenz x Schlagvolumen x (PaO2 - PvO2)

• PaO2 - Sauerstoffgehalt arterielles System

• PvO2 - Sauerstoffgehalt venöses System

• PaO2 - PvO2

  • Arteriovenöse Sauerstoffdifferenz

• Sauerstoff

• Ventilation

• Gasaustausch in der Lunge

• Sauerstoff-Transportkapazität des Blutes

• Transportleistung des Kreislaufes

• Blutversorgung des Muskels

• Gasaustausch im Muskel

• Energieverwertung in der Muskelzelle

  • Anaerob

  • Aerob

• Mechanische Arbeit

• 100m Sprint

  • Reaktionsvermögen

  • Schnellkraft

  • Phosphatspeicher

• 200m / 400m Lauf

  • Anaerober laktazider Stoffwechsel (anaerobe Glykolyse)

• Ausdauerbelastungen

  • Maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max)

• Doping

• Wut, Angst, Lebensgefahr

• Förderung der Gesundheit durch regelmäßiges Training,

• ABER

  • Übertrainingseffekte

    • Intensive Belastung kann zu chronischer Müdigkeit/Leistungseinbußen führen

  • Herzgesundheit

    • Hochleistungssportler trotz Training erhöhtes Risiko für Herzrhythmusstörungen

  • Infektionsrisiko

    • Immunsystem vorübergehend geschwächt durch intensives Training

  • Verletzungsgefahr

• Herzminutenvolumen

• Herzfrequenz

• Schlagvolumen

• Enddiastolisches Volumen

• Endosystolisches Volumen

• Enddiastolisches linksventrikulärer Druck

• Compliance

• Inotropie

• Gesamter peripherer Widerstand

• Arterio-venöse Differenz

• Gehalt an Sauerstoff in der Arterie

• Gehalt in der zentralen Vene

• Hämoglobin

• Arterieller Partialdruck für Sauerstoff

• Diffusionskapazität

• Sauerstoff-Ausschöpfung

• Alvelare VE

• Kapillardichte / Mitochondrienmasse

• Periphere Perfusion

• Zentral

  • Herz

• Peripher

  • Fernab von Herz

• Respirationstrakt

• 300 Millionen

• 50 - 120 qm

• kleinste Einheit in der Lunge

• Hier findet Sauerstoffaustausch statt

• Kapillarnetz

• Belüftung - Ventilation

• Diffusion von CO2 und O2

• Anwärmung der Inspirationsluft

• Anfeuchtung der Inspirationsluft

• Reinigung der Luft

• Schutz und Abwehr

• Produktion und Sekretion von Surfactant

• Lunge ist passives Organ

  • Folgt anderen Strukturen: Brustkorb und Zwerchfell

• Anspannung bei Einatmung

• Erschlaffung bei Ausatmung

• kann nicht ausgeatmet werden

• Bleibt immer in der Lunge, sonst würde diese zusammenfallen und ihre Funktion verlieren

• 1,5 Liter

• inspiratorisches Reservevolumen (maximal einatmen) 2,5 Liter

• Atemzugvolumen 0,5 Liter

• Exspiratorisches Rexervevolumen (maximal ausatmen) 1,5 Liter

• Exspiratorisches Reservevolumen

• Residualvolumen

• inspiratorisches Reservevolumen

• Atemzugvolumen

• totale Lungenkapazität

• Körpergröße

• Geschlecht

• Alter

• Trainingszustand (begrenzt)

• Atemzugvolumen x Atemfrequenz

• Luft, die keinen Beitrag zur Sauerstoffsättigung gibt, aber an Ventilationskreislauf teilnimmt

• Verbleibt in der Lunge

• Ca 150 ml

• Atemzugvolumen

• Danach Atemfrequenz

• Mitinnervation und zentrale Stimuli aus dem Motorcortex

• Temperaturerhöhung und chemische Signale aus arteriellem Blut

• kaum

• Zunahme des Atemzugvolumens bei gleicher Atemfrequenz

  Hochleistungssportler können ein AMV 200l/min erreichen

• Verbessertes Atemzugvolumen wird überwiegend durch Hypertrophie von Zwerchfell und Interkostalmuskulatur hervorgerufen

• Vertieftes Atemzugvolumen in Ruhe und bei submaximaler Belastung

  • Senkung Atemfrequenz

• Lunge verzeichnet keine strukturellen Anpassungen

• durch Hypertrophie (muskuläre Steigerung) von Zwerchfell und Interkostalmuskulatur

• nein

• von Löslichkeitskoeffizienten alpha von Sauerstoff und Kohelnstoffdioxid im Wasser

• Druck mit welchem ein Gas irgendwo hin will

• c = alpha x p (Partialdruck)

• durch Diffusion

• Wird von den Druckgradienten p von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid getrieben

• pO2

  • Alveolär 100 mmHG

  • Arteriell 98-95 mmHG

  • Gemischt venös 40 mmHG

• PCO2

  • Alveolär 39 mmHG

  • Arteriell 40 mmHG

  • Gemischt venös 46 mmHG

• Differenz O2

  • Lungenkapillare 60 mmHG

  • Gewebe 55 mmHG

• Differenz CO2

  • Lungenkapillare 6 mmHG

  • Gewebe 5 mmHG

• Größe Alveoläre Austauschfläche

• Dicke der Alveolarmembran

• Löslichkeit

• Diffusionskoeffizienten der Atemgase

• größer die alveoläre Austauschfläche wird

• Dünner die Trennschicht (Alveolarmembran)

• Größer die Wasserlöslichkeit des Gases

  • Löslichkeit CO2 20 mal so groß wie O2

• Größer der Diffusionskoeffizient der Gase

• ja

• 30 - 50 % in Ruhe

• Nahezu 100 % bei körperlicher Ausbelastung

• Passagezeit 0,75 bis 1 Sekunde

• Verringerung der Partialdruckdifferenzen bis Fließgleichgewicht eintritt

  • Diese ist zu Beginn sehr groß, so dass nach ca. 0,3 Sekunden der Gasaustausch bereits abgeschlossen ist

• auf 0,3 Sekunden

• nein, das Herz ist die leistungslimitierende Größe

• Zunahme Ventilation

• Zunahme Perfusion

• Zunahme Gefäßdurchmesser der Lunge

• Diffusionsfläche wird größer

• Zunahme Diffusionskapazität von Sauerstoff

• Unter Hypoxie (Hypoxämie) versteht man einen verminderten Sauerstoffgehalt im Blut bzw. einen Sauerstoffmangel. Eine Hypoxie kann nur einen bestimmten Gewebebereich betreffen oder den gesamten Organismus.

• bei der belastungsinduzierten arteriellen Hypoxämie

• Abwehr

  • Immunsystem

• Blutstillung

  • Schutz vor Blutverlust

• Puffer

  • Konstanthaltung des ph-Wertes

• Transport

  • Gase, Nährstoffe, Stoffwechselprodukte, Elektrolyte, Wärme

• Erwachsene 6-8 % der fettfreien Körpermaße

• Kinder 8-9 %

• im Blutplasma

• Thrombozyten

  • Spielen bei Blutgerinnung eine Rolle

• Leukozyten

  • Immunzellen

• feste

  • Blutzellen

    • Erythrozyten

    • Leukozyten

    • Thrombozyten

• Flüssige

  • Plasma

    • Serum

    • Fibrinogen - Fibrin

• Blutzellen

• Transportbehälter für Hämoglobin > Gastransport

• Besteht aus 4 Eisenatomen

• 1 g Hämoglobin bindet ca 1,34ml Sauerstoff (HüfnerZahl)

• Hämoglobinkonzentration des Blutes bei Männern 150 gramm pro Liter und bei Frauen 145

• Sauerstofftransportkapazität bei Männern 200 ml pro Liter Sauerstoff und bei Frauen 195

• vier

• Oxygenation

• Abgabe von Sauerstoff: Deoxygenation

• Deoxyhämoglobin

• Vollständige Beladung: Oxyhämoglobin

• führt zu einer Affinitätszunahme weiterer Sauerstoffmoleküle

• Abgabe zu Affinitätsminderung

• der erythrozytäre Metabolit 2,3 Bisphosphoglycerat

• PH-Wert

• Partialdruck Kohlenstoffdioxid

• Temperatur

• Der erythrozytäre Metabolit 2,3 BPG

  • Durch Stabilisierung des Deoxyzustands durch 2,38 BPG nimmt die Sauerstoff-Affinität des Hämoglobins ab

• pH Erniedrigung führt zu einer Stabilisierung des Deoxyzustandes und damit zu einer Abnahme der Sauerstoffaffinität

• nimmt ab

• Arbeitsausfall bis zu 40 Grad

• physikalisch gelöst

  • Ca. 5-10%

• Bicarbonat

  • Form vom dem CO2 in wässrige übergeht

  • Gelöst im Plasma

  • Großteil in den Erythrozyten

• Carbamat

  • Bindung an freie alpha-Aminogruppen der N-terminalen Aminosäuren

• Abnahme des Plasmavolumens - bis zu 20%

  • Verstärkte Filtration aus den Blutkapillaren

  • Anstieg osmotisch wirksamer Stoffwechselmetaboliten

  • Schweißproduktion

• Verminderung des venösen Rückstroms

• Verminderte Vorhofdehnung

• Hemmung der Freisetzung von ANP

• Aktivierung Renin-Angiotensin System

• Flüssigkeitsretention in Niere und Darm

• Erhöhung Plasmavolumen

• Blut fließt flüssiger

• größere Flüssigkeitsreserve für die Thermoregulation

  • Schwitzen

• Erhöhung der Vorlast

  • Heizleistung

• Geringerer Blutströmungswiderstand

  • Gleichmäßige Strömung durch Herz durch

• Gesteigerte Sauerstofftransportkapazität

• 1g Hämoglobin verändert die VO2max um 3,5 bis 4 ml pro Minute

• Ausdauertraining 9 Monate bei Hobbyathleten

  • Steigerung Hämoglobingehalt von 932g auf 992g (6,4%)

• Höhentraining

  • Steigerungspotenzial bei 3 Wochen Höhenaufenthalt über 2000m etwa 7%

• als Dikarbonat

• Diastole

• Anzahl der Aktionspotantiale pro Zeispanne

• Ungleich Puls!

• Volumen des Herzens am Ende der Diastole

  • Ca. 100-175ml

• in der Systole werden 60-90 ml Blut in den Kreislauf gepumpt

• 2/3 des Blutes werden ausgeworfen

• 1/3 des Blutes verbleiben in den Ventrikeln

  • Endsystolisches Volumen

• Blutmenge pro Zeiteinheit

• Schlagvolumen x Herzfrequenz

• 27 %

• längerfristige

  • Vegetatives Nervensystem

• Kurzfristige

  • Frank-Starling-Mechanismus

• Chronotropie

• Inotropie

• Vordehnung

• Nachlast

• Parasympathikus und Sympathikus wirken sich über Adrenalin und Noradrenalin regulierend aus:

  • Frequenz der Impulsbildung des Schrittmachers

    • Schlagfrequenz (Chronotropie)

  • Kraft der Herzmuskelzuckung

    • Kontraktilität des Herzens (Inotropie)

• Anpassungsmechanismus zur Regulierung des Schlagvolumens durch

  • Dehnung des Myokards am Diastole-Ende, abhängig von der Vorlast

  • Widerstand, den das Herz überwinden muss, um Blut in die Arterien auszuwerfen; beeinflusst durch Nachlast

• Vorlast

  • Enddiastolisches Volumen und venöser Rückfluss

• Nachlast

  • Gefäßwiderstand und Blutdruck

• Zunahme

  • Überwiegend Steigerung des systolischen Blutdrucks

  • Gleichbleibender diastolische Druck

• Erhöhung systolischer und diastolischer Druck nahezu gleichermaßen

  • Etwas stärker den diastolischen Druck

• wahr

• Zunächst Abnahme parasympathischer Aktivität

• Dann Zunahme sympathischer Aktivität bei mittleren und hohen Intensitäten

• schneller Anstieg und schnelle Sättigung

• Maximum bereits bei 50-60 % der maximalen Leistungsfähigkeit

• Systolischer Blutdruck steigt am Anfang relativ schnell an, danach moderat

• Diastolischer Blutdruck kann sogar geringer werden

• Belastung auf Lasten der Diastole, da Blut schneller ausgepumpt wird

• Systole steigt über 200 mmHG in Spitzen bis über 300

• Diastole wird hier auch hochgetrieben

• zu wenig Blut im Herzen

• Herz versucht das durch eine Erhöhung der Herzfrequenz zu kompensieren

• Plötzlich strömt gestautes Blut in Herz hinein, das dehnt sich stark aus

• Bei Belastung wird der Blutflussstrom verbessert

• Bei Bluthochdruck: nach Belastung sinkt der Blutdruck unter vorherigen Zustand

• Bei regelmäßiger Belastung bleibt dieser Effekt länger bestehen

Falsch

falsch

Wahr

• funktionelle Adaptionen bereits nach einigen Wochen

  • Zurückzuführen auf Steigerung der Herzfrequenz

• Zunahme des maximalen Herzzeitvolumens

  • Steigerung der Herzfrequenzreserve

  • Verbessertes Schlagvolumen

    • Verbesserte linksventrikuläre Füllung und verbesserte Auswurffähigkeit

• Sportherz

  • Nicht-pathologische Vergrößerung des Herzens

  • Physiologische Hypertrophie

  • Aber: genetische Disposition; nicht jeder bekommt das

• linke Herzkammer und Herzwand ist größer

• An linker Herzkammer ist auch der Muskel größer

• Strukturell

  • Erhöhte Wandstärke und Hohlraumgröße der Kammern

• Elektrophysiologisch

  • Bradikardie (mehr auswerfen)

  • Repolarisationsauffälligkeiten

  • Spannungskriterien für die Kammervergrößerung

• Funktionell

  • Gesteigerte diastolische Füllung

  • Erhöhung des Schlagvolumens

• kardiomyozyte Hypertrophie

• Kardiomyozyte Vermehrung

• Aktivierung kardialer Stammvorläuferzellen

• Verringerung apoptotischer Myozyten

• Gefäßneubildung

• Herzwand ist dicker und wächst unter Umständen sogar in die Kammern hinein

In Ruhe 50 ml Sauerstoff/Liter

Unter Belastung 150

• Typ IIa Fasern

• Dadurch werden sie ausdauernder und weniger ermüdungsanfällig

• können mehr oxidative Kapazität entwickeln und nähern sich funktionell den Typ I-Fasern an, verbessern so ihre Fähigkeit, Energie aerob zu erzeugen

• werden nicht in andere Fasertypen umgewandelt, sondern nehmen an Größe und mitochondrialer Dichte zu, wodurch ihre Ausdauerleistung steigt

• Dauer

  • Längere Einheiten ab 30 Minuten

• Intensität

  • Moderate bis submaximale optimal, um die Oxidationen Eigenschaften der Muskelfasern zu verbessern (60 bis 80%)

• Häufigkeit

  • 3-5 Einheiten die Woche, um langfristige Anpassungen in der Muskelfaserzusammensetzung zu erreichen

• Kontinuierliche Belastung

  • Lange, gleichmäßige fördern Transformation hin zu Typ I ähnlichen Eigenschaften

• Variation der Intensität

  • Abwechselnde Belastungen fordern die Typ IIa Fasern und verstärken deren aerobe Kapazität

• erzeugen den Großteil der Energie (ATP) durch aerobe Stoffwechsel

• Vermehrung durch regelmäßiges Ausdauertraining

• mehr Enzyme in den Mitochondrien steigern die Fähigkeit zur Energieproduktion

• ausdifferenzieren der Blutgefäße

• Zunahme der Zahl der Kapillaren

• Zunehmende Austauschfläche für Sauerstoff

• Kürzere Diffusionsstrecke für Sauerstoff

• Erhöhung der Kontaktzeit durch Abnahme der Fließgeschwindigkeit

• Vergrößertes pO2 Gefälle

• Fähigkeit vermehrt Sauerstoff aus dem arteriellen Blut zu gewinnen

• Arteriolen-Venöse-O2-Differenz nimmt zu

• wenn das Gleichgewicht gestört wird

Stufe 1 Kontraktion

Stufe 2 Störung im Gleichgewicht

Stufe 3 Sensor

Stufe 4 Signalkaskade

• Durch ein Missverhältnis zwischen AMP und ATP

• löst aus, dass ATP wieder auf erhöhtes Ausgangsniveau gesetzt wird

  • Lagert Phosphatreste wieder an und treibt Angiogenese an, mehr Mitochondrien in der Zelle

• Ausdauerreiz

• Ausschüttung von Calciumionen

• Dadurch wird die calciumabhängige Proteinkinase aktiviert (CaMK)

• Weitere Kinase wird aktiviert durch reaktive Sauerstoffspezies ROS: p38 MAPK

  • Mitochondriale Biogenese wird angeregt

• Durch ein Missverhältnis von AMP und ATP und damit einem Mangel an ATP wird die AMP-Kinase aktiviert

• Signalkaskade endet am Zellkern und schiebt mitochondriale Biogenese an

• Neubildung von Blutgefäßen

• Trainingsreiz erreicht Muskelzelle

• AMP-Kinase und andere werden aktiviert und aktivieren vaskuläre Wachstumsfaktor (VEGF)

• Angiogenese

  • Aufteilung der Blutgefäße und dadurch eine bessere Erreichung von Bereichen der Muskulatur und bessere Vernetzung

  • Neubildung von Gefäßen

• Aufteilung der Blutgefäße

• Neubildung erst als zweiter Schritt und nur wenn der Körper es als absolut notwendig betrachtet (bsp. Höhenaufenthalt, sehr starker Trainingsreiz)

• konzentrisch

  • Bei DruckBelastung

    • Wanddicke vergrößert, aber nicht die Kammer

    • Herzmuskel wächst in die Kammer

• Exzentrisch

  • Bei Volumenbelastung

    • Herzmuskelzelle wird länger

    • Kammer und Herzmuskel vergrößern sich

• statisch

  • Haltend oder isometrisch

• Dynamisch

  • Bewegend

    • Konzentrisch (positiv/Muskel kontrahiert)

    • Exzentrisch (negativ/Muskel wird trotz Kontraktion gedehnt)

    • Exzentrisch-konzentrisch

• Maximalkraft

  • Schnellkraft

    • Explosivkraft

    • Reaktivkraft

  • Kraftausdauer

• tendomuskuläre Faktoren

• Neuronale Faktoren

• Anthropometrisch-biomechanische Faktoren

• tendo = Sehne betreffend

• Zusammenspiel von Muskeln und Sehnen

  • Effiziente Kraftübertragung von Muskeln auf Skelett

• Elastische Energie

  • Speicherung und Freisetzung von elastischer Energie in Sehnen bei schnellen Bewegungen

• Stiffness

  • Angepasste Steifigkeit der Sehnen verbessert die Stabilität und Kraftübertragung bei schnellen und explosiven Bewegungen

• Kollagenstruktur und Sehnengesundheit

  • Regelmäßiges Krafttraining stärk die Kollagenfasern, was die Belastbarkeit und Verletzungsresistenz der Sehnen erhöht

• elektromechanische Kopplung

  • Prozess bei dem ein Nervenimpuls eine Muskelkontraktion auslöst

• Freisetzung von Calcium

  • Nervenimpulse bewirken die Freisetzung von Calciumionen aus dem sarkoplasmatischen Retikulum, was die Muskelkontraktion aktiviert

• Rekrutierung motorischer Einheiten

  • Intensive Belastung führt zu einer verstärkten Rekrutierung motorischer Einheiten, wodurch die Kraftentwicklung gesteigert wird

• Erhöhte Erregungsleitungsgeschwindigkeit

  • Akutes Krafttraining verbessert die Nervenleitfähigkeit, was die Reaktionszeit und Kraftentwicklung optimiert

• Synchronisation

  • Verbesserung der gleichzeitigen Aktivierung von motorischen Einheiten für maximale Kraft

• Steigerung der Erregungsfrequenz

• Optimierung intramuskuläre und intermuskuläre Koordination

• Körperproportionen

  • Einfluss von Hebelarmen auf die Kraftentwicklung

  • Meist Vorteil bei längerer Hebelwirkung, da bessere Kraftübertragung

• Körpergewicht und -Zusammensetzung

  • Mehr Muskelmasse bei gleichem Körpergewicht führt zu besserer Kraftleistung

• Knochendichte und -Struktur

  • Stabile Knochen unterstützen die Kraftübertragung und reduzieren das Verletzungsrisiko

• Gelenkwinkel und Bewegungsumfang

  • Optimale Gelenkwinkel verbesser Krftentwicklung und Effizienz der Bewegungen

• Muskelquerschnitt

  • Ein größerer ermöglich höhere maximale Kraftentwicklung

Durch die Fiederung ist es möglich den physiologischen Querschnitt gegenüber dem anatomischen zu vergrößern

• Physiologisch

  • Wie groß ist der Muskel, da wo die Kontraktion stattfindet

• Anatomisch

  • Größe des Muskels

• Warum

  • Mechanische Spannung

  • Mikroschädigungen

  • Metabolische Beanspruchung (Nährstoffmangel, der mit Substratverlust einhergeht)

• neuronale Adaptationen

• Aminosäureverfügbarkeit - Proteinbiosynthese

  • Hypertrophie, Faserspektrum Linkstransformation, Hyperplasie

• Endokrinologische Auto- und parakrinologische Effekte

• Satellitenzellaktivierung

• eine Entwicklung Richtung Typ II Fasern

• vor Training

  • Geringer Faserquerschnitt und schlechte Synchronaktivierung der Fasern

  • Muskel arbeitet ineffizient, da er nicht alle Fasern nutzt

• Nach Training

  • Gute intramuskuläre Koordinationsfähigkeit

    • Mehr Fasern werden genutzt

  • Vergrößerter Querschnitt der Muskelfasern

• verbesserte Intra- und Intermuskuläre Koordination

• Agonisten-Aktivierung

  • Training verbessert Aktivierung der primär arbeitenden Muskeln, was die Kraftproduktion erhöht und die Bewegungsqualität verbessert

• Synergisten-Aktivierung

  • Neben Hauptmuskeln werden auch unterstützende Muskeln besser aktiviert, was zu einer stabileren und effizienteren Bewegungsausführung führt

• Antagonisten-Deaktivierung

  • Koordinierte Hemmung der entgegengesetzt wirkenden Muskeln ermöglicht effizientere und kraftvollere Muskelkontraktion der Agonisten

• noch keine Muskelzelle, kann aber zu dieser heranreifen und sich in bestimmte Richtung (Typ I; II) entwickeln

• auf ruhende Muskelfaser trifft ein Stressreiz

• Möglichkeiten der Anpassung

  • Ersetzen der Myonuklei und Muskelreparatur

  • Fusion in Muskelfaser

    • Muskelhypertrophie

  • Fusion zur Bildung neuer Faser-Myonuklei

    • Muskelhyperplasie

• nein

• Querschnitt

  • Bildung mehr Sakromere, dadurch Vergrößerung im Querschnitt

  • Wirklicher Zellwachstum und Bildung neuer Zellen erst durch Ausbildung von Satellitenzellen

• Längsschnitt

  • Kraftentwicklung in Dehnung

  • Verlängerung der Muskulatur

  • Bei Menschen bisher nur experimentell nachgewiesen

• Mechanische Spannung

  • Kontraktion oder Dehnung

• Mikroschädigungen des Skelettmuskels

  • Betrifft vorwiegend Typ-II-Fasern

  • Entzündungsreaktion, bei welcher neutrophile Granulozyten und Makrophagen in den Bereich der Gewebsschädigung infiltrieren, dadurch Ausschüttung Entzündungsmediatoren und Wachstumsfaktoren und Aktivierung Satellitenzellen

• Metabolischer Stress

  • Akkumulation von anaeroben Metaboliten

  • Kapillare Kompression führt zu temporärer Zunahme der Zellflüssigkeit und zellulären Anschwellung

  • Veränderter hydrostatischer Druck - Anstieg Proteinbiosynthese und Rückgang Proteindegradation

• Definition

  • Delayed Onset Muscel Soreness nach 12-48 Stunden nach intensivem oder ungewohntem Training

• Ursachen

  • Mikroverletzungen der Muskelfasern führen zu kleinen Rissen im Muskelgewebe v.a. Entlang der Z-Scheibe

• Entzündungsreaktion

  • Flüssigkeit, Immunzellen, Zytokine und Wachstumsfaktoren strömen in das betroffene Gewebe ein und verursachen Schmerzen und Schwellungen

• Symptome

  • Schmerzen, Steifheit, verminderte Beweglichkeit, reduzierte Muskelkraft

• Kontraktion

  • Mechanischer Reiz

• Störung im Gleichgewicht

  • Kalzium Durchflussrate

  • Mechanischer Stress

• Sensor

  • CaMKII für Kalzium

• Signalkaskade

  • Phosphorylation

• Proteinumsatz

• mTORC1

• mTOR und AMPK blockieren einander

• Daher auch kein Proteinaufbau bei Ausdauertrainingsreiz

• Insulin

• hemmender Pathway

• Hemmt mTOR und unterdrückt so das Muskelwachstum

• Wird von Follistatin gehemmt

• Glykogen

• Glucose

• Intramuskuläre Energievorrate

  • ATP

  • Kreatinphosphat

  • Und weitere

• Freie Fettsäuren

• Anaerobe ATP-Bildung aus Kreatinphosphat und ADP mit Hilfe des Enzyms Kreatinphosphokinase

  • Alaktazid

• Anaerobe ATP-Bildung aus 2 Molekülen ADP mit Hilfe des Enzyms Adenylat-Kinase

  • Alaktazid

• Anaerobe Glykolyse aus Glukose oder Glykogen

  • Laktat

• Aerobe Glykolyse aus Glucose oder Glykogen

  • CO2 und H2O

• Aerobe Fettverbrennung

  • CO2 und H2O

• Energie wird aus intramuskulären Speichern bezogen

• 5 mmol/kg Muskelmasse ATP

• 20 mmol/kg Muskelmasse Kreatinphosphat

• Verfügbarkeit 5-8 Sekunden

• Vollständige Erschöpfung unter tatsächlicher maximaler Belastung 20-30 Sekunden

• KP nimmt kontinuierlich ab

• ATP bleibt weitestgehend konstant

• ATP-Resynthese bei intensiven Belastungen vorwiegend aus muskulären Glykogendepots

• Speicherkapazität

  • 1,5% Glykogen pro kg Muskelmasse

  • 104 mol ATP

• Maximale Leistungsfähigkeit bei 40 bis 180 Sekunden

  • Limitiert durch maximal tolerierbar Azidose (pH kleiner gleich 7,0): 15-30 mmol/l

  • Begrenzt durch maximale Glykolyserate (Gehalt an Glykolyseenzymen und Glykogenkonzentration in Muskulatur)

• Ansäuerung Gewebe

• durch Lactat Dehydrogenase zu Laktat

• Belastungen über 3 Minuten Dauer

• Kapazitäten abhängig von Dauer, Intensität und Trainingszustand

  • Im Übergangsbereich aerob zu anaerob ca 1 Stunde -hier überwiegend über Glykogen

  • Fette als Energieträger theoretisch unbegrenzt

• Grundlage der Leistung der aeroben Energiebereitstellung: maximale Oxidationsrate von Wasserstoff in Atmungskette

• Albumin

• Leber

  • 200 bis 400 kcal

• Muskelglykogen

  • 1000 bis 2000 kcal

• Muskel TG

  • 2000 bis 3000 kcal

• Adipose tissue TG

  • 50000 bis 100000 kcal

• 7000 Kalorien

• plötzlicher Leistungseinbruch durch Erschöpfung der Glykogenspeicher in Muskel und Leber

• Symptome

  • Schwäche, Schwindel, Konzentrationsprobleme

  • Unterzuckerung: Zittern, kalter Schweiß, Übelkeit

  • Gefühl von Erschöpfung und Verwirrtheit

• Ursachen

  • Glykogenspeicher aufgebraucht

  • Unzureichende Kohelnhydratzufuhr vor oder während der Belastung

  • Fettstoffwechsel deckt Energiebedarf nicht schnell genug

• Schnellere Regeneration von ATP

• Erhöhung der Kreatinphosphat-Speicher

• Erhöhte Enzymaktivität

• Erhöhte Aktivität der Enzyme des Citratzyklus

• Verbesserte Kapillardichte

• Erhöhung der Speicherkapazität

  • Zunahme Glykogenspeicher in Muskeln und Leber bei regelmäßigem Ausdauer und Krafttraining

• Enzymatische Anpassungen

  • Erhöhung Aktivität Schlüsselenzyme der Glykogensynthese

• Verbesserte Insulinsensitivität

  • Training steigert Aufnahme von Glukose in die Muskeln und verbessert die Effizienz der Glukoseeinlagerung

• Superkompensation

• Insulin

• Erhöhung der intramuskulären Fettspeicher

• Verbesserte Fettverwertung

• Steigerung der Mitochondrienanzahl und -funktion

• Verschiebung des Energiemixes

  • Regelmäßiges Training verschiebt Energiebereitstellung zugunsten der Fettoxidation, wodurch Glykogen geschont wird

• sehr ausdauernde Athleten und übergewichtige/Typ 2 Diabetiker haben intramuskuläre Fetttröpfchen

• Sportler

  • Viele kleinere aktive Lipidtröpfchen, die zur Energiegewinnung herangezogen werden können

• Kranke

  • Große Tröpfchen, Speicherfett, wird nicht aktiviert

• Energiequelle in Zellen

• Transportform für Energie - Laktat-Shuttle

• Signalgeber für Anpassungen an Training

• Indikator für Leistungsfähigkeit und Trainingsintensität

• nein, wird der oxidativen Energiebereitstellung zugeführt

• Kann sowohl am Bildungsort (Zelle), in benachbarten Zellen, als auch in distalen Geweben verstoffwechselt werden

• Glucose

• wahr

• 60 %

• MCT1

  • In oxidativen Muskelfasern für Laktataufnahme

• MCT4

  • In glykolytischen Muskelfasern für Laktatabgabe

• Intensive Belastungen steigern die MCT1 und MCT4 Expression

• Chronische Hypoxie ohne Training erhöht die MCT1-Dichte nur in Erythrozyten, nicht in der Muskulatur

• metabolisches Signal

  • Laktat wirkt als Pseudo-Hormon und beeinflusst die Signaltransduktion und Genexpression

• Redox-Status

  • Regulierung des zellulären Redox-Status durch Umwandlung in Pyruvat und Veränderung des NAD+ und NADH-Verhältnisses

• Laktat stabilisiert HIF-1 und erhöht die VEGF-Konzentration

• Stimuliert die Migration von Endothelzellen und die Kollagensynthese für die Gefäßneubildung

• Fördert die Vaskulogenese und beeinflusst die Differenzierung von Stammzellen

• reguliert Sympathikusaktivität und neuronale Signalübertragung

• Fördert Schmerzempfindung

• Erhöht Muskeldurchblutung und unterstützt aerobe und anaerobe Energiebereitstellung

• bestimmt Ausdauerleistung zur Ableitung gezielter Trainingsempfehlungen

• Durchführung sportartspezifisch auf Fahrrad-, Laufband- oder Ruderergometer

• Belastung wird stufenförmig gesteigert, angepasst an die individuelle Leistungsfähigkeit

• Messung der Herzfrequenz und Laktatwerte

• Laktatschwellenwert

  • Belastungsintensität, bei der die Laktatkonzentration im Blut zum ersten Mal messbar über den Ruhewert ansteigt

  • Übergang von einer überwiegend aeroben Energiebereitstellung zu einer zunehmend anaeroben Glykolyse

• Anaerobe Schwelle

  • Belastungsintensität, bei der di eLaktatkonzentration im Blut signifikant ansteigt, weil Laktatproduktion die Laktatelimination übersteigt

• später

  • Deutet auf guten Trainingszustand hin

• Früher

  • Signalisiert geringere Ausdauerleistung

• höchste Belastungsintensität, bei der die Laktatkonzentration im Blut über einen längeren Zeitraum konstant bleibt

• Zeigt die maximale Intensität an, bei der Körper Laktat noch abbauen kann, ohne dass es sich weiter im Blut anreichert

• Schwelle ist entscheidend für die Ausdauerleistungsfähigkeit

• beschreibt die zusätzliche Sauerstoffaufnahme nach intensiver körperlicher Belastung, um die während der Anstrengung entstandenen Sauerstoffdefizite auszugleichen

• Notwendig, um ATP und Kreatinphosphat-Speicher wieder aufzufüllen, Laktat abzubauen und die Atmungs- und Herzfrequenz zu normalisieren

• präganglionär und postganglionär: Acetylcholin

• Cholinrezeptoren

  • Nikotinisch

    • Alle postganglionären, vegetativen Ganglienzellen bzw Dendriten

  • Muskarinisch

    • Alle von postganglionären, parasympathischen Fasern versorgte Zielorgane

• präganglionär

  • Acetylcholin

• Postganglionär

  • Noradrenalin

• Alpha

  • Allgemein erregend (Ausnahme im Magen-Darm-Trakt)

• Beta

  • Allgemein hemmend (Ausnahme im Herzen)

• M1

  • Vegetative Ganglien, ZNS, exokrine Drüsenzellen

• M2

  • Herz

• M3

  • Glatte Muskulatur

• L-Tyrosin (Vorstufe (Nor)Adrenalin)

• Wird umgewandelt zu L-Dopa und dann zu Dopamin

• Umwandlung zu Noradrenalin

• Andocken an Alpha Adrenozeptoren und teils auch Beta

• Noradrenalin kann auch zu Adrenalin umgewandelt werden - vermehrtes Andocken an Beta Adrenorezeptoren

• Adrenalin

  • Hormon

  • Fördert Energiebereitstellung und Herzleistung

  • Freisetzung im Nebennierenmark

  • Längere Wirkung

  • Wichtigste Zielgewebe: Herz, Lunge, Leber, Fettgewebe

• Noradrenalin

  • Neurotransmitter

  • Reguliert Blutdruck und Gefäßtonus

  • Freisetzung in sympathischen Nervenendigungen; teils auch Nebennierenmark

  • Kürzere, gezieltere Wirkung

  • Wichtigste Zielgewebe: Blutgefäße, Herz

• Alpha 1

  • Funktion: Vasokonstriktion, Kontraktion glatter Muskulatur

  • Effekte: Blutdruck hoch

  • Vorkommen: Blutgefäße, glatte Muskulatur

• Alpha 2

  • Funktion: Hemmung Noradrenalinfreisetzung, Vasodilatation

  • Effekte: Blutdruck und Insulinfreisetzung runter

  • Vorkommen: Nervensystem, Pankreas

• Beta 1

  • Funktion: Erhöhung Herzfrequenz und Kontraktionskraft

  • Effekte: Herzzeitvolumen hoch

  • Vorkommen: Herz, Niere

• Beta 2

  • Funktion: Bronchodilatation und Vasodilatation der Skelettmuskulatur

  • Effekte: Atmung und Durchblutung Muskeln hoch

  • Vorkommen: Lunge und Skelettmuskulatur

• Beta 3

  • Funktion: Lipolyse

  • Effekte: Mobilisierung von Fettreserven und Thermogenese

  • Vorkommen: Fettgewebe

• reduzierter Noradrenalinspiegel in Ruhe

• Geringere sympathische Aktivität in Ruhe

• Geringere Freisetzung Noradrenalin

• Effizientere Herz-Kreislauf-Anpassungen

• Höhere maximale Freisetzung von Noradrenalin zur Energie- und Blutflussregulation

• Schnellere Normalisierung der Noradrenalinspiegel

• Erholung unterstützt durch geringeres Stresslevel

• Erhöhte Empfindlichkeit adrenerger Rezeptoren

• erhöhter Acetylcholinspiegel in Ruhe, verbesserte Ruheherzfrequenz

• Schnellere Wiederherstellung der parasympathischen Aktivität bei Erholung und höhere Herzfrequenzvariabilität

• Erhöhte Sensitivität cholinerger Rezeptoren

• Schnellere Aktivierung nach Belastung

• Hormonal

  • Schaltzentrale Hypophyse gibt Nebennierenrinde Signal, dieses löst Zielhormon aus, das am Zielorgan wirkt

• Humoral

  • Zielorgan stellt fest, wie es in der Blutbahn aussieht und schüttet Hormon selbst aus, womit es sich selbst reguliert

• Neural

  • Nebennierenmark wird von Nervenfasern aktiviert, von denen es umgeben ist

• Sympathisches Paraganglion

• 80 bis 90 % Adrenalin-Sekretion

• Geringe Noradrenalin-Sekretion (hauptsächlich Neurotransmitterfunktion)

• Langsamere Wirkung als Aktivierung über sympathische Nervenendigungen

• Zusätzliche Wirkungsunterstützung

• Wirkungsort

  • Skelettmuskel, Fettgewebe, Leber, Herz, Glatte Gefäßmuskulatur, Bronchien, Pankreas

• Haupteffekt

  • Gesteigerte Glycolyse, gesteigerte Lipolyse, gesteigerte Gluconeogenese

• Noradrenalin

• Adrenalin nur wenig

• Adrenokortikotropes Hormon

• Reiz zur Ausschüttung: körperliche Belastung

• Wirkungsort: Nebennierenrinde

• Haupteffekt: gesteigerte Kortisolausschüttung

• Reiz zur Ausschüttung: Angiotensin

• Wirkungsort: Nieren

• Haupteffekt: Natrium- und wasserrückresorption

• Reiz zur Ausschüttung: längere intensive Belastungen, ACTH

• Wirkungsort: Skelettmuskel, Fettgewebe, Leber

• Haupteffekt: abnehmende Glucoseaufnahme, gesteigerte Lipolyse, gesteigerter Proteinkatabolismus, gesteigerte Gluconeogenese

• Wachstumshormon

• Reiz zur Ausschüttung: körperliche Belastung, Hypoglykämie

• Wirkungsort: Skelettmuskel, Fettgewebe, Leber

• Haupteffekt bei Belastung: verminderte Glucoseaufnahme, Mobilisation freier Fettsäuren, Gluconeogenese

• Haupteffekt bei Ruhe: gesteigerte Aminosäurentransport durch Plasmamembran, Stimulation RNA-Formation, Aktivierung Ribosomen -gesteigerte Proteinsynthese

• gesteigerte Glykogenolyse

• Gesteigerte Gluconeogenese

• Gesteigerte Lipolyse

• gesteigerte Glucoseaufnahme

• Gesteigerte Proteinsynthese

• Reiz: Hypoglykämie

• Wirkungsort: Fettgewebe, Leber

• weniger starker Anstieg von Katecholaminen oder Wachstumshormonen bei intensivem Ausdauertraining

• Insulin zeigt erhöhte Sensitivität der Zielzellen trotz unveränderter Rezeptoranzahl

• Häufigere Zyklusstörungen bei weiblichen Athleten - Hemmung der gonadalen Achse

• Relative Energy Deficiency

  • Energiemanagel durch unzureichende Kalorienzufuhr

• Eisenmangel und Anämie

  • Höheres Risiko durch Menstruation und hohe körperliche Belastung

• Testosteron

  • Fördert Muskelaufbau, Kraftentwicklung und Erythropoese

  • Vorteile für Kraft- und Muskelaufbau wenn Spiegel konstant

• Östrogen

  • Fördert Proteinsynthese, Glykogenspeicherung und Fettstoffwechsel

  • Menopause: geringere Proteinsynthese und stärkerer Muskelabbau

• Progesteron

  • Fördert Proteinabbau, Glykogenverbrauch, Wassereinlagerungen und erhöhte Körperkerntemperatur

• Menstruation

  • Einige erleben Leistungsschub

  • Herausforderungen: Krämpfe, Müdigkeit, Motivationseinbußen, geringere Erythrozytenkonzentration

• Follikelphase

  • Verbesserte Kraft- und Ausdauerleistung, erhöhte Glykogenspeicherung, bessere Regeneration, gesteigerte Motivation

  • Erhöhtes Verletzungsrisiko

• Ovulationsphase

  • Maximale Kraftspitzen, gute Stimmung, gesteigerte Leistungsbereitschaft

  • Höheres Risiko für Verletzungen

• Lutealphase

  • Verbesserte Fettoxidation

  • Erhöhte Körpertemperatur, gesteigerter Glykogenverbrauch, Energieverlust

• Störung der inneren Homöostase, verursacht durch eine erhöhte Energieproduktion infolge eines externen Stimulus

• Rückgang der körperlichen Leistungsfähigkeit aufgrund der steigenden Schwierigkeit einer Aufgabe oder Übung sowie der Unfähigkeit der Muskeln, die erforderliche Kraft aufrechtzuerhalten

• wahrgenommene Ermüdung

  • Homöostase

    • Blutzucker, Körpertemperatur, Sauerstoffversorgung

  • Psychisches Befinden

    • Erregung, Motivation, Schmerz

• Physische Ermüdung

  • Kontraktile Funktion

    • Blutversorgung, Kraftkapazität

  • Muskelaktivierung

    • Motoneuronen, neuromuskuläre Funktion

• subjektive Ermüdung: wahrgenommene Abnahme Leistungsfähigkeit

• Objektive Ermüdung: messbare Veränderungen in körperlichen Leistungsfähigkeit

• Zusammenhang

  • Subjektive und objektive Ermüdung können unabhängig voneinander auftreten, aber sind oft miteinander verknüpft, da die wahrgenommene häufig mit der physiologischen korreliert

• entsteht durch Störungen im zentralen Nervensystem, insbesondere durch reduzierte neuronale Aktivität und verminderte Signalübertragung an die Muskulatur

• Häufig verursacht durch eine Überlastung des Gehirns und eine Veränderung in der Neurotransmitteraktivität

• tritt in Muskeln selbst auf

• Verursacht durch eine Ansammlung von Stoffwechselprodukten und Energieverlust in den Muskelzellen

• Beeinträchtigt die muskelmechanische Funktion durch verminderte ATP-Produktion und Störungen in der Ionenhomöostase

• akut

  • Tritt nach intensiver und kurzfristiger Belastung auf

  • Kennzeichnet sich durch vorübergehende Abnahme der Leistungsfähigkeit, die mit Erholung und Regeneration schnell wieder verschwindet

• Chronisch

  • Entwickelt sich über längere Zeiträume bei wiederholter Überbelastung ohne ausreichende Erholung

  • Führt zu langfristigen Leistungsabfällen und kann zu Übertraining und körperlicher Erschöpfung führen

• Zustand, der durch chronische Überlastung bei unzureichender Erholung und Regeneration entsteht, was zu Leistungsabfall, physischer Erschöpfung und psychischer Belastung führt

• Ursachen: übermäßige Trainingsintensität, zu kurze Erholungsphasen, ungünstige Trainingsplanung und unzureichende Ernährung können zur Entstehung des OTS beitragen

• Symptome: Leistungsabfall, körperliche Erschöpfung, psychische Symptome wie Reizbarkeit oder Schlafstörungen

• reguliert den Energiestoffwechsel, Fettsäureoxidation und die Mitochondrienproduktion

• Signalweg, der die Mitochondrien-Autophagie kontrolliert und die Ermüdungsresistenz unterstützt

• entstehen während der körperlichen Belastung, vor allem bei intensivem Training

• Instabilen Moleküle stören das Oxidantien-Antioxidantien-Gleichgewicht und schädigen Zellstrukturen wie DNA, Proteine und Lipide

• intensive Belastung führt zu einem dauerhaften Anstieg von Cortisol, was die HPA-Achse hemmt und die Testosteronspiegel senkt, wodurch die körperliche Leistung sinkt

• Hohe Katecholamin- und Cortisolspiegel tragen nicht zur langsfristigen Leistungssteigerung bei und können diese sogar vermindern

• Biomarker für Belastung-/Erholungsphasen, um Erschöpfung auf molekularem Weg vorherzusagen

  • Steigt bei erhöhter Intensität

• Fördert Reperatur und Erholung von neuronalen Zellen nach Belastung und schützt das Gehirn vor oxidativen Stress und Ischämie, die durch intensives Training und Ermüdung entstehen können

• niedrige Intensiät und geringer Trainingsumfang

• Kohlenhydrate sind zentrale Energiequelle für sportliche Leistung

• Proteine unterstützen die Regeneration und den Aufbau von Eiweißstrukturen

• Ausreichende Flüssigkeitszufuhr (1-2Liter pro Tag) wichtig