Dr.Alexander Parizek Facharzt für Unfallchirurgie Sportarzt Sportbiologie Dr.Alexander Parizek Facharzt für Unfallchirurgie Sportarzt

Biologische Grundlagen

Allgemeine Begriffsdefinitionen Biologie: Lehre der Lebewesen Zelle: kleinste selbstständige Einheit des Lebens Gewebe: Zusammenschluss von Zellen mit gleichem Aufbau und Funktion Organ: Funktionelle Einheit aus verschiedenen Geweben Gesamtorganismus (Mensch): Komplexes System spezialisierter Zellen

Die Zelle

Die elementaren Lebensfunktionen Energiegewinnung: Synthese > Spaltung > Energie (ATP) Glykolyse – Zuckerspaltung – anaerob – 2 ATP Oxidation – Verbrennung – aerob – 38 ATP Energiespeicherung: KP, Glycogen,Fett Reizantwort: Elektrischer Impuls, Kontraktion Reizanpassung: Hypertrophie, Hyperplasie Regeneration: Zellteilung, Zellvermehrung (ausgenommen Nerven, Knorpel)

Biologische Grundlagen des Trainings Anpassung des Organismus auf Reize und Erreichen eines höheren funktionellen Trainingsniveaus Stresstheorie: Systematische Steigerung: Zyklische Trainingsgestaltung: Ganzjährigkeit: Anpassung der Belastung

Stressreaktion Alarmreaktion Anpassung Ermüdung/Erschöpfung Atmung, Kreislauf, Energiebereitstellung Anpassung Energiegleichgewicht (steady state) Ermüdung/Erschöpfung Energiedefizit, HF- und Laktatanstieg, verminderte LF, Zwangsabbruch Erholung und Kompensation Auffüllen der Enegiespeicher, Laktatabbau Überkompensation In der Erholungsphase Aufbau einer erhöhten LF (TRAININGSEFFEKT)

Systematische Steigerung Anpassung an Trainingsreiz und Zunahme der LF und des Erholungszustandes nach 4-6 Wochen D.h. nach Ablauf des letzen Überkompensationszyklus Steigerung des Trainingsreizes (WNTZ)

Zyklische Trainingsgestaltung Ganzjährigkeit Geplante Belastungs- und Erholungsphasen in Abhängigkeit des Trainingszustandes Mikrozyklus (1 Woche) Mesozyklus (4-6 Wochen) Makrozyklus (Jahresplanung) Vorbereitungsperiode Wettkampfperiode Übergangsperiode Bereits nach 5 trainingsfreien Tagen Abbauvorgänge (Trainingsverlust) !

Anpassung der Belastung Intensität Trainingsbelastung in % der max.LF Kraft: Gewicht in % des Maximalgewichtes Ausdauer: VO2 (HF) in % des VO2max.(max HF) Belastungsdauer Gesamtzeit der wirksamen Belastung Belastungshäufigkeit Anzahl der Trainingseinheiten pro Woche(mind 2x) Wöchentl. gesamte Trainingsbelastung (WNTZ) Gesamtsumme der wirksamen Trainingsbelasungen Die Trainingsbelastung muß in einem optimalen Verhältnis zur momentanen individ. LF stehen

Organsysteme Sind funktionelle Einheiten, die aus mehreren Organen bestehen Atmungssystem Herz-Kreislaufsystem Verdauungssystem Harn- und Geschlechtsorgane Nervensystem Sinnesorgane Bewegungsapparat

Anatomie des Atmungssystem Obere Luftwege: (anfeuchten,erwärmen,reinigen) Nase und/oder Mund Kehlkopf Luftröhre (Trachea) Untere Luftwege: (Gasaustausch) Bronchialbaum Lungenbläschen (Alveolen) ca.80 qm

Atemmechanik Einatmung (Inspiration) ist ein aktiver Vorgang wobei der Brustkorb mit Hilfe der Atemmuskulatur erweitert (gehoben) wird. Ausatmung (Expiration) erfolgt passiv, der Brustkorb senkt sich infolge der Schwerkraft, die Lunge zieht sich elastisch zusammen. Brustatmung Bauchatmung

Atemphysiologie Ventilation (Belüftung) Diffusion (Gasaustausch) Durch Brustkorberweiterung Ausdehnung der Lunge, Einströmen von Luft (Blasbalgprinzip) Passives Ausatmen (evtl. aktiv forciert) Diffusion (Gasaustausch) Sauerstoff/Kohlendioxid Passiver physikalischer Vorgang äußere Atmung (Alveolen/Lungengefäße) innere Atmung (Blut/Zellen) Perfusion (Durchblutung) Lungenkapillaren

Spirometrie Atemzugsvolumen (Vt): 0,5 l Atemfrequenz (f): 12-18 Atemminutenvolumen (VE): 8-10 l Vitalkapazität (VK): 3-5 l Residualvolumen (RV): 1-2 l Forciertes Expirationsvolumen (FEV 1): 70% VK Sauerstoffaufnahme (VO2): 300ml Atemgrenzwert: 120-170 l/min Während 1 Minute max.ventilierbares Volumen

Anpassung des Atmungssystems Kurzfristige Anpassung Steigerung der AF und des AV = AMV (-10x) Steigerung der Perfusion Langfristige Anpassung Organhypertrophie (doppeltes Lungenvolumen) VK, AMV (Verdoppelung) Ökonomisierung der Atemarbeit (d.h. mehr Volumen, geringere Frequenz) Erythrozyten ?

Anatomie des Herzens

Physiologie des Herzens Zentrales Pumporgan Linkes Herz für Körperkreislauf Rechtes Herz für Lungenkreislauf Vorhöfe sammeln Blut Kammer leistet Pumparbeit Herzschlag in 2 Phasen (< 1sec.) Diastole (Füllungsphase) Systole (Auswurfphase) Systole als Pulswelle tastbar RR 120/80 Autonomes Reizleitungssystem

Herzphysiologische Begriffe Herzfrequenz (HF) Schläge/min 60-90 Schlagvolumen (SV) Auswurfvolumen der Systole ca. 75 ml Herzminutenvolumen (HMV) SVxHF d.s.ca. 70.x75ml = 5l/min Blutdruck (RR) Systolisch/diastolisch 120/80 EKG (Elektrokardiogramm) Elektrische Ableitung der Herzmuskelaktion

Anpassung des Herzens Kurzfristige Anpassung: Langfristige Anpassung: Bei Belastung Erhöhung des HMV(4-5fach) HF 2-2,5fach (180) SV 1,5-2fach (150ml) Blutdruck steigt bis etwa 200/90 Langfristige Anpassung: Hypertrophie des Herzmuskels und Dilatation HMV kann bis auf das Doppelte des untrainierten gesteigert werden (Sportlerherz) SV bis 200ml, max.HF bleibt gleich D.h.Ökonomisierung der Herzarbeit Volums- statt frequenzbetont Das Herzkreislaufsystem ist mit der Energieproduktion der leistungslimitierende Faktor der Ausdauer !

Anatomie der Blutgefäße Körperkreislauf Versorgung linke Kammer Aorta (Hauptschlagader) Hals-,Arm-,Becken-, und Beinschlagadern Arterien Kapillaren Venen obere und untere Hohlvene rechter Vorhof Lungenkreislauf Gasaustausch rechte Kammer Lungenarterien Lungenkapillaren Lungenvenen linker Vorhof Lungenarterien enthalten sauerstoffarmes, Lungenvenen sauerstoffreiches Blut

Physiologie der Blutgefäße Hochdrucksystem Arterielles System Muskelfasern in den Gefäßwänden ermöglichen Querschnittsveränderungen Pulse Niederdrucksystem (75% d. Volumens) Venöses System Auch hier Querschnittsveränderungen Umverteilung des Blutvolumens

Anpassung des Gefäßsystems Blutumverteilung Begrenztes Blutvolumen macht Mechanismus notwendig Luxusversorgung der beanspruchten Organe zu Lasten anderer. Gefäßneubildungen (Kapillarsprossung) Bildung neure Haargefäße in trainierten Organen bewirkt bessere Sauerstoffversorgung Gesamtwiederstand der Gefäße nimmt ab

Anatomie des Blutes Gesamte Blutmenge etwa 1/13 des Körpergewichtes (5-6 l) 40% Blutzellen (HK) 5 Mio. Rote Blutkörperchen (Erythrozyten) 5000 Weiße Blutkörperchen (Leukozyten) 150-350000 Blutplättchen (Thrombozyten) Rest Plasma

Physiologie des Blutes Gastransport (Erythrozyten) Stofftransport Infektionsabwehr (Leukozyten,AK) Blutgerinnung (Thrombozyten, Gerinnungsfaktoren) Pufferung (pH) Wärmeregulation Wasserhaushalt

Anpassung des Blutes Kurzfristig Langfristig Pufferung v.a. Milchsäure (Laktat) Abnahme der Viskosität bei Belastung Langfristig Zunahme der Gesamtblutmenge (Hyperphosie) Zunahme der Erythrozyten beim Höhentraining (Hypoxietraining) Hält aber höchsten 2-3 Wochen an

Verdauungssystem

Physiologie der Verdauung Zerkleinerung und Einspeicheln Verdauungssäfte aus Magen, Leber, Bauchspeicheldrüse, Dünndarm Aufnahme der Nährstoffe durch die Dünndarmzotten Pfortaderkreislauf Speicherung in Leber, Muskeln, Fettzellen Wasserresorption im Dickdarm Ausscheidung über Mast- und Enddarm

Ernährung 3 Hauptmahlzeiten, 2 Zwischenmahlzeiten Kohlehydratreiche Kost 4-5 h vor Wettkampf keine großen Mahlzeiten Energiebilanz 1g KH, EW = 4kcal, 1g Fett = 9kcal GU=KGx24kcal, AU, TU (Gesamtenergiebedarf) TU = TI(in%) x VO2max. x min x 5 Nährstoffbilanz 55% KH, 30% Fett, 15% Eiweiß (Protein) Flüssigkeitsbilanz(Wasser und Elektrolyte) Vitaminbilanz

Harnsystem

Physiologie des Harnsystems Ausscheidung Nieren filtrieren aus dem Blut Wasser, Schadstoffe, Schlackenstoffe, Medikamente (Dopingkontrolle) 1-1,5 l Harn werden in der Blase gesammelt Regulation Wasserhaushalt Mineralstoffhaushalt

Männliche Geschlechtsorgane

Weibliche Geschlechtsorgane

Physiologie der Geschlechtsorgane Reifung in der Pubertät Hormone: Testosteron bzw. Östrogen Menstruationszyklus Beginn in der Pubertät Normalerweise 28 Tage Unregelmäßigkeiten im Leistungssport Schwankungen der LF Höhere LF in der 1. Hälfte des Zyklus Regelverschiebungen möglich

Anatomie des Nervensystems Zentrales NS (ZNS) Gehirn und Rückenmark (Zellkörper) Schaltzentrale Peripheres NS (PNS) Verbindung mit Organen (Zellfortsätze) Sensomotorisches NS Kontakt zur Umwelt (Information/Reaktion) Vegetatives NS Koordiniert Organfunktion (unwillkürlich) Sympatikus (Lebens- oder Leistungsnerv) Parasympatikus(Vagus) Schonnerv