Bewegungsphysiologie - Exercise physiology

Radfahrer können von Trainingsphysiologen trainiert und beurteilt werden, um ihre Leistung zu optimieren.

Die Bewegungsphysiologie ist die Physiologie der körperlichen Betätigung . Es ist einer der verwandten Gesundheitsberufe , der das Studium der akuten Reaktionen und chronischen Anpassungen an körperliche Bewegung umfasst. Sportphysiologen sind die höchstqualifizierten Sportfachleute und nutzen Schulungen, Lebensstilinterventionen und spezifische Trainingsformen, um akute und chronische Verletzungen und Erkrankungen zu rehabilitieren und zu behandeln.

Die Wirkung der Übung zu verstehen , mit spezifischen Veränderungen bei der Untersuchung muskulöse , Herz - Kreislauf- und neuro humoralen Systemen , dass führen zu Veränderungen in der funktionellen Kapazität und Stärke aufgrund Ausdauertraining oder Krafttraining . Die Wirkung des Trainings auf den Körper wurde als Reaktion auf die Anpassungsreaktionen des Körpers definiert, die sich aus dem Training ergeben, oder als "eine durch Training hervorgerufene Erhöhung des Stoffwechsels ".

Bewegungsphysiologen untersuchen die Wirkung von Bewegung auf die Pathologie und die Mechanismen, durch die Bewegung das Fortschreiten der Krankheit reduzieren oder umkehren kann.

Geschichte

Der britische Physiologe Archibald Hill führte 1922 die Konzepte der maximalen Sauerstoffaufnahme und Sauerstoffschuld ein. Hill und der deutsche Arzt Otto Meyerhof erhielten 1922 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin für ihre unabhängige Arbeit zum Muskelenergiestoffwechsel. Aufbauend auf dieser Arbeit begannen die Wissenschaftler, den Sauerstoffverbrauch während des Trainings zu messen. Bemerkenswerte Beiträge lieferten unter anderem Henry Taylor von der University of Minnesota , die skandinavischen Wissenschaftler Per-Olof Åstrand und Bengt Saltin in den 1950er und 60er Jahren, das Harvard Fatigue Laboratory, deutsche Universitäten und das Copenhagen Muscle Research Center.

In einigen Ländern ist es ein primärer Gesundheitsdienstleister. Akkreditierte Sportphysiologen (AEPs) sind an Universitäten ausgebildete Fachleute, die übungsbasierte Interventionen zur Behandlung verschiedener Erkrankungen verschreiben, wobei spezifische Dosis-Wirkungs-Verschreibungen für jeden Einzelnen verwendet werden.

Energieverbrauch

Der Mensch hat eine hohe Kapazität, bei anhaltender Anstrengung über viele Stunden Energie zu verbrauchen . Zum Beispiel verbrauchte eine Person, die an 50 aufeinanderfolgenden Tagen mit einer Geschwindigkeit von 26,4 km/h (16,4 mph) über 8.204 km (5.098 Meilen) radelte, insgesamt 1.145 MJ (273.850 kcal; 273.850 Kalorien) bei einer durchschnittlichen Leistungsabgabe von 182,5 W.

Die Skelettmuskulatur verbrennt 90 mg (0,5 mmol ) Glukose pro Minute bei kontinuierlicher Aktivität (z W der Wärmeenergie. Die ruhende Skelettmuskulatur hat einen Grundumsatz (Energieaufnahme im Ruhezustand) von 0,63 W/kg, was einen 160-fachen Unterschied zwischen dem Energieverbrauch inaktiver und aktiver Muskeln ergibt. Bei kurzzeitiger Muskelanstrengung kann der Energieverbrauch weitaus höher sein: Ein erwachsener Mann kann beim Aufspringen aus einer Hocke mechanisch 314 W/kg erzeugen. Eine solche schnelle Bewegung kann bei nichtmenschlichen Tieren wie Bonobos und bei einigen kleinen Eidechsen die doppelte Menge erzeugen .

Dieser Energieverbrauch ist im Vergleich zum Grundumsatz des erwachsenen menschlichen Körpers im Ruhezustand sehr groß. Diese Rate variiert etwas je nach Größe, Geschlecht und Alter, liegt jedoch typischerweise zwischen 45 W und 85 W. Der Gesamtenergieverbrauch ( TEE ) aufgrund der verbrauchten Muskelenergie ist viel höher und hängt von der durchschnittlichen körperlichen Arbeit und dem täglichen Training ab. Somit dominiert Bewegung, insbesondere wenn sie über einen sehr langen Zeitraum ausgeübt wird, den Energiestoffwechsel des Körpers. Der Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität korreliert stark mit Geschlecht, Alter, Gewicht, Herzfrequenz und VO ₂ max einer Person während körperlicher Aktivität.

Stoffwechselveränderungen

Ergospirometrie-Labor zur Messung von Stoffwechselveränderungen während eines abgestuften Belastungstests auf einem Laufband

Schnelle Energiequellen

Die Energie, die für kurz anhaltende, hochintensive Aktivitätsschübe benötigt wird, wird aus dem anaeroben Stoffwechsel im Zytosol der Muskelzellen gewonnen, im Gegensatz zur aeroben Atmung, die Sauerstoff verwendet, nachhaltig ist und in den Mitochondrien stattfindet . Die schnellen Energiequellen bestehen aus dem Phosphokreatin (PCr)-System, der schnellen Glykolyse und der Adenylatkinase . Alle diese Systeme synthetisieren Adenosintriphosphat (ATP), die universelle Energiequelle in allen Zellen. Die schnellste Quelle, aber die am leichtesten erschöpfte der obigen Quellen ist das PCr-System, das das Enzym Kreatinkinase verwendet . Dieses Enzym katalysiert eine Reaktion, die Phosphokreatin und Adenosindiphosphat (ADP) zu ATP und Kreatin kombiniert . Diese Ressource ist nur von kurzer Dauer, da Sauerstoff für die Resynthese von Phosphokreatin über die mitochondriale Kreatinkinase benötigt wird. Daher ist dieses Substrat unter anaeroben Bedingungen endlich und dauert nur etwa 10 bis 30 Sekunden hochintensiver Arbeit. Die schnelle Glykolyse kann jedoch etwa 2 Minuten vor der Erschöpfung funktionieren und verwendet überwiegend intrazelluläres Glykogen als Substrat. Bei intensivem Training wird Glykogen über die Glykogen-Phosphorylase schnell in einzelne Glukose-Einheiten abgebaut . Glucose wird dann zu Pyruvat oxidiert und unter anaeroben Bedingungen zu Milchsäure reduziert. Diese Reaktion oxidiert NADH zu NAD, wodurch ein Wasserstoffion freigesetzt wird, das eine Azidose fördert. Aus diesem Grund kann eine schnelle Glykolyse nicht über längere Zeit aufrechterhalten werden.

Plasmaglukose

Die Plasmaglukose soll aufrechterhalten werden, wenn das Auftreten von Glukose (Eintritt in das Blut) und die Glukoseabgabe (Entfernung aus dem Blut) gleich sind. Beim gesunden Individuum sind die Häufigkeiten des Auftretens und der Beseitigung bei mäßiger Intensität und Dauer im Wesentlichen gleich; Allerdings kann längeres Training oder ausreichend intensives Training zu einem Ungleichgewicht führen, das zu einer höheren Entsorgungsrate als das Aussehen neigt, wobei an diesem Punkt der Glukosespiegel sinkt, was zu Ermüdung führt. Die Rate des Auftretens von Glukose wird durch die im Darm absorbierte Glukosemenge sowie durch die Glukoseproduktion der Leber (hepatisch) bestimmt. Obwohl die Glukoseaufnahme aus dem Darm normalerweise keine Quelle für das Auftreten von Glukose während des Trainings ist, ist die Leber in der Lage, gespeichertes Glykogen abzubauen ( Glykogenolyse ) sowie neue Glukose aus spezifischen reduzierten Kohlenstoffmolekülen (Glycerin, Pyruvat und Laktat) in einem Prozess zu synthetisieren genannt Glukoneogenese . Die Fähigkeit der Leber, durch Glykogenolyse Glukose ins Blut freizusetzen, ist einzigartig, da die Skelettmuskulatur, das andere wichtige Glykogenreservoir, dazu nicht in der Lage ist. Im Gegensatz zur Skelettmuskulatur enthalten Leberzellen das Enzym Glykogenphosphatase , das eine Phosphatgruppe von Glucose-6-P entfernt, um freie Glucose freizusetzen. Damit Glucose eine Zellmembran verlassen kann, ist die Entfernung dieser Phosphatgruppe unerlässlich. Obwohl die Gluconeogenese ein wichtiger Bestandteil der hepatischen Glukoseproduktion ist, kann sie allein keine körperliche Aktivität aufrechterhalten. Wenn die Glykogenspeicher während des Trainings aufgebraucht sind, sinkt der Glukosespiegel und es kommt zu Müdigkeit. Während des Trainings erhöht die Muskulatur trotz verringerter Insulinkonzentrationen die GLUT4- Translokation und die Glukoseaufnahme. Der Mechanismus für eine erhöhte GLUT4-Translokation ist ein Bereich der laufenden Forschung.

Glukosekontrolle : Wie oben erwähnt, wird die Insulinsekretion während des Trainings reduziert und spielt keine große Rolle bei der Aufrechterhaltung einer normalen Blutglukosekonzentration während des Trainings, aber seine gegenregulierenden Hormone treten in steigenden Konzentrationen auf. Zu diesen gehören vor allem Glukagon , Adrenalin und Wachstumshormone . Alle diese Hormone stimulieren unter anderem die Glukoseproduktion der Leber (hepatisch). Zum Beispiel stimulieren sowohl Adrenalin als auch Wachstumshormon auch die Adipozytenlipase, die die Freisetzung von nicht veresterten Fettsäuren (NEFA) erhöht. Durch die Oxidation von Fettsäuren wird die Glukoseverwertung geschont und der Blutzuckerspiegel während des Trainings gehalten.

Sport bei Diabetes : Sport ist ein besonders wirksames Mittel zur Glukosekontrolle bei Menschen mit Diabetes mellitus . In einer Situation mit erhöhtem Blutzucker ( Hyperglykämie ) kann mäßige Bewegung zu einer größeren Glukoseabgabe als das Aussehen führen, wodurch die Gesamtglukosekonzentration im Plasma verringert wird. Wie bereits erwähnt, ist der Mechanismus dieser Glukoseentsorgung unabhängig von Insulin, was sie besonders gut für Menschen mit Diabetes geeignet macht. Darüber hinaus scheint die Insulinsensitivität für etwa 12–24 Stunden nach dem Training zuzunehmen. Dies ist besonders nützlich für diejenigen, die an Typ-II-Diabetes leiden und ausreichend Insulin produzieren, aber eine periphere Resistenz gegenüber Insulinsignalen zeigen. Während extremer hyperglykämischer Episoden sollten Menschen mit Diabetes jedoch aufgrund möglicher Komplikationen im Zusammenhang mit einer Ketoazidose Sport vermeiden . Sport könnte die Ketoazidose verschlimmern, indem die Ketonsynthese als Reaktion auf erhöhte zirkulierende NEFAs erhöht wird.

Typ-II-Diabetes ist auch eng mit Fettleibigkeit verbunden, und es kann einen Zusammenhang zwischen Typ-II-Diabetes und der Fettspeicherung in Bauchspeicheldrüsen-, Muskel- und Leberzellen geben. Wahrscheinlich aufgrund dieses Zusammenhangs erhöht die Gewichtsabnahme sowohl durch Bewegung als auch durch Ernährung bei den meisten Menschen die Insulinsensitivität. Bei manchen Menschen kann dieser Effekt besonders stark sein und zu einer normalen Glukosekontrolle führen. Obwohl niemand technisch von Diabetes geheilt ist, können Menschen ein normales Leben führen, ohne Angst vor diabetischen Komplikationen zu haben; eine Gewichtszunahme würde jedoch mit Sicherheit zu Diabetes-Anzeichen und -Symptomen führen.

Sauerstoff

Starke körperliche Aktivität (wie Sport oder harte Arbeit) erhöht den Sauerstoffbedarf des Körpers. Die erste physiologische Reaktion auf diese Anforderung ist eine Erhöhung der Herzfrequenz , der Atemfrequenz und der Atemtiefe .

Der Sauerstoffverbrauch (VO ₂ ) während des Trainings wird am besten durch die Fick-Gleichung beschrieben : VO ₂ =Q x (a-vO ₂ diff), die besagt, dass die verbrauchte Sauerstoffmenge gleich dem Herzzeitvolumen (Q) multipliziert mit der Differenz zwischen arterielle und venöse Sauerstoffkonzentrationen. Einfacher ausgedrückt wird der Sauerstoffverbrauch durch die vom Herzen verteilte Blutmenge sowie die Fähigkeit des arbeitenden Muskels, den Sauerstoff in diesem Blut aufzunehmen, bestimmt; Dies ist jedoch ein wenig zu stark vereinfacht. Obwohl das Herzzeitvolumen bei Gesunden als limitierender Faktor dieser Beziehung angesehen wird, ist es nicht die einzige Determinante von VO2 max. Das heißt, Faktoren wie die Fähigkeit der Lunge, das Blut mit Sauerstoff zu versorgen, müssen ebenfalls berücksichtigt werden. Verschiedene Pathologien und Anomalien verursachen Zustände wie Diffusionseinschränkung, Ventilations-/Perfusions-Mismatch und pulmonale Shunts, die die Sauerstoffversorgung des Blutes und damit die Sauerstoffverteilung einschränken können. Darüber hinaus ist auch die Sauerstofftransportkapazität des Blutes eine wichtige Determinante der Gleichung. Die Sauerstofftragfähigkeit ist oft das Ziel von sportlichen ( ergogenen Hilfsmitteln ) Hilfsmitteln, die im Ausdauersport zur Erhöhung des Volumenanteils der roten Blutkörperchen ( Hämatokrit ) eingesetzt werden, beispielsweise durch Blutdoping oder die Einnahme von Erythropoietin (EPO). Darüber hinaus hängt die periphere Sauerstoffaufnahme von einer Umleitung des Blutflusses von relativ inaktiven Eingeweiden zu den arbeitenden Skelettmuskeln ab, und innerhalb des Skelettmuskels beeinflusst das Verhältnis von Kapillaren zu Muskelfasern die Sauerstoffextraktion.

Dehydration

Dehydration bezieht sich sowohl auf Hypohydratation (Dehydration, die vor dem Training induziert wird) als auch auf trainingsinduzierte Dehydration (Dehydration, die sich während des Trainings entwickelt). Letzteres reduziert die aerobe Ausdauerleistung und führt zu einer erhöhten Körpertemperatur, Herzfrequenz, wahrgenommener Anstrengung und möglicherweise einer erhöhten Abhängigkeit von Kohlenhydraten als Energiequelle. Obwohl die negativen Auswirkungen von belastungsinduzierter Dehydration auf die Trainingsleistung in den 1940er Jahren klar gezeigt wurden, glaubten Sportler noch Jahre danach, dass die Flüssigkeitsaufnahme nicht vorteilhaft war. In jüngerer Zeit wurden negative Auswirkungen auf die Leistung bei mäßiger (<2%) Dehydration nachgewiesen, und diese Auswirkungen werden verstärkt, wenn die Übung in einer heißen Umgebung durchgeführt wird. Die Auswirkungen einer Hypohydratation können variieren, je nachdem, ob sie durch Diuretika oder Saunaexposition, die das Plasmavolumen erheblich reduzieren, oder durch vorherige körperliche Betätigung, die viel weniger Auswirkungen auf das Plasmavolumen hat, induziert wird. Hypohydration reduziert die aerobe Ausdauer, aber ihre Auswirkungen auf Muskelkraft und Ausdauer sind nicht konsistent und erfordern weitere Studien. Intensive verlängerte Übung produziert metabolische Abwärme, und dies wird durch entfernt Schweiß -basierte temperieren . Ein männlicher Marathonläufer verliert pro Stunde etwa 0,83 Liter bei kaltem Wetter und 1,2 Liter bei warmem Wetter (bei Frauen sind die Verluste etwa 68 bis 73 % geringer). Menschen, die viel Sport treiben, können zweieinhalb Mal so viel Flüssigkeit durch Schweiß wie Urin verlieren. Dies kann tiefgreifende physiologische Auswirkungen haben. 2 Stunden Radfahren in der Hitze (35 °C) mit minimaler Flüssigkeitszufuhr führt zu einer Abnahme der Körpermasse um 3 bis 5 %, des Blutvolumens ebenfalls um 3 bis 6 %, die Körpertemperatur steigt stetig und im Vergleich zur richtigen Flüssigkeitszufuhr höher Herzfrequenzen, geringere Schlagvolumina und Herzminutenvolumen, reduzierte Hautdurchblutung und höherer systemischer Gefäßwiderstand. Diese Effekte werden weitgehend eliminiert, indem 50 bis 80 % der durch den Schweiß verlorenen Flüssigkeit ersetzt werden.

Sonstiges

Die Plasma- Catecholamin- Konzentrationen erhöhen sich bei Ganzkörpertraining um das 10-Fache.
Ammoniak wird durch ausgeübt Skelettmuskeln von ADP (der Vorläufer von ATP) durch hergestellte Purin - Nucleotid Desaminierung und Aminosäure Katabolismus von Myofibrillen .
Interleukin-6 (IL-6) erhöht die Durchblutung aufgrund seiner Freisetzung aus der arbeitenden Skelettmuskulatur. Diese Freisetzung wird reduziert, wenn Glukose eingenommen wird, was darauf hindeutet, dass sie mit Energiemangel-Stress zusammenhängt.
Die Natriumresorption wird durch die Freisetzung von Interleukin-6 beeinflusst, da dies die Sekretion von Arginin-Vasopressin verursachen kann, was wiederum zu einem belastungsbedingten gefährlich niedrigen Natriumspiegel ( Hyponatriämie ) führen kann. Dieser Natriumverlust im Blutplasma kann zu einer Schwellung des Gehirns führen. Dies kann durch das Bewusstsein für das Risiko einer übermäßigen Flüssigkeitsaufnahme bei längerem Training verhindert werden.

Gehirn

Im Ruhezustand erhält das menschliche Gehirn 15 % des gesamten Herzzeitvolumens und verbraucht 20 % des Energieverbrauchs des Körpers. Das Gehirn ist normalerweise wegen seines hohen Energieverbrauchs vom aeroben Stoffwechsel abhängig . Das Gehirn reagiert daher hochsensibel auf einen Ausfall seiner Sauerstoffversorgung, wobei innerhalb von sechs bis sieben Sekunden eine Bewusstlosigkeit eintritt und sein EEG in 23 Sekunden flach wird. Daher würde die Funktion des Gehirns gestört, wenn Bewegung die Sauerstoff- und Glukoseversorgung beeinträchtigt.

Es ist wichtig, das Gehirn selbst vor geringfügigen Störungen zu schützen, da das Training von der motorischen Kontrolle abhängt . Da Menschen Zweibeiner sind, ist motorische Kontrolle erforderlich, um das Gleichgewicht zu halten. Aus diesem Grund ist der Energieverbrauch des Gehirns während intensiver körperlicher Betätigung aufgrund der Anforderungen an die motorische Kognition, die zur Steuerung des Körpers erforderlich ist, erhöht.

Sportphysiologen behandeln eine Reihe neurologischer Erkrankungen, darunter (aber nicht beschränkt auf): Parkinson, Alzheimer, Schädel-Hirn-Trauma, Rückenmarksverletzung, Zerebralparese und psychische Erkrankungen.

Hirnsauerstoff

Die zerebrale Autoregulation stellt normalerweise sicher, dass das Gehirn dem Herzzeitvolumen Vorrang hat, obwohl dies durch erschöpfendes Training leicht beeinträchtigt wird. Bei submaximaler Belastung erhöht sich das Herzzeitvolumen und der zerebrale Blutfluss über den Sauerstoffbedarf des Gehirns hinaus. Bei kontinuierlicher Maximalbelastung ist dies jedoch nicht der Fall: "Maximale Bewegung ist trotz der Erhöhung der kapillaren Sauerstoffversorgung [im Gehirn] mit einem reduzierten mitochondrialen O ₂ -Gehalt bei Ganzkörpertraining verbunden" Die Autoregulation der Gehirndurchblutung ist besonders in warmen Umgebungen beeinträchtigt

Glucose

Bei Erwachsenen verringert körperliche Aktivität die dem Gehirn zur Verfügung stehende Plasmaglukose: Kurzes intensives Training (35 min Radfahren auf dem Ergometer) kann die Glukoseaufnahme des Gehirns um 32 % reduzieren.

Im Ruhezustand wird die Energie für das erwachsene Gehirn normalerweise durch Glukose bereitgestellt, aber das Gehirn hat eine kompensierende Fähigkeit, einen Teil davon durch Laktat zu ersetzen . Untersuchungen legen nahe, dass dieser Wert auf etwa 17% erhöht werden kann, wenn sich eine Person in einem Gehirnscanner ausruht , wobei ein höherer Prozentsatz von 25% während einer Hypoglykämie auftritt . Während intensiver körperlicher Betätigung liefert Laktat schätzungsweise ein Drittel des Energiebedarfs des Gehirns. Es gibt Hinweise darauf, dass das Gehirn trotz dieser alternativen Energiequellen dennoch eine Energiekrise erleiden könnte, da IL-6 (ein Zeichen von metabolischem Stress) während des Trainings vom Gehirn freigesetzt wird.

Hyperthermie

Der Mensch verwendet die Schweißthermoregulation zur Ableitung der Körperwärme, insbesondere um die während des Trainings erzeugte Wärme abzuführen. Es wird berichtet, dass eine mäßige Dehydration als Folge von körperlicher Anstrengung und Hitze die Wahrnehmung beeinträchtigt. Diese Beeinträchtigungen können beginnen, nachdem die Körpermasse mehr als 1 % verloren hat. Kognitive Beeinträchtigungen, insbesondere aufgrund von Hitze und körperlicher Betätigung, sind wahrscheinlich auf den Verlust der Integrität der Blut-Hirn-Schranke zurückzuführen. Hyperthermie kann auch den zerebralen Blutfluss verringern und die Gehirntemperatur erhöhen.

Ermüdung

Intensive Aktivität

Forscher führten Erschöpfung einst auf eine Ansammlung von Milchsäure in den Muskeln zurück. Dies wird jedoch nicht mehr geglaubt. Vielmehr kann Laktat die Muskelermüdung stoppen, indem es dafür sorgt, dass die Muskeln vollständig auf Nervensignale reagieren. Die verfügbare Sauerstoff- und Energieversorgung sowie Störungen der Muskelionenhomöostase sind der Hauptfaktor für die Trainingsleistung, zumindest bei kurzzeitigem, sehr intensivem Training.

Jede Muskelkontraktion beinhaltet ein Aktionspotential , das Spannungssensor aktiviert, und die so freigibt Ca ²⁺ -Ionen aus der Muskelfaser ‚s sarkoplasmatischen Retikulum . Die Aktionspotentiale, die dies verursachen, erfordern ebenfalls Ionenänderungen : Na-Einflüsse während der Depolarisationsphase und K-Ausflüsse für die Repolarisationsphase . Cl ^– -Ionen diffundieren ebenfalls in das Sarkoplasma, um die Repolarisationsphase zu unterstützen. Während einer intensiven Muskelkontraktion werden die Ionenpumpen, die die Homöostase dieser Ionen aufrechterhalten, inaktiviert und dies (mit anderen ionenbezogenen Störungen) verursacht Ionenstörungen. Dies verursacht eine Depolarisation der Zellmembran, Unerregbarkeit und damit Muskelschwäche. Ca ²⁺ -Leckage von Typ-1- Ryanodinrezeptor- Kanälen wurde auch mit Ermüdung identifiziert.

Dorando Pietri kurz vor dem Zusammenbruch beim Marathon-Ziel bei den Olympischen Spielen 1908 in London

Ausdauerversagen

Nach intensiver längerer Übung, kann es einen Zusammenbruch in Körper Homöostase . Einige berühmte Beispiele sind:

Dorando Pietri in der 1908 Olympischen Sommer Marathon der Männer liefen in die falsche Richtung und mehrere Male zusammengebrochen.
Jim Peters im Marathon der Commonwealth Games 1954 taumelte und brach mehrmals zusammen, und obwohl er einen Vorsprung von fünf Kilometern (drei Meilen) hatte, kam er nicht ins Ziel. Obwohl früher angenommen wurde, dass dies auf eine schwere Dehydratation zurückzuführen ist, deuten neuere Untersuchungen darauf hin, dass es sich um die kombinierten Auswirkungen von Hyperthermie, hypertoner Hypernatriämie in Verbindung mit Dehydratation und möglicherweise Hypoglykämie auf das Gehirn handelt.
Gabriela Andersen-Schiess im Marathon der Frauen bei den Olympischen Sommerspielen 1984 in Los Angeles auf den letzten 400 Metern des Rennens, hielt gelegentlich an und zeigte Anzeichen von Hitzeerschöpfung . Obwohl sie über die Ziellinie stürzte, wurde sie nur zwei Stunden später aus der medizinischen Versorgung entlassen.

Zentraler Gouverneur

Tim Noakes , basierend auf einer früheren Idee von der 1922 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin Gewinner Archibald Hill hat die Existenz eines vorgeschlagenen zentralen Gouverneur . Dabei passt das Gehirn die Leistungsabgabe der Muskeln während des Trainings kontinuierlich im Hinblick auf ein sicheres Belastungsniveau an. Diese neuralen Berechnungen berücksichtigen die vorherige Dauer der anstrengenden Belastung, die geplante Dauer der weiteren Belastung und den aktuellen Stoffwechselzustand des Körpers. Dadurch wird die Anzahl der aktivierten motorischen Einheiten der Skelettmuskulatur angepasst und subjektiv als Müdigkeit und Erschöpfung empfunden. Die Idee eines zentralen Gouverneurs lehnt die frühere Vorstellung ab, dass Ermüdung nur durch mechanisches Versagen der trainierenden Muskeln verursacht wird (" periphere Ermüdung "). Stattdessen modelliert das Gehirn die Stoffwechselgrenzen des Körpers, um sicherzustellen, dass die Homöostase des gesamten Körpers, insbesondere das Herz vor Hypoxie, geschützt wird und immer eine Notfallreserve vorgehalten wird. Die Idee des Zentralgouverneurs wurde in Frage gestellt, da „physiologische Katastrophen“ auftreten können und auch vorkommen, was darauf hindeutet, dass Athleten (wie Dorando Pietri , Jim Peters und Gabriela Andersen-Schiess ) , falls sie existierten, sie außer Kraft setzen könnten.

Andere Faktoren

Es wurde auch vorgeschlagen, dass die körperliche Ermüdung beeinflusst wird durch:

Hyperthermie des Gehirns
Glykogenmangel in Gehirnzellen
reaktive Sauerstoffspezies, die die Funktion der Skelettmuskulatur beeinträchtigen
reduzierter Glutamatspiegel durch die Aufnahme von Ammoniak im Gehirn
Ermüdung des Zwerchfells und der abdominalen Atemmuskulatur, die die Atmung einschränkt
Gestörte Sauerstoffversorgung der Muskeln
Auswirkungen von Ammoniak auf das Gehirn
Serotoninbahnen im Gehirn

Herz-Biomarker

Längeres Training wie Marathons kann kardiale Biomarker wie Troponin , natriuretisches Peptid vom B-Typ (BNP) und durch Ischämie modifiziertes (auch bekannt als MI) Albumin erhöhen . Dies kann vom medizinischen Personal als Anzeichen eines Myokardinfarkts oder einer Herzfunktionsstörung fehlinterpretiert werden . Unter diesen klinischen Bedingungen werden solche kardialen Biomarker durch irreversible Muskelverletzungen erzeugt. Im Gegensatz dazu sind die Prozesse, die sie nach anstrengender Anstrengung im Ausdauersport erzeugen, reversibel und ihre Werte normalisieren sich innerhalb von 24 Stunden (weitere Forschung ist jedoch noch erforderlich).

Menschliche Anpassungen

Die Menschen sind speziell angepasst in längerer anstrengender Muskelaktivität (wie effizient lange Strecke zu engagieren zweibeinigen Laufen). Diese Fähigkeit zum Ausdauerlauf kann sich entwickelt haben, um Wildtiere durch anhaltendes langsames, aber konstantes Jagen über viele Stunden hinweg herunterzulaufen .

Entscheidend für den Erfolg ist die Fähigkeit des menschlichen Körpers, im Gegensatz zu den Tieren, die er jagt, Muskelwärmeverluste effektiv abzuführen. Bei den meisten Tieren wird dies gespeichert, indem eine vorübergehende Erhöhung der Körpertemperatur ermöglicht wird. Auf diese Weise können sie für kurze Zeit vor Tieren fliehen, die ihnen schnell nacheilen (wie fast alle Raubtiere ihre Beute fangen). Menschen, anders als andere Tiere , den Fang Beute, entfernen Wärme mit einem spezialisierten Wärmeregulierungs auf der Grundlage Schweiß Verdampfung. Ein Gramm Schweiß kann 2.598 J Wärmeenergie entfernen. Ein weiterer Mechanismus ist die erhöhte Durchblutung der Haut während des Trainings, die einen größeren konvektiven Wärmeverlust ermöglicht, der durch unsere aufrechte Haltung unterstützt wird. Diese hautbasierte Kühlung hat dazu geführt, dass Menschen eine erhöhte Anzahl von Schweißdrüsen bekommen , kombiniert mit einem Mangel an Körperfell , der sonst die Luftzirkulation und effiziente Verdunstung stoppen würde. Da Menschen Bewegungswärme abführen können, können sie die Ermüdung durch Hitzeerschöpfung, die hartnäckig verfolgte Tiere betrifft, vermeiden und sie so schließlich fangen.

Selektive Zuchtversuche mit Nagetieren

Nagetiere wurden in mehreren verschiedenen Studien speziell für das Trainingsverhalten oder die Leistung gezüchtet. Zum Beispiel wurden Laborratten für hohe oder niedrige Leistungen auf einem motorisierten Laufband mit elektrischer Stimulation als Motivation gezüchtet . Die Hochleistungs-Rattenlinie zeigt auch ein erhöhtes willkürliches Radlaufverhalten im Vergleich zur Niedrig-Kapazitätslinie. In einem experimentellen Evolutionsansatz wurden vier Replikationslinien von Labormäusen für ein hohes Maß an freiwilliger Bewegung auf Rädern gezüchtet , während vier zusätzliche Kontrolllinien durch Züchtung ohne Rücksicht auf die Menge des Radlaufs aufrechterhalten werden. Diese ausgewählten Mäuselinien zeigen auch eine erhöhte Ausdauerkapazität in Tests der erzwungenen Ausdauerkapazität auf einem motorisierten Laufband. In keinem der Selektionsexperimente wurden jedoch die genauen Ursachen der Ermüdung bei erzwungener oder freiwilliger Übung ermittelt.

Belastungsinduzierte Muskelschmerzen

Körperliche Betätigung kann sowohl als sofortige Wirkung Schmerzen verursachen, die aus einer Stimulation der freien Nervenenden durch einen niedrigen pH-Wert resultieren können , als auch zu einem verzögert einsetzenden Muskelkater . Der verzögerte Muskelkater ist im Wesentlichen das Ergebnis von Brüchen innerhalb des Muskels, obwohl es anscheinend nicht um den Bruch ganzer Muskelfasern geht .

Muskelschmerzen können je nach Trainingsintensität, Trainingsniveau und anderen Faktoren von einem leichten Muskelkater bis hin zu einer schwächenden Verletzung reichen.

Es gibt einige vorläufige Hinweise darauf, dass kontinuierliches Training mit moderater Intensität die Schmerzschwelle einer Person erhöhen kann.

Ausbildung in Bewegungsphysiologie

In den meisten Industrieländern gibt es Akkreditierungsprogramme bei Berufsverbänden, die die Qualität und Konsistenz der Ausbildung sicherstellen. In Kanada kann man den professionellen Zertifizierungstitel „Certified Exercise Physiologist“ für diejenigen erhalten, die mit Kunden (sowohl klinisch als auch nicht klinisch) in der Gesundheits- und Fitnessbranche arbeiten. In Australien kann man den Berufszertifizierungstitel Accredited Exercise Physiologist (AEP) durch die Berufsorganisation Exercise and Sports Science Australia (ESSA) erwerben. In Australien ist es üblich, dass ein AEP auch die Qualifikation eines Accredited Exercise Scientist (AES) besitzt. Der wichtigste Dachverband ist das American College of Sports Medicine .

Der Studienbereich eines Sportphysiologen kann Biochemie , Bioenergetik , Herz-Lungen- Funktion, Hämatologie , Biomechanik , Skelettmuskelphysiologie , neuroendokrine Funktion und Funktion des zentralen und peripheren Nervensystems umfassen, ist aber nicht darauf beschränkt . Darüber hinaus reicht die Bandbreite der Bewegungsphysiologen von Grundlagenwissenschaftlern über klinische Forscher bis hin zu Klinikern und Sporttrainern.

Hochschulen und Universitäten bieten Bewegungsphysiologie als Studiengang auf verschiedenen Ebenen an, darunter Bachelor-, Diplom- und Diplomstudiengänge sowie Doktorandenprogramme. Die Grundlage des Hauptfachs Bewegungsphysiologie ist die Vorbereitung auf eine Karriere im Bereich der Gesundheitswissenschaften. Ein Programm, das sich auf die wissenschaftliche Untersuchung der physiologischen Prozesse konzentriert, die an körperlicher oder motorischer Aktivität beteiligt sind, einschließlich sensomotorischer Interaktionen, Reaktionsmechanismen und der Auswirkungen von Verletzungen, Krankheiten und Behinderungen. Inklusive Unterricht in Muskel- und Skelettanatomie; molekulare und zelluläre Grundlage der Muskelkontraktion; Brennstoffnutzung; Neurophysiologie der Motormechanik; systemische physiologische Reaktionen (Atmung, Blutfluss, endokrine Sekretion und andere); Müdigkeit und Erschöpfung; Muskel- und Körpertraining; Physiologie bestimmter Übungen und Aktivitäten; Physiologie der Verletzung; und die Auswirkungen von Behinderungen und Krankheiten. Karrieren mit einem Abschluss in Sportphysiologie können umfassen: nicht-klinische, kundenorientierte Arbeit; Kraft- und Konditionsspezialisten; Herz-Lungen-Behandlung; und klinischer Forschung.

Um die Vielfältigkeit des Studiums zu messen, werden den Studierenden Prozesse vermittelt, die auf klientenbezogener Ebene zu verfolgen sind. Der Praxis- und Vorlesungsunterricht wird im Präsenz- und Laborbereich unterrichtet. Diese beinhalten:

Gesundheits- und Risikobewertung : Um sicher mit einem Kunden am Arbeitsplatz arbeiten zu können, müssen Sie zunächst die Vorteile und Risiken im Zusammenhang mit körperlicher Aktivität kennen. Beispiele hierfür sind das Wissen um spezifische Verletzungen, die der Körper während des Trainings erleiden kann, wie man einen Kunden vor Beginn seines Trainings richtig untersucht und auf welche Faktoren zu achten ist, die seine Leistung beeinträchtigen können.
Belastungstests : Koordination Belastungstests , um Körperzusammensetzungen, kardio - Fitness, Muskelkraft / Ausdauer und Flexibilität zu messen. Funktionstests werden auch verwendet, um ein Verständnis für eine spezifischere Körperstelle zu gewinnen. Sobald die Informationen über einen Kunden gesammelt wurden, müssen Sportphysiologen auch in der Lage sein, die Testdaten zu interpretieren und zu entscheiden, welche gesundheitsbezogenen Ergebnisse festgestellt wurden.
Übungsvorschrift : Erstellung von Trainingsprogrammen, die den Gesundheits- und Fitnesszielen einer Person am besten entsprechen. Muss in der Lage sein, verschiedene Arten von Übungen, die Gründe/das Ziel für ein Kundentraining und vorab geprüfte Bewertungen zu berücksichtigen. Es ist auch erforderlich zu wissen, wie Übungen für besondere Erwägungen und Bevölkerungsgruppen verschrieben werden. Dazu können Altersunterschiede, Schwangerschaft, Gelenkerkrankungen, Fettleibigkeit, Lungenerkrankungen usw. gehören.

Lehrplan

Das Curriculum der Bewegungsphysiologie umfasst Biologie , Chemie und angewandte Wissenschaften . Der Zweck der für dieses Hauptfach ausgewählten Kurse besteht darin, ein fundiertes Verständnis der menschlichen Anatomie, der menschlichen Physiologie und der Bewegungsphysiologie zu erlangen. Inklusive Unterricht in Muskel- und Skelettanatomie; molekulare und zelluläre Grundlage der Muskelkontraktion; Brennstoffnutzung; Neurophysiologie der Motormechanik; systemische physiologische Reaktionen (Atmung, Blutfluss, endokrine Sekretion und andere); Müdigkeit und Erschöpfung; Muskel- und Körpertraining; Physiologie bestimmter Übungen und Aktivitäten; Physiologie der Verletzung; und die Auswirkungen von Behinderungen und Krankheiten. Um ein Studium der Bewegungsphysiologie abzuschließen, ist nicht nur ein vollständiger Stundenplan erforderlich, sondern auch ein Mindestmaß an Praxiserfahrung und Praktika werden empfohlen.

Siehe auch

Verweise

+ Medien zu Trainingsphysiologie bei Wikimedia Commons

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