6. Diskussion
6.2 Mechanische Leistung, Energieumsatz und Wirkungsgrad
Im Rahmen der spiroergometrischen Messung wird zu Beginn auf die Messme-thodik im Allgemeinen und deren Einsetzbarkeit bei kurzen intensiven Belas-tungen eingegangen. Folgend werden der Wirkungsgrad und relative maximale Sauerstoffaufnahme betrachtet.
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Bei kurzen Belastungen wird keine Ergostase (Plateau) erreicht, so dass zur Auswertung der Daten die auch in dieser Untersuchung eingesetzte Integralme-thode angewendet werden muss. Ein Plateau der O2 - Aufnahme wird erst nach 2 - 5 Minuten gleich bleibender Leistung erreicht und während der gesamten Belastungszeit beibehalten.
Die Seriendauer während der Messungen dieser Studie betrug 45 s. Entspre-chend hat keiner der Probanden eine Plateauphase erreichen können (de Ma-rées 1981, 445f). Die Energielieferung während der Ergostase bei leichter und mittelschwerer Arbeit erfolgt auf aeroben Weg, ist aber bei schwerer Arbeit nicht ausreichend. Eine Anhäufung von Pyruvat aufgrund einer verstärkt ablaufenden Glykolyse führt zu einer zunehmenden Lactatbildung, die aufgrund von Elimina-tion vermehrt im Blut und im Muskel nachgewiesen werden kann (de Marées 1981, 448). Friedmann (2007, 16) konnte in einer 4 - wöchigen Kraftausdauer-trainingsstudie an der Desmotronic ebenso eine erhöhte Konzentration der Lactatdehydrogenase28 durch Muskelbiopsie im M. vastus lateralis feststellen.
Dies bestätigt die intensive Belastung nicht nur des Atmungssystems.
Eine verstärkte Abatmung der anfallenden Kohlensäure ist nicht ausreichend, so dass ein zunehmende Wasserstoffionenkonzentration zu Ermüdungser-scheinungen der Muskulatur führt (de Marées 1981, 448). Bezieht man an die-ser Stelle die subjektive Selbsteinschätzung ein, fällt auch hier die höhere Ein-stufung der Belastung der an der Desmotronic Trainierenden im Vergleich zur V2 Beinpresse auf und bestätigt die mit der Atemgasanalyse erhaltenen Werte.
Es ist bekannt (de Marées 1981, 449), dass nach Intervallbelastungen die Wer-te der Sauerstoffaufnahme bis mehrere Stunden danach ansWer-teigen können bzw. erhalten bleiben. Dabei wird nach der Belastung, abhängig von der Art und Intensität der Arbeit, ein Vielfaches an Sauerstoff aufgenommen, um das zu Beginn der Belastung eingegangene O2 Defizit wieder auszugleichen. Die Nachbelastungszeit dieser Studie beträgt lediglich sechs Minuten. Anhand der Ergebnisse ist festzustellen, dass der Nachbelastungsenergieverbrauch zu
28 Lactatdehydrogenase katalysiert die Reaktion von Pyruvat zu Lactat (Löffler / Petrides 1998, 382f)
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ring ist und der daraus resultierende Wirkungsgrad zu hoch liegt (s. Tabelle 1).
Bei Annahme einer weiteren O2 Mehraufnahme von im Mittel 20 ml/min für eine Stunde verändern sich der Energieumsatz und der Wirkungsgrad in eine vor-stellbare Größenordnung.
Eine erhöhte Atem- sowie Herzarbeit erfordern außerdem einen vergrößerten O2 Bedarf. Nach muskulärer Tätigkeit steigt die Körpertemperatur, die folgedes-sen reguliert werden muss. Die Wiederauffüllung des O2 - Speichers Myoglobin als auch die des O2 - Behälters Blut erfordern außerdem Sauerstoff. Das nach intensiver Belastung nicht mehr mit Sauerstoff gesättigte Myoglobin benötigt ca.
100ml O2. Für den Ausgleich des venösen O2 - Gehalts wird eine Mehraufnah-me Sauerstoff von etwa 400 - 600ml angenomMehraufnah-men (de Marées 1981, 450).
Die aus der Atemgasanalyse resultierenden Werte für den Energieumsatz und Wirkungsgrad (Bestimmungen: Vorstartwerte, 6 Minuten Erholung) erscheinen für ersteren sehr niedrig und für den zweiten sehr hoch und liegen nicht im Be-reich derer, wie sie in der Literatur (Marées 1991, 455) beschrieben werden.
Die Vorstartsituation der Probanden entspricht nicht der in Literatur angegebe-nen Situation: Die Studienteilnehmer sind bereits aufgewärmt und zudem ist eine natürliche, erhöhte Muskelanspannung aufgrund der bereits eingenomme-nen Messposition zu verzeicheingenomme-nen. Entsprechend muss ein Teil des Ruheum-satzes bereits für „Arbeit“ eingesetzt werden, wie die bereits genannte stationä-re Arbeit beim Sitzen auf dem Trainingsgerät. Des Weitestationä-ren ist eine vermehrte Organleistung zu nennen. Aufgrund der vorherigen Aufwärmung auf einem Fahrradergometer ist bereits zu diesem Zeitpunkt ein erhöhter Sauerstoffbedarf der Organe vorhanden. Daraus folgt, dass der Energieumsatz zu niedrig und der Wirkungsgrad zu hoch bestimmt wird. In Folge dessen wurde für den zu hoch gemessenen Ruhe - Energieumsatz der Grundumsatz einbezogen.
Durch die Korrektur über das Einbeziehen des Grundumsatzes anstelle des
"Vorstartumsatzes" und die Verlängerung der Nachbelastungszeit werden für den Energieumsatz und Wirkungsgrad Werte ermittelt, die im Bereich der in der Literatur angegeben Werte liegen (Schmidt, Thews 1987, 83).
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Die mechanische Leistung – ermittelt aus den Kraft- und Geschwindigkeitswer-ten der Desmotronic – erscheint sehr hoch. Da die mechanische Leistung in die Berechnung des Wirkungsgrades einfließt, ist es nicht auszuschließen, dass Messfehler in der Ermittlung der mechanischen Leistung mitverantwortlich für den zu hoch bestimmten Wirkungsgrad sind.
Die Probanden haben im Mittel eine gemittelte mechanische Leistung während der 45 s dauernden Belastung erbracht, die zwischen 310 W und 773 W liegt.
Lehmann et al. (1981) haben eine Vergleichsstudie mit Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen auf dem Fahrradergometer durchgeführt. Eine stufenweise ansteigende Belastung bis zur subjektiven Erschöpfung wurde untersucht. Im Mittel lag die Belastbarkeit der Jüngeren (296 W) um 50% höher als bei den Erwachsenen. Vergleicht man nun diese Werte mit denen der vorliegenden Studie wird ein Unterschied deutlich. Eine Erklärung ist die im Vergleich zu ei-nem Ergometer - Stufentest mit 45 s deutlich kürzere Belastungsdauer.
Bei der Messwertanalyse der Spiroergometrie muss ferner die Einschwingcha-rakteristik physiologischer Funktionsgrößen beachtet werden. Atemzeitvolumen, Sauerstoffaufnahme, Kohlendioxidabgabe und Herzfrequenz zeigen charakte-ristische Anpassungen an dynamische Belastungen, die sich nicht unmittelbar mit Beginn einer Belastung und auch nicht gleichmäßig über eine gegebene Belastungszeit einstellen. Grundlage der Einstellung physiologischer Parameter sind u.a. Impulsmuster des Kreislauf- und Atemzentrums, die durch eine Viel-zahl an Informationen beeinflusst werden können. D.h. der Körper benötigt eine gewisse Zeit, um sich an Belastungsveränderungen (insbesondere sprunghafte Veränderungen) anzupassen und seine Funktionen zu ökonomisieren.
Im Allgemeinen werden Einschwingfunktionen in der Natur durch eine Exponen-tialfunktion beschrieben. Strauzenberg (1978 zitiert nach Niklas 1980, 1f) hin-gegen beschreibt in Bezug auf die Anpassung der Herzfrequenz Trainierter an eine vorgegebene Belastung, dass „[...] eine überschießende Regulation erfolgt, bevor der Zustand der Ergostase erreicht wird.“
Niklas (1980, 43) beschreibt in einer Untersuchung mit zwölf Sportlern eine Sprungantwortfunktion der Sauerstoffaufnahme während ansteigender
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lastung auf einem Ergometer. Daraus resultiert, in Abhängigkeit des Trainings-zustandes einer Person, eine Einschwingzeit der Sauerstoffaufnahme von un-gefähr 3 Minuten. Die Belastungszeit während der Atemgasanalyse der vorlie-genden Untersuchung beträgt 45 s. Aus diesem Grund muss davon ausgegan-gen werden, dass eine vollständige Einschwingphase der Sauerstoffaufnahme innerhalb einer Trainingsserie nie erreicht worden ist. Folgernd ist abzuleiten, dass die Werte der maximalen Sauerstoffaufnahme der Probanden zu gering ausgefallen sind.
Die maximale Sauerstoffaufnahme als Messgröße zur Beurteilung der körperli-chen Leistungsfähigkeit wird an dieser Stelle nur kurz angesprokörperli-chen. Betrachtet wird die relative Sauerstoffaufnahme, die bei allen Probanden grundsätzlich als sehr gering einzuordnen ist. Im Mittel beträgt die relative Sauerstoffaufnahme der getesteten Probanden der Prae - Messung 14,5 ml*kg-1*min-1 und der Postmessung 13,7 ml*kg-1*min-1. Bei Spitzensportlern in Ausdauersportarten werden Werte bis zu 90 ml*kg-1*min-1 gemessen (Jensen et al. 1997, 356f).
Nichtausdauertrainierte hingegen zeigen eine maximale Sauerstoffaufnahme von 30-50 ml*kg-1*min-1 (Meyer / Kindermann 1999, 285). Anhand der Literatur wird offensichtlich, wie gering die Sauerstoffaufnahme-Endwerte bei 45 s dau-ernder Belastung der Probanden dieser Studie liegen. Festzuhalten ist der Rückgang der Sauerstoffaufnahme bei der Postmessung. Grundlage kann eine verbesserte Bewegungsökonomie und Zunahme der allgemeinen Muskelkraft der Probanden sein. Die Veränderung des Wirkungsgrades von der Prae- zur Postmessung unterstützt diese Annahme.