Sportbiologie mit Muskel, Herz und Blut

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über absteigende Nervenfasern Informationen vom Gehirn zur Peripherie bzw. über die aufsteigenden Nervenfasern von der Peripherie zum Gehirn. SPORTBIOLOGIE Das motorische Neuron sendet Aktionspotenzi- ale an den Beinstrecker- muskel, der sich dadurch zusammenzieht. s Bein wird ausgestreckt. PNS motorisches Neuron →>> Hinterwurzel (afferente Nerven) Ganglien Vorderwurzel (efferente Nerven) Physiologische Gliederung des Nervensystems animales NS (= cerebrospinales NS, Umweltnervensystem) Interaktion mit der Umwelt Interneuron • Sensibel In einem polysynaptischen Reflex erregt das sensorische Neuron auch ein Interneuron, dessen hem- mende Synapse ein motorisches Neuron des antagonistischen Beinbeugermuskels hemmt. (Berührung, Schmerz) Sensorisch (Riechen, Hören, Sehen, Schmecken) Motorisch →→Regulierung und Aufrechterhaltung einer konstanten Muskelspannung von y-Motoneuronen innerviert Nervensysten (NS) -- physiologische Gliederung -- -Sensorische Information in Dehnungsrezeptoren im Musculus quadriceps wird gedehnt, wenn Hämmerchen auf Sehne trifft, welche übers knie läuft Lenden- segment →Schutz vor überdehnung, bei plötzlicher Dehnung des Muskels→→Dehnungsreflex → Aufrechterhaltung einer bestimmten Körper-und Gelenkstellung Sympathik us vegetatives NS, VNS (= Eingeweide- nervensystem) Muskelspindel → sind Sinnesorgane (Propriorezeptoren - für die Tiefensensibilität) in den Muskeln, die den Dehnungszustand der Skelettmuskulatur erfassen Fight and Flight Parasympathik us Rest and Sleep Eigenreflex vs. Fremdreflex → Eigenreflex: Patella -Sehnen-Reflex: Muskelspindeln als Rezeptor und Streckmuskel als Effektor liegen in ein und demselben Organ (Oberschenkelmuskel) →Fremdreflex: Berühren eines heißen Gegenstandes : Hitzereiz als Rezeptor der Haut und z. B. Muskeln im Oberarm als Effektor liegen nicht im gleichen Organ. MUSKEL drei verschiedene Muskeltypen • quergestreifte Muskulatur : 1. Skelettmuskulatur →bewusst kontrollierbar 2. Herzmuskulatur →nicht willkürlich steuerbar 3. Glatte Muskulatur →nicht willkürlich steuerbar → Innere Organe, Blutgefäße Energiebereitstellung im Muskel anaerob (ohne O₂) aerob (mit O₂) 0 10 20 30 40 50 Belastungsdauer (sek) 70 80 09 06 Kreatinphosphat alaktazid (kein Laktat) max. für 10 Sekunden 100 Kohlenhydrate Kohlenhydrate ENERGIEBEREITSTELLUNG BEIM SPORTLER Fette Chemische Energie Energiefluss 20- Anteil der Energiebereitstellung, Zerfall ATP Energiegewinnung anaerobe Z-Linie ATP Energiegewinnung 100- A-Stellen Biomechanische Energie Zerfall KP- % aerobe Muskelfaserbündel -Streifen H-Streifen Muskelfaser Kontraktionsenergie Myofibrile (schwere Ketten) Myosinament (leichte Ketten) ATP →ein Muskel besteht aus vielen Muskelfasern (Durchmesser 10-80 μ) → diese sind durch Bindegewebshüllen zu Muskelfaserbindungen zusammengefasst → die Muskelkontraktion geht auf die Wechselbeziehung zwischen den Proteinen Aktin und Myosin zurück Was bestimmt die Muskeleinstellung? Einstellung der Skelettmuskeln in zwei Hauttypen: Typ-1-Fasern (ST-Fasern) = slow twitch →langsame Muskelfasern →hohe Ausdauer →enthalten viel 0₂-bindendes Myoglobin →rote Fasern Typ-2-Fasern (FT-Fasern) →schnelle Muskelfasern →rasch ermüdend → enthalten weniger Myoglobin →→weiße Fasern FT-Fasern können irreversibel in ST-Fasern um →→ATP = AdenosinTri Phosp wichtigster Energieträger in allen Lebewesen →wird für Vorgänge im Körper benötigt →→der ATP-Vorrat reicht bei maximaler kontraktion nur etwa 2-3 Sekunden 1. Phase: anaerob alaktazide Phase (rote/blaue kurve) Energiebereitstellung via ATP und KP (Kreatinphosphat) →ohne Sauerstoff → keine Bildung von Milchsäure (Lactat)- daher alaktazid →kurze, explosive Belastungen (2-20 sek.) →vorhandenes KP sorgt kurzfristig für eine schnelle Regeneration des ATPs 2. Phase: anaerobe-laktazide Phase (grüne Kurve) → setzt ein, noch bevor Vorräte an energiereichen Phosphaten verbraucht sind →tritt immer bei Sauerstoffschuld ein wandelt werden. Andersrum nicht! → Bedingung: ausreichend Sauerstoff → dauert wesentlich länger →hohe Energieausbeute 38 Moleküle ATP aus einem Zuckermolekül H ATP-Gewinnung ADP+P ATP Muskelkontraktion → Lactat entsteht und ist bei Anhäufung Ursache für Ermüdung des Muskels → Höhepunkt etwa 45 sek. nach Beginn der erschöpfenden Muskelarbeit-jedoch abhängig von sogenannter Lactatschwelle →geringe Energieausbeute: 2 Moleküle ATP aus einem Molekül Glukose 3.Phase: aerob - alaktazide Phase (graue Kurve) →Abbau von Glukose und Fettsäure Mit Sauerstoff: vollständiger Glukoseabbau (aerobe Gykolyse) Aerobe Energiebereitstellung intensive Belastungen länger als 90 sec →Männer: 280-340 gramm →Frauen 230-280 gramm extensive Belastungen länger als 90 sec kleiner Kreislauf Fettverbrennung (Lipolyse) grosser Kreislauf Herzgröße Sportlerherz -vermehrte Durchblutung durch Gefäßbildung -weniger Schläge pro Minute -Gewichtszunahme bis zu 500 gramm -feststellbar durch ultraschall oder Röntgen Gewicht BLUTKREISLAUF ANATOMIE DES HERZENS -zentrales Organ des Blutkreislaufs -Hohlmuskel - arbeitet als Druck-und Saugpumpe -pro Minute werden 5-6 Liter Blut durch den Körper gepumpt -gesundes Herz ist ca. 12 cm lang -Ruhepuls bei Erwachsenen 60-80 Schläge pro Minute -Gewicht: Lunge Herz Ohne Sauerstoff: Anaerobe Energiebereitstellung 1 alaktazid Gesamt- volumen Gewebe Spaltung energiereicher Phosphate (ATP, Kreatinphosphat) 9 ml untrainiert 200-300 600-800 60-90 Belastungen 6-10 sec ausdauer- trainiert 350-500 900-1300 95-115 → doppelt geschlossener Blutkreislauf a) Großer Körperkreislauf-ink. Gewebe b) Kleiner Lungenkreislauf - Herz und Lunge Ruhe Schlagvolumen laktazid unvollständiger Glukoseabbau (anaerobe Glykolyse) Belastungen 15-45 sec 1 ml " Hohlvene Aorta Lungen- arterie Art der Belastung lange Ausdauerbelastung (mehr als 60 min) Herzfrequenz Langzeitausdauer - 60 min) -Aorta (8-6 -linke Herzkammer Mittelzeitausdauer (2-8 min) Kurzzeitausdauer (45 s-120 s) Schnellkraft (bis 45 s) vergrößerter Herzmuskel Schläge/min 75-105 60-80 ca. 200 170-200 40-60 i ca. 200 Herzminuten- volumen Belastung Ruhe Belastung Ruhe Belastung Energieträger Herz- muskel- zelle Lungenkreislauf - kleiner obere Hohlvene (V. cava superior), Fette BLUTKREISLAUF → doppelt geschlossener Blutkreislauf a) Großer Körperkreislauf-ink. Gewebe b) Kleiner Lungenkreislauf-Herz und Lunge Lungenvene (V. pulmonalis) Liter ca. 5 ca. 18 I große Körperkreislauf → Lauf des Blutes ausgehend vom Herzen: -linker Vorhof rechter Vorhof überwiegend Kohlenhydrate ca. 5 ca. 39 rechte Kammer Kohlenhydrate (anaerobe Glykolyse) ATP/KP untere Hohlvene (V. cava inferior) -Körperaterien -Körperkapillaren (Abgabe von Sauerstoff) -Körpervenen (obere und untere Hohlvene) -rechter Vorhof -rechte Herzkammer KH Körperkreislaut - großer Kreislauf Kapillargebiet der oberen Körperhälfte Kapillargebiet der Lunge Lungenarterie (A. pulmonalis) Aorta Art der Energiegewinnung aerob (100 %) linker Vorhof überwiegend aerob linke Kammer aerob/anaerob Kapillargebiet der unteren Körperhälfte vorwiegend anaerob anaerob (100 %) KJ/min 370 250 125 Entstehung: -vermehrte körperliche Dauerbelastung 0 Phosphate 10 s Glykolyse 1 min Sauerstoffreich Sauerstoffarm -nach langjährigem, regelmäßigem, umfangreichem und intensiven Ausdauer- training Bsp. Langstreckenlauf, Radrennfahren, Skilanglauf, Triathlon, Rennrudern. -Lungenaterie -Lungenkapillaren -Lungenvene -linker Vorhof -linke Herzkammer Glykogenabbau 10 min aerobe Energiebereitstellung kleine Lungenkreislauf →Lauf des sauerstoffarmen Blutes ausgehend vom Herzen -rechter Vorhof -rechte Herzkammer Lungenkreislauf - kleiner Kreislauf obere Hohlvene (V. cava superior) Lungenvene (V. pulmonalis) Fettsäureabbau rechter Vorhof 100 min rechte Kammer untere Hohlvene (V. cava inferior) Zeit (log) Körperkreislaut großer Kreislauf Kapillargebiet der oberen Körperhälfte Kapillargebiet der Lunge Lungenarterie (A. pulmonalis) Aorta linker Vorhof linke Kammer Kapillargebiet der unteren Körperhälfte BLUTGEFABE -Arterien →Einteilung der Blutgefäße erfolgt je nach Blutrichtung, nicht nach dem Sauerstoffgehalt! -Blut fließt vom Herzen weg -mehrschichtige Gefäßwand, stabil -müssen Blutdruck des Herzen stand halten -Venen →Einteilung der Blutgefäße erfolgt je nach Blutrichtung, nicht nach dem Sauerstoffgehalt! -Blut fließt zum Herzen - dünnere Gefäßwände -Venenklappen verhindern „zurückfließen "des Blutes -Kapillaren -sehr dünne Gefäßwand -Durchmesser 5-10 μ -Bau an die Funktion des Gasaustausches angepasst Sinusknoten -Schrittmacher" - gibt die Frequenz vor und erzeugt elektrischen Impuls -Impulse breiten sich über die beiden Vorhöfe rasch aus und veranlassen zur kontraktion Rotes Blutkörperchen Erythrozyten -Kernlos - ca. 4 Monate im Körper را Sauerstoffversorgung am Herz Das Herz wird durch ein eigenes Netz an Blutgefäßen mit Sauerstoff und Nährstoffen versorgt Bei sportlicher Belastung wird ein höherer Bedarf festgestellt, somit werden auch hier neue Kapillaren gebildet + Herzkranzgefäße dann Abbau in Milz und Leber Herzen BLUT Aufgaben -Transport: Sauerstoff, Kohlenstoffdioxid, Nährstoffe, Mineralsalze, Hormone, Stoffwechselprodukte -Regulation der Körpertemperatur: gleicht Wärmeunterschiede im Körper aus Transportieren: - mit Hilfe von Hämoglobin Sauerstoff zu den Zellen -Kohlenstoffdioxid zu den Lungen Weiße Blutkörperchen Leukozyten -kernhaltige Zellen -verschiedene Leukozytenformen haben unterschiedliche Abwehraufgaben -Granulozyten: vernichten Bakterien und Gewebetrümmer Bindegewebs- schicht zum/ Muskelschicht Ven en- klappen Sauerstoff mit Kohlendioxid Kauerstoffreichem Blut Zellschicht Muskel- schicht Bindegewebs- schicht vom Herzen Kapillare mit sauerstoffarmen Blut Rote b) Atmung Körperzellen rechter Vorhof Erregungs- übertragung Sinusknoten Kapillare AV-Knoten. Reizleitungs- bahnen Hauptschlagader (Aorta) Arterie •Vene Granulozyten Lymphozyten Monozyten → Kapillaren Weiße Blut- Blut- Blutköperchen körperchen plättchen Abwehr Feste Bestandteile (45%) BLUT Herzkammern Plasma (55%) Fibrinogen Gerinnung Serum Glucose Freie Fettsäuren Aminosäuren Schlackenstoffe Hormone Transport Blutplättchen Trombozyten -sind Bruchstücke oder Absplitterungen von Knochenmarkriesenzellen -enthalten Gerinnungsfaktoren und dadurch wesentliche Funktion bei der Blutgerinnung -befinden sich im Ruhezustand und werden durch Kontakt mit verletzten Gefäßen aktiviert und setzen Inhaltsstoffe frei -leiten Blutgerinnung ein BLUTDOPING →Transfusion von Blutkonserven (Fremd- oder Eigenblut) -künstliche Erhöhung der Hämoglobinkonzentration im Blut - verbesserte Sauerstoffaufnahme sowie Sauerstofftransportkapazität des Blutes - Steigerung der Ausdauerleistung →seit 1988 auf der Liste der verbotenen Methoden des Internationalen Olympischen Komitees (10C) und der World Anti-Doping Agency (WADA) Erythropoietin (EPO) - Medikament und Dopingmittel -EPO ist ein in der Niere produziertes körpereigenes Hormon, welches die Bildung der Erythrozyten steuert -Bildung der Erythrozyten abhängig vom Sauerstoffbedarf des Körpergewebes (z. B. der Muskelzellen) - seit 1983 ist es möglich EPO synthetisch herzustellen - Problem: Sauerstoffmangel führt zu einem natürlichen Anstieg von EPO im Blutserum → Hinweis auf Doping ist ein Hämatokritwert über 50 (dieser Wert gibt den Volumenanteil der Zellen im Blut an) → ein Wert von 60 wird als gesundheitsschädlich angegeben →portugiesischer Radrennfahrer Manuel Abreu starb 1997 an den Folgen von EPO → Nachweis von künstlichem EPO seit 2010 über Urinprobe Nachweisbar →Schätzung: 50% der Radsportler gedopt → mehrere Fälle jährlich! Hämatokrit Normwert Blutplasma - ca. 55% Übrige Blutzellen - ca. 2% Erythrozyten - ca. 43% www.ervthrozyten net Höhentrainingslager Durch sauerstoffarme Höhenluft wird ebenfalls bei sportlicher Betätigung schnell ein Sauerstoffmangel im Gewebe erzeugt Durch Ausschuttung von Hormonen wird die Bildung roter Blutkörperchen und die Erhöhung der Mitochondrienzahl in den Muskelzellen erreicht