Organdurchblutung (allgemeines Strömungsgesetz) V ...

PD Dr. Theodor Stemper - Vorlesung: Sportbiologische Grundlagen II (Sportphysiologie)
Organdurchblutung (allgemeines Strömungsgesetz)
V = Stromzeitvolumen bzw. Stromstärke (Blutvolumen ?V / Zeiteinheit ?t; ml/s)
pA – pV ?p Druckdifferenz (arteriell-venös)
V = ----------- = ------- -------------------------- (analog OHMsches Gesetz)
R R Strömungswiderstand
(durch Reibung von Flüssigkeiten aneinander)
R abhängig von:
• Abmessung des Gefäßes (Länge> l; Radius> r; Querschnitt> r² x p )
• Viskosität („Zähigkeit“) des Blutes> ? (eta)
• Art der Strömung (laminar, turbulent)
8 x l x ?
R = ------------ (NB: r in 4. Potenz> kleiner Querschnitt, hoher Widerstand)
r 4 x p

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R eingesetzt in allgemeines Strömungsgesetz (Multiplikation mit Kehrwert)
ergibt das HAGEN-POISEUILLE-Gesetz (HPG)
?p x r 4 x p
V = ----------------
8 x l x ?
Merke:
• V umso größer, je kleiner R und je größer ?p
• HPG gibt nur Näherungswerte, da es
für starre Röhren, homogene Flüssigkeiten, stationäre und laminare
Strömung sowie benetzbare Gefäßwände gilt.
Nur die letzten beiden Bedingungen treffen zu.
• Einzelne Gefäßabschnitte müssen pro Zeiteinheit vom gleichen Volumen
durchströmt werden, d.h. V = v (m/s) x Q (cm²) bzw.:
Stromzeitvolumen = Strömungsgeschwindigkeit x Gesamt-Gefäßquerschnitt
vgl.: v in Aorta 40-70 cm/s; Kapillaren 0,5-1,0 mm/s; Vene: 10 cm /s
Grund: Der Gesamtquerschnitt in den Kapillaren ist bei weitem am größten, v und Q verhalten
sich umgekehrt proportional

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Beeinflussung des Pulsschlages:
• Tagesperiodik (Puls morgens am niedrigsten)
• Atmung (Puls beim einatmen höher)
• Körperhaltung (Puls im Stehen am höchsten, im Liegen am niedrigsten)
• psychische und physische Belastung
• Trainingszustand
Herzfrequenz:
empfindlicher Indikator für Veränderungen im vegetativen Nervensystem
Vorstartzustand: erhöhte psychische Beanspruchung
Ab einer Belastung von 50-70% werden psychische Faktoren
zurückgedrängt, Herzfrequenz wird nur noch von der körperlichen Leistung
bestimmt
Schlaf: Schongang, Herzfrequenz fällt ab (Parasympathicus)

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Kreislaufzentrum im verlängerten Mark und im Zwischenhirn,
zuständig für:
• Nervenimpulse über den Nervus Sympathicus zum Sinusknoten
• Temperaturregulation
• hormonelle Steuerung
• affektive Momente (Aggression, Lust, Unlust)
Nebennierenmark:
Adrenalinausschüttung, Herzaktivierung über die Blutbahn
Wechselspiel von
Sympathicus („überschiessen“) und Parasympathicus („zurückhalten“)
• Halten sich gegenseitig im Gleichgewicht, tags mehr Sympathicus, nachts
mehr Parasympathicus
• Akute Reizung des N. Parasympathicus kann Kreislaufzusammenbruch
hervorrufen

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Ruhepulsänderungen durch Alter und Training
Puls und Alter:
Ruhe- und Leistungsfrequenzen nehmen im Alter ab (Max.-Puls: 220-Alter)
Ausdauertraining:
Ruheherzfrequenz nimmt ab, daher grober Indikator für Trainingszustand
Puls und Trainingsbelastung:
Dauerleistungsgrenze –DLG- (ca. 130 S/min):
Ruhefrequenz kann bei Belastungen unterhalb der sogenannten DLG gesenkt
werden, jedoch keine Veränderung des Herzvolumens – funktionelle
Anpassung!
Trainingsreize bei 150-180 S/min:
Weiteres Senken der Ruhefrequenz, zusätzlich signifikanter Anstieg des
Herzvolumens, also Adaption des Herzens (der Herzgröße)

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Antrieb der Herzfrequenz
Körperliche Belastung: Sauerstoffverbrauch des Organismus steigt, d.h.
erhöhte Transportkapazität benötigt, Herzminutenvolumen (HMV) muss
ansteigen:
HMV = Schlagvolumen x Herzfrequenz (HMV = SV x Hf)
Sportler mit grossem Herzen: bei gleicher Leistung geringere Frequenz als
Untrainierte
Bei körperlicher Belastung steigt die Herzfrequenz steil an (Sympathicotonus)
Herzfrequenz meist proportional der Belastung und der
Sauerstoffaufnahme
• Bei Armarbeit ist die Herzfrequenz höher als bei Beinarbeit!
• Bei sehr schwerer Arbeit erhöht sich die arterio-venöse
Sauerstoffdifferenz

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Das Herz stellt sich auf Belastungen ein und reagiert schnell, steiler
Frequenzanstieg
Bis zur Einstellung der optimalen Herzfrequenz dauert es ca. 30 Sekunden
Im steady state nimmt die normalerweise vorhandene Pulsarrhythmie ab
Maximale Herzfrequenz
Maximale Frequenz im Mittel: 220 minus Lebensalter (Streuung jedoch sehr gross)
Pulsfrequenz über 200 trägt nicht zur Vergrösserung des HMV bei, da aufgrund der
kurzen Füllungsphase das Auswurfvolumen sinkt
Geschlechtsspezifische Unterschiede
Frauen haben bei gleicher Belastung einen höheren Puls (etwa 10-15 S/min mehr)
Bei Kindern keine spezifischen Unterschiede, Signifikanz erst ab 12-14 Jahren

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Herzfrequenz bei 100-120 S/min (ca. 50 über Ruhe):
• Aufbau- und Abbauvorgänge halten sich die Waage, mögliche Belastung bis zu 8 Stunden
• „Steady state“: Sauerstoffdauerleistungsgrenze, Puls 120-130
Pulsfrequenz oberhalb der Dauerleistungsgrenze:
• zunehmende Ermüdung, Pulsfrequenz steigt kontinuierlich an (oft nur minimal),
• Anstieg gegen Ende jedoch flacher; je länger eine Belastung dauert, desto geringer
der Anstieg der Herzfrequenz
aerobe Schwelle: Lactatspiegel von ca. 2mmol/l Blut, Puls 130-140 (150)
anaerobe Schwelle: Lactatspiegel bei ca. 4mmol/l Blut, Puls 160-180
(Frequenz in der Sportpraxis höher)
Belastung im aeroben Bereich (bis max. ca. 160 S/min) < 3h
Belastung im anaeroben Bereich (mind. ca. 160 S/min) < 1h
statische Belastung: bis zum steady state
dynamische Belastung: bis zur Höchstleistung

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Statische Belastung und Herzfrequenz
• Bei lokaler statischer Belastung ist die Herzfrequenz von Haltedauer und
Krafteinsatz abhängig
• 130 S/min werden kaum überschritten; Herzfrequenz ist weitgehend
unabhängig von der eingesetzten Muskelmasse
Dynamische Belastung und Herzfrequenz
Leistungssport:
teilweise sehr hohe Herzfrequenzen (z.B. 5000m über 14min: 190S/min)
Herzfrequenz in Spielsportarten meist niedriger
• Profifussball (90min): 150 S/min im Durchschnitt
• Handball: 160-180 S/min im Durchschnitt
• Tennis: 140-150 S/min im Durchschnitt
• Skiabfahrtsrennen: bis 200 S/min
Schulsport:
sowohl statische als auch dynamische Belastungsformen; Bei den Schülern
treten zum Teil sehr hohe Unterschiede in der Herzfrequenz auf.

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Herzminutenvolumen (HMV)
• Herz = Pumpe; versorgt einzelne Organe mit ausreichendem Blutangebot
• HMV = das pro Minute ausgeworfene Volumen
= Schlagvolumen x Herzfrequenz (SV x Hf)
• Ruhe = 80 ccm (ml) x 70 S/min = 5,6 l pro Minute
• Belastung= 120 ccm (ml) x 150 S/min = 18,0 l pro Minute
HMV muss unter körperlicher Belastung ansteigen
• Schlagvolumen nimmt zu Beginn einer Belastung um 20-30% zu, dann relativ konstant
• Herzfrequenz im Stehen höher als im Liegen (da Füllung des Herzens 20-30% geringer)
• Je kleiner das Herz ist, desto geringer das Schlagvolumen (dann Herzfrequenz höher!)
• Unter Höchstbelastung von über 180 S/min:
Schlagvolumen kann abnehmen aufgrund von verkürzter Füllungsphase
Maximales Schlagvolumen entspricht etwa 1/6 des Herzgesamtvolumens
Ausdauertraining:
Grösse des Herzens nimmt zu; auch das Füllungsvermögen nimmt zu
Hochtrainierte Ausdauerathleten:
max. HMV bis zu 40 Liter, max. Schlagvolumen bis zu 200ml