Über den Einfluss unterschiedlicher Arbeitsformen (Laufband, Fahrradergometer und Stepper) auf hämodynamische und metabolische Parameter

INHALTSVERZEICHNIS

1. EINLEITUNG

2. METHODIK
2.1. Untersuchungsgut
2.2. Untersuchungsgang
2.2.1. Untersuchung auf dem Fahrradergometer
2.2.2. Untersuchung auf dem Laufband
2.2.3. Untersuchung auf dem Stepper
2.3. Apparaturbeschreibung
2.4. Statistik

3. UNTERSUCHUNGSERGBNISSE

4. DISKUSSION

5. ZUSAMMENFASSUNG

6. LITERATURVERZEICHNIS

1. EINLEITUNG

„Die vorzüglichste mechanische-gymnastische Einwirkung auf das Herz und den Circulationsapparat erreichen wir, wie wir bereits in allseitiger Weise dargelegt haben, durch Geh- und Steigbewegungen“ (OERTEL, 1891, 345).

Schon OERTEL erkannt den besonderen Wert der Bewegung und die positiven Effekte seiner dosierten Reizsetzung auf den menschliche Organismus.

Die Bedeutung der körperlichen Leistungsfähigkeit spielt sowohl in der allgemeinen Medizin als auch in der heutigen speziellen Sportmedizin eine immer größer werdende Rolle. Besonders mit dem Gedanken an unsere stark veränderte Lebenswelt und den daraus resultierenden Bewegungsdefiziten hat der Bewegungs-Gesundheitsaspekt einen wichtigen Stellenwert. Körperliche Arbeit ist aufgrund der Technisierung unserer Umwelt immer weniger erforderlich, was zur Folge hat, dass die notwendigen Reize zur Entwicklung und Erhaltung von Strukturen, biochemische und biophsische Vorgänge, auf unseren Körper ausbleiben. Infolge dessen muss gewissermaßen künstlich ein biologisch notwendiges Mindestmaß an körperlicher Belastung in unseren Alltag zurückgeholt werden. Sie werden mit den unterschiedlichsten Methoden künstlich geschaffen. Dabei kommt den Ausdauersportarten aus präventivmedizinischer Sicht eine besondere Bedeutung zu (LIESEN, 1977; PAFFENBARGER et al., 1978; HOLLMANN und HETTINGER 1990; LIESEN und HOLLMANN, 1981).

Ein sehr großer Bereich, in dem die fehlenden körperlichen Impulse gesetzt werden, sind die Fitnessstudios und ihre vielfältige Bandbreite der Reizsetzung. Da aus gesundheitlicher und präventiver Sicht die Förderung der Herz-Kreislauffähigkeit im Vordergrund steht (HOLLMANN et al., 1983), möchte diese Arbeit diesbezüglich drei verschiedene Arbeitsformen gegenüberstellen.

In den Sport- und Fitnessstudios kommt es neben dem Einsatz von Fahrradergometer und Laufband zu einer vermehrten Nutzung von Steppgeräten. Die Zielsetzung dieser Geräte ist ähnlich gelagert wie die der uns bekannten Geräte Laufband- und Fahrradergometer. Die Zielsetzung dieser Geräte ist identisch mit denen bei der Anwendung von Fahrradergometer und Laufband: Es sollen funktionell wirksame Reize gesetzt werden auf Herz, Kreislauf, Atmung und Stoffwechsel (so genanntes kardio-pulmonales System).

Nachstehend wird in vergleichender Form den kardio-pulmonalen Effekten der unterschiedlichen Arbeitsformen (Fahrradergometer, Laufband und Stepper) nachgegangen.

Vornehmlich sollten folgende Fragen untersucht werden.

1. Wie verhält sich die Herzfrequenz auf metabolisch vergleichbaren Belastungsstufen bei den drei Geräte?
2. Wie ist die Reaktionsweise des Laktatspiegels im arterialisierten Blut?
3. Wie verhalten sich die maximalen Sauerstoffaufnahmewerte?

2. METHODIK

2.1. Untersuchungsgut

Für die Untersuchung stellten sich 10 gesunde männliche Probanden zur Verfügung. Alle teilnehmenden Probanden waren Studenten der Hochschule. Der Trainingszustand der Probanden war als gut bis sehr gut zu bewerten.

Die anthropometrischen Daten aller Probanden sind Tab.1 zu entnehmen. In der Tabelle sind außerdem die Mittelwerte und Standardabweichungen der anthropometrischen Daten aller Probanden gemeinsam dargestellt

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 1. Die anthropometrischen Daten der Probanden. Berechnet sind die Mittelwerte (8) und Standardabweichung (s).

2.2. Untersuchungsgang

Die Untersuchungen fanden im Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin der Deutschen Sporthochschule Köln statt. Die Untersuchung beinhaltete vier Stufentests an den nachfolgend aufgeführten Geräten. Fahrradergometer und Laufband wurden vom Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin der Deutschen Sporthochschule zur Verfügung gestellt. Das Steppgerät stellte die Firma Keiper Dynavit zur Verfügung und befand sich ebenfalls in den Räumlichkeiten des Instituts.

Die Untersuchung beinhaltete vier Stufentests an folgenden Geräten.

- Fahrradergometer,
- Laufbandergometer,
- Stepper.

Auf dem Fahrradergometer und auf dem Laufband wurde jeweils ein Stufentest durchgeführt. Die Probanden absolvierten auf dem Stepper zwei Stufentests.

Den Probanden wurde vor jedem Test die Funktionsweise des Gerätes sowie die Untersuchungsmethodik erklärt (Tab. 2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Tabelle 2. Belastungsschemata für Fahrrad- und Laufbandergometrie bei Leistungssportlern (HECK; 1990).

2.2.1. Untersuchung auf dem Fahrradergometer

Die Anfangsbelastung betrug auf dem Fahrradergometer 50 Watt. Die Belastungsintensität wurde nach jeweils 3 Arbeitsminuten um 50 Watt gesteigert. Die Messung bzw. Berechnung der Sauerstoffaufnahme, der Herzfrequenz und des Laktatspiegels erfolgte jeweils am Ende der dreiminütigen Belastungsdauer. Das Laktat wurde mit einer kapillaren Blutentnahme aus einem Ohrläppchen bestimmt.

2.2.2. Untersuchung auf dem Laufband

Die Anfangsgeschwindigkeit auf dem Laufband betrug 2,5 m/s. Nach je drei Arbeitsminuten wurde die Laufgeschwindigkeit um je 0,5 m/s erhöht.

Die zu erfassenden Daten wurden am Ende der jeweiligen Belastungsstufe festgehalten. Der Versuchsablauf am Laufband mußte geändert werden um eine Blutprobe am Ohrläppchen entnehmen zu können. Hierzu sprangen die Teilnehmer am Ende der dritten Arbeitsminute auf den Rand des Laufbandes, um eine sichere Blutentnahme zu gewährleisten. Die dabei entstandene Unterbrechung betrug 30 Sekunden.

2.2.3. Untersuchung auf dem Stepper

Auf diesem Gerät mussten die Probanden zwei Tests durchlaufen. Der erste Test wurde mit einer Tritthöhe von 15 cm durchgeführt. Im zweiten Untersuchungsgang betrug sie 30 cm. Begonnen wurde mit einer Belastung von 100 Watt. Nach jeder dritten Arbeitsminute erhöhte sich die Belastungsintensität um jeweils 100 Watt.

Die Steigerung war bis zu einer Leistung von 400 Watt möglich. Das gesamte Probandenkollektiv erreichte das Ende dieser letzten Belastungsstufe auf dem Stepper.

Während des Versuchsablaufes wurde die Einhaltung der Stufenhöhe genauso beobachtet und korrigiert wie die richtige Ausführung der Bewegung. Das Gestänge links und rechts am Gerät diente der besseren Gleichgewichtskontrolle und sollte nicht als stützende Hilfe der Probanden herangezogen werden. Die Herzfrequenz, die Laktatkonzentration und die Sauerstoffaufnahme wurde auch hier am Ende der jeweils dreiminütigen Belastungsdauer auf jeder Stufe erfasst.

2.3. Apparaturbesprechung

Es kamen folgende Geräte zum Einsatz:

- Fahrradergometer der Firma Siemens, Erlangen,
- Laufbandergometer der Firma Woodway, Lörrach,
- Easy – Step/Stair der Firma Keiper Dynavit, Kaiserslautern,
- Herzfrequenz - Messgerät Polar Vantage NV, Polar Elektro GmbH Gross –Gerau,
- Spirometer Oxycon Alpha der Firma Erich Jäger, Würzburg,
- Epos Analyser 5060 der Firma Eppendorf, Hamburg.

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Es wurde ein drehzahlunabhängiges Fahrradergometer der Firma Siemens, Erlangen, verwendet. Das Ergometer wird elektromagnetisch gebremst. Die Leistung kann über ein Steuergerät von 25 bis 500 Watt eingestellt werden. Den Körperproportionen entsprechend kann die Sitzposition individuell reguliert werden.

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Das Laufband wird mittels eines Elektromotors angetrieben und hat verschiedene Geschwindigkeitseinstellungen zur Auswahl. Es ist stufenlos einstellbar von 0,1 – 10 m/s. Die Lauffläche des Transportbandes besteht aus einer Kunststoffschicht und ist bezüglich des Anstiegswinkels stufenlos zwischen 0° - 10° verstellbar. Links und rechts vom Probanden aus, sowie vorne, befindet sich aus Sicherheitsgründen ein Geländer. Zusätzlich wird der Proband mit einem Sicherheitsgurt ausgestattet, der bei einem eventuell auftretenden Sturz das Laufband sofort zum Stillstand bringt. Als weitere Vorsichtsmaßnahme befindet sich in Reichweite des Probanden und des Versuchsleiters noch ein Not-Aus-Schalter.

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Der Easy-Step/Stair der Firma Keiper Dynavit ist ein Gerät, das das Treppensteigen simuliert. Die Geschwindigkeiten lassen sich von 9 bis 46 m/min einstellen. Die vorgegebenen Geschwindigkeiten drücken sich dann in einer Leistungsangabe in Watt aus. Ähnlich wie beim Laufband muss auch hier die Leistung exakt „erfüllt“ werden um ein Absinken der Pedalen zu verhindern. Die Schritthöhe ist bis maximal 45 cm zu wählen. Der fixierte Steigungswinkel beträgt 52° und entspricht den DIN-Maßen von Treppen. Über ein Display lassen sich verschiedene Strukturprofile anwählen, so auch die hier gewählte manuelle Steigerungsform. Die Leistung wird mit Eingabe des Körpergewichtes am Display bestimmt.

Leistung = Körpergewicht • Erdbeschleunigung • Steppgeschwindigkeit.

Die Steppgeschwindigkeit gibt die Steighöhe pro Zeiteinheit an.

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Die Herzfrequenz wurde mit Hilfe der „Polar Vantage“ durchgeführt, die auch einfach Polaruhr genannt wird. Der Brustgurt, der zwei Elektroden fixiert, wird bei Männern unterhalb des Brustmuskels und bei Frauen unter dem Brustansatz platziert. Nachdem die Elektroden angefeuchtet und angelegt wurden, übertragen sie drahtlos die abgeleitete Herzfrequenz an einen Empfänger, welcher mit einer digitalen Anzeige versehen ist. Der Empfänger, die Polaruhr, befand sich während unserer Untersuchung seitlich hinter dem Probanden, um eine elektromagnetische Störung vom Stepperdisplays auf den Empfänger auszuschließen.

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Der „Oxycon Alpha“, Version 3.2, ist ein offenes System, das zur Heranziehung der spirometrischen Daten benutzt wurde.

Es ist Teil eines Ergometriesystems, dass außer dem „Oxycon Alpha“ einen Personal Computer, ein Ergometer und weitere Peripheriegeräte beinhaltet. Bei einem Belastungstest wird der angeschlossene Proband auf einem Fahrrad-, Laufband- oder Stepperergometer einer unterschiedlichen Belastung ausgesetzt. Das Oxycon misst und berechnet die wichtigsten metabolischen Parameter und stellt diese mit den Testergebnissen dar.

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Die Laktatanalyse geschah nach der von Gutmann und Wahlefeld (1974) und von Mader (1979) modifizierten enzymatischen Methode mittels des Epos Analyser 5060 der Firma Eppendorf. Sie beruht auf der Oxidation von Laktat zu Pyruvat mit NAD und Katalyse durch Laktathydrogenase. Von jeder Probe wurde eine Doppelbestimmung durchgeführt.

Vor der Laktatbestimmung werden zur Eichung und Kontrolle jeweils 2 Leerwerte und 4 verschiedene Standards (Precinorm S und aus der Boehringer Laktat – Eichsubstanz Standards mit ca. 3-, 8-, 13- und 18 mmol/l Laktat) analysiert. Dieses wird alle 20 Proben mit 2 Leerwerte und 2 Standarts zur erneuten Kontrolle und Eichung wiederholt.

Aus dem klaren Überstand der mit Perchlorsäure enteiweißten Blutproben werden im Analyser 10 µl mit 250 µl Reaktionsgemisch pipettiert und 216 sec. bei 37°C inkubiert. Die photometrische Messung erfolgt bei 334 nm und die Berechnung des Laktats nach folgender Formel:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Die Blutentnahme zur Laktatbestimmung erfolgt mit einer auf 20 µl geeichten Glas – Einmal – Mikropipette, Typ Sahli der Firma Brand. Das Kapillarblut wurde aus dem mit Finalgon-Salbe hyperämisierten Ohrläppchen entnommen. Sofort nach der Entnahme wurde das Kapillarblut in ein mit 200 µl 0.6 N Perchlorsäure gefülltes Eppendorf – Reaktionsgefäß ausgeblasen und gut gemischt. Die Reaktionsgefäße wurden in einer Zentrifuge der Firma Heraeus Christ GmbH, Osterode, Typ Heraeus, bei 12000 U/min 3 Minuten lang zentrifugiert. Bis zur weiteren Verarbeitung lagerten die Proben im Kühlschrank bei ca. 4°C.

2.4. Statistik

Die Auswertung der Untersuchungsergebnisse wurde mit Hilfe von Excel 7.0 for Windows und dem Statistikprogramm Statistica for Windows durchgeführt. Zur Anwendung kamen folgende Verfahren.

- Arithmetisches Mittel (),
- Standardabweichung (s),
- t-Test für korrelierende Stichproben,
- Einfaktorielle Varianzanalyse.

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