Beurteilung der körperlichen Leistungsfähigkeit in Abhängigkeit vom Lebensalter

H. Heck

Bochum 21. September 2009

Leistung ?

- physikalische ?

- körperliche Leistung(sfähigkeit) ?

Unter körperlicher Leistungsfähigkeit wird die Summe der individuell möglichen stütz- und zielmotorischen Aktionen verstanden. Die jeweilige

körperliche Leistungsfähigkeit in den unterschiedlichen sportlichen Bewegungsabläufen ist qualitativ durch den Einsatz der motorischen

Hauptbeanspruchungsformen und quantitativ durch Intensität, Dauer und Häufigkeit charakterisiert.

Qualitativer Aspekt der Leistung

Koordination Flexibilität Kraft Schnelligkeit Ausdauer

(nach HOLLMANN)

Quantitativer Aspekt der Leistung

Intensität Dauer Häufigkeit

AusdauerformenAusdauerformen

Nach der Grösse der beanspruchten Muskulatur

- Allgemeine A. (mehr als 1/6 der Skelettmuskulatur)

- Lokale Muskelausdauer (weniger als 1/6 der Skelettmuskulatur)

Nach der Arbeits-weise der Muskulatur

- Dynamische A. (Bewegungen mit Spannung undEntspannung)

- Statische A. (Bewegungen mit Dauerspannung)

(nach HOLLMANN)

Nach der Energie-bereitstellung

Aerobe Ausdauer:- Kurzzeit-A. 3 - 10 min- Mittelzeit-A. 10 - 30 min- Langzeit-A. über 30 min

Anaerobe Ausdauer:- Kurzzeit-A. 10 -20 s- Mittelzeit-A. 20 - 60 s- Langzeit-A. 60 - 180 s

Allgemeine aerobe dynamische AusdauerAllgemeine aerobe dynamische Ausdauer

(nach HOLLMANN)

Aerobe Ausdauerleistungen mittels dynamischer Arbeit unter Einsatz von mehr als 1/7 – 1/6 der gesamten Skelettmuskulatur.Die Leistungsfähigkeit wird vor allem von der Kapazität des Herz-Kreislauf-, Atmungs- und Stoffwechselsystems sowie von der Qualität der bewegungstypischen Koordination limitiert.

Allgemeine aerobe dynamische AusdauerAllgemeine aerobe dynamische Ausdauer

(nach HOLLMANN)

Limitierung durch die maximale Energieflussrate, die über längere Zeit aufrecht erhalten werden kann.

Direktes Maß: max. O2-Aufnahme (l/min)

maximale Sauerstoffaufnahme im Alternsgang

aus W. Hollmann, 2000

50

55

60

65

70

75

80

85VO

2 max

(ml*k

g -1

*min

-1 )

400 800 800-1500

1500-5000

5000-10000

Marathon

Laufstrecke (m)

VO2max der Läufer der schwedischenLeichtathletik-Nationalmannschaft

VO2max der Läufer der schwedischenLeichtathletik-Nationalmannschaft

(nach SEVEDHAG/SJÖDIN, 1984)

Testverfahren

• Kniebeugen• Kletterstufe• Fahrradergometer• Laufbandergometer• Drehkurbelergometer• u. a.

(mod. Astrand)

Bergauflaufen 100

Laufen horizontal

Fahrrad sitzende Position

Fahrrad liegende Position

Fahrrad 1 Bein, sitzende Position

Armkurbel

Fuß + Armkurbel (10 –20 % f. Armarbeit)

Stufentest

95 - 98

90 - 96

82 - 85

62 - 70

65 - 70

100

- 97

Belastungsart VO2max (%)

Maximale Sauerstoffaufnahme in Prozent bei verschiedenen ergometrischen Belastungen, bezogen auf 100% = VO2max während Bergauflaufens.

.

.

Leistung = Arbeit / ZeitArbeit = Kraft x WegLeistung = Kraft x Weg / Zeit = Kraft x Geschwindigkeit

Belastungsteigerung über Änderung des Bremswiderstands und/oder der Pedalumdrehungsgeschwindigkeit

Belastungsteigerung durch Änderung der Laufgeschwindigkeit und/oder des Anstiegwinkels

Belastungssteigerung

• Bei Fahrradergometrie:Steigerung über Änderung des Bremswiderstands und/oder der Pedalumdrehungsgeschwindigkeit

• Bei Laufbandergometrie:Steigerung durch Änderung der Laufgeschwindigkeit und/oder des Anstiegwinkels

Leistung = Arbeit / ZeitArbeit = Kraft x WegLeistung = Kraft x Weg / Zeit = Kraft x Geschwindigkeit

Leistung x 100Wirkungsgrad (%) = __________________________

Energieumsatz

Zeit

Bel

astu

ng

BelastungsmodusBelastungsmodus

Kinetik der Sauerstoffaufnahme wKinetik der Sauerstoffaufnahme wäährend Belastunghrend Belastung

Kinetik der Sauerstoffaufnahme bei stufenförmiger (links) und rampenförmiger (rechts) Belastung (schematische Darstellung)

Stufentest mit langerBelastungsdauer

20 Watt/6 min

Stufentest mit hoherEingangsstufe50 Watt/3 min

Anfangs-belastung100 Watt

Stufentest mit mittlererBelastungsdauer

50 Watt/3 min

Stufentest mit kurzer Steigung25 Watt/1 min

Bel

astu

ng (W

att)

Zeit (min)

Verschiedene BelastungsschemataVerschiedene Belastungsschemataffüür die Fahrradergometrier die Fahrradergometrie

Intervallartiger Test

50 Watt/2min

50 Watt/3min

25 Watt/2min

HHääufig angewandte Belastungsschemataufig angewandte Belastungsschematabei der Fahrradergometriebei der Fahrradergometrie

0 5 10 15 20 25Zeit (min)

0

50

100

150

200

250

300

350

400Le

istu

ng( W

att)

Anfangs-belastung

Belastungs-stufe

Stufendauer(min)

Fahrrad

50 Watt(25 Watt)

50 Watt(25 Watt)

3(2)

Laufband

2,5 m/s3,0 m/s3,5 m/s

0,5 m/s

3(5)

Laufband

BelastungsschemaBelastungsschema

8 km/h10 km/h12 km/h

2 km/h

3(5)

Beurteilungskriterien der Leistungsfähigkeit

Beurteilungskriterien der Leistungsfähigkeit

Maximal-Test

max. Belastungsstufe

max. Sauerstoffaufnahme

Submaximal-Test

physical work capacity 170

aerob-anaerobe Schwelle

max. P (Watt)max. v (m/s)rel. max. P (Watt/kg)

max. VO2 (ml/min)rel. max. VO2 (ml/min*kg)

PWC 170 (Watt)rel. PWC (Watt/kg)

aS (Watt)aS (m/s)aS (VO2)

Relative maximale Sauerstoffaufnahme im Alternsgang

aus W. Hollmann, 2000

10 20 30 40 50 60 70Alter (Jahre)

1.50

1.75

2.00

2.25

2.50

2.75

3.00Le

istu

ng (W

att/k

g)

Frauen

Männer

Sollwert der maximalen Leistung fSollwert der maximalen Leistung füür Mr Määnner und nner und Frauen bei der Fahrradergometrie im Sitzen Frauen bei der Fahrradergometrie im Sitzen

Für Männer, älter als 30 Jahre

Solleistung (Watt) = 3 . G (kg) . [130 - A (Jahre)]/100

Für Frauen, älter als 30 Jahre

Solleistung (Watt) = 2,5 . G (kg) . [124 - 0,8 . A (Jahre)]/100

(G = Gewicht; A = Alter)

SollSoll--WattleistungWattleistungffüür Mr Määnner und Frauen nner und Frauen üüber 30 Jahreber 30 Jahre

Beispiel: Mann 80 kg, 28 Jahre

Soll-Leistung = 3* 80= 240W

Ist- Leistung = 350W

Prozentwert der Ist- Leistung bezogen auf die Soll- Leistung

= (350W/ 240W) *100=145, 8 %

0 10 20 30 40 50Zeit (min)

0

50

100

150

200

250

300

Bel

astu

ng (W

att)

6122030Belastungsanstieg (Watt/min)

Beziehung zwischen dem BelastungsBeziehung zwischen dem Belastungs--anstieg und der maximalen Leistunganstieg und der maximalen Leistung

Belastungsanstieg (Watt/min)

100

150

200

250

300

350

400

max

imal

e B

elas

tung

(Wat

t)

273,2301,2

325,8350,7

6 12 20 30

y = 3.16 x + 259.0r = 0.98

Sauerstoffaufnahme bei der Fahr-radergometrie in Abhängigkeit von der Leistung:

O2-Aufnahme (ml/min) = 300 + 12 . Leistung (Watt)

max. resp. Quotient

=max.VCO /max.VO

Abkürzung

max. AÄ

max. RQ

Wert

> 30

> 1.1

Beurteilungskriterien der AusbelastungBeurteilungskriterien der Ausbelastung

max. HF(1/min)

200 - Lebensalter(Fahrrad)

210 - Lebensalter(Laufband)

untere Grenze der max. Herzfrequenz

max. Atemäqivalent=max.VE/max.VO

max. Laktat max. LA(mmol/l)

> 8(> 5 z.B. Marathon-

Läufer)

2

22

3 4 5 6 7 8Lebensjahrzehnt

130

140

150

160

170

180

190

200

210m

axim

ale

Her

zfre

quen

z (1

/min

)Frauen

Männer

Altersabhängigkeit der maximalen Herzfrequenz bei Männern und Frauen

Altersabhängigkeit der maximalen Herzfrequenz bei Männern und Frauen

Leistungsbeurteilung im submaximalen Belastungsbereich anhand der Herzfrequenz

Belastung (Watt)

5060708090

100110120130140150160170180190

Her

zfre

quen

z (1

/min

)

NichtsportlerSprinter

Fußballspieler

Ruderer

Langstrecken-läufer

Radsportler

Ruhe 30 70 110 150 190 230

Herzfrequenzverhalten wHerzfrequenzverhalten wäährend Fahrradergometerarbeit im Sitzenhrend Fahrradergometerarbeit im Sitzenbei Spitzensportlern verschiedener Sportarten und Nichtsportlernbei Spitzensportlern verschiedener Sportarten und Nichtsportlern

(nach HOLLMANN/HECK)

PWCPWC170170 bei einem Nichtsportler undbei einem Nichtsportler undeiner ausdauertrainierten Personeiner ausdauertrainierten Person

Untrainiert

Trainiert

-10 30 70 110 150 190 230 270 310 350 390Leistung (Watt)

405060708090

100110120130140150160170180190H

erzf

requ

enz

(1/m

in)

Ruhe

(nach HECK, Therapiewoche 28, S.3928-33, 1978)

Richtwerte Männer FrauenPWC130 1,5 1,25 Watt/kgPWC150 2,0 1,6 Watt/kgPWC170 2,5 2,0 Watt/kg

Richtwerte Männer FrauenPWC130 1,5 1,25 Watt/kgPWC150 2,0 1,6 Watt/kgPWC170 2,5 2,0 Watt/kg

(nach ROST/HOLLMANN 1982)

Ermittlung pulsbezogener LeistungErmittlung pulsbezogener Leistung

0 25 50 75 100 125Leistung (Watt)

70

90

110

130

150

170

190

210

Her

zfre

quen

z (1

/min

)

190 Watt

150 Watt

3 4 5 6 7Lebensjahrzehnt

40

60

80

100

120

140

160

180H

erzf

requ

enz

(1/m

in)

110 Watt

70 Watt

30 Watt

Ruhe

Herzfrequenzwerte im LebensverlaufHerzfrequenzwerte im Lebensverlaufbei verschiedenen Belastungenbei verschiedenen Belastungen

. . . . .

Die Berechnung des PWC Wertes kann nach folgender Formel erfolgen:

PWC 170= P1+ (P2-P1)* (170-Hf1)/ (Hf2- Hf1)P= Leistung, Hf= Herzfrequenz

Beispiel: Mann 80 kg, 28 Jahre

P1= 300W, Hf1= 168/minP2= 350W, Hf2= 182/min

PWC 170= 300+ (350-300)* (170-168)/ (182-168)= 300+ 50* 0,14= 307W

Bei einer Hf von 170/min wurde eine Leistung von 307 W (= 3,8 W/kg) erreicht!

Ist- Soll- Wertvergleich:

3,8/ 2,5*100 = 152%

PWCPWC170170 bei verschiedenen maximalen Herzfrequenzenbei verschiedenen maximalen Herzfrequenzen

(nach HECK 1990)

0 50 100 150 200 250 300Leistung (Watt)

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220He

rzfre

quen

z(1

/min

)

Leistungsbeurteilung im submaximalen Belastungsbereich anhand der

Blutlaktatkonzentration

Glykolyse

max. Laktatmax. Laktat--steadysteady--state beim Drehkurbel state beim Drehkurbel -- DauertestDauertest

0 5 10 15 20 25 30Zeit (min)

0

2

4

6

8

10

12La

kta t

(mm

ol/ l)

Ruhe(nach HECK und ROSSKOPF 1994)

170 Watt

160 Watt

150 Watt

140 Watt

120 Watt

0 11 22 33 44

Zeit [min]

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lakt

at [m

mol

/l]

J. Krüger, unpubliziert

2.6 3.0 3.4 3.8 4.2 4.6 5.0Laufgeschwindigkeit (m/s)

0

1

2

3

4

5

6

7

Lakt

at (m

mol

/l)

Sprint(n=12)

400m(n=10)

800m(n=16)

1500m(n=22)

Marathon(n=6)

3,17 3,52 3,99 4,26 4,89

6:25 5:33 4:54 4:23 3:58 3:37 3:20 min/1000m

Laktatwerte im Laufbandstufentest bei LLaktatwerte im Laufbandstufentest bei Lääuferinnenuferinnenunterschiedlicher Laufdisziplinenunterschiedlicher Laufdisziplinen

(nach FÖHRENBACH et al. 1982)

Mader A, Liesen H, Heck H, Philippi H, Rost R, Schürch P, Hollmann W:Zur Beurteilung der sportartspezifischen Ausdauerleistungsfähigkeit im Labor. Sportarzt und Sportmedizin 27 (1976) 80-88, 109-112

1. Definition der aerob-anaeroben Schwelle als Kriterium zur Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit.

2. Empfehlungen zur Intensitätssteuerung des Trainings anhand der Laktat-Leistungs-Kurve.

3. Entwicklung einer Mikromethode der Laktatbestimmung aus dem Kapillarblut.

Definition der aerob-anaeroben Schwelle nach Mader et al. (1976)

„Der Bereich des Übergangs zwischen der rein aeroben zur partiell anaeroben, laktazid gedeckten muskulären Energie-stoffwechselleistung wird als aerob-anaerobe Schwelle der Arbeitsmuskulatur unter den gegebenen Belastungsbe-dingungen bezeichnet. Dieser Bereich eignet sich zur Charakterisierung der Ausdauerleistungsfähigkeit, wenn man das Maximum der rein aerob abgedeckten energetischen Leistung mit dieser gleichsetzt.“

Definition der aerob-anaeroben Schwelle nach Mader et al. (1976)

„Der Bereich des Übergangs zwischen der rein aeroben zur partiell anaeroben, laktazid gedeckten muskulären Energie-stoffwechselleistung wird als aerob-anaerobe Schwelle der Arbeitsmuskulatur unter den gegebenen Belastungsbe-dingungen bezeichnet. Dieser Bereich eignet sich zur Charakterisierung der Ausdauerleistungsfähigkeit, wenn man das Maximum der rein aerob abgedeckten energetischen Leistung mit dieser gleichsetzt. …

…Als Kriterium zur Erfassung der aerob- anaeroben Schwelle bei spiroergometrischen Untersuchungen kann der Anstieg des Laktats auf 4mmol/l im peripheren Blut, z.B. bei stufenweiser Belastungssteigerung gewertet werden.“

AerobAerob--anaerobe Schwelleanaerobe Schwelle

3.4 3.8 4.2 4.6 5.0 5.4 5.8 6.2 6.6Laufgeschwindigkeit (m/s)

0

2

4

6

8

10

12La

kta t

(mm

o l/l)

Ruhe

(nach MADER et al.Sportarzt und Sportmed., 1976)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30Zeit (min)

0

2

4

6

8

10La

ktat

(mm

ol/l)

100 150 200 250 300 350 400 450 500 Watt

Individuelle anaerobe SchwelleIndividuelle anaerobe Schwelle

(nach STEGMANN et al. 1981)

tBtEm tA

tn

Em

BA

C

8 10 12 14 16 18 20 22 24Geschwindigkeit (km/h)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

Lakt

at (m

mol

/l)

Schwellenbestimmung nach der +1,5mmol/lSchwellenbestimmung nach der +1,5mmol/l--MethodeMethode

1,5 mmol

aerobeSchwelleaerobe

SchwelleindividuelleanaerobeSchwelle

individuelleanaerobeSchwelle

(nach DICKHUTH 1991)

Laktatelimination>

Laktatproduktion

Laktatproduktion>

Laktateliminationvmax Pause

LaktatsenkeLaktatsenke(nach BRAUMANN et al., Dtsch Z Sportmed 42, 1991)

Stufentest

Laka

tat (

mm

ol/l)

SenkenbelastungSenkenbelastung

Einflussfaktoren auf die Laktat-Leistungskurve und die Schwellenwerte

Ausdauerleistungsfähigkeit

Belastungsschema

Glykogenzustand der Arbeitsmuskulatur

Blutabnahmeort

Analysekompartement des Blutes

Belastungsgerät

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45Zeit (min)

0

50

100

150

200

250

300

350Le

istu

ng (W

att)

50 W/ 2min50 W/ 3min25 W/ 2min30 W/ 5min

Verschiedene Testschemata fVerschiedene Testschemata füür die Fahrradergometrier die Fahrradergometrie

(nach HECK 1990)

0 50 100 150 200 250 300Belastung (Watt)

0

2

4

6

8La

ktat

(mm

o/l)

30 Watt/5 min

25 Watt/2 min

50 Watt/3 min

50 Watt/2 min

LaktatleistungswerteLaktatleistungswerte in Abhin Abhäängigkeit von Testschematangigkeit von Testschemata

(nach HECK 1990)

0 1 2 3 4 5 6Zeit (min)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100Pr

ozen

t (%

)τ = 2 min

τ = 3 min

(nach HECK 1987)

Anstieg der Exponentialfunktion y=100 (1Anstieg der Exponentialfunktion y=100 (1--ee--t/t/ττ))ffüür verschiedene Zeitkonstantenr verschiedene Zeitkonstanten

30 Watt5 min

6 12,5 16,7 25

50 Watt3 min

50 Watt2 min

25 Watt2 min

iaS-Keul

aaS-Mader

iaS-Stegmann

+1,5mmol/l-Methode

maximales Laktat-steady-state

SchwellenkonzepteSchwellenkonzepte

(nach HECK und ROSSKOPF 1994) Belastungsanstieg (Watt/min)

150

160

170

180

190

200

210

220

230Sc

hwel

len

(Wat

t)

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500Leistung (Watt)

0

2

4

6

8

10

12

14La

ktat

(mm

ol/l)

H.D. Nachwuchs nicht talentiert184cm 90kg 18J

T.A. Nachwuchs talentiert186cm 78kg 17J

K.N. Elite Nov. 1974187cm 89kg 24J

K.N. Elite Juni 1975verbesserte Ausdauer

Laktatwerte bei NachwuchsLaktatwerte bei Nachwuchs-- und Eliteathletenund Eliteathleten

(nach MADER und HOLLMANN, Leistungssport 9, S.8-62, 1977)

Beispiele für Laktatleistungskurven im Quer- und Längsschnitt

3.0 3.5 4.0 4.5 5.0 5.5 6.0Geschwindigkeit (m/s)

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Laka

tat (

mm

ol/l)

14.04.8920.04.9002.04.91

(nach VASSILIADES und MADER 1991)

Trainingsbedingte VerTrainingsbedingte Veräänderungnderungder Laktatleistungskurveder Laktatleistungskurve

Verschlechterung der Belastbarkeit bei einem Verschlechterung der Belastbarkeit bei einem HerzinfarktpatientenHerzinfarktpatienten

25 50 75 100 125 150 175 200 225 250Leistung (Watt)

60

80

100

120

140

160

180H

erzfrequenz(1/m

in)

0

2

4

6

8

10

12

Lakt

at (m

mol

/l)Herzfrequenz 08.10.98Herzfrequenz 11.09.00Laktat 08.10.98Laktat 11.09.00

nach Heitkamp H-C u. Hipp A, Herz 26, 2001, Nr.7

Trainings-/Belastungssteuerung mittels Laktat

4.0 4.5 5.0 5.5 6.0Laufgeschwindigkeit (m/s)

1

2

3

4

5

6

Lakt

at (m

mol

/l)

100%-Intensität (Marathon): 2,5±0,5 mmol/l Laktat

Regeneration

< 80%

extensiver Dauerlauf

intensiver Dauerlauf

Tempo-Dauerlauf

Fahrtspiel

extensiveWiederh.-läufe

TempoläufeintensiveWiederh.-läufe

80-90% 90-97% 100±3%

Trainingsempfehlung fTrainingsempfehlung füür Marathonlr Marathonlääuferufer

(nach FÖHRENBACH 1986)

N = 21Y = -0.26 + 1.06 Xr = 0.96

p < 0.001

N = 21Y = -0.26 + 1.06 Xr = 0.96

p < 0.001

Linie gleicherGeschwindigkeiten

4.0 4.2 4.4 4.6 4.8 5.0 5.2 5.4 5.6Geschwindigkeit bei 2,5mmol/l Laktat (m/s)

4.0

4.2

4.4

4.6

4.8

5.0

5.2

5.4

5.6

Mar

atho

nges

chw

indi

gkei

t (m

/s) n=9 Männer

n=12 Frauen

Vergleich zwischen der MarathongeschwindigkeitVergleich zwischen der Marathongeschwindigkeitund der Geschwindigkeit bei 2,5mmol/l Laktatund der Geschwindigkeit bei 2,5mmol/l Laktat

.

(nach FÖHRENBACH 1986)

0 40 80 120 160 200 240 280Belastung (Watt)

0

2

4

6

8

10

Lakt

at (m

mol

/l)

ohne Medikament

Propranolol

Aceebutolol

Atenolol

0 40 80 120 160 200 240 280Belastung (Watt)

60

80

100

120

140

160

180

200

Her

zfre

quen

z (1

/min

)

ohne Medikament

Acebutolol

Propranolol

Atenolol

Wirkung verschiedener Betarezeptorenblocker auf Laktat und Herzfrequenz während ansteigender Arbeit auf dem Fahrradergometer

R. Rost 1987

0 25 50 75 100 125 150 175 200Leistung (Watt)

80

100

120

140

160

H er zfreq uen z(1/m

i n)

0

2

4

6

8

10

12

14

16

L akt

at(m

mol

/ l)

FahrradergometerFahrradergometer--Test bei einem Herzinfarktpatienten Test bei einem Herzinfarktpatienten

nach Heitkamp H-C u. Hipp A, Herz 26, 2001, Nr.7

Angina-pectoris-Schwelle

Stufendauer: 3 minStufenhöhe: 25 Watt

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