Das Atemsystem und Sport

Inhalt

1. Anatomie der Atmung2. Messgrößen der Lungenfunktion3. Physiologie der Atmung

1. Anatomie der Atmung

•Mund-und Nasenraum:• Umgebungsluft wird von Schmutzpartikeln befreit und

angewärmt• über Lüftröhre gelangt die Luft weiter zu den

Bronchien• danach wird die Luft in den rechten und linken

Lungenflügel verteilt• BronchienàBronchiolenàAlveolen•Alveolen: Ort des Gasaustausches

1.1 Lunge

• Volumen: 4-6 Litern• Fläche: 60-80m2

•Gewicht: ca. 1kg

1.2 Alveolen

• in der Lunge befinden sich mehr als 600 Mio. Alveolen• elastische Säcke mit dünner Wand• Ort des Gasaustausches zwischen Lunge und Blut• gut mit Blut versorgt• liegen eng mit dünnen Kapillaren aneinander• Kapillaren formen dichtes Netz das sich um die Alveolen

schlingt• Ruhesituation: 250mL Sauerstoff pro Minute von Alveolen ins

Blut; 200mL Kohlenstoffdioxid von Blut in Alveolen• Trainierte Personen: während körperlicher Arbeit können

diese Werte um das 20fache steigen

1.3 Atemmechanik-Inspiration (Einatmung)

• Kontraktion des Zwerchfells (Diaphragma)• Zwerchfell verflacht sich und dehnt sich nach unten ausàBrustraum erweitert sichàDruck innerhalb der Lunge (intrapulmonaler Druck) reduziert

sich und ist folglich um ca. 5mmHg geringer als der atmosphärische Druck

àdurch diesen Druckunterschied strömt Luft über Nase und Mund in die Lunge

àLunge erweitert sich• Einatmung endet, wenn der intrapulmonale Druck den Wert

des atmosphärischen Drucks erreicht hat• Inspirationsprozess muskulär unterstützt

1.4 Atemmechanik-Exspiration (Ausatmung)

• vornehmlich passiver Prozess• Luft strömt durch den Rückstoß des Lungengewebes

aus der Lunge•Muskeln für die Inspiration entspannen sich• Brustbein und Rippen bewegen sich nach unten• Diaphragma bewegt sich in Richtung des Brustraums• während körperlicher Arbeit:• Ausatmung muss schneller und tiefer erfolgen• durch Mm. intercostales interni und Bauchmuskeln

unterstützt

2. Messgrößen der LungenfunktionParameter Definition

Atemzugvolumen(AZV) VolumendasproAtemzugein- undwiederausgeatmetwird

InspiratorischesReservevolumen(IRV) GasvolumendasnachnormalerEinatmungnochzusätzlichausgeatmetwerdenkann

ExspiratorischesReservevolumen(ERV) Gasvolumen,dasnachnormalerAusatmungnochzusätzlichausgeatmetwerdenkann

TotaleLungenkapazität(TLC) Gesamtvolumen inderLungenachmaximalerInspiration

Residualvolumen(RV) GasvolumeninderLungenachmaximalerExspiration

2. Messgrößen der LungenfunktionParameter Definition

ForcierteVitalkapazität (FVC) MaximalesLungenvolumendasnachmaximalerInspiration ausgeatmetwerdenkann

InspiratorischeKapazität(IC) LungenvolumendasnachmaximalerAusatmungeingeatmetwerdenkann

FunktionaleResidualkapazität(FRC) VolumendasnachnormalerAusatmungnochindenLungenbleibt

Einsekundenkapazität (FEV1) Ausatmung nachmaximalerInspiration;GemessenwirddasLuftvolumendasinnerhalbeinerSekundeausgeatmetwerdenkann

FEV1/FVC-Verhältnis VerhältniszwischenEinsekundenkapazität undForcierter Vitalkapazität

Exkurs: Wieso beugen sich Sportler nach vorne wenn sie erschöpft sind?

• Blutfluss zum Herzen wird erleichtert• antagonistische Effekte der Erdanziehung auf

Einatembewegungen• unterstützend helfen dann u.a. der M. latissimus

dorsi bei der Inspiration mit

3.1 Atemminutenvolumen

Atemminutenvolumen = Atemfrequenz * Atemzugvolumen

• in Ruhe:• etwa 12 Atemzüge pro Minute• Atemzugvolumen: ca. 0,5 Liter

• in Arbeit: • 60-70 Atemzüge pro Minute• Atemzugvolumen: ca. 2 Liter

3.2 Alveolarventilation

• bezieht sich auf den Teil des Atemminutenvolumens, der sich in den Alveolen mit der dort befindlichen Luft vermischt• Teil der eingeatmeten Luft kommt nicht in den

Alveolen an sondern verbleibt in Nase, Mund und dem respiratorischen Trakt à anatomischer Totraum• bei gesunden Personen: 30% kommen nicht an• bei 500ml eingeatmeter Luft befinden sich davon

etwa 350ml in den Alveolen

3.3 Physiologischer Totraum

• bestimmte Alveolen nehmen meist auf Grund von pathologischen Veränderungen nicht am Gasaustausch teil• Ursachen:• Membranschäden an den Alveolen• mangelnde Durchblutung• mangelnde Ventilation

•COPD-Patienten: etwa 50% physiologischer Totraum

3.4 Krankhafte Atemmuster

•Dyspnoe:• Gefühl der Atemnot, Kurzatmigkeit• angeregt durch erhöhte Kohlenstoffdioxidwerte im

arteriellen Blut• Hyperventilation:• verstärkte Atmung• Kohlenstoffdioxidpartialdruck im Plasma sinkt• respiratorische Alkalose• durch Aufenthalt in der Höhe, psychische Ursachen

1. Komponenten des Herz-Kreislauf-Systems

2. Der Blutdruck3. Blut-und

Energieversorgung des Herzens

4. Herzregulation5. Arrhythmien6. Blutumverteilung

7. HK-System während körperlicher Aktivität

8. Herzminutenvolumen und Sauerstoff

9. Arteriovenöse Sauerstoffdifferenz

10.HK-System und Oberkörpertraining

11.Anpassungen an Training

• Herz• Arterien (sauerstoffreiches Blut)• Kapillaren• Venen (sauerstoffarmes Blut)

• zentrales Organ des HK-Systems• stellt die Sauerstoffversorgung sicher• ca. 70 Schläge pro Minute• ca. 37 Millionen Schläge im Jahr• etwa faustgroß

• zwei nebeneinanderliegende Pumpen (rechtes und linkes Herz), getrennt durch eine Längsscheidewand (Septum)

• vier Hohlräume:– 2 Kammern (Ventrikel)– 2 Vorhöfe (Atrien)

• zwischen Vorhöfen und Kammern befinden sich Segelklappen:– linke Herzhälfte: Mitralklappe– rechte Herzhälfte: Trikuspidalklappe

• durch Sehnenfäden mit der Kammerwand verbunden• verhindert zurückschlagen der Klappen in den Vorhof

• zwischen Kammern und den daraus entspringenden Gefäßen befinden sich die Taschenklappen:– rechts: Pulmonalklappe– links: Aortenklappe

• zwei große Hohlvenen (vena cava superior et inferior) münden in den rechten Vorhof– das sauerstoffarme Blut aus der Peripherie gelangt durch diese

großen Venen zum Herzen• aus der rechten Kammer entspringt die Lungenarterie (Arteria

pulmonalis), sie speist das sauerstoffarme Blut in den Lungenkreislauf

• vier Lungenvenen münden in den linken Vorhof, wo das mit Sauerstoff angereicherte Blut aus der Lunge ankommt

• aus der linken Kammer entspringt die größte Arterie des Menschen (Aorta), sie pumpt das sauerstoffreiche Blut in den Kreislauf

• Herzinnenhaut (Endokard)• Herzmuskel (Myokard)– besteht aus quergestreiften Herzmuskelzellen– einzelne Muskelzellen sind netzartig

miteinander verbunden– hoher Mitochondriengehalt (30%)– Herzmuskel im Bereich der linken Kammer

deutlich ausgeprägter als der rechten Kammer

• äußere Haut (Epikard)• Perikard (umhüllt das Herz)

• Blutversorgung des Herzens erfolgt über Herzkranzgefäße (Koronararterien)• rechte und linke Kranzarterie entspringen aus der Aorta• Herz verbraucht in etwa 7-8% der ausgestoßenen Blutmenge• rechte Koronararterie (arteria coronaria dextra):

– entspringt direkt hinter der Aortenklappe– versorgt

• rechte Ventrikelwand• einen Teil der Hinterwand des linken Ventrikels• den hinteren Abschnitt des Ventrikelseptums• rechten Vorhof• Sinus- und Atrioventrikularknoten

• linke Koronararterie (arteria coronaria sinistra): – entspringt ebenso direkt hinter der Aortenklappe– teilt sich in weiterer Folge in zwei Äste auf– ist größer als die rechte Koronararterie– versorgt:

• Vorderwand des rechten Ventrikels• Ventrikelseptum (inkl. His-Bündel)• linken Vorhof • linken Ventrikel

• autonome Erregungsbildung direkt im Herzen• Erregungsbildung im primären Zentrum durch

Sinusknoten im rechten Vorhof– Impulsfrequenz: 60-80 Schläge/Minute

• Erregungsbildung im sekundären Zentrum durch Atrioventrikularknoten (AV-Knoten)– Impulsfrequenz: 40-50 Schläge/Minute

• Erregungsbildung im tertiären Zentrum durch His-Bündel und Purkinje-Fasern– Impulsfrequenz: 20-40 Schläge/Minute

• durch diese Verteilung ist die Erregungsleitung über das gesamte Herz hinweg sichergestellt

• bei Ausfall eines Impulszentrums übernimmt das nächstgeschaltete Zentrum die Impulsbildung

• rhythmische Aufeinanderfolge von Kontraktion (Systole) und Erschlaffung (Diastole)

• 4 Phasen der Herzaktion:– 1. Anspannungsphase:

• zu Beginn sind die Ventrikel gefüllt• Herzklappen geschlossen• Herz kontrahiert isovolumetrisch• am Ende ist der Druck in der linken und rechten Kammer höher als in der

Aorta bzw. PulmonalarterieàTaschenklappen öffnen sich passiv

– 2. Auswurfphase: • Druck in der Kammer übersteigt den Druck in den Gefäßen,

Taschenklappen öffnen sich• Auswurf des Blutes in die Gefäße • am Ende ist der Druck in den Gefäßen höher als in den Kammern, die

Klappen schließen sich passiv• Dauer: 0,2-0,3 Sekunden

– 3. Entspannungsphase:• alle Herzklappen sind geschlossen• Herzmuskel entspannt• durch Abfallen des Drucks in den Kammern

unterhalb des Drucks in den Vorhöfen öffnen sich die Segelkappen

– 4. Füllungsphase:• Füllung der Ventrikel mit Blut aus den Vorhöfen• Kontraktion der Vorhöfe am Ende trägt zur

Füllung der Kammern bei• Dauer der Füllungsphase hängt von der

Herzfrequenz ab

• beschreibt Zusammenhang zwischen Füllung und Auswurfleistung des Herzens

• Tätigkeit des Herzens wird an kurzfristige Schwankungen angepasstà Schlagvolumina der rechten und linken Herzkammer bleiben gleich

• Gefäße, die das sauerstoffreiche Blut (außer Lungenarterie) zum Gewebe und zu Organen transportieren

• kein Gasaustausch zwischen Arterien und umliegendem Gewebe -> zu dicke Wand

• Arterienwände bestehen aus Muskelschichten und elastischen Schichten, die den Druck aushalten können der durch Herzkontraktion entsteht

• größte Arterie des Menschen: Aorta• Arterien zweigen sich im Verlauf in kleinere Arteriolen auf• Arteriolen besitzen in den Wänden glatte Muskelschichten die den

peripheren Blutfluss kontrollieren, indem sie sich erweitern oder kontrahieren

• Aufbau der Arterie:– Schützende Außenhaut (tunica externa)– Muskelschicht mit elastischen Fasern (tunica media)– Elastisches Bindegewebe (membranae elasticae)– Auskleidung innen mit Endothelschicht (tunica intima)

Hormonsystem und Sport

von Christian Haslbeck

Inhaltsverzeichnis

1. Einführung2. Hormondrüsen

2.1 Hypophyse2.2 Nebenniere2.3 Schilddrüse2.4 Nebenschilddrüse2.5 Bauchspeicheldrüse2.6 Keimdrüsen2.7 Epiphysen2.8Thymus

3. Literatur

2

1.1 Definition

• Hormone werden vom Körper selbst hergestellt• Sie werden meist in endokrinen Organen bzw. Drüsen

produziert• Sie dienen als Regulations- und Wirkstoffe• Der Transport zu den Zielorganen geschieht über das

Transportsystem Blut• Hormone beeinflussen den Stoffwechsel und die

Wirkungsweise von Organen und Systemen

4

1.2 Was regulieren Hormone?

• Als Regulations-und Wirkstoffe regulieren sie vor allem:• Stoffwechsel• Elektrolythaushalt• Wasserhaushalt• Sexualfunktionen

5

1.3 Wie funktionieren Hormone?

• Sie nehmen nicht unmittelbar am Stoffwechsel des Organismus teil• Hormone hemmen bzw. fördern viel mehr bestimmte

Transportmechanismen• Außerdem wirken sie als Enzyminduktoren, das heißt

die Bildung von Enzymen wird durch sie angeregt• Sie wirken als Biokatalysatoren, ermöglichen bzw.

beschleunigen also biochemische Reaktionen• Hormone wirken bereits in kleinen Mengen

6

1.4 Drüsenhormone vs. Gewebshormone

• Gewebshormone:• werden im Gegensatz zu den Drüsenhormonen nicht

ausschließlich in bestimmten Organen produziert• können in verschiedenen Geweben gebildet werden

• Drüsenhormone:

• werden in abgegrenzten Organen produziert• diese Organe bezeichnet man als endokrin

7

1.5 Wie funktioniert der Transport?

• Die Ausschüttung der Hormone erfolgt überwiegend in das Blut• Im Blut sind Hormone größtenteils an Blutproteine

gebunden• Diese Art des Transportes verhindert eine vorzeitige

Ausscheidung der Hormone über die Nieren

8

1.6 Wie funktioniert die Hormonregulierung?

• Die Hormonkonzentrationen im Körper werden neuronal kontrolliert und gesteuert• Humorale Rückkopplung: • Mangel à Erhöhung der Hormonproduktion• Überschuss à Drosselung der Hormonproduktion

• Hormon-produzierende Gewebe stehen in Interaktion und Wechselwirkung

9

2. Hormondrüsen

• Hypophyse = Hirnanhangdrüse• Epiphyse = Zirbeldrüse• Nebenschilddrüse• Schilddrüse• Thymus = innere Brustdrüse• Nebennieren• Langerhans-Inseln in der Bauchspeicheldrüse• Keimdrüsen (Hoden beim Mann, Eierstöcke bei der Frau)

10

• Pituitary gland = Hirnanhangdrüse = Hypophyse• Thyroid gland =

Schilddrüse• Parathyroid gland =

Nebenschilddrüse• Pancreas =

Bauchspeicheldrüse• Adrenal glands =

Nebenniere• Thymus = Innere

Brustdrüse = Bries• Pineal gland = Zirbeldrüse• Testicles = Hoden

11

2.1Hypophyse

• sehr kleine Drüse

• wiegt nur ca. 0,5 Gramm

• steuert zusammen mit dem Hypothalamus (oberstes Regulationszentrum für vegetative und endokrine Vorgänge) quasi alle anderen endokrinen Organe

• Man unterscheidet unter den Hormonen der Hypophyse:• Hormone des

Hypophysenvorderlappens (HVL)• Hormone des

Hypophysenhinterlappens (HHL)

12

2.1.1Hormone des Hypophysenvorderlappens

• Human Growth Hormone• TSH (thyreotropes Hormon)• ACTH (adrenokortikotropes Hormon)• Gonadotrope Hormone

• FSH (follikelstimulierendes Hormon)• LH (luteinisierendes Hormon)• LTH (luteotropes Hormon)

Alle unterstrichenen Hormone wirken als „Steuerhormone“ auf andere endokrine Drüsen, man bezeichnet diese Hormone als glandotrope Hormone

13

Human Growth Hormone (HGH)

• andere Begriffe:• Wachstumshormon• somatotropes Hormon (STH)• Somatotropin

• beeinflussen das Wachstum von Knochen, der Haut und der inneren Organe• zuständig und wichtig für den

Muskelaufbau• Überproduktion im

Kindesalter: „Riesenwuchs“• Unterproduktion im

Kindesalter: „Kleinwüchsige“

14

Human Growth Hormone (HGH)

• anabole (proteinaufbauende) Wirkung

àunmittelbare Wirkung auf die Proteinsynthese

àbeschleunigtes „Einschleusen“ von Aminosäuren in die Zelle

• wirkt hemmend auf die Lipogenese, also auf die Herstellung von Fettsäuren

• wirkt fördernd auf die Lipolyse, also auf den Abbau von Fettsäuren

• hemmt die Glykolyse in der Muskulatur in Form eines „Insulinantagonisten“ àAnstieg im Blutzuckerspiegel

• fördert in der Leber die Glukoneogenese, also den Aufbau von Glykogen

15

Human Growth Hormone (HGH)

• während Ausdauerbelastungen mit mittleren Intensitäten steigt der HGH-Spiegel im Blut an• somit wird die Energiebereitstellung über eine

andauernde Fettmobilisation (lipolytische Wirkung!) gewährleistet• sowohl bei Trainierten als auch bei Untrainierten steigt

der HGH-Spiegel im Blut an, er bleibt jedoch nur beim Trainierten über längere Zeit hinweg konstant bzw. fällt nicht stark ab

16

Human Growth Hormone (HGH)

Fördert Hemmt

+ Proteinaufbau+ Einschleusen von Aminosäuren in die Zelle+ Lipolyse + Glukoneogenese in der Leber

- Lipogenese- Glykolyse in der Muskulatur

17

Thyreotropes Hormon (TSH)

• wird auch als Thyreotropin bzw. thyroideastimulierendes Hormon bezeichnet• wirkt auf die Iodaufnahme, die Hormonbildung und das

Wachstum der Schilddrüseàsehr wichtig für eine normale Schilddrüsenfunktion• Die Ausschüttung dieses Hormons wird reguliert über:• Schilddrüsenhormone à negative Rückkoppelung• Hypothalamus

18

Adrenocorticotropes Hormon (ACTH)

• wird auch als Corticotropin bezeichnet• reguliert die Funktion der

Nebennierenrinde (NNR)• wird unter dem Einfluss des

Corticotropin-Releasing-Hormons (aus dem Hypothalamus) ausgeschüttet

• regt NNR zur Synthese von Glukokortikoiden an

• nimmt in indirekter Weise Einfluss auf die Insulinproduktion

• körperliche Aktivität ist ein Stressor, durch den die ACTH-Ausschüttung provoziert wird à bei Trainierten fällt dieser Anstieg geringer aus, somit wird eine hormonelle Erschöpfung vermieden

19