Sportphysiologie 2

Elektrische Signalübertragung 

Stärke des Signals = Feuerfrequenz 

Schwache Signale der Höheren Motoneuronen rekrutieren kleine motorische Einheiten (mit Typ I Fasern) 

Starke Signale der Höheren Motoneuronen rekrutieren zusätzlich zunhemen grössere motorische Einheiten (mit Typ II Fasern) 

Mit zunehmender Kontraktionsgeschwindigkeit erzeugen Muskelfasern weniger Kraft. 

Für die gleiche Kraft werden bei höherer Geschwindigkeit daher mehr motorische Einheiten rekrutiert.

Steigt die Bewegungsgeschwindigkeit, so können wir weniger Kraft produzieren

Je schneller die Bewegung --> weniger Typ I Fasern zur Kraftprodkuktion 

Morphologische Anpassung (Struktur und Form) 

Neuronale Anpassung (Ansteuerung) 

Synchronisierung & Rekrutierung

↑ motorische Einheiten sind gleichzeitig aktiv

Maximal mögliche Feuerfrequenz ↑

Inter-muskuläre Koordination ↑

Muskelquerschnitt ↑

... durch Faserquerschnitt ↑ .

.. durch Satellitenzellen ↑

Fiederungswinkel ↑

Fiederungswinkel erhöht sich mit Hypertrophie --> näher am Optimum für max. Kraftgenerierung 

• Muskelkraft steigt schneller als durch muskuläre Anpassungen erklärbar

•  Erklärung, die teilweise durch Messdaten belegt ist:

Erhöhung der maximalen Feuerfrequenz erhöht Muskelkraft unabhängig von Anpassungen in den Muskelfasern

Ein zu tiefer Blutdruck wird von Barorezeptoren in der Aorta und Halsschlagader registriert. Diese senden die Information (afferente Signale) ans zentrale Nervensystem. Dies führt über das autonome Nervensystem zur Regulierung, d.h. zu einer Erhöhung der Herzaktivität (Herzfrequenz und Schlagvolumen steigen an) und zu einer Vasokonstriktion (Verengung der Blutgefässe). Dadurch steigt der Blutdruck wieder an.

Ein tiefer pH-Wert entspricht einer Übersäuerung des Blutes (Azidose) und ist gleichbedeutend mit einer zu hohen CO2-Konzentration im Blut (weil Säure im Blut gepuffert wird, wodurch CO2 entsteht). Die CO2-Konzentration wird im Körper von Chemo-Rezeptoren registriert, welche die Information ans zentrale Nervensystem weiterleiten. Dies führt automatisch zu einer Erhöhung der Atmung, um mehr CO2 abzuatmen und so den pH-Wert wieder zu erhöhen.

Der tiefe Blutzuckerspiegel «Hypoglykämie» wird von einem Sensorsystem detektiert (konkret reagieren Zellen in der Bauchspeicheldrüse). Dadurch werden Hormone freigesetzt (das Katecholamin Adrenalin von der Nebenniere und Glukagon von der Bauchspeicheldrüse). Diese führen zu einem Glykogenabbau in der Leber, um Glukose an das Blut abzugeben und so den Blutzuckerspiegel wieder anzuheben.

Die Regulation erfolgt sowohl lokal «intrinsisch» als auch neuronal «extrinsisch». In der aktiven Muskulatur wird die Durchblutung der Arteriolen lokal durch a) Veränderungen der Sauerstoffkonzentration und Stoffwechselprodukten; b) Blutdruck in den Arteriolen; c) Ausschüttung von gefässerweiternde Metaboliten (z.B. Stickstoffmonoxid (NO)) stimuliert und gesteuert. Während lokale Kontrollmechanismen die Gefässdurchblutung innerhalb der Muskulatur steuern, muss das kardiovaskuläre System die Blutversorgung dahingehend leiten, wo Bedarf besteht (in dem Fall zur aktiven Muskulatur). Die Steigerung des Blutdrucks und des Herzminutenvolumens während körperlicher Aktivität ermöglichen einen grösseren Blutfluss im Körper. Die Blutversorgung zu den verschiedenen Organen wird dabei primär über die Sympathikus Aktivität reguliert. Die sympathische Stimulation führt in den Gefässen zum Magendarm-Trakt, Nieren und Leber zu einer Vasokonstriktion, während dieser Effekt in der aktiven Muskulatur durch lokale Vasodilatation überwunden wird und somit ein Grossteil (bis zu 80% bei Maximalbelastungen) des gesamten Herzminutenvolumens zur aktiven Muskulatur geleitet werden kann.

•  Die Entscheidung: Ich bewege mich

•  Zentrale Aktivierung: Atmung wird gesteigert & Muskelfasern werden aktiviert («central

  command»)

•  Zielwert des Blutdrucks im Stammhirn wird erhöht

•  Lokale Durchblutung in den aktiven Muskeln wird erhöht (lokale Vasodilatation)

•  Aktueller Blutdruck liegt unter dem Zielwert: Stimulation der Barorezeptoren

•  Dies löst eine Reaktion des autonomen Nervensystems aus: Sympathikus wird aktiviert.

•  Der Sympathikus: Erhöht das Schlagvolumen und die Herzfrequenz

Die Gefässe, welche die aktive Muskulatur, sowie das Herz versorgen, werden weitgestellt (Vasodilatation). Die Blutversorgung des Gehirns und der Haut bleibt in etwa gleich, wobei die Blutversorgung zur Haut stark von der Körperkerntemperatur und Aussentemperatur abhängt (Gefässerweiterung bei Hitze).

Der Verdauungstrakt, Nieren und Leber werden während körperlicher Aktivität schlechter versorgt. Dementsprechend werden die zuführenden Gefässe zu diesen Regionen des Körpers lokal enggestellt (Vasokonstriktion).

Short: Der deutliche Anstieg der Atmung bei hoher Anstrengung repräsentiert eine unverhältnismässig hohe Steigerung des produzierten CO2 (V̇ CO2) relativ zum Sauerstoffverbrauch (V̇ O2) aufgrund von erhöhtem Einbezug von anaeroben Stoffwechselprozessen zur Energiebereitstellung. Der markante Anstieg von VE widerspiegelt den Bedarf das CO2 abzuatmen, um der «Übersäuerung» durch das anfallende Laktat + H+ entgegenzuwirken.

Langfassung: Während submaximaler, steady- state Belastung steigert sich die Ventilation proportional zum Anstieg der CO2-Produktion (V̇ CO2) und Sauerstoffaufnahme (V̇ O2). Dies ändert sich ab einer Belastungsintensität von ca. 55 – 70% V̇ O2max.

1) Steigerung der zentralen Aktivierung

•  Bei höherer Belastungsintensität werden mehr Muskelfasern aktiviert, um die Leistung zu erbringen. Um die Energiebereitstellung dem Bedarf der aktiven Muskulatur anzupassen, werden zusätzlich zum aeroben Stoffwechsel vermehrt anaerobe Stoffwechselprozesse (Glykolyse) angeregt.

•  Die erhöhte zentrale Aktivierung «Central Command» führt zu einem direkten Anstieg der Ventilation «anticipatory response»

  2) Akkumulation von CO2 im Blut: Puffern der «metabolischen Azidose»

 Als Folge der Glykolyse entsteht Laktat und H+. Die Akkumulierung H+ führt zu einer Absenkung des pH-Wertes und muss gepuffert werden (Verhindern der metabolischen Azidose). Bikarbonat verbindet sich mit H+ zu Kohlensäure und eliminiert damit den «Säure-Einfluss» durch freie H+ Ionen. Die Kohlensäure löst sich selber sogleich auf in Kohlendioxid (CO2) und Wasser (H2O).

3) Stimulation der Chemorezeptoren in Medulla, Aorta und Halsschlagader

• Erhöhte CO2-Konzentration sowie freie H+ Ionen im Blut (= Absenkung pH-Wert) stimulieren das respiratorische Zentrum im Hirnstamm (Medulla & Pons).

4) Erhöhte Aktivierung der Atemmuskulatur führt zur Steigerung der Ventilation

 Das respiratorische Kontrollzentrum reagiert auf das Exzess CO2 mittels Erhöhung der Ventilation (v.a. Steigerung der Atemfrequenz)«Respiratorische Kompensation»

1. Willkürliches Nervensystem: Bewusste Entscheidung los zu rennen --> Aktivierung 

2.

Atmung: Ziel mehr O2 transportieren 

Akt. Muskelfasern / Metaboliten --> sobald die Muskeln arbeiten = Blutgefässe erweitern sich (Punkt 3) 

Blutdruck unter Zielwert: Soll - Zustand erhöht sich 

3. Akt. Barorezeptor : es realisiert Achtung Blutdruck unter Zielwert 

Durchblutung: Erhöhung der Durchblutung 

4. Nervensystem: Aktivierung Sympatikus 

5. Katch: Hormone werden erhöht --> Periphere Gefässerweiterung 

HF & SV 

6. Autonomes Nervensystem: Regulierung

1. Bewusste Entscheidung: Stopp 

2. Stopp zentrale Aktivierung (Muskelfasern & Atmung) 

Zielwert für Blutdruck zurück auf Ruhelevel 

3. Lokale Durchblutung in der Muskulatur sinkt 

4. Deaktivierung Sympathikus 

5. Herz Kreislauf Aktivität sink, Katecholamine sinken 

6. Feedback über Sensorsystem --> Ruhewerte 

Regulation lokal "intrinsisch" wie auch neuronal "extrinsisch"

In aktiven Muskulatur --> Durchblutung der Arteriolen lokal  durch: 

a. Veränderung der Sauerstoffkonzentration und Stoffwechselprodukten 

b. Blutdruck in den Arteriolen 

c.Aussschüttung von gefässerweiterten Metaboliten (Stickstoffmonoxid) 

stimuliert und gesteuert 

Kardiovaskuläre System muss Blutversorgung leiten, wo Bedarf ist. --> in der aktiven Muskulatur 

Steigerung Blutdruck + Herzminutenvolumen = grösseren Bllutfluss im Körper 

Blutversorgung zu verschiednen Organen über Symphatikus Aktivität reguliert. 

symphatische Stimulation führ in Gefässen zum Magendarm-Trakt, Nieren und Leber zu einer Vasokonstriktion. Wärend Effekt in der aktiven Muskulatur durch lokale Vasodilation überwunden wird und somit ein Grossteil (bis 80% bei Max. Belastung) des gesamten herminutenvolumens zur aktiven Muskulatur geleitet werden kann.