Analysis of temporal and disortive dissociations between muscle and pulmonary oxygen uptake kinetics during dynamic exercise: theoretical considerations and practical applications

Publikationen: Buch/BerichtWissenschaftliche Schrift zur Erlangung der Lehrberechtigung an Hochschulen und Universitäten.Forschung

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Die Sauerstoffaufnahme (_O2) ist eine wichtige physiologische Größe, die die Leistungsfähigkeit des aeroben Metabolismus repräsentiert. Die Analyse der _O2- Kinetiken kann mit Hilfe eines ganzheitlichen Ansatzes beschrieben werden, der vielfältige Aspekte der physiologischen Leistungsfähigkeit, dessen Beschreibung und Regulation, bei gegebenen internen (z. B. muskuläre Fitness) und externen (z. B. Umgebungstemperatur) Faktoren, beinhaltet.
Ansätze, die genutzt werden, um auf die muskuläre _O2 (_O2musc) anhand der am Mund gemessenen pulmonalen _O2(_O2pulm)-Kinetik zu schließen, sollten grundsätzlich mit Vorsicht betrachtet werden (z. B. STEP-Ansatz). Aufgrund der zeitverzögernden und verzerrenden Einflüsse des Herzkreislaufsystems (z. B. venöser Rückstrom, Herzzeitvolumen[ ]-Dynamiken), ist unklar, auf welche Weise die _O2pulm zeitlich verzögert und verzerrt ist. Es ist daher notwendig, die zeitlichen und verzerrenden Effekte des venösen Rückstroms und der -Dynamiken zwischen der _O2musc- und _O2pulm-Kinetik adäquat zu berücksichtigen, indem man die jeweiligen Einflüsse auf die am Mund gemessene _O2pulm aufzeigt. Dies ist z. B. durch die theoretische (in silico) und praktische (in vivo) Anwendung von Kreislaufmodellen mit einem dynamischen Belastungsprotokoll möglich (PRBS-Ansatz).
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es (a) den theoretischen Einfluss des venösen Rückstromes und der -Dynamiken auf die Dissoziation zwischen _O2musc und _O2pulm zu beurteilen, (b) praktische Anwendungen in der Leistungsphysiologie, Sportwissenschaft und der Medizin darzustellen, und (c) einen Überblick über weitere potentielle Anwendungsfelder des angewandten Verfahrens zu geben. Die Ergebnisse können wie folgt zusammengefasst werden, die bereits publiziert wurden:
(1) Theoretische und praktische Analysen weisen darauf hin, dass nicht-lineare Verzerrungen und zeitliche Dissoziationen zwischen _O2musc- und _O2pulm- Kinetiken vorliegen.
(2) Es konnte gezeigt werden, dass die _O2pulm-Kinetiken aufgrund des venösen Rückstroms bei unterschiedlichen Körperpositionen verändert sind (75°, 45°, -6°). Die _O2musc- und die Herzfrequenz-Kinetiken sind dabei nicht verändert.
(3) Der direkte Vergleich des STEP-Ansatzes mit dem PRBS-Ansatz, zeigt keinen systematischen Unterschied in der _O2musc-Kinetik. Aufgrund der großen Streuung der Daten ist eine Vorhersagbarkeit der _O2musc der beiden Verfahren deutlich eingeschränkt.
(4) Es konnte gezeigt werden, dass unterschiedliche PRBS-Leistungsamplituden, die die gleiche untere Leistungsstufe haben, keinen Unterschied in der _O2musc- und _O2pulm-Kinetik hervorrufen.
(5)Die Beurteilung der Leistungsfähigkeit von dynamischer Ober- und Unterkörperarbeit zeigt, dass sich die _O2musc-Kinetiken hinsichtlich der

Modalität unterscheiden, wobei die _O2pulm-Kinetiken nicht signifikant unterschiedlich sind. Zusätzlich konnte bei maximalen isokinetischen (konzentrisch-exzentrische) Belastungen zwischen Ober- (Arm) und Unterkörperarbeit (Bein) aufgezeigt werden, dass sich die Zeitpunkte der höchsten arteriovenösen Sauerstoffkonzentrationsdifferenzen (avDO2) signifikant zwischen Arm und Bein in den Erholungsphasen unterscheiden.
(6)Die Durchführung eines 6-wöchigen Ausdauertrainings (Intervall- und Dauermethode) zeigte keine Vorteile hinsichtlich einer Verbesserung der kardiorespiratorischen Kinetiken bezüglich der Trainingsmethoden. Jedoch wurde eine tendenzielle Verbesserung der _O2musc-Kinetiken als Interaktionseffekt gefunden, der vermuten lässt, dass Intervalltraining die _O2musc-Kinetiken beschleunigt.
(7) Der kurzfristige Aufenthalt in einer Klimakammer bei unterschiedlichen Umgebungstemperaturen (15°C, 25°C und 35°C) hat keinen Einfluss auf die _O2pulm- oder _O2musc-Kinetiken.
(8) Nach langfristigem Weltraumaufenthalt sind die _O2musc-Kinetiken verlangsamt, mit einhergehender Verringerung der maximalen _O2, was eine mögliche Verknüpfung der kapazitiven und regulierenden leistungsphysiologischen Systeme darstellt.
Die Unterscheidung von _O2musc- und _O2pulm-Kinetiken verdeutlicht, dass der venöse Rückstrom und die -Dynamiken einen deutlichen Einfluss auf die resultierende _O2pulm-Kinetik hat, der nicht vorhersagbar ist. Dies wiederum untermauert die Notwendigkeit zwischen _O2musc- und _O2pulm-Kinetiken zu unterscheiden. Die _O2pulm- Kinetiken sollten daher nicht (egal ob ganz oder teilweise) als Stellvertreter der _O2musc-Kinetiken angesehen werden, da es sonst zu Fehlinterpretationen kommen kann. Folglich sollten die -Dynamiken und der venöse Rückstrom grundsätzlich immer dann berücksichtigt werden, sobald _O2-Kinetiken analysiert und diskutiert werden.
Zukünftig kann die praktische Anwendung des Verfahrens auch für andere physiologische Parameter genutzt werden, das eine Beurteilung der Regulationseigenschaften des untersuchten physiologischen Systems erlaubt. Diesbezüglich ist das Verständnis des arteriellen Blutdruckverhaltens für Bluthochdruckpatienten hinsichtlich möglicher Trainingsempfehlungen von Interesse. Eine weitere Anwendung könnte zukünftige Mond- und Marsmissionen betreffen. Dabei könnte die Anwendung des aufgezeigten Ansatzes das PRBS-Belastungsprotokoll beinhalten, das als Intervalltrainingsmethode genutzt werden kann, um das kardiorespiratorische und mentale Leistungsvermögen bei längerfristigen Expositionen in der Schwerelosigkeit zu erhalten bzw. zu verbessern.
OriginalspracheDeutsch
ErscheinungsortKöln
Herausgeber/inDeutsche Sporthochschule Köln
Seitenumfang47
PublikationsstatusVeröffentlicht - 2018

Bibliographische Notiz

Kumulative Habilitation

ID: 5268016

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