Die Berge rufen Sportbegeisterte
Berge faszinieren nicht nur Wintersportler, sie sind auch ein von Sportphysiologen gut untersuchtes Thema. Vor den ersten erfolgreichen Besteigungen der höchsten Berge der Welt wurde viel geforscht, um festzustellen, ob es physikalisch überhaupt möglich wäre, diese hohen Gipfel zu erreichen.
Als ob das Klettern an sich nicht herausfordernd genug wäre, bieten hochgelegene Gebiete mehrere Faktoren, die den menschlichen Körper herausfordern. Je 150 Höhenmeter sinkt die Temperatur um ca. 1 Grad Celsius, die wärmste jemals gemessene Temperatur auf dem Gipfel des Mt. Everest liegt bei angenehmen minus 16 Grad Celsius. Der häufig angreifende Wind führt dazu, dass Windgeschwindigkeiten über 160 km/h ein häufiges Phänomen sind. Zusammen mit der Ozonkonzentration, der erhöhten Sonnenstrahlung und der Isolation von der Zivilisation ist die Höhenlage definitiv ein interessanter Bereich für Sportphysiologen.
Der wichtigste Grund, warum große Höhen eine so herausfordernde Umgebung darstellen, ist jedoch der Mangel an Sauerstoff (Hypoxie).
Können Sie sich an das Training in dünner Luft anpassen?
Im Gegensatz zur landläufigen Meinung ist die Zusammensetzung der Luft in extremer Höhe genau gleich, etwa 21 % Sauerstoff, 79 % Stickstoff und ein winziges bisschen Kohlendioxid. Der Luftdruck ist die Ursache für die verminderte Verfügbarkeit von Sauerstoff in der Höhe. Ähnlich wie beim Krafttraining spielt die Schwerkraft eine große Rolle. Einer der beiden Gründe, warum die Luft dünner wird, wenn Sie im Vergleich zum Meeresspiegel höher werden, ist die Tatsache, dass die Schwerkraft die Luft so nah wie möglich an der Erdoberfläche hält. Neben dem abnehmenden Luftdruck mit zunehmender Höhe nimmt die Anzahl der Moleküle mit zunehmender Höhe ab, was der zweite Grund dafür ist, dass die Luft weniger dicht ist.
Diese verringerte Verfügbarkeit von Sauerstoff in der Höhe führt natürlich zu weniger verfügbarem Sauerstoff, der in den Blutkreislauf ausgetauscht werden kann, und somit zu einer eingeschränkten Verfügbarkeit für das Gehirn, die Muskeln und alle anderen lebenswichtigen Organe. Der Körper kann sich anpassen und mit diesen Veränderungen fertig werden, je nach Länge und tatsächlicher Höhe, auf der Sie sich befinden. Faszinierenderweise ist die höchste Höhe, in der sich der Körper akut an die veränderte Umgebung anpassen kann, genau die gleiche wie der höchste Gipfel der Erde, zwischen 8 und 9000 Metern. Dies ist jedoch keine Anpassung, die der Körper lange aufrechterhalten kann, die Fähigkeit des Körpers, sich entsprechend den veränderten Bedürfnissen strukturell zu verändern, beträgt ca. 5500m. Höhen über 5500 gelten als extreme Höhen.
Dieser Blog wird sich nicht auf die extremen Höhen konzentrieren, sondern auf die strukturellen Veränderungen auf muskulärer Ebene, die sich aus einem längeren Aufenthalt in der Höhe ergeben, wo weniger Sauerstoff verfügbar ist.
Die Oxy-Hämoglobin-Dissoziationskurve
Das erste, was wir verstehen müssen, wenn wir über den Einfluss der Erhöhung auf die Sauerstoffversorgung im Muskel sprechen, ist die Oxy-Hämoglobin-Dissoziationskurve.
Nachdem Sie Sauerstoffmoleküle in Ihre Lungen eingeatmet haben, versuchen diese, sich an Hämoglobin in Ihrem Gefäßsystem zu binden. Ein Hämoglobin kann vier Sauerstoffmoleküle tragen, aber die Bindung dieses ersten Moleküls ist sehr schwierig. Die Bindung an Sauerstoff verändert die Konformationsstruktur des Hämoglobins und macht es anfälliger für die Bindung an das zweite, dritte und vierte Sauerstoffmolekül.Wenn der Sauerstoffpartialdruck im Blut (PO2 in mm Hg) ansteigt, binden mehr Sauerstoffmoleküle an Hämoglobin, wodurch die Sättigung von Sauerstoffhämoglobin erhöht wird. Dieser langsame Beginn und Anstieg der Sauerstoffbindung an Hämoglobinmoleküle flacht ab, wenn die maximale Menge erreicht wird das gebunden werden kann, erreicht ist. Eine weitere Erhöhung des Drucks führt dann zu einem geringfügigen Anstieg des gesättigten Hämoglobinspiegels.
Dieser Prozess des Transports und der Freisetzung von Sauerstoff wird durch die Oxy-Hämoglobin-Dissoziationskurve visualisiert. Auf der X-Achse haben wir den Sauerstoffpartialdruck im Blut PO2 in mm Hg und auf der Y-Achse die Sauerstoffsättigung des Hämoglobins. Beachten Sie, dass anders als die Gewebesättigung, die wir mit den Train.Red-Sensoren messen, wir das Muskelgewebe messen, wohingegen es hier um die Sauerstoffsättigung im Blut geht.
Wir wissen, dass die erste Bindung von Sauerstoff an Hämoglobin schwierig ist Die Anzahl der Bindungen nimmt zu, wenn mehr Moleküle mit zunehmendem Druck zu binden beginnen und die Kurve oben abflacht. Diese Sigmoid-Beziehung ist von großem informativen Nutzen, wenn wir die Auswirkung der Höhe untersuchen wollen.
Mit zunehmender Höhe sehen wir die Wirkung auf den Sauerstoffpartialdruck und die prozentuale Sättigung von Hämoglobin. Die Kurve ist bis 1500m relativ flach und die Hämoglobinsättigung beginnt erst ab ca. 3000m.
Wie geht unser Körper damit um?
Um mit der verringerten Verfügbarkeit von Sauerstoff fertig zu werden, steigen Ihre Herz- und Atemfrequenz. Diese Reaktion der ersten Linie nimmt im Laufe der Zeit allmählich ab, je länger Sie in der Höhe bleiben. Ihre Sauerstoffdiffusion zwischen Lungen- und Gefäßsystem verbessert sich und nach ca. 1 Jahr in der Höhe ist die Hyperventilation komplett weg. Diese verbesserte Lungenfunktion ist jedoch nicht der Grund für ernsthafte Athleten, in Höhenlager zu gehen, der Hauptgrund ist jedoch die erhöhte Produktion von roten Blutkörperchen im Körper. Rote Blutkörperchen enthalten viel Hämoglobin, was natürlich für den Transport und die Freisetzung von Sauerstoff von Vorteil ist. Die erhöhte Hämatokritkonzentration und die erhöhte Hämoglobinkonzentration haben einen Nachteil, nämlich die erhöhte Viskosität des Blutes. Dies kann zu einem verminderten Blutrückfluss zum Herzen führen.
Ihre Nieren spielen eine wichtige Rolle bei der Neutralisierung von Säuren, die während hochintensiver Trainingseinheiten entstehen Nieren sind nicht akklimatisiert.
Auf muskulärer Ebene
gibt es vier strukturelle Hauptveränderungen aufgrund der Höhe- erhöhte Kapillarisierung
- erhöhte Myoglobinkonzentration
- erhöhte Anzahl von Mitochondrien
- erhöhte Anzahl an mitochondrialen Enzymen.
Mit unseren NIRS-Sensoren messen wir die Oxy-Hämoglobin-Konzentration direkt im Muskel, diese vier strukturellen Veränderungen wirken sich direkt auf Ihr NIRS-Signal und Ihre Messwerte aus.
Es gibt mehrere Veröffentlichungen, die die Muskeloxygenierung während akuter Hypoxie untersuchen, aber es fehlt an Forschung im Bereich struktureller Veränderungen. Es gibt ein paar Dinge, die wir daraus ableiten können, aber eine erhöhte Kapillarisierung hat einen direkten Einfluss auf die absolute Sauerstoffmenge in Ihrem Muskelgewebe. Durch die erhöhte Kapillarisierung wird mehr Blut zu Ihrem Muskel transportiert und somit steht mehr Sauerstoff zur Verfügung. Aus technischer Sicht wird mehr Licht, das von unseren Sensoren in Ihren Körper übertragen wird, von Oxy bzw. Desoxyhämoglobin absorbiert. Die relativen Konzentrationsänderungen werden durch diese absolute Änderung nicht beeinflusst, aber die Amplitude Ihres Signals kann aufgrund der erhöhten Verfügbarkeit etwas größer sein. Diese Veränderungen werden am auffälligsten in Ihrem Gesamthämoglobin und der Hämoglobindifferenz sein.Die relative Menge an Oxyhämoglobin gegenüber der Gesamthämoglobinkonzentration wird nach der Akklimatisierung in der Höhe etwas höher sein, sodass die Sauerstoffsättigung in Ihrem Muskelgewebe wahrscheinlich zunehmen wird
Die erhöhte Myoglobinkonzentration, die Anzahl der Mitochondrien und die Anzahl der mitochondrialen Enzyme werden dies tun haben einen Einfluss auf den Sauerstoffaustausch an den Muskelzellen. Diese Änderung ist in Ihren Messwerten als De- und Reoxygenierungsrate während einer Aktivität sichtbar.
In unserem nächsten Blog gehen wir auf die Forschung ein, die zum Einfluss einer akuten Hypoxie auf die Muskeloxygenierung durchgeführt wurde. Es wird ein Vergleich zwischen maximalen Belastungstests auf Meereshöhe und in der Höhe sowie der Vergleich zwischen vollständig angepassten Menschen (Sherpas) und Freizeitbergsteigern durchgeführt.
