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Physiologische Auswirkungen des High Intensity Interval Trainings

Hausarbeit (Hauptseminar) 2015 19 Seiten

Gesundheit - Sport - Bewegungs- und Trainingslehre

Leseprobe

Inhalt

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

1 Einleitung

2 Fragestellung

3 Definition HIIT

4 Auswirkungen von HIIT bei Freizeitläufern
4.1 Ionenregulation
4.2 Anpassung des Energiestoffwechsels
4.2.1 Mitochondriale Biogenese
4.2.2 Erhöhung zentraler Enzyme beider metabolischer Systeme
4.3 Anpassung der pH-Regulation
4.4 Anpassung der Blutversorgung

5 Auswirkungen bei trainierten Läufern

6 Diskussion

7 Literaturverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Abb.1. Trainingsbedingte Veränderung des intramuskulären Ionentransports. Weiße Balken stellen die Werte des SET dar, schwarze die des ST. Besonders wichtig der signifikante Unterschied der beiden Trainingsarten bei dem Na+/H+ Austauscher (NH1) sowie der erhöhten Enzymaktivität der Na+-K+-ATPase. Angegeben ist hier die relative Veränderung nach der Trainingsintervention zum Ausgangswert. #Signifikanzunterschied zwischen den Trainingsarten (P<0.05); §Signifikanzunterschied (P<0.05) von PRE und POST (Mohr et al.,2006).

Abb. 2. B: PGC-1alpha Gehalt gemessen am Vorkommen in der Muskelzelle. Es wurde eine Muskelbiopsie am Vastus Lateralus PRE, POST, 3 Stunden nach Training und 24 Stunden nach Training durchgeführt. C: PGC-1alpha Gehalt gemessen am Vorkommen im gesamten Muskel. Erhoben PRE, POST, 3 Stunden nach Training und 24 Stunden nach Training. *P<0.05 vs. PRE. (Gibala et al., 2010)

Abb. 3. Vereinfachtes Model des Adenosin Monophosphate Kinase (AMPK) und des Kalzium-calmodulin Kinase (CaMK) Signalwegs zur Aktivierung von PGC-1alpha und dessen physiologische Auswirkungen (GLUT4, Glukose Transpoert 4). HIIT scheint diesen „Haupthebel“ eher über den AMPK Signalweg aktivieren, während HVT wahrscheinlicher über den CaMK Signalweg agiert. Beide führen zu den gleichen Anpassungen (Laursen, 2010).

Abb. 4. Betamin in vitro angegeben in µmol H+*g^-1*pH^-1 für INT (HIIT) und CON (HVT). Werte sind im Durchschnitt zu sehen. *Signifikanz zwischen PRE und POST; § Signifikanz zwischen den Gruppen (P<0,05). (Edge, Bishop, & Goodman, 2006

Abb. 5. Prozentualer Unterschied der VO2max (L*min^-1) und des Schlagvolumens (mL*Herzschlag^-1) der unterschiedlichen Gruppen von PRE zu POST. Dargestellt sind die Mittelwerte mit Standardabweichung. *P<0,05; **P<0,01; ***P<0,001. (Helgerud et al., 2007)

Tabellenverzeichnis

Tab. 1 Enzymatische Aktivität der Muskelbiopsieprobe bei PRE und POST. Werte sind im Durchschnitt und der Einheit µmol*min^-1*g^-1 angegeben. (CK Creatinkinase, PFK Phosphofructokinase, LDH Lactat-Dehydrogenase, HADH Acyl-CoA-Dehydrogenase, CS Citratsynthase). * (P<0,05); ** (P<0,01). ( Rodas et al., 2008)

Tab. 2Modifizierte Version der Übersichtstabelle von Wahl et al. (2010). Gezeigt werden Studien, die HIIT-Protokolle bei gut trainierten Läufern (VO2max > 60ml/min/kg-1) untersuchten. + signifikanter Anstieg, - signifikanter Abfall; Tlim: Zeit bis zur Erschöpfung; vmax: Geschwindigkeit bei VO2max.

Fabian Thomas

Physiologische Auswirkungen des High Intensity Interval Trainings

1 Einleitung

Immer wieder versucht die Fitnessindustrie bereits bekannte Trainingsprinzipien aus der Fachwelt des Sports als den neusten Schrei aus der Wissenschaft an die Fitness- und Breitensportler zu verkaufen. Zum Beispiel ist die Kugelhantel (Kettleball) als Trainingsgerät bei Kraftsportlern bereits seit Ende des 19. Jahrhunderts bekannt. Schon der deutsche Kraftsportler Arthur Saxon, geb. 28.04.1878, verwendete diese in seinem Training (Saxon, 2010).

So geschieht es derzeit mit dem Prinzip des High Intensity Training (Kraftsport) bzw. des High Intensity Interval Training (Ausdauersport). Die Fitnessindustrie redet von einem „revolutionären Wirkgeheimnis“ und behauptet „mit selbst nur 60 Minuten wöchentlichem Zeitaufwand können Sie nachhaltig kräftiger, schlanker und ausdauernder werden!“ bzw. „mit HIT zünden Sie also den Fatburn-Turbo!“ (vgl. http://www.fitforfun.de/workout/fitness/hit-training-fit-in-1-stunde_aid_10271.html, http://www.fitforfun.de/sport/laufen/lauftipps/lauftrainingsplan-dieses-training-ist-der-hit_aid_11001.html ), soweit das Versprechen.

Auch wenn intensive Belastungen prinzipiell nicht neu sind, so ist mit dem High Intensity (Interval) Training (HIIT) eine derartige Methode in recht kurzer Zeit auch vehement in die internationale wissenschaftliche Diskussion gekommen (Wahl, Hägele, Zinner, Bloch, & Mester, 2010). Der Namensgeber vieler Trainingsprogramme die in der Wirtschaft verkauft werden, Izumi Tabata, untersuchte 1996 den Trainingseffekt seines HIIT-Programmes bei olympischen Eisschnellläufern und konnte erstaunliche Verbesserungen der VO2max sowie der aeroben und anaeroben Kapazität feststellen (Tabata et al., 1996).

Traditionell werden die Trainingspläne von Läufern so gestaltet, dass in der Vorbereitungsphase eher hochvolumig , also mit Dauerläufen (HVT) trainiert wird, gefolgt von einer zweiten Phase, die eher von Sprinteinheiten dominiert ist. Als theoretische Grundlage gehen Trainer davon aus, dass HVT Einheiten Adaptionen im Bereich des aeroben Metabolismus hervorruft (Henriksson, 1996), wohingegen Sprinteinheiten sowie Tempoläufe die Konzentration von energiereichen Substraten und die Aktivität des anaeroben Metabolismus verbessern (Cadefau et al, 1990).

Tabata et al. (1996) konnte jedoch mit seinem IE6-Protokoll (8x-20 Sek. Sprinten bei 170% der VO2max mit 10 Sekunden aktive Regeneration) enorme Zuwächse beider metabolischen Systeme und der VO2max der Athleten messen. Doch wie kann ein Training bei 170% der VO2max solche Adaptionen hervorrufen? Welche physiologischen Wirkmechanismen setzt HIIT in Gang, und sind diese mit denen eines High-Volume Trainings (HVT) vergleichbar?

Mehrere Autoren setzten sich mit dieser Thematik auseinander, maßen unterschiedliche physiologische Adaptionen nach einem HIIT Training, die vergleichbar mit einem HVT Training sind, oder diese noch übersteigen (Wahl et al., 2010).

2 Fragestellung

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit molekularen und zellulären Anpassungsprozessen bzw. den physiologischen Wirkungsmechanismen durch HIIT. Um die physiologischen Auswirkungen von HIIT aufzuzeigen, werden die Ergebnisse verschiedener Studien verwendet. Zudem werden HIIT und HVT Programme bei Freizeit- und Breitensportlern als auch bei Leistungssportlern verglichen und die Unterschiede hinsichtlich ihrer Wirkungsweisen dargestellt.

3 Definition HIIT

Nach Laursen & Jenkins (2002):

„High Intensity Interval Training (HIIT) can be broadly defined as repeated bouts of short to moderate duration exercise (i.e. 10 seconds to 5 minutes) completed at an intensity that is greater than the anaerobic threshold. Exercise bouts are separated by brief periods of low-intensity work or inactivity that allow a partial but often not a full recovery. The purpose of HIIT is to repeatedly stress the physiological systems that will be used during a specific endurance-type exercise to a greater extent than that which is actually required during the activity.“

Nach Wahl et al. (2010):

„HIT beinhaltet sich wiederholende intensive Belastungsphasen mit einer Intensität von 90–100% der VO2max und einer Dauer von 30–300 sec, die durch Erholungsphasen von gleicher, kürzerer oder längerer Dauer und niedrigerer Intensität unterbrochen werden.“

4 Auswirkungen von HIIT bei Freizeitläufern

Das Thema HIIT ist aufgrund der hohen Trainingsintensitäten nicht nur für den Leistungssport von großer Bedeutung, sondern weist auch hohe Relevanz im Bereich des Breitensports, sowie in der Prävention und Rehabilitation auf. Dies ist auf neuere Studien (Daussin et al, 2008; Gibala et al, 2006; Helegrund et al, 2007) zurück zu führen, die zeigen, dass HIIT vergleichbare bzw. größere Erfolge und Anpassungen, in geringerer Trainingszeit erzeugt, als das klassische Ausdauertraining (Wahl et al., 2010).

Da als Hauptargument für geringe körperliche Aktivität häufig das Fehlen von Zeit angeführt wird (Booth, Bauman, Owen, & Gore, 1997), könnte diese Trainingsform schon allein aus Gründen der Zeitersparnis für den Freizeitsport und die Prävention äußerst attraktiv sein. Dies steht im Gegensatz zu traditionellen Trainingsrichtlinien, die moderate bis mittel-intensive aerobe Belastungen von 45 bis 90 min Länge empfehlen (Tegtbur, 2000).

4.1 Ionenregulation

Mohr et al. (2006) untersuchten die Effekte zweier Trainingsintensitäten auf den Ionentransport innerhalb der Muskelzelle und die damit zusammenhängende muskuläre Ermüdung. Die erste Gruppe ST (n=6) praktizierte Sprinttraining (15x 6 Sek 95% submaximale Sprints, 1-Minute aktive Pause), die zweite Gruppe SET (n=7) absolvierte Tempoläufe SET (8x30 Sek. Laufen bei 130 % der VO2max, 90 Sekunden aktive Pause). Es zeigte sich, dass das SET-Training eine höhere K+ sowie Lactat/H+ Anhäufung auslöst. Außerdem konnte das SET Training die Menge an Na/K ATPase- und Na/H+-Austauscher in der Muskelzelle erhöhen (Abb.1)

Diese Veränderungen führten zu einer erhöhten K+-Wiederaufnahme in die Skelettmuskulatur und zu einer geringeren K+-Akkumulation im Interstitium (Zwischengewebe), was die Ermüdung während der Belastung verzögerte.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb.1. Trainingsbedingte Veränderung des intramuskulären Ionentransports. Weiße Balken stellen die Werte des SET dar, schwarze die des ST. Besonders wichtig der signifikante Unterschied der beiden Trainingsarten bei dem Na+/H+ Austauscher (NH1) sowie der erhöhten Enzymaktivität der Na+-K+-ATPase. Angegeben ist hier die relative Veränderung nach der Trainingsintervention zum Ausgangswert. #Signifikanzunterschied zwischen den Trainingsarten (P<0.05); §Signifikanzunterschied (P<0.05) von PRE und POST (Mohr et al.,2006).

4.2 Anpassung des Energiestoffwechsels

4.2.1 Mitochondriale Biogenese

Im Gegensatz zu der bisher weit verbreiteten Meinung, dass nur niedrigintensives umfangreichesTraining Anpassungen des oxidativen Stoffwechsels hervorruft, kommt es offensichtlich auch durch hochintensives Training zu solchen Anpassungen (Wahl et al, 2010).

Gibala et al. (2010) zeigten dass es zu sofortiger, signifikanter Erhöhung der AMP-aktivierte Proteinkinase (AMPK) nach 4x 30s „all-out“ Sprints (4 Minuten passive Pause) auf dem Fahrradergometer kommt. Dies führte dazu, dass es 3 Stunden nach dem Training innerhalb der Muskelzelle zu einem zweifachen Anstieg des Proteins PGC-1alpha, das für viele als „Haupthebel“ für die mitochondriale Biogenese gilt, kam. Eine weitere Muskelbiopsie am Vastus Lateralus zeigte eine erhöhte PGC-1alpha Konzentration nach 24 stündiger Regeneration (Abb.2).

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 2. B: PGC-1alpha Gehalt gemessen am Vorkommen in der Muskelzelle. Es wurde eine Muskelbiopsie am Vastus Lateralus PRE, POST, 3 Stunden nach Training und 24 Stunden nach Training durchgeführt. C: PGC-1alpha Gehalt gemessen am Vorkommen im gesamten Muskel. Erhoben PRE, POST, 3 Stunden nach Training und 24 Stunden nach Training. *P<0.05 vs. PRE. (Gibala et al., 2010)

Das Protein PGC-1alpha aktiviert neben der mitochondrialen Biogenese auch noch die Bildung von Typ 1 Muskelfasern, die Vermehrung des Glukose Transporters GLUT4 als auch der Glykogenspeicher innerhalb der Muskelzelle, und führt zu einer Verbesserung des Fettstoffwechsels. Dies sind Anpassungserscheinungen, die traditionell dem HVT zugeschrieben werden. Coffey & Hawley (2007) gehen davon aus, dass insgesamt vier primäre Signalwege für physiologische Anpassungsprozesse beim sportlichen Training existieren. Erstens die mechanische Beanspruchung des Muskels, zweitens die Erhöhung von Sauerstoffradikalen, drittens die erhöhte Konzentration von Kalzium innerhalb der Muskelzelle und viertens die verringerte ATP-Konzentration nach der Belastung.

Laurens (2010) nimmt an, dass HIIT das Protein PGC-1alpha über den vierten Signalweg, also eine stark verringerte Konzentration von ATP, aktiviert. HVT hingegen erreicht eine Aktivierung über eine erhöhte Konzentration von Kalzium (Abb. 7). Gibala et al. (2009) maßen eine Erhöhung des Proteins PGC-1alpha in Kombination mit AMPK, ohne vergrößerte Konzentrationen von Kalzium innerhalb der Muskelzelle, was für die These von Laurens (2010) spricht.

4.2.2 Erhöhung zentraler Enzyme beider metabolischer Systeme

Die Trainingsziele des Ausdauer- und Sprinttrainings unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Wirkung auf den Körper und deren Energiebereitstellung während der Belastung. Ausdauertraining bewirkt zentrale Anpassungen des aeroben Metabolismus (verbesserter Fettstoffwechsel, höhere Sauerstoffaufnahme usw.). Es wird volumenorientiert unterhalb der anaeroben-aeroben Schwelle trainiert (Henriksson, 1996). Sprinteinheiten und schnelle Tempoläufe induzieren Anpassungsprozesse des anaeroben Metabolismus (Vergrößerung der Kreatinspeicher, Glykogenspeicher usw.). Es wird überwiegend in Intervallen mit langen Pausen trainiert (Cadefau et al., 1990).

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Details

Seiten
19
Jahr
2015
ISBN (eBook)
9783656880929
ISBN (Buch)
9783656880936
Dateigröße
602 KB
Sprache
Deutsch
Katalognummer
v287696
Institution / Hochschule
Johannes Gutenberg-Universität Mainz – Institut für Sportwissenschaft
Note
Schlagworte
physiologische auswirkungen high intensity interval trainings

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Titel: Physiologische Auswirkungen des High Intensity Interval Trainings