Zwei der wichtigsten Funktionen des Herz-Kreislauf-Systems sind:
1. Transport von Nährstoffen, Hormonen, Gasen und Abfallstoffen zu und von den Zellen.
2. Regulierung der Körpertemperatur und Aufrechterhaltung des Flüssigkeitshaushalts.
Wenn wir Sport treiben, werden diese Funktionen stärker beansprucht, da die arbeitenden Muskeln mehr Sauerstoff und Nährstoffe als normal benötigen, mehr Abfallprodukte produzieren und mehr Wärme erzeugen.
Das Ausmaß der kardiovaskulären Reaktion wird durch die Anforderungen bestimmt, die durch den Trainingsreiz gestellt werden, je größer die Anforderungen, desto größer die Reaktion. Das Herz-Kreislauf-System besteht im Wesentlichen aus zwei Teilen – dem Herzen (kardial) und den Blutgefäßen (vaskulär). Auf dieser Seite konzentrieren wir uns auf die Reaktionen des Herzens auf Bewegung.
Herzleistung (Q), Herzfrequenz (HR) und Schlagvolumen (SV):
Das Herzzeitvolumen bezieht sich auf die Gesamtmenge an Blut, die vom Herzen ausgestoßen wird, und wird normalerweise in Litern pro Minute gemessen. Die Herzfrequenz gibt an, wie oft das Herz schlägt, und wird ebenfalls pro Minute gemessen. Das Schlagvolumen bezieht sich auf die Blutmenge, die das Herz bei jedem Schlag ausstößt. Das Herzzeitvolumen ist also ganz einfach das Produkt aus Herzfrequenz und Schlagvolumen.
Die Herzfrequenz steigt linear an, wenn die Intensität der Belastung zunimmt. Dies wird in der nebenstehenden Grafik veranschaulicht, die zeigt, wie die Herzfrequenz (in Schlägen pro Minute – bpm) ansteigt, um den zunehmenden Anforderungen des Gehens, Joggens und Laufens zu entsprechen.
Es ist auch erwähnenswert, dass die Herzfrequenz bereits vor jeder Art von Bewegung ansteigt – allein der Gedanke an Bewegung reicht aus, um eine Reaktion der Herzfrequenz auszulösen.
Diese anfängliche Reaktion dient lediglich dazu, den Körper auf die Aktivität vorzubereiten, und wird vom sympathischen Teil des autonomen (unwillkürlichen) Nervensystems gesteuert.
Das Schlagvolumen steigt ebenfalls an, wenn eine Person mit dem Training beginnt, und nimmt mit zunehmender Intensität der Aktivität weiter zu. Dies wird in der nebenstehenden Grafik des Schlagvolumens durch den Anstieg zwischen Stehen, Gehen und Joggen verdeutlicht. Dieser Anstieg ist in erster Linie auf ein größeres Blutvolumen zurückzuführen, das zum Herzen zurückkehrt.
Sie werden auch feststellen, dass das Schlagvolumen im Liegen und in geringerem Maße im Sitzen höher ist als im Stehen. Das liegt daran, dass es für das Blut viel einfacher ist, zum Herzen zurückzukehren und es zu füllen, wenn eine Person liegt und sitzt, da die Wirkung der Schwerkraft auf den Blutfluss in diesen Positionen nicht so groß ist.
Der Anstieg des Schlagvolumens hält jedoch nur bis zu einem gewissen Punkt an. Sobald die Intensität der Übung 50-60 % der maximalen Herzfrequenz einer Person übersteigt, hört das Schlagvolumen auf zu steigen, wie in der Grafik mit den ähnlichen Schlagvolumina beim Joggen und Laufen gezeigt wird.
Das liegt vor allem daran, dass die ebenfalls gestiegene Herzfrequenz dem Herzen nicht mehr genügend Zeit lässt, sich zwischen den einzelnen Herzschlägen zu füllen.
Die Herzleistung steigt linear mit zunehmender Intensität der Belastung bis zur Erschöpfung. Dies geschieht als direkte Folge der Reaktion der Herzfrequenz und des Schlagvolumens auf die Belastungsintensität.
Der Anstieg des Herzzeitvolumens bei Intensitäten bis zu 50-60 % der maximalen Herzfrequenz einer Person ist auf die Zunahme der Herzfrequenz und des Schlagvolumens zurückzuführen.
Bei einer Trainingsintensität von mehr als 60 % der maximalen Herzfrequenz ist der Anstieg des Herzzeitvolumens ausschließlich auf die Erhöhung der Herzfrequenz zurückzuführen.
Wie hoch kann die Herzfrequenz steigen, bevor sie ihre maximale Rate erreicht?
Es gibt eine einfache Formel, die in der Fitnessbranche häufig verwendet wird, um die maximale Herzfrequenz (HR Max) einer Person zu schätzen.
Die maximale Herzfrequenz ist in der nebenstehenden Grafik dargestellt. Die Herzfrequenz steigt linear mit zunehmender Intensität (in diesem Fall die Geschwindigkeit des Laufbands) bis zu einem Punkt (etwa 185 Schläge pro Minute im Diagramm), an dem die maximale Herzfrequenz erreicht ist und nicht weiter ansteigt.
Die Intensität, die erforderlich ist, um die maximale Herzfrequenz zu erreichen, ist für alle Menschen relativ. Zum Beispiel kann eine untrainierte Person ihre maximale Herzfrequenz beim Joggen mit 8 km/h erreichen, während eine fitte Person ihre maximale Herzfrequenz beim Laufen mit 20 km/h erreicht.
Es ist wichtig, dies bei der Gestaltung von Programmen für Kunden zu berücksichtigen – was für Sie eine leichte Intensität zu sein scheint (z. B. Joggen mit 10 km/h auf einem Laufband), kann jemanden, der neu im Sport ist, buchstäblich „umbringen“!
Herzfrequenzen und Trainingsintensität
Da die Herzfrequenzen (und die Intensitäten, die erforderlich sind, um bestimmte Herzfrequenzen zu erreichen) von Mensch zu Mensch sehr unterschiedlich sind, verwenden viele Trainer die Skala „Bewertung der wahrgenommenen Anstrengung“ (RPE), um die Trainingsintensität mit ihren Kunden zu messen und festzulegen.
Die RPE-Skala (siehe nebenstehende Abbildung) ist eine einfache Skala von 1 bis 10, auf der der Kunde die Intensität der Übung danach bewertet, wie schwer sie sich für ihn anfühlt.
Wenn Sie einem neuen, untrainierten Kunden ein Radfahrtraining mit niedriger bis mittlerer Intensität vorgeben und er das Training mit 7 bewertet, würde das bedeuten, dass Sie die geplante Intensität überschritten haben (und möglicherweise auch, dass Ihr Kunde damit nicht zurechtkommt)!
Die RPE-Skala ist ein einfaches, „kundenfreundliches“ Mittel, um die Intensität entsprechend den Rückmeldungen des Kunden zu messen und dem Kunden Hinweise auf die Intensität zu geben, mit der er trainieren sollte.
Welche Anweisung, glauben Sie, würde ein Kunde leichter verstehen – „joggen Sie 30 Minuten lang mit einer Intensität von 3/10, die Sie als ‚leicht‘ empfinden“, oder „joggen Sie 30 Minuten lang mit einer Herzfrequenz zwischen 120 und 135 Schlägen pro Minute“?
Herzfrequenzreaktion auf aerobes Training
Wenn die Intensität der Übung konstant bleibt (d.h. 50 % der maximalen Herzfrequenz einer Person oder ein RPE von 5 während der gesamten Zeit), dann wird die Herzfrequenz ansteigen, bis sie den so genannten „Steady State“ erreicht, wo sie relativ konstant bleibt, da das Herz-Kreislauf-System den Anforderungen, die die Übung an es stellt, gerecht wird.
Der Steady State ist in der nebenstehenden Grafik an dem Punkt dargestellt, an dem die Herzfrequenz nach einem anfänglichen Anstieg in den ersten Minuten des Trainings abflacht. Um einen stabilen Zustand zu erreichen und aufrechtzuerhalten, muss die Intensität der Übung konstant bleiben.
Das Diagramm zeigt auch, wie die Herzfrequenz nach Beendigung der Übung auf den Ruhewert zurückkehrt. Je intensiver das Training ist, desto länger dauert es, bis die Herzfrequenz wieder den Ruhewert erreicht.
Wenn die Intensität der Übung schwankt, schwankt auch die Herzfrequenz. Dies ist der Fall, wenn Arbeitsperioden mit hoher Intensität von Perioden mit geringerer Intensität unterbrochen werden. Wenn die Intensität steigt, steigt auch die Herzfrequenz, und wenn die Intensität sinkt, steigt auch die Herzfrequenz.
Das folgende Diagramm zeigt, wie die Herzfrequenz einer Person während eines Laufs über 11 Meilen in unterschiedlichem Terrain schwankt.
Sie werden feststellen, dass der Läufer bei der 4,5-Kilometer-Marke seine Geschwindigkeit deutlich erhöht hat, was zu dem größten Anstieg der Herzfrequenz führt. Der Rückgang der Herzfrequenz bezieht sich auf die Verringerung des Tempos und die leichteren (bergab führenden) Abschnitte des Laufs.
Herzfrequenzreaktion auf anaerobes Training
Das Training für Kraft, Schnelligkeit und Leistung konzentriert sich auf die Energie aus den anaeroben Energiesystemen.
Die Arbeitsperioden oder „Sätze“ sind typischerweise kurz (5 – 30 Sekunden), die Intensität ist sehr hoch (8-10/10 RPE) und die Ruhephasen sind im Vergleich dazu lang (≥ 2-3 Minuten).
Aufgrund der kurzen Arbeitsperiode und der Nutzung von Energie aus anaeroben Stoffwechselwegen steigt die Herzfrequenz nicht signifikant an und zeigt daher nur einen moderaten Anstieg während jeder Arbeitsperiode.
Sie kehrt außerdem während jeder Ruhephase auf ein annähernd gleichbleibendes Niveau zurück und erreicht innerhalb weniger Minuten nach Beendigung des Trainings wieder den normalen Wert.
Bei dieser Art von Training dient das Herz-Kreislauf-System hauptsächlich dazu, die anaeroben Energiesysteme wieder aufzufüllen, und wird daher nur geringfügig stimuliert.
Die Herzfrequenzreaktion wird größer, wenn die Dauer jeder Arbeitsperiode/jedes Satzes zunimmt (≥ 30 Sekunden) und die Erholungszeit kürzer wird (≤ 1 Minute).
Dies ist insbesondere beim Training der Muskelhypertrophie, der muskulären Ausdauer und der anaeroben Fitness zu beobachten, wo das Herz-Kreislauf-System stärker gefordert ist, um die Ansammlung von Abfallprodukten (CO2 und Laktat) zu beseitigen.
Bei diesen Trainingsarten steigt die Herzfrequenz an und erreicht am Ende jeder Arbeitsperiode/jedes Satzes ihren Höhepunkt.
Die Spitzenwerte sind bei einem Training, das auf die muskuläre Ausdauer und die anaerobe Fitness ausgerichtet ist (längere Arbeitsperioden und weniger Erholungszeit zwischen den einzelnen Arbeitsperioden/Sätzen), größer.
Da beim Training der muskulären Ausdauer und der anaeroben Fitness weniger Erholungszeit zwischen den Arbeitsperioden/Sätzen zur Verfügung steht, neigt die Herzfrequenz dazu, während des gesamten Trainings schrittweise anzusteigen und am Ende jedes Satzes Spitzenwerte zu erreichen.
Deshalb dauert es länger (20-40 Minuten), bis die Herzfrequenz und das Schlagvolumen am Ende des Trainings wieder normale Ruhewerte erreichen.
Das liegt daran, dass das Herz-Kreislauf-System stärker gefordert ist, größere Mengen Blut aus den arbeitenden Muskeln zu befördern, das Blut zu den lebenswichtigen Organen zurückzuführen und die Ansammlung von Abfallprodukten (Laktat & CO2) zu beseitigen.
Dieser verlängerte Anstieg der Herzfrequenz nach dem Training wird als „EPOC“ (exzessiver Sauerstoffverbrauch nach dem Training) bezeichnet. Die Herzfrequenz bleibt nach dieser Art von Training im Wesentlichen länger erhöht, um das angesammelte Laktat zu verstoffwechseln und den Körper in die Homöostase zurückzuführen.
Ein Training, bei dem die Herzfrequenz länger erhöht bleibt, hat den zusätzlichen Vorteil, dass mehr Kalorien verbrannt werden.
Ein Muskelhypertrophie-Training und in höherem Maße auch ein muskuläres Ausdauer- und anaerobes Fitnesstraining können also als Training angesehen werden, das auch nach dem Training noch anhält – und das sicherlich für diejenigen von Vorteil ist, die unerwünschte Fettreserven loswerden wollen!