Das Herz-Kreislauf- und Atmungssystem ist so miteinander verknüpft, dass das eine ohne das andere nicht funktionieren kann. Diese beiden Systeme arbeiten zusammen, um den Stoffwechsel in allen Systemen des Körpers durch Sauerstoffzufuhr und Abfallentsorgung zu ermöglichen.
Sauerstoffverbrauch
Der Sauerstoffverbrauch, abgekürzt VO2, ist ein Maß für die Sauerstoffmenge, die der Körper verbraucht. VO2, wie von Dr. Benjamin Levine beschrieben, basiert auf der Fick-Gleichung, die besagt, dass der Sauerstoffverbrauch vom Produkt der Sauerstoffabgabe und -extraktion abhängt. Die Sauerstoffextraktion berücksichtigt die Menge an Sauerstoff im arteriellen Blut, die zu metabolisch aktivem Gewebe geschickt wird, und die Menge an Sauerstoff im venösen Blut, die zum Herzen zurückgeführt wird. Der Unterschied im arteriellen Sauerstoffgehalt und im venösen Sauerstoffgehalt bestimmt die Menge an Sauerstoff, die von dem Gewebe verwendet wurde. Die Sauerstoffabgabe ist andererseits ein Maß für die Herzfunktion, speziell für die Herzleistung. Die Herzleistung bestimmt die Menge an Blut, die bei jedem Herzschlag aus dem Herzen gepumpt wird. Die Herzleistung ist das Produkt der Herzfrequenz und des Schlagvolumens oder der pro Schlag gepumpten Blutmenge.
Laut Levine ist der Sauerstoffverbrauch in einem größeren Ausmaß durch die Sauerstoffabgabe als durch die Sauerstoffextraktion begrenzt. Dies legt großen Wert auf das Zusammenspiel von VO2 und Herzfrequenz und betont die Bedeutung der Interaktion zwischen Herz-Kreislauf- und Atmungssystemen.
Steigender Verbrauch
"Physiologie von Sport und Bewegung" besagt, dass jeder Mensch den gleichen Sauerstoffverbrauch in Ruhe pro Körpergewicht hat. Wenn sich jedoch ein Individuum von einem Ruhezustand in einen Trainingszustand bewegt, benötigt der Körper mehr Sauerstoff für Stoffwechselprozesse, um mit dem Energiebedarf Schritt zu halten. Wenn sich der Körper von Ruhe zu Bewegung bewegt, beginnt die Herzfrequenz stetig zu steigen. Diese kardiovaskuläre Antwort ermöglicht eine schnellere Sauerstoffversorgung des Arbeitsgewebes, beispielsweise der Skelettmuskulatur, wodurch der Sauerstoffverbrauch erhöht wird.
Sinkender Sauerstoffverbrauch
Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems neigen dazu, einen Rückgang des Sauerstoffverbrauchs zu verursachen, der die Fähigkeit eines Individuums einschränkt, sich körperlich zu betätigen. Die Art der Herzinsuffizienz verhindert beispielsweise, dass das Herz die Herzfrequenz angemessen erhöht. Ohne die Erhöhung der Herzfrequenz ist die Sauerstoffzufuhr und somit der Sauerstoffverbrauch begrenzt. Der Begründer des Weber Heart Failure Classification Systems, Dr. Karl Weber, hat gezeigt, dass bei schwerer Herzinsuffizienz die Sauerstoffextraktion verstärkt wird, um den Rückgang der Sauerstoffzufuhr auszugleichen. Diese Forschung unterstreicht die wichtige Beziehung zwischen Sauerstoffverbrauch und den Faktoren der Sauerstoffabgabe.
Elite-Athleten
Während Übung allgemein die Sauerstoffabgabe erhöht, ist es möglich, dass das Herz-Kreislauf-System das Atmungssystem übertrifft. Die von Dr. Scott Powers in "Sports Medicine" veröffentlichte Studie untersucht die Auswirkungen einer zu hohen Herzfrequenzsteigerung. Wenn das Blut sehr schnell durch die Lungen strömt, hat der Sauerstoff wenig Zeit, die Lunge zu verlassen und ins Blut zu gelangen. Das bedeutet, dass das Blut weniger Sauerstoff transportiert als normal, ein Zustand, der Hypoxämie genannt wird, und daher weniger Sauerstoff liefert, als der Körper benötigt. Hypoxämische Zustände führen in der Regel zu Ohnmachten aufgrund von Sauerstoffmangel im Gehirn und anderen lebenswichtigen Organen. Dies veranschaulicht das empfindliche Gleichgewicht, das zwischen dem kardiovaskulären System und dem Atmungssystem aufrechterhalten werden muss, um den Sauerstoffverbrauch zu maximieren.
Andere Variablen
Während die Herzfrequenz eine integrale Rolle beim Sauerstoffverbrauch spielt, hat sich gezeigt, dass das Schlagvolumen, der zweite Faktor der Sauerstoffabgabe, eine viel größere Wirkung auf VO2 hat. Mehrere Variablen können die Blutmenge erhöhen, die ein Individuum pro Schlag pumpt, während Änderungen in der Trainingsherzfrequenz minimal sind. Die Anpassungsfähigkeit des Schlagvolumens macht es zu einer prominenteren Variable bei der Bestimmung des maximalen Sauerstoffverbrauchs. Um die Grenzen des Sauerstoffverbrauchs zu bestimmen, sind beide Variablen der Sauerstoffabgabe wichtig.
