Die Abhängigkeit der Orthostase- und Beschleunigungstoleranz von Körperbau und Leistungsfähigkeit

Int. Z. angew. Physiol. einschl. Arbeltsphysiol. 26, 205--226 (1968)

Die Abh/ingigkeit der Orthostase- und Beschleunigungstoleranz

yon K6rperbau und Leistungsf ihigkeit

K. E. K L e i n , F. BACr~HAUS~N*, H. B~ONEn, J. EICHItORN, D. J-ovY $,

J . SCHO~T~, L. VOGT u n d H. M. W ~ G M ~ * *

Institut fiir Flugmedizin der Dentschen Versuchsanstalt ffir Luft- und l~aumfahrt e.V. Bad Godesberg (Loiter: Prof. Dr. recd. S. RUFF) und Sportphysiologisches Institut

der Deutschen Sporthochschule KSln (Direktor: Prof. Dr. med. H. MIES)

Eingegangen am 6. Juni 1968

The Relation between Tilt Table and Accleration-Tolerance and their Dependence on Stature and Physical Fitness

Summary. Experimental studies in a group of 12 highly trained athlets (I?O.~max: 4.6 l/rain) and a group of 12 untrained students (VO2max: 3.4 1/min) lead to the following results: 1. During a 20 rain tilt (90~ which included two additional respiratory maneuvers, the number of faints and the average cardiovascular responses did not differ significantly between the groups, except for a lower heart rate level in athlets; 2. during linear increase of' acceleration with a rate of 1 G/15 sec the average ~- Gz-tolerance (blackout level) was almost identical in both groups, being 6.9 for the athlets and 6.8 for the students; 3. statistically significant coefficients of the product-moment correlation were calculated in the total of both groups for the interrelation of the following variables: a) ~-Gz-tolerance and arterial blood pressure at rest (r ~ -}-0.48 to ~0.55), b) -]-Gz-tolerance and heart-eye distance (r = --0.41), and c) total body length and responses of mean arterial pressure to tilt (in fainters: r ~ - - 0 . 1 1 , in non-fainters: r ~ ~-0.47); 4. the coefficient of multiple determination computed for the dependence of -[-Gz-tolerance on heart- eye distance and systolic blood pressure at rest (R21.~a ~ 0.492) allows the explanation of almost 50~ of the variation of A-Gz-tolerance, instead of 16~ respectively 23~ if the two independent variables are used singly; 5. the maximal oxygen uptake showed the expected significant correlation to the heart rate at rest (r = --0.68), but not to the acceleration-tolerance or to the cardiovascular responses to tilting.

Zusammen/assung. Vergleichende Untersuchungen an 12 hochtrainierten Sport- lern (l~O2max: 4,6 l/rain) und 12 sich sportlich nicht bet.:itigenden Studenten (l?02max : 3,4 l/rain) fiihrten zu folgenden Ergebnissen: 1. Bei Lagewechse] auf dem Kipptisch (90 ~ fiber 20 min) unterschicden sich die Zah] der kollabierenden Personen und die durchschnittliche Herz-K~'eislauf-Reaktion innerhalb der Gruppen mit Aus- nahme einer niedrigeren Pulsfrequenz bei den Sportlern nicht signifikant voneinander; 2. w/~hrend einer linear mit 0,07G/see ansteigenden positiven Bcschleunigung auf der Zentrifuge ( 4 Gz) war die Schwelle des ,,zentralen Sehverlustes" mit 6,9G

* Sportphysiologisches Institut der Deutschen Sporthochschule KSin. ** Z. Z, Research Resources Laboratory, University of Illinois at the Medical

Center, Chicago, USA.

14 In t . Z. angew. Physiol. , Bd. 26

206 K.E. KLEIN e~6 al.:

bei den Sportlem und 6,8G bei den Studenten nahezu identisch; 3. flit die Gesamt- heit al]er Untersuchten wurden statistisch signifikante Koeffizienten der Produkt- Moment-Korrelation fiir die folgenden Beziehungen errechnet: a) -5 Gz-Toler~nz zu arteriellem Ruheblutdruck (r = -5}-0,48 bis -5{-0,55), b) -5Gz-Toleranz zu Herz. Augen-Abstand (r ---- --0,41) und c) KSrpergr61~e zu Re~ktion des arteriellen Mittel- drucks auf dem Kipptisch (fiir Kollapsversuehe r------0,11, fiir Versuche ohne Kollapszeichen: r ---- -50A7); 4. das fiir die Abhs der -5 Gz-Toleranz veto Herz-Augen-Abstand und dem systolischen Ruheblutdruck errechnete ,,multiple Be. stimmtheitsma[~" (1~2i.e3 = 0,492) gestattet die Erkl~irung yon nahezu 500/0 der Untersehiede von -5 Gz durch Unterschiede in den beiden unabhs Variablen; 5. das maximale SauerstoffaufnahmevermSgen zeigte eine hochsignifikante Korre- lation zur l%uhepulsfrequenz (r = --0,68), nicht aber zur Beschleunigungstolemnz oder zu den Herz-Kreislauf-Reaktionen bei Lagewechse].

Seit GRAYBIEL U. MC~ARLAND [15] im Jahre 1941 die passive Lage- ~nderung auf dem Kipptiseh als Fliegertaugliehkeitstest vorgeschlagen haben, sind die Zusammenh~nge zwischen Orthostasetoleranz, Be- schleunigungsfestigkeR und kSrperlieher Leistungsf~higkeit verschiedent- lich Gegenstand experimenteller Untersuchungen gewesen. Die unter- sehiedlichen Ergebnisse dfirften teils auf die voneinander abweichenden methodischen Ansitze bei der Messung der verschiedenen GrSl~en, tells darauf zurfiekzufiihren sein, dab einzelne Teilfragen meist isoliert voneinander yon verschiedenen Autoren untersueht worden sind [1, 8, 20, 25, 30, 37, 48]. Mit Beginn der bemannten Raumfahrt ist das Interesse an diesem Fragenkomplex wieder stark gestiegen, wobei vor altem der Wunseh naeh Pr~ventivmai3nahmen gegen die konditionsverringernde Wirkung lingerer Schwerelosigkeit im Vordergrund steht [3, 5, 18, 31, 34, 36, 42--47]. ~ber die Feststellung einer yon der Norm abweichenden Reaktion yon Athleten auf dem Kipptiseh hinaus [45] ist aber aueh neuer- dings eine eindeutige Kl~rung der Zusammenh~nge zwischen den versehiedenen Leistungskriterien u. W. bisher nieht erfolgt.

Im Rahmen von Untersuchungen fiber Anpassungsvorgange und deren Auswirkung auf die Belastungsfghigkeit des Menschen warden untrainierte Personen und Hoehleistungssportler u. a. einem passiven Lage- wechsel auf dem Kipptisch und positiver Besehleunigung auf einer Zentri- fuge ausgesetzt und darfiber hinaus das individuelle maximale Sauerstoff- aufnahmevermSgen bei erschSpfender Arbeit sowie die Reaktion des Kreislaufs bei verschiedenen Funktionspriifungen bestimmt. Die dabei gewonnenen Ergebnisse bilden die Grundlage ffir die in dieser Arbeit vorgenommene Analyse der Abhingigkeit der Orthostase- und Beschleuni- gungstoleranz yon Trainingszustand und KSrperma~en. ]~ber die mit dem gleichen Personenkreis durchgeffihrten zus~tzlichen Belastungsunter- suehungen (z. B. Sauerstoffmangel in Ruhe und in Kombination mit k6rperlieher Arbeit) und die bei allen Untersuchungen gleichzeitig vorge- nommenen Messungen biochemischer GrSl~en im Blur wird an anderer Stelle berichtet werden.

Div Abhiingigkeit der Orthostase- und Beschleunigungstoleranz 207

Methodik

Die Untersuchungen wurden an zwei Personengruppen durchgeffihr~, die sich freiwillig hierffir zur Verffigung stellten und fiir ihre Mitarbeit eine finanzielle Ver- gfitung erhielten. Eine erste Gruppe bestand aus 12 gesunden, sportlich ungefibten Studenten, eine zweite Gruppe yon 12 Sportlern hatte bereits seit mehreren Jahren ein systematisches intensives Ausdauertraining betrieben; ihre Mitglieder z~hlten in ihrer jeweiligen sportliehen Disziplin (Langstrecken- und Hindernislauf, Radrenn- fahren, Eisschnellaufen) zumeist zur nationa]en odor internationalen Spitzer~klasse. Alle Versuchspersonen waren entweder mit den verwendeten Geriiten und Methoden yon frfiheren Untersuchungen her gut vertraut oder wurden entsprechend vor- bereitet; hierzu wurden insbesondere auf der Zentrifuge mehrfach ,,Probeli~ufe" durchgeffihrt.

Die maximale Sauerstoffaufnahme (l?O~max) wurde auf dem Fahrradergometer der Max-Planck-Zentralwerkst~tten, GSttingen [33], bei 60 Tretradumdrehungen pro Minute bestimmt. Dabei wurde die Arbeitsintensit~t boi den untrainierten Studenten naeh zeimminiitigem ,,Aufw~rmen" auf 13 mkp/sec kontinuierlich alle 3 rain in Stu- fen yon 2 mkp/see bis zum Abbruch der Arbeit erhSht, dos bei dieser Gruppe im Mitte] bei 25 mkp/see erfolgte. Bei den Ath]eten wurde nach einer entsprechenden Aufw~rmungszeit die Arbeitsschwore yon 21 mkp/sec ausgehend in Stufen yon 4 mkp/sec bis zum individuellen Maximum gesteigert, das hier im Mittel bei etwa 37 mkp/sec erreicht wurde. Die 02-Aufnahme und C02-Abgabe wurden fortlaufend mit dora Grundumsatzger~t der Firma Hartmann & Braun bestimmt, dos zur Mes- sung hoher Ventilationsvolumina entsprechend ge~ndert wurde; eine Mel]verzSge- rung yon 45 sec wurde beider Auswertung beriicksichtigt. Der Versueh wurde zwar grunds~tzlich auf Verlangen dot Priiflinge beendet; diese wurden jedoeh insboson- dere dann angehalten weiterzuarbeiten, wenn die Pulsfrequenz den Wert yon 180/rain und der resp]ratorische Quotient die GrS~e yon 1,0 noch nicht erreicht hat- ten. Dos Gleiehbleiben der O~-Aufnahme bei noch steigender Belastung, moist verursacht durch Sinken der AusschSpfung bei steiler ansteigender Ventilation, galt als Kriterium dafiir, da~ dos Maximum des aeroben Stoffwechsols erreicht war. (Ira Mittel betrug die maximale Pulsfrequenz bei Abbruch der Untersuehung bei den Untrainierten 193/rain, bei den Sportlern 189/rain, der Untersehied zwischen den Gruppen war statistiseh nicht signifikant; zum gleichen Zeitpunkt war der mitt]ore respiratorische Quotient mit 1,094 bzw. 1,098 bei beiden Gruppen nahezu identisch.) ~eben dora maximalen Arbeitsversuch auf dem Fahrradergometer wurde die Kreis- laufreaktion auf aktiven Lagewechse] und leichte Arbeit mit dora ,,physical fitness", Test nach S c ~ I D E ~ [39] und dem Stufentest nach HETTINGER 11. RODAttL [16] geprfift, ]~ei der Durchffihrung und Auswertung folgten wir den Angaben in den Originalpublikationen der genannten Autoren.

Zur Durchfiihrung des Orthostaseversuches bedienten wir uns des Kipptisches. Dabei wurden w~hrend einer Ruheperiode yon 15 rain in horizontaler Lage zun~chst die Ausgangsworte yon EKG, Puls nnd arteriellem Blutdruck bestimmt; sie dienten als ,,Ruhewerte" fiir allo weiteren statistischen Berechnungen. Anschliei~end erfolgte der passive Wechsel in eine um 90 ~ versetzte aufrechte KSrperhaltung innerhalb yon 3--5 sec. Dabei waren die Versuchspersonen durch schaumgummigepol- sterte Fallschirmgurte am Tiseh fixiert; auf Full- odor Beckenunterstfitzung wurde verziehtet. Die vertikale Haltung wurde 20 rain long eingeha]ten, wenn kein An]aS bestand, friihor in die horizontale Lage zuriickzukippen. In Anlehnung an eine in der U.S. School of Aerospace Medicine, Brooks, U.S.A., angewandte ~Iethode [5, 9] wurden zu bestimmten Zeiten w~hrend der aufreehten Stellung als ,,Provokation" RespirationsmanSver durchgefiihrt. In der 12. rain ein Atemanhalten yon 30 see nach einmaligem tiefen Aus- und Einatmen, in der 17. rain ein Hyperventilieren mit

14"

208 K.E. KLEI~ et al.:

vorgegebener Atemfrequenz 5bcr ebenfalls 30 sec. Die Untersuchung wurde durch Zurfickkippen in die horizontale Lage abgebrochen, wenn als Anzeiehen eines drohenden Kollapses Schwindel, Bli~sse, SchweiBausbrueh und Sehbehinderung (,,Schwarzwerden vor den Augen") auftraten. W~hrend des gesamten Versuchs wurden die oben erw~ihnten KreislaufgrSI~en minfitlich gemessen, l%lgende Ver- suchsabschnitte wurden bei der Auswertung unterschieden: der Zeitraum der 4. bis 11. rain, die Werte nach Apnoe (12./13. min) und die Werte nach Hyperventilation (17./18. rain).

Die' Bestimmung der Besehleunigungsfestigkeit wurde auf dcr Zentrifuge unter Bcachtung der ffir eine solche Untersuchung gemachten StandardisierungsvorschNige [26] vorgenomraen. Dabei saB der Priifling, den Kopf an eine Kopfstfitze aagelehnt, aufrecht mit einem Winkel yon - - 10 ~ zur Vertikalen in einer beweglich am Ende des Zentrifugcnarms angebrachten Gondel, die bei Rotation der Zentrifuge ausschwang, so daI~ die Bcschleunigungskr~fte in Richtung der KSrperl~ngsachse einwirkten (+ Gz). Der bci gegebener Umdrehungsgeschwindigkeit der Zentrifuge fiir die GrSBe dcr physiologisch wirksamen G-Kr~fte ma~gebende Abstand der Zentrifugen- drehachse vom Herzen des Prfiflings bel~uft sich bei unserer Anordnung auf fund 5 m. Die ~berwachung des Probanden erfolgte dureh Fernsehmonitor, Gegensprech- anlage und Prfifung seiner Ansprechbarkeit auf optische Reize. Zu diesem Zweek waren in AugenhShe vor dem Priifling zentral eine wei]~e und pcripher zwei rote Lichtquellen angebracht, die w~hrend der Untersuehung in unrege]m~iger, rascher Zeitfolge vor ihm aufleuchteten und durch Knopfdruck gclSscht werden muBten. Der Abstand der zentralen Lampe yon der l~asenwurzel der Testperson betrug 68 era, die in horizontaler Ebene symmetrisch dazu angeordneten peripheren Lichter waren 60 cm voneinander entfemt. Die Untersuchung fund im abgedunkelten Raum start.

Die -~ Gz-Toleranz wurde, wie heute fiblich, durch den bei ansteigender BescMeu- nigung auftretenden ,,zentralen Sehverlust" (central light loss, CLL) fixier& Dieser Zustand ist dadurch gekennzeichnet, dal3 bei noch erhaltenem Bewul]tsein die Wahrnehmung nicht nur der peripheren Liehter - - sie geht schon bei geringerer Be- schleunigung verloren - - , sondern auch des zentral angcbrachten Liehtes gestSrt ist (Blackout).

Die CLL-Sehwelle wurde fiir Trainierte und Untrainierte einheitlich unter einer Beschleunigungseinwirkung bestimmt, die yon 1 G (Ruhestellung) ausgehend mit einer Anstiegsgeschwindigkeit yon 1G/15 see (~0,07 G/see) stetig anwuchs. Wie auch bei den Kipptischversuchen wurden hi~ufig Doppelbestimmungen vorgenommen, deren Ergebnisse in der wciteren Auswertung gemittelt wurdcn. Bei i1 untrainierten Personen und zwei der Athlcten konnte aul3erdem die Toleranzgrenze bei einer stufenweisen Steigerung der G-Kr~ifte mit der raschen Anstiegsgeschwindigkeit yon 1 G/sec und einer Verweildauer yon 15 sec anf dem vorgegebenen Stufenmaxi- mum bestimmt werden, wobei die Steigerung vom Maximum einer Stufe zum Maxi- mum der n~chsten in Schritten von 0,2 G erfolgte. Bei diesem Vorgehen wird, um den Einflul~ der Ermfidung durch eine zu h~ufige Wiederholung zu vermeiden, mit der ersten Stufe in der l~egel bereits bei 3 G begonnen.

Auger den genannten Belastungsdaten wurde bei allen untersuchten Personen das Alter, das Gewicht, die GrSBe, die Bcinl~ngc (Entfernung des Trochanter femoris yore Boden) und als Anhalt ffir gr51~enabh~ngige Unterschiede der hydrost~tisehen Druckdifferenz zwischen Herz und Auge der Abstand zwischcn dem im Liegen palpicrten Punkt des HerzspitzenstoBes und dem linken ~uBeren Augenwinkcl bestimmt und schliel31ich aus Gewicht und GrSBe die KSrperfl~che errechnet.

Die Untersuchungen der Untrainierten fanden zusammenhi~ngend im Frfihjahr und Sommer 1966 start, die der Sportler wurden 1 Jahr Sl0~ter etwa zur gleiehen

Die Abh~ngigkeit der Orthostase- mad Beschleunigungstoleranz 209

Jahreszeit durehgeffihrt. Der EinfluB der Tageszeit wurde kiirzlich fiir versehiedene der hier verwendeten Belastungsprfifungen besehrieben [22, 24]. Um ihn gleichzu- halten, wurden daher a]le Untersuehungen zwischen 14 und 18 Uhr vorgenommen. Aul3erdem wurde darauf geaehtet, dab die Raumtemperatur im allgemeinen zwischen 20--22~ lag und die relative Luftfeuchte 60% nieht iiberschritt.

Die statistische Verarbeitung der MeBergebnisse erfolgte mit den fiblichen Ver- fahren zur Errechnung des Mittelwertes (Z) und der Standardabweiehung (S.D.). Die Priifung der Homogenit~it der Stichprobenvarianzen gesch~h durch den F-Test; die Prfifung der Signifikanz der Mittelwertdifferenzen erfolgte mit dem t-Test. Als Ergeb- nis des t-Tests wurde nicht wie fiblieh der Wahrseheinlichkeitswert P. sondem die den einzelnen P-Werten zugrundeliegenden Abweichungen ,,t" angegeben, die bei einer gleichbleibenden Anzahl yon Versuehspersonen (N) eine bessere Differenzierung der verschiedenen l~Iittelwertsunterschiede in Hinsicht auf ihre statistische Signifikanz gestatten. Die Abh~ngigkei~ der einzelnen Me~gr6Ben voneinander wurde durch die Berechnung der Regressionsgleichung und des Koeffizienten ,,r" der Produkt- Moment-Korrelation nach 1)~Aaso~ gepriift. Alle statistisehen Berechnungen wurden elektronisch auf dem Tischrechner ,,Programma 101" der Firm~ Olivetti bus- gefiihrt.

Ergebnisse

Die Tabel le 1 enthi~lt die pers6nl ichen I )a ten , die imLiegengemessenen IO'e is laufruhewer te und die bci den Stufentes ts , w~hrend des Ergomete r - versuches und a u f der Zentrffuge gewonnenen Ergebnisse als Mi t te lwer te

Tabelle 1. K6rpermafle, Leistungskriterien und Herz-Kreislau/-GrS[Jen in Ruhe ( Vergleich Trainierte und Untrainierte)

Studenten (N -= 12) Sportler (N = 12)

5= S.D. 2 5= S.D.

Alter (Jahre) 24,3 2,1 27,4 2,7 3,23 b Gewicht (kg) 77,4 6,9 70,3 5,8 2,76 a Gr6~e (em) 183,2 5,1 177,9 6,8 2,14a Oberfl~che (m S) 1,98 0,1 1,87 0,1 2,80b Beinl~nge (cm) 95,3 3,3 92,5 5,5 1,55 Herz-Augen-Abstand (era) 40,0 4,5 37,9 3,4 1,29 fh 74,1 9,5 58,1 7,7 4,54b Ps 115,3 8,9 116,5 6,4 0,37 Pa 72,8 8,9 72,2 5,2 0,22 c Ps--Pd 42,5 6,1 44,3 8,7 0,60 Pm 87,0 8,3 87,0 3,8 0,00c Schneider-Index 10,8 2,3 14,1 2,2 3,37 b ttettinger-Index 116,8 22,9 83,3 24,5 3,25 b l?02max (l/rain) 3,36 0,2 4,55 0,5 7,98 b l?O2max (ml/kg/min) 43,9 3,0 64,9 5,2 11,74 b ~- Gz bei 0,07 G/see 6,84 0,9 6,89 0,8 0,14 d- Gz bei 1,0 G/see 4,92 0,9 - - - - - -

fh = Pulsfrequenz/min; P = arterieller Blutdruck in mm Hg, Ps ~- systolisch, Pd= diastolisch, Ps--Pd = Blutdruckamplitude, Pm = Mitteldruck.

a, b Signifikante Differenz der Mittelwerte (a 0,05 __> P > 0,01 ; b F ~ 0,01). c Signifikante Differenz der Stichprobenvarianzen im F-Test.

210 K.E. KLE~ et al. :

getrennt fiir die beiden Versuchsgruppen. Aus ihr ist ersichtlieh, dal] sich die Gruppen trotz zuf~lliger Auswahl zun~ehst im Alter, im Gewicht, in der GrS•e und in der Oberfl~che signifikant voneinander unterschieden, nicht aber in der Beinl~nge und in der r~umlichen Entfernung des tterz- spitzenstoBes vom seitengleiehen ~ul~eren Augenwinkel. Wie zu erwarten, finden sieh sehr hochsignifikante Untersehiede darfiber hinaus in den Kriterien kSrperlieher Leistungsf~higkeit. Hier zeigt vor allem die maximale Sauerstoffaufnahme den zwischen den Gruppen bestehenden groBen Unterschied in der F~higkeit, aerob Muskelarbeit zu verriehten. Der bei den Sportlern gemessene Wert liegt fiir die O~-Aufnahme des Gesamt- organismus um mehr als 35% und unter Beriicksichtigung der Gewichts- untersehiede sogar um 47,8~ hSher als derjenige der Studenten; dem entspricht ein mittlerer Unterschied yon mehr als 40~ in der bei Ab- brueh des Ergometerversuches erreichten maximalen Arbeitsintensit~t. Vergleichsweise sind die Differenzen in den Ergebnissen der Stufentests kleiner und, wie an den t-Werten zu erkennen, von geringerer statistiseher Signifikanz. Von den Kreislaufruhewerten zeigt nur die Pulsfrequenz hochsignifikante Differenzen. Die Blutdruckwerte sind, abgesehen von einer bei den Sportlern geringfiigig hSheren Amplitude (Ps--Pa), ebenso wie die Fs ansteigende Besehleunigungskr~fte bis zum Ausfall des zentralen Sehens zu ertragen, nahezu identisch.

Auf dem Kipptisch traten bei 5 Sportlern und 4 Nichtsportlern w~h- rend insgesamt 29 Untersuehungen so starke Zeichen eines drohenden Kollapses auf, dal~ die Belastung abgebroehen und die Probanden in die horizontale Lage zurfickgekippt werden mu~ten. Der Zeitpunkt des Auf- tretens dieser Erscheinungen lag bei 2 Studenten schon vor der Apnoe, bei den beiden anderen d~nach; yon den Sportlern kollabierten 2 im Ansehlu8 an die Apnoe, 3 w~hrend oder naeh dem Hyperventilations- versuch. Bei den Personen, bei denen die Kipptischuntersuehungen zweimal durehgeffihrt wurden, kam es in 3 F~llen bei der ersten, in 2 F~llen bei der zweiten Ausffihrung zum Kollaps.

Die Tabelle 2 bringt eine Gegenfiberstellung der w~hrend der Ortho- stase gemessenen Werte und ihrer ~mderungen gegenfiber den Ruhe- werten. Die Aufstellung ist in die vorne erw~hnten drei Absehnitte ge- gliedert ; auf eine Wiedergabe der unmittelbaren ersten Reaktion auf den Lageweehsel (1.--3. rain) wurde verziehtet. Aul]erdem wurden in die Mittelwertsberechnung nur die Messungen aufgenommen, die einem drohenden Kollaps zeitlieh nieht unmittelbar vorausgingen, da hier durch Vergleieh zwischen den Gruppen alleine die Auswirkung des unterschiedlichen Trainingszustandes erfal~t und andere, mSglicherweise auf die Kreislaufwerte einfiu{]nehmende Faktoren ausgeklammert werden soil- ten. - - Ein Blick auf die in der letzten Spalte aufgefiihrten t-Werte zeigt, dal~ lediglich das jeweilige Pulsfrequenzniveau in allen Absehnitten der

Die Abh~ngigkei~ der Or~hostase- und Beschleunigungstolera, nz 211

Tabelle 2. Herz-Kreislauf-Reaktlon nach passlvem Lagewechsel ( Vergleich Trainierte und Untrainierte)

S~uden~en Sportler

=k S.D. 5 4- S.D. t

Orthostase fh 96,6 14,3 75,2 10,3 3,94 b Mittelwerte A fh 22,5 8,8 18,7 8,8 1,07 4.--11. rain Ps 117,2 8,9 117,6 6,6 0,13 (Studenten: A Ps q-l,8 3,6 -k0,2 4,4 0,95 I~ ~ 12; Pd 91,7 8,5 92,5 6,7 0,25 Sportler: A Pr -k18,8 5,8 -b19,3 7,5 0,17 lq---- 10) Ps--P4 25,5 6,0 25,1 8,2 0,13

A Ps--P4 --17,0 3,8 --19,1 7,1 0,88 1)m 99,0 8,0 100,8 5,7 0,60

A Pm -{-11,2 3,8 ~-12,8 5,9 0,79

Orthostase fh 106,6 11,5 83,6 15,6 3,82 b und Apnoe Z] fh ~-31,8 10,2 ~-27,1 13,4 0,89 12./13. min Ps 116,9 22,1 119,3 5,8 0,32 e (Studenten: A Ps ~1,5 16,7 d-2,0 6,8 0,08 e N ~ 11; Pd 88,1 11,6 92,7 9,2 0,96 Sportler: A Pd q-15,5 9,6 -[-19.2 9,8 0,87 N = 9) Ps--Pd 28,8 18,5 26,7 12,5 0,30

zl Ps---]?d --13,9 15 ,4 --18,0 14,2 0,61 Pm 97,8 13,3 101,7 5,9 0,80 e

A Pm 10,0 9,5 14,0 6,7 1,02

Or~hostaso fh 113,4 16,8 84,9 16,8 3,69 b u. Hyper- A fh 39,8 12,8 30,1 12,8 1,63 ventilation Ps 108,5 11,8 114,8 7,8 1,29 17./18. rain A Ps --6,8 9,2 ~-1,8 9,7 1,97 (Studenten: P4 85,4 9,4 91,3 7,3 1,48 N = 11; A Pd ~-13,6 8,1 -}-18,3 8,2 1,22 Sportier: Ps--P4 22,3 7,6 23,5 7,8 0,34 N = 8) zJ P s ~ d --20,5 8,7 --20,5 11,8 0,01

Pm 93,7 9,8 99,0 6,3 1,33 d Pm 5,9 5,9 11,3 6,6 1,86

A fh oder A P: Vergnderung der angegebenen GrSl]e gegeniiber dem Ruhewert. Weitere Erklgrungen siehe Legende zu Tabelle 1.

Orthostase einen hochsignifikanten Unterschied zwischen den Gruppen aufweist.

Es fiillt allerdings auf, dab von Abschnitt zu AbschnR~ anwachsend in der Reaktion des systolischen Blutdrucks und des Mitteldrucks eine Differenz zwischen den Gruppen deutlich wird. Hierbei l~Bt sich kaum sicher entscheiden, ob die niedrigeren Werte der Nichtsporttreibenden auf die Dauer der Orthostase oder auf die zusi~tzlichen Respirations- manSver zuriickzufiihren sind. Das Fehlen jeglicher Unterschiede innerhalb der ersten 11 rain nach Lagewechsel spricht jedoch ffir die Annahme,

212 K.E. KLEI~ et al.:

Tabelle 3. K6rpermafie, Lelstungslcriterien uncl Herz-Krelslau/-Gr6flen in Ruhe und nach passivem Lagewechsel (Vergleich yon Personen mit und ohne Kollapsneigung)

Kein Kollaps Kollaps (N=I5) ( N : 9 )

~ S.D. ~ • S.D. t

Ruhe

Orthostase Mittelwerte 4.--11. min

GrSI~e 179,4 7,2 182,4 4,8 1,14 Beinl~nge 93,6 4,9 94,5 4,6 0,42 Herz-Augen- Abstand 38,7 4,8 39,3 2,5 0,13 Schneider- Index 11,9 2,9 13,2 2,6 1,08 Hettinger- Index 101,5 23,8 99,8 37,2 0,13 ~02max (!/min) 3,8 0,6 4,2 0,8 0,62 VO2max (ml/kg/min) 53,8 11,8 56,4 11,6 0,45

bei 0,07 G/see 6,9 0,8 6,8 0,9 0,26 § bei 1,0G/see 5,0 1,0 5,1 0,9 0,17

hf 65,4 13,1 67,8 9,0 0,48 Ps 116,7 6,9 112,8 8,7 1,21 Pd 72,1 6,9 74,6 6,5 0,87 Ps---Pd 44,6 7,6 38,2 10,4 1,74 Pm 87,1 6,0 87,3 5,4 0,14

hf 87,5 16,8 86,6 11,0 0,16 z~ hf 22,1 7,4 18,8 15,6 0,73 c

Ps 118,0 7,2 107,6 10,8 2,86 b A Ps ~-1,3 4,5 --5,2 11,1 2,09a, c

Pd 91,1 6,8 87,8 8,4 1,20 A Pd ~-19,5 7,4 -t-13,2 9,6 1,82

Ps--Pd 26,5 7,9 19,8 4,9 2,28 a A Ps--Pd --18,1 6,5 --18,4 8,1 0,10

Pm 99,8 5,8 94,4 8,8 1,83 A Pm ~-12,6 5,4 -~7,1 9,4 1,66 c

Erklgrungen siehe Legende zu Tabelle 1 und 2.

dab die sp~teren Differenzen Ausdruek einer geringeren zusiitzlichen Be- lastung der Sportler durch Apnoe und Hyperventi lat ion sein dfirften. Trotz der teilweise recht beachtlichen Mittelwertsdifferenzen lii]~t sich infolge der hohen Stichprobenvarianzen und der relativ geringen Anzahl yon Versuchen in jeder Gruppe der Zufall ffir ihre Entstehung nicht hin- reichend sicher ausschlie•en. Immerhin liegen t-Werte yon 1,97 und 1,86, wie sie ffir die Differenzen bei der ~mderung des systolischen und des mittleren Blutdrucks w~hrend der Hyperventi lat ion errechnet warden,

Die Abh~ngigkeit der 0rthost~se- und Beschleunigungstoleranz 213

sehr nahe an der in der Medizin meist als ausreichend angesehenen Grenz. wahrscheinlichkeit yon 5 %, ffir die in diesem Fail ein t yon 2,07 erforder. lich w~re.

Abgesehen veto extremen Verh~lten im Pr~kollaps oder Kollaps besteht in der Literatur keine ~bereinstimmung darfiber, welche Bedeu- tung den Reaktionen der versehiedenen KreislaufgrSl~en beim Lagewech- sel in Hinsieht ~uf eine quantitative Beurteilung der Orfhostasetoleranz zuzumessen ist. Wir h~ben daher in Tabelle 3 die Mittelwerte yon 9 Versuehen, in denen die Kipptischbelastung wegen eines drohenden Kollapses vorzeitig ~bgebrochen werden muBte, denjenigen yon 15 gegen- fibergestellt, die fiber die vorgesehene Zeit yon 20 rain tmgestSrt durch- gestanden worden sind. Unter den 9 ,,Kollaptikern" befinden sich 5 Sportler und 4 Personen, die keinen Sport betrieben, entspreehend setzt sieh die zweite Gruppe aus 7 Trainierten und 8 Untrainierten zusammen. Auch hier sind in die Mittelwertberechnung solche Werte nicht aufgenommen worden, die gemessen wurden, als bereits klinische Anzeichen des Pr~kollaps deutlich erkennb~r waren.

In den KSrpermaBen, der Besehleunigungstoleranz, den Kreislauf- ruhewerten und den GrSl3en, die die Arbeitskapazit~t kennzeichnen, sind bei dieser Zusammenstellung keine signifikanten Unterschiede nachzu- weisen. Unter den genannten Gr58en zeigen die KSrperl~nge, die HShe des systolischen Blutdrucks in Ruhe und insbesondere die Blutdruck- amplitude noch die grSl~ten t-Werte, wobei letzterer sogar eine Wahr- scheinlichkeit zwischen 10 und 5 % anzeigt. W~hrend der Orthostase sind es ebenfalls der systolische Blutdruck und die Blutdruckamplitude, die durch ihre signifikant niedrigeren Werte den sparer eintretenden Kol- laps voraussehen lassen. Bemerkenswerf scheint uns an den Ergeb- nissen besonders die nahezu vSllige Gleichheit in der Reaktion der Puls- frequenz.

Auch der in Tabelle 4 vorgenommene Vergleich yon je ffinf mit den gleiehen Personen durchgeffihrten Doppelversuchen, yon denen je einer im Pr~kollaps vorzeitig abgebroehen, der andere normal fiber 20 rain zu Ende geffihrt warde, zeigt hohe t-Werte wiederum bei der l~uhe-Blut- druckamplitude und w~hrend der Orthostase beim systolischen Blut- druck und der Amplitude. Zus~tzlich sind bier die Reaktionen des diasto- lisehen Drucks signifikant voneinander versehieden, wodurch aueh bei der ~nderung des Mitteldrueks eine fast signifikante Differenz entsteht. Ein ffir den drohenden Kollaps eharakteristisches Verh~lten der Puls- frequenz ist auch bier nicht zu erkennen.

Die Tabelle 5 gibt schlieBlich an Hand der Koeffizienten der Produkt- Moment-Korrelation eine Ubersicht fiber die mathematisehe Beziehung der GrSl]en zueinander, die ffir die Behandlung des Themas dieser Arbeit yon besonderer Bedeutung sind. Erwartungsgem~6 besteht zwisehen den

214 K.E. KLEIIV et al. :

Tabelle 4. Herz-Kreislau/-Gr6flen in Ruhe und nach passlvem Lagewechsel (Vergleich im Doppelversuch an/i~n/Personen)

Versuche Versuche ohne Kollaps mit Kollaps

=k S.D. ~ =k S.D. t

Ruhe

Orthostase Mittelwerte 4.--11. rain

fh 69,2 12,3 70,2 10,6 0,14 Ps 114,0 10,8 110,6 9,7 0,52 Pd 75,4 9,2 77,8 5,4 0,50 Ps--Pd 38,6 2,2 32,8 7,9 1,59 c Pin 88,2 9,4 88,8 6,1 0,12

fh 89,4 19,1 85,2 7,0 0,46 A fh +20,2 10,8 +15,0 15,6 0,60

Ps 113,6 10,1 103,2 9,8 1,65 A Ps --0,4 2,9 --7,4 13,0 1,17 c

P4 91,6 10,9 84,6 8,1 1,15 A Pd +16,2 2,8 +6,8 7,9 2,51 a,e

Ps--P4 22,0 2,0 18,6 2,7 2,26 a A Ps---P4 --16,6 3,1 14,2 7,2 0,69

Pm 99,0 10,9 90,8 8,4 1,34 A Pin +10,7 3,0 +2,0 9,0 2,02 c

Erkl~rungen siehe Legende zu Tabelle 1 un4 2.

Tabelle 5. Koe/fizienten der Produl~t-Momen~-Korrelation (r)

Gr6Be - - ~

Herz-Augen- Abstand

Ruhe

Orthostase Mittelworte 4.--11. min

+0,74 b - - ~

l?O~max (1/min) --0,07 --0,03 - - ~

+ ~ bei 0,07G/sec --0,22 --0,41 a --0,04 - - ~

hf +0,04 (--0,03) --0,21 --0,68b +0,20 Ps +0,13 (+0,10) +0,19 +0,17 +0,48 a Pd --0,07 (--0,24) --0,14 --0,04 +0,51a Ps--Pd +0,20 (+0,40) +0,33 +0,22 +0,11 Pm --0,01 (--0,04) --0,02 +0,04 +0,55 b

hf +0,12 (+0,12) --0,31 ---0,61 b +0,03 A hf +0,16 (+0,10) --0,24 --0,24 --0,13

Ps +0,27 (-0,15) +0,33 -0,02 +0,52a A Ps +0,34 (-0,38) +0,35 --0,29 --0,03

P4 +0,23 (-0,15) +0,02 +0,14 +0,52a A Pa +0,28 (+0,03) +0,1i +0,03 +0,08

Ps--Pa +0,07 (--0,08) +0,39 --0,18 +0,06 A Ps--P4 +0,05 (-0,56) +0,12 --0,24 --0,12

Pin +0,34 (-0,15) +0,24 +0,20 +0,50a A Pin +0,47a(--0,11) +0,29 +0,19 --0,05

In Klammem die aus neun Kollapsversuchen errechneten Koeffizienten. Weitere Erkli~rungen siehe Legonde zu Tabelle 1 und 2.

Die Abh~ngigkeit der Orthostase- und Beschleunigungstoleranz 215

L~ngenmaBen, dem Abstand Kopf---FuB und dem Abstand Herz--Augen- winkel, ein groBer positiver Zusammenhang. Eine gewisse Unabhi~ngigkeit dieser beiden GrSBen voneinander wird allerdings deutlieh in der unterschiedlich strammen Beziehung der beiden MaBe zur Beschleuni- gungstoleranz ; sie ist in beiden F~llen, wie zu erwarten, negativ, erweist sich bei der KSrpergrSBe jedoch als sehwaeh und nieht signifikant, im Falle des Herz-Augen-Abstandes als bemerkenswert und signifikant. Um- gekehrt zeigt die KSrpergrSBe die strammeren und z. T. statistisch signi- fik~nten Korrelationen zur Re~ktion des Kreislaufs w~hrend der Ortho- stase: Wenn der Orthostaseversuch normal verl~uft, so ist diese Abh~n- gigkeit positiv, d. h. der Blutdruek steigt entspreehend dem ,,Bedarf" mi~ dem Lageweehsel um so mehr, je grSl3er die Versuehsperson ist; sie wird dagegen negativ, wenn alleine die Ergebnisse der Versuche zur Korrelationsberechnung herangezogen wurden, bei denen es wegen des drohenden Kollapses zum vorzeitigen Abbruch der Belastung kam. Die Unterschiede zwisehen den in Klammern aufgeffihrten Koeffizienten der Kollapsgruppe und denjenigen der fibrigen Versuche sind ffir A Ps trod A Ps - - Pa mit einer Wahrscheinlich- keit yon 0, i > P > 0,05 fas~ signifikant. In diesem Zusammenhang erw~hnens- weft ist auch der Befund, dab der Korrelationskoeffizient ffir die Be- ziehung A Ps zur KSrpergrSBe wi~h- rend der Hyperventilation im dritten Abschnitt der Orthostase mit r - - 0 , 3 9 aueh ffir die Versuche deutlich negativ und nahezu signifikant wird, die die Gesamtbelastung yon 20 rain ohne StSrung durchges~anden haben.

Die Abb. 1 zeigt die linearen Re- gressionen der mittleren Blutdruck- reaktionen w~hrend der 4.--11. min der Orthostase auf die KSrpergrSBe. Ihnen liegen folgende mathematisehe Beziehungen zugrunde (in Klammer jeweils die aus den neun Kollapsver- suchen errechneten Regressionsglei- chungen mit den ,,Standardabwei-

25

20 ~ _

15

\ \ \ \ -10 \ \ \ x �9 -15 \ " \

-20 ~ Nx-~ APs-P d

-25 \ \ \

Gr6~e (cm)

Abbl 1. Die lineare Regression der Blutdruekreaktion wghrend 0rtho- stase auf die KSrpergrSBe (- - - Kollaps-

versuehe)

chungen der Sch~tzung"): f~" A Ps: Y ~ --35,91 4- 0,205x; S.D.rx ---- 3,69 (y = 162,88--0 ,921x; S.D.yx = 10,26)-- fiir A Pd: Y ~ - - 3 1 , 1 2 4- 0,279x; S.D.7~ = 6,07 (y = 2,24 4- 0,060x; S.D.y x = 9,63) - - fiir A Ps--Pd: y = - - 2 8 , 5 5 4- 0,066x; S.D.rx = 9,13 (y ~ 160,68--0,982y; S.D.yx = 6,74) - - fiir A Pro: Y = --49,79 4- 0,343x; S.D.yx --~ 4,18 (y ~ 38 ,12 - -0 ,173x ; S.D.y x = 9,23).

216 K.E. KLEZN e~ al. :

Wie die Tabelle 5 weiter zeigt, steht die maximale Sauerstoffaufnahme allein zur HShe der Pulsfrequenz in einer eindeutigen bemerkenswerten Abhiingigkeit, deren Vorzeichen negat iv is t . Diese Beziehung besteh~ in etwa der gleichen St~rke sowohl zum Ruhepnls als auch zu den w&hrend der 4.--11. rain der Orthostase ermittelten Pulswer~en und lieI~ sich aul~erdem auch in ~hnlicher Form fiir die sp~teren Abschnitte nachwei- sen. Die gleichzeitig nut schwache Beziehung zu A hf (r ----- - -0 ,24) lie9 allerdings bereits vermuten, daI3 die Abh~ngigkeit der I?Oumax zur ttShe des Belastungspulses im wesent]ichen fiber die zum Ruhepuls bestehende Beziehung zustande kommt. Wit haben daher nach der hierffir fiblichen Formel [10] die ,,partielle Korrelat ion" zwischen dem Orthostasepuls und der l?O~max unabhSngig yore Ruhepuls bereehnet und kamen ffir den ersten Abschnitt der Kipptischbelustung zu einem r12.a - ~ - - 0 , 0 5 und ffir die beiden sps Abschnitte zu ~hnlieh niedrigen negativen Koeffizienten.

Die fiir die Reaktion des Kreislaufs auf die Hyperventflat ion bereits beim Gruppenvergleieh zwischen Trainierten nnd Untrainierten in Ta- belle 1 erkennbar gewordenen Unterschiede Hel~en es angebrach~ erschei- nen, fiber die in Tabelle 5 aufgeffihrten Korrelationen hinaus die mathe- matische Beziehung der maximalen Sauerstoffaufnahme zu den Kreislauf- grS~en auch fiir den Hyperventflat ionsabschnit t zu berechnen. Dabei stellte sich heraus, dal~ ffir die Reaktion der Pulsfrequenz (A hf) zur l?O~max mit r ----- - -0 ,43 zu diesem Zeitpunkt eine signifikante negative Beziehung bestand und dab A Ps (r --~ H-0,26) und A Pin (r ~-- -~0,33) im Gegensatz zum ersten Belas~ungsabschnitt am positiven Vorzeichen und den gr6~eren Koeffizienten ebenfalls den Trend ,,je besser der Trai- ningszus~and, um so giinstiger die Reakt ion" erkennen lieBen, wobei ,,gfinstigere Reakt ion" hier kleinerer Pulsanstieg, gr6Berer Anstieg bzw. geringerer Abfall des Ps oder grSI3erer Anstieg des Pm bedeutete.

Bei den in Tabelle 5 ffir die maximale O~-Aufnahme aufgefiihrten Koeffizienten f~llt das Fehlen einer nennenswerten 10ositiven Beziehung zur K6rperl~nge auf; sie wgre zu erwarten gewesen und wurde bereit, s frfiher mehrfach naehgewiesen. Sie wird in unserem Kollektiv deshalb nicht deutlich, well die gro~en individuellen Un- tersehiede der Leistungsfghigkeit die in den Einzelgruppen dureh~us vorhandene Abhgngigkeit der beiden GrS~en voneinander fiberdecken. I)er Korrelationskoeffi- zient yon r ----- ~- 0,79 bei den Studenten und yon r ~ -~ 0,46 bei den Sport]ern lassen fiber die zugehSrigen ,,Bestimmtheitsmal~e" (r e) erkennen, dab in der ersten Gruppe 62%, in der zweiten Gruppe mehr als 20O/o der Unterschiede yon l?02max alleine durch die KSrpergrSBe erklgrt werden kSnnen. Ffir das Gesamtkollektiv resultier~ der leicht negative Koeffizient yon r ~ - - 0,07 aus der ~onstellation, dal3 die Sport- Ier mit der gr61~eren VO~ max ira Durchschnitt yon k]einerer Statur sin4.

Fiir die Beschleunigungstoleranz zeigt die Tabelle 5 neben der eben erwi~hn~en negativen Abh~ngigkeit vom tlerz-Augen-Abstand schlie!~lich noch signifikante positive Beziehungen zur HShe des Blutdrucks, die

Die Abh~ngigkeit der Orthostase- und Beschletmigungstoleranz 217

etwa in der gleiehen Strammheit zum systolisehen, zum diastolischen und zum mitt leren Blutdruckniveau in Ruhe und nach Lagewechsel bestehen. Wie im Falle der Beziehung der l?02max zur Pulsfrequenz wghrend der Orthostase entsteht auch hier wegen des Fehlens einer nennenswerten Korrelation zwischen der Beschleunigungstoleranz uncl zt P die Vermu- tung, dab der w/~hrend der Belastung gefundene Zusammenhang fiber- wiegend fiber die Beziehung der Blackout-Schwelle zum Ruheblutdruek zustande kommt. Die ffir den Belastungsblutdruck unabhiingig vom Ruhe- blutdruck errechneten ,,partiellen Korrelat ionen" best/itigen diese An- nahme. Sie belaufen sich fiir ~-G z zu Ps auf r12.3 = -[-0,24 (start r = ~-0,52), zu Pd aufr12.a = ~-0,30 (sgatt r = -~0,52) und zu Pm nur noeh auf r12.a = ~-0,17 (start r - = -[-0,50); die Koeffizienten der partiellen Korrelation sind nicht mehr signifikant.

Die Abb. 2 zeigt die linearen Regressionen der beiden L/ingenmaBe, des Ruheblutdrucks und der maximalen Sauerstoffaufnahme auf die Be-

+G z 9 �9 7 Herz-Augen-Abstand O.07G/sec

8 [~ ~~ J / ' ~ P m

6 b 4 =,.,~ f ./~'-, ~ Gr06e 5 [3 , "Pd / ~'~ GrbGe(cm)

/ 210 4? [ 67 I 1610 I~0 f 2?0 50 70 90 110 130 !50

P(mm ~lg) i r f I 2 3 4 5 6

~/O2max ([/min) Abb. 2. Die ]inearen Regresslonen der Besch]eunigungsto]ersnz auf K6rper]~ngen- ma6e, Ruheblutdruck und maximale O~-Aufnahme (-~ Gz-Toleranz be i i G/see An-

stieg nur fiir Herz-Augen-Abstand)

sehlemfigungstoleranz (ffir einen Anstieg der Besehleunigung yon 0,07 G pro Sekunde). Ihnen liegen folgende Regressionsgleichungen zugrunde:

GrSl~e : y ~ 1 1 , 7 4 - 0,027x; S.D.yx ~ 0,792 Iterz-Augen-Abstand: y =: 10 ,26- -0 ,087x; S. D.y x = 0,779 ]?O~max: y = 7 , 0 9 - 0,046x; S.D.y x = 0,822 Ps: Y = 1,58 -~ 0,047x; S.D.y x = 0,680 Pa: Y = 3,03 ~- 0,055x; S . ] ) . y x ---- 0,665 Pro: Y ~- 0,81 @ 0,070x; S. D.y x ---~ 0,649. Ffir den Herz-Augen-Abstand wurde auch die Regression auf die Be-

schleunigungstoleranz bei einem Anstieg der Beschleunigung yon 1 G/see dargestellt. Die zugehSrige Gleichung lautet : y ~ 8,87 - - 0,097x ; S.D.y x

0,793; der Korrelationskoeffizient ist r = - -0 ,47, die Z~hl der Unter- suehten betrug hier aber nur 13.

218 K.E. I~Er~ et al.:

Bespreehung der Ergebnisse

Als ,,normale" Reaktion naeh passivem Lagewechsel um 90 ~ stieg im Zeitraum yon 11 rain im Mittel die Pulsfrequenz um 20 Sehl~ge auf 86/min (-~30%), der systolisehe Blutdruek um 1 mm auf 117 mm ttg (< -~ 1~ der diastolische Druck um 19 mm auf 92 mm Itg (~-26%) und der Mitteldruck um 12 mm auf 99 mm Hg (-~14%). Zur gleiehen Zeit verkleinerte sieh die Blutdruekamplitude um 18 mm auf 25 mm Hg (--42%).

Wie bei den intraarteriellen Messungen von STEVenS [41] war auch hier bei den Personen, bei denenes im Verlauf der Orthostase zu klini- sehen Zeichen eines Pr~kollapses kam, der Blutdruek bereits in Ruhe gegeniiber dem Mittel der Kontrollen verringert ; und zwar der systolisehe Druek um 4 mm (3,5%) und die Amplitude um fund 6 mm Hg (14%). Dieser Befund gewinnt trotz fehlender statistiseher Signifikanz deshalb an Bedeutung, weft er in ~hnlicher GrSl~enordnung aueh bei Personen einer Gruppe erhoben wurde, die an I-Iand der Ergebnisse yon zwei Ver- suehen mit untersehiedliehem Verlauf mit sieh selbst verglichen werden konnten. Der bereits in den Ruhewerten des Blutdrueks zwischen den Versuehen mit und ohne Pr~kollapserscheinungen bestehende Unter- schied wurde naeh dem Lagewechsel dureh einen ausgeprs Abfall des systolisehen Drucks und eine etwas st~rkere Einengung der Amplitude in der zweiten Gruppe deutHeher, so dal] sich sehliel31ieh bei Kollaps- neigung bereits 1--2 min, ehe ~ul~ere klinische Anzeiehen hierffir auftraten, der systolisehe Druck im Mittel um knapp 10%, die Amplitude um 15% und der Mitteldruek um 6--10% niedriger einstellten als ver- gleiehsweise bei den Personen, die fiber die volle Zeit der Untersuchung keine StSrungen zeigten.

Im Gegensatz zum Blutdruck lie~ die Pulsfrequenz in der Regel erst dann deutlich vonder Norm abweichende Reaktionen erkennen, wenn der Kollaps unmittelbar bevorstand. Immerhin zeigte sie bei Kollaps- neigung auch vorher schon eine Tendenz weniger anzusteigen bzw. sich auf einen niedrigeren Wert einzustellen. Die zwisehen den Gruppen ge- fundenen mittleren Untersehiede sind aber wegen der Uneinheitliehkeit der Reaktion und der dadurch bedingten grol~en St~ndard~bweiehung yon einer statistisehen Signifikanz welt entfernt. Insgesamt erwies sieh damit die Pulsfrequenz in Ubereinstimmung mit einem Tefl der ~lteren und neueren Literatur [1~ 2, 4, 15, 41] aueh bei unseren Untersuehungen als wenig geeignet zur Erf~ssung individueller Unterschiede in der Ortho- stasetoleranz.

Versehiedentlich ist angenommen worden, dal~ beim Lageweehsel die Gfite der Kreislaufregulation yore Leistungsverm5gen (physical fitness) der Untersuehten abh~ngen kSnne. Auf Grund unterschiedlieher Unter-

DiG Abhiingigkeit der Orthostase- und Beschleunigungstoleranz 219

suehungsergebnisse ist diese Frage yon GXAYBIEL U. McFARLAND [15] positiv, yon ALLV~ et al. [1] negativ beantwortet worden. Die Ver- knfipfung einer sch]eehten Leistungsf/~higkeit mit einer grSBeren Kol- lapsbereitschaft stfitzt sich dabei u. a. aueh auf die bei Sportlern auf dem Kipptisch festgestellte niedrigere Pulsfrequenz [45, 48], die hier, in Ana- logie zum Verhalten yon Trainierten bei kSrperlieher Arbeit, als Aus- druck einer stabileren, 5konomischeren und damit ,,besseren" Kreislauf- regulation angesehen worden ist [28]. Wir haben bereits in einer friiheren VerSffentlichung ffir den Sauerstoffmangel nachgewiesen, daB die H6he der Pulsfrequenz in der akuten Hypoxie zwar siguifikant yon der maximalen Sauerstoffaufnahme bei Arbeit und damit vom LeistungsvermSgen abh/ingt, daB sie gleichzeitig aber praktisch keine Beziehung zur Sauer- stoffmangeltoleranz aufweist und damit fiir diese GrSBe auch kein Ma{~ darstellen kann [23]. Das gleiehe gilt nun ffir die Kipptischbelastung: Auch hier zeigt die Frequenz w/~hrend der Orthostase eine enge und hoeh- signifikante Abh/ingigkeit vom SauerstoffaufnahmevermSgen bei er- sehSpfender Muskelarbeit, die, wie der niedrigere ,,partielle" Koeffizient yon r = --0,05 beweist, nahezu ausschliel31ich fiber die bereits in horizontaler Lage bestehenden Frequenzunterschiede zustande kommt. Die in der Ruhebradykardie erkennbare grSBere Kreislaufreserve, deren Be- deutung ffir das maximale Muskelarbeitsverm6gen nicht in Zweffel gezo- gen werden kann, kommt aber bei der Kipptischbelastung nicht zum Tragen; sie ist nicht unbedingt und als Regel mit einer grSBeren Toleranz verknfipft. Unsere Untersuchungsergebnisse sprechen eindeutig daffir, daB die fiber die O2-Aufnahme zum Ausdruck kommenden z.T. sehr grof3en Untersehiede in der kSrperlichen Leistungsf/~higkeit der Unter- suchten sich auf die Widerstandsf/ihigkeit gegenfiber plStzlichem Lage- wechsel nicht auswirken - - mSglieherweise mit Ausnahme der Situation, wo der Kreislauf durch gleiehzeitige Hyperventflation zuss belastet wirdl Wir sind daher mit GADER~IANN, JUNGMANN U. METZNER [11] der Auffassung, daB sich selbst dureh ein so hartes, jahrelanges Kreislauf- training, wie es Spitzensportler in Dauersportarten betreiben, die regu- lativen Vorg/~nge nicht entseheidend ver/~ndern, die einer Verringerung des arteriellen Blutvolumens beim Lageweehsel des inaktiven Organismus entgegenwirken.

Unberfihrt yon dieser Feststellung bleibt allerdings die Tatsache, dab konditionssenkende Mai~nahmen, wie Bewegungsarmut, Bettruhe und Schwerelosigkeit zusammen mit einer Xnderung der Blutdruek- und Puls- frequenzreaktion die Toleranz gegenfiber plStzlichem Lagewechsel eindeutig herabzusetzen verm6gen [5, 18, 31, 42, 44, 46]. Hierbei k6nnen neben Plasmavolumenverminderung [42] u.a. aueh Ver/~nderungen in der Gewebespannung, im Venentonus und im peripheren Widerstand eine Rolle spielen. Wie unser Vergleieh bei den Personen zeigt, die in einem

220 K.E. KLEr~ et al.:

Versueh kollabierten, in einem zweiten aber die volle Zeit ungestSrt in vertikaler Lage durehstanden, genfigt bereits eine relativ geringffigige Senkung der Blutdruekruhewerte, um w~hrend der Orthostase den Blut- druck aul~erhalb des noeh als normal anzusehenden Reaktionsbereiehes abfallen zu lessen, der in ~bereinstimmung mit unseren eigenen Ergeb- nissen in der Literatur im Durchsehnitt mR etw~ bis --10% fiir den systolisehen Blutdruek und his --50% fiir die Amplitude angegeben wird [1, 2, 15, 41].

Aber auch die Verkniipfung eines Wechsels in der Orthostasetoleranz mit i~,nderungen der Pulsfrequenzreaktion bei Kipptisehbelastung sind kein Beweis fiir eine kausale Abhgngigkeit derbeiden GrSBenvoneinander. Vielmehr kommt die Parallelitgt der Erscheinungen auf dem Kipptiseh vorwiegend dadureh zustande, dal3 sich z. B. Inaktivit~t sowohl auf die Orthostasetoleranz als auch auf die kSrperliehe Leistungsf~higkeit ver- mindernd auswirkt. D~nach zeigt sieh bei Kipptisehbelastung die Ver- schleehterung der Orthostasetoleranz in der Ver~nderung der Blutdruck- reaktion, die Verminderung der ,,physical fitness" gleiehzeitig aber in einer Vergnderung der Reaktion der Pulsfrequenz.

Uber die Abh~ngigkeit der Orthostasetoleranz veto KSrperbau liegen nut wenige Angaben vor. Bei BREI~M U. WEZLm~ [2] finder sieh der Hin- weis, dal~ der arterielle Mitteldruek bei grol~en und kleinen Personen etwa gleich grol3 sei, und es daher in vertikaler Position, wenn der Blutdruek absinke, bei groBen Mensehen infolge des grSl~eren Herz-H_irn-Abstandes eher zu einer cerebralen M~ngeldurchblutung komme. Auch wir fanden den in I-Iorizontallage gemessenen Ruheblutdruek, insbesondere den Mit- teldruek, weitgehend unabh~ngig yon der KSrpergrS~e. Naeh Lageweeh- sel konnten allerdings z. T. signifikante Korrel~tionen erreehnet werden, deren Vorzeiehen sich - - wie bereits vorne erw~hnt - - je n~eh Verlauf der Untersuehung untersehieden. W~hrend bei denj enigen, die fiber 20 rain keine Kollapszeiehen erkennen liel3en, der systolisehe Druck und vor allem der Mitteldruclc in positiver Beziehung zur GrSl~e und damit zur hydrostatisehen Druekdifferenz Herz--Hirn standen, kam es umgekehrt dann, wenn Kollapsneigung bestand, zu einer neg~tiven Abh~ngigkeit des Blutdrueks yon der KSrpergr58e, wobei jedoeh die Betonung der Ampli- tudenverl~leinerung kausal mehr auf Untersehiede im Ausmal~ der Blut- versehiebung und damit wohl eher auf Differenzen in der L~nge der ab- hgngenden KSrperpartien hinzuweisen seheint [4].

Die ,,Besehleunigungstoleranz", gemessen als zentraler Sehverlust bei positiv, in Richtung der K6rperli~ngsaehse einwirkenden Beschleuni- gungskrs entsprieht sehr gut den Ergebnissen fftiherer eigener Unter- suehungen [21, 23] und liegt mit 4,9 +Gz ffir den rasehen Anstieg yon 1 G/see etwa in tier Mitre zwisehen den jeweils an einem grol]en Unter- suehungsgut gewonneneI1 5,0 + G z yon HOWAI~D [17] und den yon


WI~ITS [49] and MEEtIAN [29] zitierten 4,7 d- Gz. Mit einer Toleranzdiffe- renz yon 1,9G zwischen den beiden untersehiedlieh raschen Anstiegen yon 1 G/see und 0,07 G/see stimmen unsere Messungen dariiber hinaus exakt mit den Ergebnissen yon EDELBERG et al. [7] nnd in groger Ann/~herung mit den 2,1G aus eigenen Untersuehungen [21, 23] fiberein.

Die Frage eines Zusammenhanges yon + Gz-Toleranz und physical fitness ist yon WsssEI, [48] auf Grand der Ergebnisse experimenteller Untersuehungen bejaht worden. Sie stiitzt sich dabei vor allem auf eine Parallelitgt in der Ver/tnderung beider GrSl3en naeh einer Trainings- und Inaktivitgtsperiode. Uns seheinen ihre Ergebnisse u .a . aueh deshalb wenig iiberzeugend, weil sie u. E. mit unzureiehenden Methoden gewon- hen warden: Weder gibt der Harvard Step-Test, vor allem bei seiner einmaligen Ausfiihrung, einen guten Anhalt ffir die Leistungsf/thigkeit yon ICreislauf and Atmung (u. a. [23, 38]), noeh seheint uns die Messung der Ohrblutmenge and der Pulsfrequenz w/~hrend oder naeh Besehleuni- gung ein gutes MaB ftir die Besehleunigungstoleranz zu sein. Vor allem ffir die Pulssehlagzahl mfissen wit auf Grand eigener Erfahrung die vorne im Zusammenhang mit der Kipptisehuntersuehung vorgebraehten Vor- behalte wiederholen. Auch die w~hrend der Besehleunigung gemessenen Frequenzwerte zeigen zwar eine enge Korrelation znr kSrperliehen Lei- stungsf/thigkeit (hier: l?02max), aber nut einen sehwaehen Zusammen- hang mit dem zentralen Sehverlust (s. dazu aueh HOWARD [17], S. 606). Die yon WESSEL [48] naeh Perioden sportliehen Trainings gemaehte Beobaehtung einer gleiehzeitigen Verringerung des Pulsanstieges bei Arbeits- and Beschleunigungsbelastung kann daher wohl nur als Trai- ningseffekt, nicht aber a]s Verbesserung der Beschleunigungstoleranz angesehen werden. Bereits MEE~AN U. JACOBS [30] fanden bei Bestimmung der Beschleunigungsfestigkeit an Hand des peripheren und zentralen Sehverlustes keine nennenswerte Beziehung mehr zur ,,Leistungsfghig- kei t" ; allerdings wurde auch bei diesen Untersuehungen das Leistungs- vermSgen noeh wenig befriedigend im Harvard-Test und bei Kraftfibun- gen gemessen. Naeh Bestimmung der funktionellen Kapazit/it yon Kreis- lauf und Atmung fiber die maximale Sauerstoffaufnahme und Vergleieh yon Personen mit grogen Leistungsuntersehieden glauben wit die Frage naeh der Abhiingigkeit der Besehleunigungstoleranz yon Trainingszustand and Leistungsfahigkeit ebenso eindeutig negativ beantworten zu kSnnen, wie das oben bereits ffir die Beziehung der Orthostaseto]eranz zum Lei- stungsvermSgen getan werden konnte. Diese Aussage wird nicht ein- gesehrgnkt durch die Feststellung, daS frtiher bei Untrainierten [21, 23, 50] und hier mit r = 0,36 auch bei Sportlern ein ,,schwaeher" bis ,,be- merkenswerter" Zusammenhang zwischen den Ergebnissen des Schnei- der-Tests und der Blackout-Sehwelle errechnet werden konnte, da dieser

15 In t . Z. angew. Physiol. , Bd. 26

222 K.E. KLEIN et al. :

Test u. E. zur Messung der individuellen kSrperlichen Leistungsfahigkeit wenig geeignet ist [21, 23, 38].

Auch zwisehen der Beschleunigungsfestigkeit (gemessen als zentraler Sehverlust auf der Zentrifuge) und der Orthostasetoleranz (gemessen fiber Kreislaufreaktion und Kollaps bei passivem Lagewechsel) bestand in unserer Versuchsreihe praktisch kein Zusammenhang, wenn man die ,,bemerkenswerte" Korrelation der CLL-Schwelle zur t t5he des Blut- drucks unberficksichtigt lgl3t, die - - wie oben aufgezeigt - - alleine fiber die Blutdruckruhewerte zustande gekommen ist. Dieses Ergebnis entspricht den Befunden anderer Autoren bei Experimenten mit ahnlicher Fragestellung, aber unterschiedlichen methodischen Ansatzen [20, 25, 37]. Abgesehen yon der Postulierung eines Zusammenhangs auf Grund theore- tischer Erwagungen [15, 27] steht den negativen Resultaten u. W. alleine eine yon EsTEs [8] ffir die Beziehung CLL-Schwelle zu orthostatischer Pulsfrequenzanderung ermittelter signifikanter Koeffizient (r = --0,44) gegenfiber, dessen Beweiskraft ffir einen eehten Zusammenhang zwischen den beiden Toleranzen aber nut gering eingesehatzt werden kann. Die reflektorisehen Vorgange, die einer Verringerung der arteriellen Ge- fa~ffillung bei Auftreten yon Gravitationskraften parallel zur KSrper- langsaehse entgegenwirken, sind vielfaltig [13, 35]; sic lassen sich al]er- dings in I-IJnsicht auf die Geschwindigkeit ihres Ablaufs im wesentliehen auf zwei Meehanismen reduzieren: einmal wird als Sofortregulation fiber die Druekreceptoren eine periphere Vasoconstriction und Iterzsehlag- frequenzerhShung ausgelSst, daneben werden sp~tter dutch das anti- diuretische t tormon der t typophyse, das Aldosteron der Nebennieren- rinde oder die Niere selbst Flfissigkeit im Gef~l~system zurfiekgehalten. Es ist einleuehtend, dal~ bei einer in wenigen Sekunden bis zum Kollaps ansteigenden Beschteunigungsbelastung nur der erste, bei der Einwirkung yon 1 G ws 10, 20 oder 30 rain aber bereits beide Mechanismen ent- scheidend ffir den ,,Erfolg" werden kSnnen.

Die individuelle ttShe der Beschleunigungstoleranz wurde in unserer Versuehsreihe signifikant mitbestimmt, einmal dutch den Abstand der Herzspitze veto Augenwinkel, zum anderen dureh den arteriellen Ruhe- blutdruck. Mit r -~- -0 ,41 war der Korrelationskoeffizient ffir die Be- ziehung des Herz-Augen-Abst~ndes zur Blaekout-Schwelle allerdings kleiner als der yon H ~ T E ~ [19] angegebene Wert yon r ~ --0,77. Ob methodisehe Unterschiede die Differenz der Ergebnisse verursacht haben kSnnen, kann hier nicht entsehieden werden, da die I-Iuntersche Arbeit nicht im Original vorgelegen hat. Immerhin ist zu bedenken, da~ die Bestimmung der tIShe der aufsteigenden Bluts~ule fiber den Abstand der palpatoriseh fixierten Herzspitze zum gleichseitigen Augenwinkel mit FehlermSgliehkeiten behaftet ist. Wir halten daher bei exakterer, evtl. rSntgenologischer Bestimmung der gesuehten Ls einen engeren Zu- sammenhang zwisehen den GrSl~en durchaus ffir mSglich.

Die Abhgngigkeit der Orthostase- und Beschleunigungstoler~nz 223

Aueh der ffir die Relation des Ruheblutdrucks zur CLL-Schwelle errechnete Koeffizient weieht yon den in der Literatur [8, 30, 50] zwisehen r = 0,11--0,36 angegebenen Werten ab; ~llerdings ist bier zu berfiek- siehtigen, dag die Beschleunig~ngstoleranz in den zum Vergleich an- stehenden Untersuehungen in 10--15 see-L/~ufen mit Ans~iegen yon > 0,28 G/see ermittelt worden ist. - - Die Erkl~rung daffir, daft zwischen den beiden GrSgen Ruheblutdruck und Beschleunigungstoleranz fiber- haupt eine nennenswerte Abhs besteht, seheint einfaeh, seitdem feststeht, dab Personen mit hoher Besehleunigungsfestigkeit im allgemeinen hShere Noradrenalinspiegel nicht nut w/~hrend, sondern auch sehon in der Kontrollperiode kurz vor der Besehleunigungsexposition haben [6, 14, 31, 40]. Die Tatsaehe, dab den hSehsten Koeffizienten - - den yon uns und EST~S [8] erreehneten - - Blubdruekruhewerte zugrunde liegen, die nieht vor dem Besehleunigungsexperiment in sitzender Position, sondern liegend vor dem Kipptischversueh gemessen wurden, maeht das Versts tier Zusammenh~nge allerdings nicht leichter, es sei denn, man will voraussetzen, dab die Abh~ngigkeit Toleranz und Blutdruck under diesen Umst~nden desha]b deutlieher wird, weil die , ,Spannung", die zur Aussehiit~ung yon Noradrenalin ffihrt, in Erwartung des Lage- weehsels starker ist als vor dem Zentrifugenversuch. Tats/~chlieh kSnnten die von O F F ~ A V S U. DEJONGtI [35] kiirzlieh ver6ffentliehten Kurven, aus denen Untersehiede in der HShe des Urin-Noradrenalinspiegels vor Kipptiseh- und Zentrifugenbelastung hervorgehen, in diesem Sinne gesehen werden.

~Vir haben bei unseren Versuehspersonen, wie oben erwahnt, zwei GrSl3en ermittelt, die die H6he der Besehleunigungstoleranz mitbestim- men. Daraus ergibt sieh die MSglichkeit, einen Koeffizienten der ,,mul- t iplen" Korrelation [10] zu errechnen. Er betr~gt ffir die Abh/~ngigkeit der Blaekout-Schwelle yon der Kombinat ion des Herz-Augen-Abstandes mit dem systo]isehen t~nheblutdruek l~Le a = 0,70 und ffir den tIerz- Augen-Abstand und den arteriellen Mitteldruek als unabh/~ngige, die Beschleunigungstoleranz determinierende GrSgen R1.23 = 0,68. Die den beiden Korrelationskoeftlzienten entspreehenden ,,multiplen Bestimmt- heitsmaBe", R21.% = 0,492 ffir die Kombinat ion mit Ps und 1% 2 = 0,461 f/ir die Kombinat ion mit Pro, erlauben die Feststellung, dab sieh in unserem Untersuehungsgu~ nahezu 50 % der interindividuellen Varianz der Blaekout-Sehwelle zahlenm/~Big durch Untersehiede in der r~umlichen Entfernung des Herzens yore Auge zusammen mit Unterschieden im systolischen Ruheblutdruek erkl~ren lassen ; f/Jr die Kombinat ion des L/tngen- maBes mi~ dem arteriellen iV[itteldi'uek betr~gt der erkl~rbare Anteil der Varianz 46%.

Die statistische Beziehung zwisehen den drei letztgenannten Variablen li~Bt sieh mathematisch durch die Gleichung der ,,multiplen Regression" ausdrfieken (s. dazu : J . P. GUIL~ORD, Fundamental statistics in psychol-

~5"

224 K.E . K s ~ et al. :

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y = 4 , 2 7 - 0,107x 1 -t-0,058x~; S.D.L~ s = 0,56.

I n der Gleiehung bedeute t y die Blackout-Schwelle in ,,G" ftir den Anstieg yon 0,07 G/see, x~ den Herz-Augen-Abs tand in Zent imeter und x~ den ira Liegen in tara t Ig gemessenen P~uheblutdruck. Sind der Herz- Augen-Abs tand u n d der Ruheb lu td ruck eines Pri if l ings bekann t , so 1s sich hierans die zu erwartende Blackout-Sehwclle mi t einer Standard- abweichung yon 4-0 ,56G voraussagen. Nach GUrLSO~D (a. a. O. p. 377) wiirde eine solche Voraussage wenigstens 30% besser sein als eine Vor- aussage ohne K e n n t n i s der hier erarbei te ten Zusammenh/~nge.

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Dr. reed. K. E. KLEIN Insti tut fiir Flugmcdizin 5320 Bad Godesberg, K61ner StraSe 70

Druek yon J. P. Peter, Geb r. Holstein, Rothenbu2g o. d. Tbr.

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Die Abhängigkeit der Orthostase- und Beschleunigungstoleranz von Körperbau und Leistungsfähigkeit