Das Herz-Kreislauf- und das Atmungssystem sind so miteinander verbunden, dass eines ohne das andere nicht funktionieren kann. Diese beiden Systeme arbeiten zusammen, um den Stoffwechsel in allen Systemen des Körpers durch Zufuhr von Sauerstoff und Beseitigung von Abfällen zu ermöglichen.
Sauerstoffverbrauch
Der Sauerstoffverbrauch, kurz VO2, ist ein Maß für das vom Körper verbrauchte Sauerstoffvolumen. VO2 basiert, wie von Dr. Benjamin Levine beschrieben, auf der Fick-Gleichung, nach der der Sauerstoffverbrauch vom Produkt der Sauerstoffzufuhr und -extraktion abhängt. Die Sauerstoffextraktion berücksichtigt die Menge an Sauerstoff im arteriellen Blut, die an das metabolisch aktive Gewebe gesendet wird, und die Menge an Sauerstoff im venösen Blut, die zum Herzen zurückgeführt wird. Der Unterschied zwischen dem arteriellen Sauerstoffgehalt und dem venösen Sauerstoffgehalt bestimmt die Menge an Sauerstoff, die vom Gewebe verbraucht wurde. Andererseits ist die Sauerstoffabgabe ein Maß für die Herzfunktion, insbesondere für das Herzzeitvolumen. Das Herzzeitvolumen bestimmt die Blutmenge, die bei jedem Schlag aus dem Herzen gepumpt wird. Das Herzzeitvolumen ist das Produkt aus Herzfrequenz und Schlagvolumen oder der Menge an Blut, die pro Schlag gepumpt wird.
Levine zufolge wird der Sauerstoffverbrauch eher durch die Sauerstoffzufuhr als durch die Sauerstoffgewinnung begrenzt. Dies legt großen Wert auf das Zusammenspiel von VO2 und Herzfrequenz und betont die Bedeutung der Wechselwirkung zwischen Herz-Kreislauf- und Atmungssystem.
Steigender Verbrauch
"Physiologie von Sport und Bewegung" besagt, dass jeder den gleichen Sauerstoffverbrauch in Ruhe pro gegebenem Körpergewicht hat. Wenn sich ein Individuum jedoch von einem Ruhezustand zu einem körperlichen Training bewegt, benötigt der Körper mehr Sauerstoff, damit die Stoffwechselprozesse mit dem Energiebedarf Schritt halten können. Wenn sich der Körper von Ruhe zu Bewegung bewegt, beginnt die Herzfrequenz natürlich stetig zuzunehmen. Diese kardiovaskuläre Reaktion ermöglicht eine schnellere Sauerstoffversorgung des Arbeitsgewebes, beispielsweise des Skelettmuskels, wodurch der Sauerstoffverbrauch erhöht wird.
Senkung des Sauerstoffverbrauchs
Erkrankungen des Herz-Kreislauf-Systems führen tendenziell zu einer Abnahme des Sauerstoffverbrauchs, die die Fähigkeit einer Person, sich körperlich zu betätigen, einschränkt. Die Art der Herzinsuffizienz verhindert beispielsweise, dass das Herz die Herzfrequenz angemessen erhöht. Ohne die Erhöhung der Herzfrequenz ist die Sauerstoffzufuhr und damit der Sauerstoffverbrauch begrenzt. Der Begründer des Weber-Systems zur Klassifizierung von Herzinsuffizienz, Dr. Karl Weber, hat gezeigt, dass bei schwerer Herzinsuffizienz die Sauerstoffextraktion verbessert wird, um die Abnahme der Sauerstoffzufuhr auszugleichen. Diese Forschung unterstreicht die wichtige Beziehung zwischen dem Sauerstoffverbrauch und den Faktoren der Sauerstoffzufuhr.
Elite-Athleten
Während Training im Allgemeinen die Sauerstoffzufuhr 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 starken Erhöhung der Herzfrequenz. Wenn das Blut sehr schnell durch die Lunge fließt, bleibt wenig Zeit, damit der Sauerstoff die Lunge verlässt und in das Blut eindringt. Dies bedeutet, dass das Blut weniger Sauerstoff als normal enthält, eine als Hypoxämie bezeichnete Erkrankung, und daher weniger Sauerstoff liefert, als der Körper benötigt. Hypoxämische Zustände führen im Allgemeinen zu einer Ohnmacht aufgrund eines Sauerstoffmangels des Gehirns und anderer lebenswichtiger Organe. Dies zeigt das empfindliche Gleichgewicht, das zwischen Herz-Kreislauf- und Atmungssystemen eingehalten werden muss, damit der Sauerstoffverbrauch maximiert wird.
Andere Variablen
Während die Herzfrequenz eine wesentliche Rolle beim Sauerstoffverbrauch spielt, hat sich gezeigt, dass das Schlagvolumen, der zweite Faktor der Sauerstoffzufuhr, einen viel größeren Einfluss auf VO2 hat. Mehrere Variablen können die Blutmenge erhöhen, die ein einzelner Pump pro Schlag erzeugt, wohingegen die Änderungen der Trainingsherzfrequenz minimal sind. Die Anpassungsfähigkeit des Schlagvolumens macht es zu einer wichtigeren Variable bei der Bestimmung des maximalen Sauerstoffverbrauchs. Um die Grenzen des Sauerstoffverbrauchs zu bestimmen, sind beide Variablen der Sauerstoffabgabe wichtig.
