II Abbildungsverzeichnis
III Tabellenverzeichnis
IV Abkürzungsverzeichnis
V Zusammenfassung
1 Einleitung
1.1 Ausdauerleistungsfähigkeit und Indikatoren dafür
1.2 Studienrelevante leistungsphysiologische Variablen
1.2.1 Maximale Kenngrößen
1.2.1.1 Maximale Leistungsfähigkeit (Pmax)
1.2.1.2 Verhalten der Sauerstoffaufnahme (VO2) unter körperlicher Belastung
1.2.1.3 Atemminutenvolumen (VE)
1.2.2 Submaximale Kenngrößen
1.2.2.1 Herzfrequenzverhalten
1.2.2.2 Respiratorischer Quotient (RQ)
1.2.2.3 Laktat
1.3 Regulation metabolischer und spiroergometrischer Parameter bei ansteigender stufenförmiger Belastung
1.4 Ermüdung und Regeneration biologischer Teilsysteme
1.4.1 Ermüdung
1.4.2 Nährstoffversorgung und Regeneration
1.5 Untersuchungsziele und Arbeitshypothese
2 Methodik
2.1 Studiendesign
2.1.1 Probanden
2.1.2 Allgemeiner Untersuchungsablauf
2.2 Messmethodik
2.2.1 Fahrradergometrischer Stufentest
2.2.2 Anthropometrische Daten
2.2.3 Atemgasmessungen
2.2.4 EKG- und Herzfrequenzmessung
2.2.5 Laktatentnahmen und Schwellenbestimmung
2.2.6 Venöse Blutentnahmen
2.2.7 Ernährung
2.2.8 Weitere Methoden
2.3 Berechnung der Kenngrößen
2.4 Statistik
3 Ergebnisse
3.1 Nahrungsaufnahme
3.2 Gewicht
3.3 Testergebnisse der maximalen Kenngrößen
3.3.1 Maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max)
3.3.2 Maximale Leistung (Pmax)
3.4 Ausbelastungskriterien
3.4.1 Maximaler Respiratorischer Quotient (RQmax)
3.4.2 Maximales Laktat (Lamax)
3.4.3 Maximale Herzfrequenz (HFmax)
3.4.4 Maximales Atemminutenvolumen (VEmax)
3.4.5 Borg-Skala
3.5 Submaximale Kenngrößen
3.5.1 Lactate Threshold (LT)
3.5.2 Individuelle Anaerobe Schwelle (IAS)
3.5.3 Herzfrequenz in Ruhe und auf submaximalen Belastungsstufen
4 Diskussion
4.1 Plausibilitätskontrolle
4.2 Ergebnisdiskussion
4.3 Methodenkritik
4.4 Schlussfolgerungen
Literaturverzeichnis
Danksagung
II Abbildungsverzeichnis
Abbildung 1: Herzfrequenz- und Laktatverhalten bei fahrradergometrischem Stufentest (Laube, 2005, S. 248)
Abbildung 2: Streubreite der altersabhängigen maximalen Herzfrequenzwerte bei er schöpfender Laufbandbelastung (aus Löllgen et al. 1997, S.105)
Abbildung 3: Blut- und Muskellaktatkonzentration bei und nach 2 minütiger, intensiver Belastung (modifiziert nach Mader, 1984; zitiert durch de Marèes, 2003, S. 364)
Abbildung 4: Schematische Darstellung des Laktat- und Ammoniakverhaltens im Stu fentest bei Glykogenmangel und nach Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit durch Ausdauertraining (aus Schulz & Heck, 2001)
Abbildung 5: Schematische Darstellung spiroergometrischer und metabolischer Kenn größen bei ansteigender Belastung zusammen mit dem Rekrutierungs verhalten der Muskelfasern und den verstoffwechselten Substraten (aus Löllgen et al., 2010, S.15)
Abbildung 6: Schematische Darstellung des Studiendesigns
Abbildung 7: Versuchsperson mit Spiroergometrieausrüstung im Ergometrieraum der Hochschulambulanz der Universität Potsdam
Abbildung 8: Klassische Borg-Skala (aus Löllgen, 2004)
Abbildung 9: VO2max bei den 4 Tests für die Trainierten (grün, n = 8) und Untrainierten (gelb, n = 8)
Abbildung 10: Relative VO2max bei den 4 Tests für die Trainierten (grün, n = 8) und Un- trainierten (gelb, n = 8)
Abbildung 11: Die absolute Pmax bei den 4 Tests für die Trainierten (grün, n = 8) und Untrainierten (gelb, n = 8)
Abbildung 12: Relative Pmax bei den 4 Tests für die Trainierten (grün, n = 8) und Untrai nierten (gelb, n = 8)
Abbildung 13: Lactate Threshold (LT) bei den 4 Tests für die Trainierten (grün, n = 8) und Untrainierten (gelb, n = 8)
Abbildung 14: Individuelle anaerobe Schwelle (IAS) bei den 4 Tests für die Trainierten (grün, n = 8) und Untrainierten (gelb, n = 8)
Tabelle 1: Richtwerte für die Pmax relativ bei Fahrradergometerarbeit bei Männern im Alter von 20 - 30 Jahre. Bei älteren Personen sind pro Dekade 10 % abzuziehen, bei Frauen liegen die Werte 10 - 15 % niedriger
Tabelle 2: Zeitlicher Ablauf der Regeneration im Sport. Die Angaben beziehen sich auf Durchschnittswerte und variieren stark nach Dauer, Intensität der Belastung sowie individueller Leistungsfähigkeit (aus Neumann et al., 2011, S. 34)
Tabelle 3: Anthropometrische Daten der Versuchspersonen (n=16)
Tabelle 4: Tabelle zur Berechnung des max. KH- u. Energieverbrauchs bei Fahradergometrien (EE: Energieverbrauch)
Tabelle 5: Energie- und Kohlenhydrataufnahme am Vortag (T: n = 8; UT: n = 8)
Tabelle 6: Energie-, Kohlenhydrat- und Flüssigkeitsaufnahme am Testtag. Zusammen fassend berechnet aus dem Frühstück und den Zwischenmahlzeiten 1 bis 3 (T: n = 8; UT: n = 8)
Tabelle 7: RQmax (T: n = 8; UT: n = 8), Lamax (T: n = 8; UT: n = 7) und HFmax (T: n = 8; UT: n = 8) über 4 Tests bei den Trainierten und den Untrainierten
Tabelle 8: VEmax und Borg-Skala über 4 Tests bei den Trainierten (n = 8) und den Un- trainierten (n = 8)
Tabelle 9: HFLT und LaLT über 4 Tests bei den Trainierten (n = 8) und den Untrainierten (n = 8)
Tabelle 10: HFIAS und LaIAS über 4 Tests bei den Trainierten (n = 8) und den Untrainierten (n = 8)
Tabelle 11: Verhalten der HF [min-[1]] in Ruhe und am Ende der ersten 5 Belastungsstufen über 4 Tests bei den Trainierten (n = 8)
Tabelle 12: Verhalten der HF [min-[1]] in Ruhe und am Ende der ersten 5 Belastungsstufen über 4 Tests bei den Untrainierten (n = 8)
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Hintergrund und Ziel:
Es ist bislang noch unzureichend untersucht, wie sich wiederholte Ergometrien an einem Tag auf leistungsphysiologische Kenngrößen auswirken. Dies erscheint interessant, da in Studien und im Leistungssport gelegentlich ergometrische Mehrfachtestungen an einem Tag stattfinden. Aus diesem Grund wurde in dieser Studie an Ausdauertrainierten und Un- trainierten untersucht, wie sich ausgewählte leistungsphysiologische Kenngrößen über vier maximale fahrradergometrische Stufentests am selben Tag bei einer fest definierten Pause verhalten.
Methoden:
8 ausdauertrainierte (T) und 8 ausdaueruntrainierte (UT) Probanden (T: 4 ♂ / 4 ♀, 25 ± 3 Jahre, BMI 23 ± 2 kg/m2, maximale Sauerstoffaufnahme [VO2max] 67 ± 6 ml/min/kg; UT: 4 ♂ / 4 ♀, 27 ± 4 Jahre, BMI 23 ± 1 kg/m2, VO2max 43 ± 5 ml/min/kg) absolvierten vier maximale fahrradergometrische Stufentests im Abstand von 90 min mit kontinuierlichen Herzfrequenz- (HF) und Atemgasmessungen, Laktatentnahmen am Ende jeder Stufe so- wie venösen Blutentnahmen vor und nach Belastung. Der Kohlenhydrat- (KH) und Ener- giebedarf für Ruhe und Belastung wurde individuell berechnet und durch standardisierte Zwischenmahlzeiten gedeckt. Zielparameter waren die Maximalleistung (Pmax), die VO2max, die individuelle anaerobe Schwelle (IAS) und die HF-Leistungskurve. Analysen der Blutpa- rameter (u. a. Stresshormone) stehen noch aus. Statistische Berechnungen erfolgten mit- tels ANOVA für Messwiederholungen.
Ergebnisse:
Die Pmax veränderte sich bei den Trainierten nicht signifikant (306 ± 41 vs. 309 ± 41 vs. 307 ± 41 vs. 306 ± 41 W; p = 0,232) und nahm bei den Untrainierten ab dem dritten Test signifikant ab (201 ± 35 vs. 198 ± 36 vs. 192 ± 33 vs. 185 ± 30 W; p < 0,001). Die VO2max blieb in beiden Gruppen unverändert (p = 0,383 bzw. p = 0,285). Die IAS (T: 183 ± 30 W; UT: 125 ± 25 W) stieg bei den Trainierten ab dem zweiten und bei den Untrainierten ab dem vierten Test signifikant an (um insgesamt 12 ± 8 bzw. 10 ± 10 %; jeweils p < 0,05). Die HF-Leistungskurve verschob sich bei den Trainierten ab dem dritten und bei den Un- trainierten ab dem zweiten Test signifikant nach oben (um insgesamt 6 ± 6 bzw. 9 ± 8 min-1 ;jeweils p < 0,05).
Schlussfolgerungen:
Ist die VO2max alleiniger Zielparameter, sind bei Ausdauertrainierten und bei Untrainierten vier Ergometrien am selben Tag möglich. Soll allein die Pmax ermittelt werden, sind bei Ausdauertrainierten vier und bei Untrainierten 2 Tests möglich. Da sich bereits in beiden Gruppen ab dem zweiten Test submaximale metabolische und kardiozirkulatorische Kennwerte veränderten, sollte bei Untersuchungen mit diesen Zielparametern nur ein Test pro Tag erfolgen. Als mögliche Ursache für den signifikanten Anstieg der IAS über die Tests kommt eine Glykogenverarmung, trotz theoretisch adäquater KH-Zufuhr, in Frage.
Ergometrische und spiroergometrische Belastungstests stellen, ein sorgfältiges methodisches Vorgehen vorausgesetzt, die Standardmethode in der sportmedizinischen Leistungsdiagnostik zur Bestimmung der Ausdauerleistungsfä- higkeit dar. Daher sind diese Methoden der Leistungsdiagnostik auch fester Be- standteil diverser wissenschaftlicher Forschungsarbeiten. In manchen Studien und im Leistungssport besteht die Notwendigkeit, mehrere ergometrische Tests an einem Tag mit ein und demselben Probanden durchzuführen. Dadurch lassen sich ver- schiedene Messgrößen unter Ausschluss von Tag-zu-Tag-Schwankungen erheben sowie der organisatorische Aufwand für die Einrichtung und den Proband minimieren. So absolvieren in der Praxis Triathleten bei der Leistungsdiagnostik zwei Belas- tungstests nacheinander an einem Tag, einen fahrradergometrischen und einen Laufbandtest. Allerdings ist nicht bekannt wie diese beiden Tests sich gegenseitig beeinflussen. Zwar führten zum Beispiel die Wissenschaftler Helgerud, Støren & Hoff (2010) zwei Belastungstests im Abstand von einer Stunde durch und Lundby et al. (2008) drei Tests im Abstand von zwei Stunden, doch wurde bislang noch nicht un- tersucht, ob bzw. ab dem wievielten aufeinanderfolgenden Belastungstest ermü- dungsbedingte Veränderungen leistungsphysiologischer Variablen zu erwarten sind. Daher sollen in dieser Studie die Veränderungen leistungsphysiologischer Kenngrö- ßen bei wiederholten maximalen fahrradergometrischen Belastungstests nach einer jeweils fest definierten Pause erfasst werden. Aus den Ergebnissen soll abgeleitet werden, bei welchen Zielvariablen wie viele aufeinanderfolgende Belastungstests möglich sind, ohne mit körperlichen Ermüdungseffekten rechnen zu müssen.
Ausdauer wird definiert als Fähigkeit des gesamten Organismus oder einzelner Teil- systeme, eine sportliche Belastung möglichst lange aufrechterhalten zu können, den durch die Ermüdung bedingten Leistungsverlust hinauszuzögern und sich nach sportlichen Belastungen schnell regenerieren zu können (Hohmann et al. 2010, S.50). Auf Fahrradergometern erlauben Ausdauerbelastungen eine exakte Beurteilung der belastungsinduzierten physiologischen Reaktionen im Verhältnis zur tatsächlich erbrachten Leistung. Als Indikatoren der Beanspruchung bei derartigen Belastungen dienen maximale Parameter (Pmax, VO2max) und submaximale Parameter (Schwellen und Herzfrequenzkurve), die im Folgenden genauer erklärt werden.
Bei der Studie wurden die im Folgenden näher erläuterten leistungsphysiologischen Variablen herangezogen, um Aussagen über die Reaktion der Probanden auf wiederholte maximale fahrradergometrische Stufentests zu treffen und daraus abgeleitet, Empfehlungen für die Leistungsdiagnostik zu tätigen.
Nach Löllgen et al. (1995, S. 339) ist die erbrachte Leistung (P) erster und wichtigster Parameter, speziell die erzielte maximale Leistung (Pmax). Gemessen wird die Leistung in Watt [W]. Des Weiteren wird zwischen absoluter maximal erbrachter Leistung (Pmax) oder der körpergewichtsbezogenen relativen Maximalleistung (relative Pmax) [W/kg] unterschieden. Nach Hollmann et al. (2006, S. 19) ist die physikalische Leistung von der biologischen Leistung zu unterscheiden. Dabei kann die physikalische Leistung von verschiedenen biologischen Leistungen abhängig sein, bzw. beeinflusst werden. Der Wirkungsgrad der biologischen Leistung wird bei ergometrischen Untersuchungen von mechanischen Verhältnissen des Ergometers (Kurbelhöhe, Kurbellänge usw.) sowie von endogenen und exogenen Faktoren be- stimmt (Drehzahl, Motivation, Trainingszustand, Alter, Geschlecht, Ernährungszu- stand, Tages- und Jahreszeit usw.). Tabelle 1 zeigt die Richtwerte für die relative Pmax bei Fahrradergometerarbeit (Leitlinien Deutsche Gesellschaft für Sportmedizin und Prävention, Löllgen, 2005).
Tab. 1: Richtwerte für die P max relativ bei Fahrradergometerarbeit bei Männern im Alter von 20 - 30 Jahren. Beiälteren Personen sind pro Dekade 10 % abzuziehen, bei Frauen liegen die Werte
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Unter der VO2 versteht man die Aufnahmemenge an Sauerstoff vom Organismus aus der eingeatmeten Umgebungsluft pro Zeiteinheit. Sie wird als das Produkt aus der Konzentrationsdifferenz der Ein- und Ausatemluft mit der VE berechnet. Die Sauer- stoffaufnahme wird in l/min angegeben und zur besseren Normierung auf die Kör- permasse (KM) umgerechnet [ml/min/kg]. Vor Belastung und in Ruhe beträgt die VO2 ca. 200 - 450 ml/min bzw. 3,5 - 5 ml/min/kg (Scharhag-Rosenberger, 2010). Nach Hollmann et al. (2006, S. 24) vergehen bei submaximalen Belastungen 2 - 6 min bis die O2 - Aufnahme der Arbeitsintensität entspricht und sich ein Steady-State einstellt. Laut Hollmann et al. (2009b, S. 348) stellt sich ein Steady-State bei trainierten Sportlern schneller als bei untrainierten oder älteren Personen ein. Bei zunehmender Belastung ist eine lineare Beziehung zwischen O2-Aufnahme und Belastungsstufe festzustellen (Hollmann et al., 2006; Scharhag-Rosenberger, 2010). Bei ansteigender Belastung kann schließlich ein Punkt erreicht werden, der trotz weiterer Belastungs- steigerung keinen weiteren Anstieg der O2-Aufnahme erkennen lässt, das soge- nannte Levelling-Off der Sauerstoffaufnahme.
Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max) stellt das Bruttokriterium der Ausdauer- leistungsfähigkeit dar. Da die VO2max alle zur Leistungserbringung beteiligten Mecha- nismen erfasst, spiegelt sie ganzheitlich die kardiopulmunal-metabolische Kapazität im Organismus wider (Weinek, 2010, S.333). Bei untrainierten Männern beträgt sie im Mittel ca. 40 - 45 ml/min/kg und bei untrainierten Frauen ca. 35 - 40 ml/min/kg.
Hochausdauertrainierte erreichen 85 ml/min/kg (♂) respektive 75 ml/min/kg (♀) (vgl. Dickhuth, 2010, S.85). Meyer und Kindermann (1999) geben sogar bei Hochausdau- ertrainierten > 90 ml/min/kg und 30 - 50 ml/min/kg bei untrainierten Männern und Frauen mittleren Alters an. Faktoren, die die VO2max beeinflussen können, sind das Alter (höchste Werte zw. 15-30 Jahren; über 30 Jahren Abnahme um 8 -10 % pro Dekade), Geschlecht (♀ 10 - 15 % niedrigere VO2max als ♂, Grund: geringere Muskelmasse, Blutvolumen und Schlagvolumen) sowie der Trainingszustand / Bewegungsgewohnheiten (vgl. Guittan & Wiesinger, 2005, S. 62; Kindermann & Meyer, 1999, Hawkins & Wiswell, 2003).
Zu unterscheiden ist die VO2max von der VO2Peak (≤ VO2max), da die VO2max meist nur bei Belastungen von größeren und trainierten Muskelgruppen (> 2/6 Gesamtmusku- latur) sowie bei sportartspezifischen Belastungen erreicht wird. Indizien für das Errei- chen von Ausbelastung und der VO2max sind das Leveling-Off, eine HFmax bei Fahr- radergometrien von 200 minus LA, eine max. La-Konzentration von 8 - 10 mmol/l, ein RQ > 1,1 - 1,15 sowie ein max. Atemäquivalent > 35 (Hollmann, 2009b, S. 348; Meyer & Kindermann, 1999). Des Weiteren ist für die Bestimmung der VO2max ein steiles Stufen- oder Rampenprotokoll vorteilhaft, um eine Gesamtbelastungsdauer von ca. 8 - 15 min zu gewährleisten (Meyer & Kindermann, 1999), da jenseits dieser Belastungsdauer durch muskuläre Ermüdung oft keine tatsächliche VO2max gemessen werden kann. Neuere Veröffentlichungen von Midgley et al. (2008) schlagen dagegen einen Messzeitraum zwischen 5 - 26 min zur validen Bestimmung der VO2max vor.
Das Atemminutenvolumen ist das Volumen an Luft, das ein bzw. ausgeatmet wird. Es setzt sich aus der Atemfrequenz (AF) und dem Atemzugvolumen (VT) zusammen. Die Einheit ist l/min. Der Ruhewert von VE befindet sich ca. zwischen 6 - 10 l/min (Scharhag-Rosenberger, 2010). Bei Gesunden kommt es bei spiroergometrischen Untersuchungen bei geringen Belastungsstufen vorrangig zur Zunahme von VT, um zuerst mehr Lungenareale zu belüften. Grund ist der für den Gasaustausch nicht nutzbare Totraum (ca. 150 ml), der bei jedem Atemzug ohne physiologischen Wert ventiliert wird. Es ergibt sich ein ökonomischer Vorteil innerhalb bestimmter Grenzen, zuerst VT zu steigern und nicht die AF (Appell & Stang-Voss, 2008, S 147). Bei wei- ter steigender Belastung kommt es zu einer Erhöhung der AF. Im Bereich maximaler Belastung geht VT prozentual zum gesamten VE zurück und es kommt zu einer weiteren Steigerung der AF (Hollmann et al, 2006, S. 92; Wonisch et al. 2003). Eine maximale AF von 60 /min wird dabei selten überschritten. Es kommt insgesamt mit zunehmender Belastung zu einem progressiven Anstieg von VE. Laut Hollmann und Kollegen (2006) sind bei gesunden, durchschnittlich leistungsfähigen Männern ma- ximale VE-Werte von 120 - 140 l/min und bei Ausdauerspitzensportlern bis 250 l/min gemessen worden. Laut Laub (2005) erreichen wenig trainierte Erwachsene maximal 80 - 110 l/min, sehr gut Trainierte 150 - 180 l/min.
Durch ihre Unabhängigkeit von der Ausbelastung sind submaximale Parameter zur Bestimmung der ergometrischen Leistungsfähigkeit vorteilhaft. Einflüsse wie Tagesform, Motivation, Untersuchereinstellung usw. können dabei ausgeschlossen werden (Meyer, 2007, S. 47).
Als Herzfrequenz (HF) ist die Anzahl der Herzaktionen (Kontraktionen) in der Zeiteinheit (pro Minute; min-1 ) definiert. Die Ruhefrequenz liegt bei 60 - 100 min-1.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 1: Herzfrequenz- und Laktatverhalten bei fahrradergometrischem Stufentest (Laube, 2005, S. 248).
Der Herzfrequenzanstieg innerhalb einer Stufe gleicht einer mono- oder biexponentiellen Kurve und es kommt zu einem Steady State bei leichter oder mittle rer Belastungsintensität nach ca. 2 - 3 min. Bei höheren Belastungsintensitäten kommt es zum stetigen Anstieg der HF (Abb. 1) (Winter & Löllgen, 1997). Ab einer Intensität von 80 % der Maximalbelastung (90 % nach Hollmann et al., 2006, S. 95) kann es zu einem Abflachen der Herzfrequenzkurve kommen. Dieser Punkt wird als Conconi-Schwelle bezeichnet und soll der aerob-anaeroben Schwelle entsprechen (Winter & Löllgen, 1997, S. 104). Laut Hollmann et al. (2006) ist das Herzfrequenz- verhalten bei Ausdauertrainierten durch eine niedrige Ruhe-HF und verminderter Anstiegsrate bei Arbeitsbelastung gekennzeichnet. Dieser Zustand ist in der effekti- veren Kreislaufregulation mit niedriger HF und einer verstärkten Herzschlagvolumen- regulation bei niedrigen Intensitäten begründet und geht mit einer geringeren kardia- len Beanspruchung des Ausdauersportlers im Vergleich mit Ausdaueruntrainierten einher (Neumann et al., 2007, S. 48). Des Weiteren ist ein schnellerer HF-Anstieg von untrainierten weiblichen Personen im Verhältnis zu untrainierten männlichen bei höherer Arbeitsintensität gegeben (Hollmann et al., 2006).
Die maximale Herzfrequenz ist überwiegend abhängig vom Alter, in geringem Maße dem aktuellen Trainingszustand sowie dem Geschlecht (Roecker et al., 2002). Fer- ner ist die Art der Belastung bzw. die Größe der eingesetzten Muskulatur entschei- dend für die HFmax. Das heißt, die individuelle HFmax wird auf dem Laufband- oder Ruderergometer unter Einsatz großer Muskelgruppen erzielt, eine Ausnahme bilden hochtrainierte Radsportler auf dem Radergometer, die auf Grund der sportartspezifi- schen Belastung ähnlich hohe Werte erreichen (Such & Meyer, 2010). In der Literatur setzt sich unter diesem Hintergrund betrachtet die Bezeichnung HFpeak durch, um zwischen der „wahren“ maximalen Herzfrequenz und der belastungsspezifischen Herzfrequenz (HFpeak) zu unterscheiden.
Nach Hollmann liegt die kalkulierte HFmax bei 220 minus Lebensalter für die Lauf- bandergometrie und 200 minus Lebensalter für die Radergometrie. Laut Whaley et al. (1992) ist zu Beachten dass diese Querschnittanalysen erhebliche Streubreiten der HFmax (± 15 min-1 ) aufweisen (vgl. auch Abb. 2) und ein erreichen der kalkulierten HFmax kein Abbruchkriterium der Belastungsuntersuchung darstellt (Löllgen et al., 1997, S. 106).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 2: Streubreite der altersabhängigen maximalen Herzfrequenzwerte bei erschöpfender Laufband- belastung (Löllgen et al. 1997, S.105).
Als Respiratorischen Quotienten (RQ) bezeichnet man den Quotienten von VCO2/VO2. Er wird vom Energiestoffwechsel, respektive vom Substratumsatz beein- flusst. Der RQ gibt unter stabilen Bedingungen (Steady - State) den Anteil der Fett- und Kohlenhydratverstoffwechselung wieder. Bei reiner Fettverbrennung besteht ein theoretischer RQ von 0,71, bei Energiegewinnung aus Eiweißen von 0,81 bzw. 1,00 bei reiner KH-Verbrennung. In Ruhe und bei Durchschnittsernährung beträgt der RQ 0,82 - 0,85 (Wonisch et al., 2004, S.138; Laube, 2005, S. 247). Der in der Spiroer- gometrie erhobene RQ ist immer ein Mischverhältnis aus Fett- und Kohlenhydratverstoffwechselung. Daher ist ein RQ von 0.8 in der Spirogergometrie kein Anzeichen für eine Verstoffwechselung von Eiweißen (Meyer, 2003) und spie- gelt ein Verhältnis von 33,4 % KH- zu 66,6 % Fettverbrennung wider (Diem & Lentner, 1968, zitiert nach Meyer, 2003). Laut Hollmann et al. (2006) kommt es nach einem leichten Abfall des RQ nach Belastungsbeginn bei zunehmender Belastung auf dem Ergometer durch anteilig größere Verstoffwechselung von KH zu einer Er- höhung der CO2-Ausscheidung (VCO2) und dadurch zum Anstieg des RQ. Bei noch intensiverer Belastung und anaerobem Energiestoffwechsel kommt es zum weiteren RQ-Anstieg, da nicht metabolisches der CO2 aus Bicarbonat-Pufferung „Excess CO2“ zusätzlich abgeatmet wird (Meyer, 2003). Maximale Belastungen im anaeroben Bereich führen dadurch zu einem RQ > 1,00. Sportler mit hoher anaerober Leistungsfähigkeit können Werte > 1,15 erreichen. Bei Sportlern mit hoher aerober Leistungsfähigkeit fällt der max. RQ im Allgemeinen geringer aus (vgl. Hollmann, 2006, S.94). Nach Meyer (2003) kann als Ausbelastungskriterium bei Ausdauertrainierten schon ein RQ > 1,05 und bei Untrainierten bzw. unspezifisch Trainierten einem RQ > 1,10 angesehen werden. Des Weiteren ist mit einem niedrigerem RQ und geringeren max. Laktatwerten durch verstärkte Verstoffwechselung von Fetten nach kohlenhydratarmer Kost bzw. weitestgehender belastungsbedingter Entleerung der Glykogenspeicher zu rechnen (Meyer, 2003; Hollmann, 2006). Laut Meyer (2003) sollten daher am Vortag einer Untersuchung mit Bestimmung des RQ keine intensiven und umfangreichen Ausdauerbelastungen durchgeführt werden sowie auf Reduktionsdiäten an den Vortagen verzichtet werden.
Laktat war und ist einer der wichtigsten Parameter in der Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung. Laktat wird heute als wichtiger Stoffwechselmetabolit und Ener- gieträger angesehen, der zwischen verschiedenen Organen, Geweben und Zellen hin- und hertransportiert (Lactate-Shuttle-Theorie von Brooks) und in den verschie- denen Gebieten des Organismus der oxidativen Energiegewinnung bereitgestellt wird (Brooks, 2000). Die frühere Annahme, Laktat sei ein Stoffwechselendprodukt, ist daher widerlegt. Vielmehr unterstreicht die Existenz eines Laktat-Shuttle den engen Zusammenhang zwischen glykolytischer und oxidativer Energiebereitstellung. Dabei fungiert das Laktat als Produkt der Glycolyse, als Substrat der Oxidation. Darüber hinaus wird dem Laktat eine regulierende und steuernde Signalfunktion (Lactormon) bei Gewebsanpassungen zugeschrieben (Brooks, Brooks & Brooks, 2008; vgl. Wahl, Bloch & Mester, 2009).
Laktatkinetik
Der Ruhe-La-Wert beträgt im Normalfall 0,4 - 1,5 mmol*l-1, im Durchschnitt 0,9 mmol*l-1. Er ist hauptsächlich vom Ernährungs- und Trainingszustand abhängig (vgl. Hofmann et al., 2004, S.105). Unter körperlicher Belastung kommt es zu einer Verschiebung des Pyruvat-Laktat-Quotienten, was bedeutet, dass mehr Pyruvat ent- steht, als bei der weiteren Energiegewinnung im Mitochondrium verstoffwechselt werden kann bzw. benötigt wird. Daraufhin findet eine Reduktion zu Laktat statt. Nach dem 3-Phasen-Modell der Energiebereitstellung von Skinner und McLellan (1980) wird in der ersten Phase, der aeroben Phase (bis ca. 45 % der Maximalleis- tung), das entstehende Laktat mittels Zell-Zell-Shuttle ohne den Blutweg zu nutzen intrazellulär verstoffwechselt. Das Laktat ist dabei nicht im Blut messbar (Ausnahme: geringfügiges Anlauflaktat). Beim Übersteigen der innerzellulären oxidativen Stoff- wechselkapazität wird das Laktat in den Blutkreislauf abgegeben und somit messbar (Brooks, 2000). Dies wird in der Literatur als aerobe Schwelle bzw. Lactate Threshold (LT) bezeichnet und stimmt mit der ventilatorischen Schwelle VT1 bzw. AT von Beaver und Wassermann (1991) überein (Scharhag-Rosenberger, 2010). In der anschließenden 2. Phase, der aerob-anaeroben Übergangsphase, kommt es bei Belastungssteigerung (45 -75 % der Maximalleistung), in Abhängigkeit vom Protokoll, zu einer Zunahme der La-Konzentration im Blut mit ausreichender Eliminierung des Laktat, so dass die oxidativen Fähigkeiten des gesamten Organismus ausreichen, um das in der Arbeitsmuskulatur angehäufte Laktat zu verstoffwechseln (Laube, 2005, S. 264, Hofmann et al.,2004, S. 106). Der höchste Punkt, an dem sich gerade noch ein Gleichgewicht zwischen Laktatproduktion und - eliminierung einstellt, wird als MaxLaSS oder Dauerleistungsgrenze bezeichnet und kennzeichnet die (individuelle) anaerobe Schwelle. Dickhuth et al. (1988) definieren die individuelle anaerobe Schwelle (IAS) bei einer La-Konzentration von 1,5 mmol / l bei Laufbandergometrie bzw. 1,0 mmol/l bei Fahrradergometrien (empirisch ermittelter Standardwert) über dem sogenannten niedrigsten Laktatäquivalent (La/VO2), auch Basislaktat genannt. Dickhuth et al. berücksichtigen dabei, dass gleiche Blutlaktatkonzentrationen intraindividuell unterschiedliche metabolische Situationen reflektieren können (Kindermann, 2004) und gehen dabei nicht, wie bei dem fixen Schwellen-Konzept von Mader et al., von einer festen anaeroben Schwelle bei 4 mmol/l aus (Meyer, 2007, S. 49). Die Phase 3 zeichnet sich durch ein „Umkippen“ des MaxLaSS zu Gunsten der La-Akkumulation aus, bei der die oxidativen Kompensationsmechanismen des gesamten Organismus inklusive Herz, Leber, ruhender und arbeitender Muskulatur die La-Produktion nicht abfangen können. Es folgt ein exponentieller Anstieg der La-Konzentration mit starkem Abfall des PH-Wertes (Hofmann et al., 2004) und Hemmung der MTC (Transportmoleküle) bei La-Werten zw. 10 -12 mmol/l (Steinacker, 2009, S. 219). Die Rolle der Laktatazidose mit veränderter arteriellen Ph-Konzentration als Ursache des gestei gerten Atemantriebes und körperlicher Ermüdung wird kontrovers diskutiert (vgl. Maassen & Böning, 2008; Wensel et al., 2005) und sollte in folgenden Studien näher untersucht werden. Nach Belastungsabbruch kommt es zu einem kurzzeitigen weiteren Anstieg der Blutlaktatkonzentration, bevor die Werte wieder abfallen. Die höchsten La-Werte werden in Abhängigkeit von Belastungsdauer und La-Konzentra- tion in der 1. - 10. min der Erholungszeit gemessen (vgl. deMarèes, 2003). Neumann und Schüler (1994, S. 98) geben Lamax-Werte im Blut erst 10 - 20 min nach Belas- tungsabbruch durch kurzzeitig intensiver Belastung an. Ursache ist die Konzentrati- onsdifferenz zwischen Muskel- und Blutlaktatkonzentration (vgl. de Marèes, 2003). Abbildung 3 verdeutlicht diesen Zusammenhang. Höchste La-Konzentrationen im Blut erreichen 400-1500 m Läufer mit 25 - 26 mmol/l bzw. Kampfsportler mit 28 mmol/l (Neumann et al., 2007, S. 93).
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb. 3: Blut- und Muskellaktatkonzentration bei und nach 2 minütiger, intensiver Belastung (modifiziert nach Mader, 1984; zitiert durch de Marèes, 2003, S. 364).
Laktatleistungskurve
Laut Faude und Meyer (2008) sind sehr hohe Qualitätsstandards im messmethodischen und gerätetechnischen Bereich nötig, um Validität, Objektivität und Reliabilität der Laktatleistungsdiagnostik zu gewährleisten. Werden alle im Ergometertest aus Kapillarblut gewonnenen La-Werte zusammen in einer Grafik aufgearbeitet und die Punkte miteinander verbunden, erhält man die sogenannte Laktatleistungskurve (LLK). Der Verlauf der LLK wird durch folgende Faktoren beeinflusst:
1. Der Trainingszustand beeinflusst die LLK, da aerobes Training bzw. eine gute aerobe Leistungsfähigkeit zu einer Verschiebung der LLK nach rechts und unten führt. Abzugrenzen ist dabei eine Rechtsverschiebung auf Grund von Glykogenmangel (ernährungs- und oder belastungsbedingt), jedoch ohne Verbesserung der Maximalleistung und geringerem Lamax (vgl. Hofmann et al., 2009, S. 243 -244). Analog dazu kann eine schlechte aerobe Leistungsfähigkeit oder ein verschlechterter Trainingszustand eine Linksverschiebung bewirken. Davon zu trennen ist eine kohlenhydratreiche nahrungsbedingte Linksverschiebung durch KH-Mast (sog. Saltin-Diät) (vgl. Hofmann et al., 2009, S. 242 - 243). Eine gleichzeitige Entnahme von Ammo- niak aus kapillarem Blut erlaubt eine eindeutige Differenzierung, ob eine Gly- kogenverarmung oder verbesserte Ausdauerleistungsfähigkeit die Rechtsver- schiebung der LLK bewirkt (vgl. de Marèes, 2003, S. 472). Abb. 4 stellt diesen Zusammenhang graphisch dar.
Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten
Abb.4: Schematische Darstellung des Laktat- und Ammoniakverhaltens im Stufentest bei Glykogenmangel und nach Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit durch Ausdauertrai- ning (aus Schulz & Heck, 2001).
2. Die Ernährung kann starken Einfluss auf die LLK haben. Eine kohlenhydratrei- che Ernährung führt zu einer Verschiebung der LLK mit höheren La-Werten in Ruhe und auf vergleichbaren Belastungsstufen, jedoch ohne eine Rechtsver- schiebung der Leistungkurve (Hofmann et al., 1998), (Abb. 4). Dagegen stellt sich durch Glykogenverarmung eine Absenkung der LLK in Ruhe und auf allen Belastungsstufen ein. Nach einer Studie von Tenan et al. (2011) kamen die Autoren zu dem Ergebnis, dass maximale La-Werte ca. 60 % geringer ausfallen in glykogenverarmten Zuständen. Es kommt dabei zu einer Ver- ringerung der Maximalleistung (auch Lamax) und Einschränkung der Dauer, die über eine definierte Belastung aufrecht gehalten werden kann. Laut Hofmann und Mitarbeitern (1998) werden die individuellen Schwellen (LT, IAS) im Ge- gensatz zu dem fixen Schwellenkonzept durch Mader et al. nicht durch den Füllzustand der Glykogenspeicher oder der Nahrungszusammensetzung be- einflusst. Zum gleichen Ergebnis kam auch eine aktuelle Studie, die keinen signifikanten Einfluss auf die IAS (Dickhuth-Methode), HFIAS, und VIAS, bei der Laktatleistungsdiagnostik und daraus abgeleiteten Trainingsempfehlungen bei einer eintägigen Veränderung der Kohlenhydrataufnahme am Vortag (LowCarb oder HighCarb) feststellen konnte (Heydenreich et al., 2011, unter Begutachtung).
3. Biorhythmen und Tag-zu-Tag-Schwankungen können die Laktatleistungskurve beeinflussen. König, Heck und Rosskopf (1991) haben sich mit der Variabilität des Laktats bei ansteigender fahrradergometrischer Arbeit auseinander ge- setzt und sind zu der Erkenntnis gekommen , dass ein mittlerer Variationsko- effizient von 4 % bei submaximalen Stufentests besteht und Schwankungen in diesem Bereich vorsichtig im Sinne einer Leistungsverbesserung oder Leis- tungsverschlechterung zu interpretieren sind (König et al.,1991; zitiert nach de Marèes, 2003, S. 473).
4. Eine zu hohe Anfangsbelastung, die über der aeroben Schwelle / LT liegt, führt zu einem „Anlauflaktat“, das nicht kompensiert werden kann und die LLK verschiebt sich zu höheren La-Werten (vgl. Hofmann et al., 2009, S.243). 5. Nach einem Artikel von Kargotisch et al. (1998) ist der Einfluss von belastungsinduzierten Plasmavolumenveränderungen auf biochemische Parameter zu berücksichtigen.
6. Die Bewegungsfrequenz hat einen starken Einfluss auf die LLK. Eine hohe Bewegungsfrequenz bei geringen Belastungsstufen verringert die Pmax und eine zu geringe Frequenz auf höheren Belastungsstufen führt durch den er- höhten Kraftaufwand ebenfalls zu niedrigerer Pmax (Abb. 10) (von Duvillard et al., 1998).
[...]
