Ausdauerleistungsdiagnostik: Labortests Belegarbeit zum Thema: Leistungsdiagnostische Testverfahren

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1 TU Chemnitz Philosophische Fakultät Institut für Sportwissenschaft Lehrveranstaltung: ÜLV Leistungsdiagnostik Dozent: Peter Wright WS 07/08 Ausdauerleistungsdiagnostik: Labortests Belegarbeit zum Thema: Leistungsdiagnostische Testverfahren Name: Steve Richter Matrikel: Studiengang: Magister Sport/ Sportgerätetechnik Abgabetermin: 03. März

2 Gliederung 1 Vorbetrachtung Qualitätskriterien einer Leistungsdiagnostik Indikationen Kontraindikationen Testverfahren Testbedingungen und vorbereitung Belastungsschemata 5 2 Der Stufentest Messwerte 7 3 Der Laktatleistungstest Laktat Das maximale Laktat- steady- state Trainingssteuerung Herzfrequenz Blutdruck Einflussfaktoren auf den Laktatleistungstest Leistungsentwicklung 11 4 Die Spiroergometrie Messgrößen Die maximale Sauerstoffaufnahme Relative Maximale Sauerstoffaufnahme Abnahme der maximalen Sauerstoffaufnahme Atemminutenvolumen Atemäquivalent Respiratorischer Quotient Sauerstoffpuls Beurteilungskriterien der Ausbelastung Abbruchkriterien der Ergometrie Relative Abbruchkriterien Absolute Abbruchkriterien 18 5 Literatur 19 2

3 Untersuchungen im Sinne der Sportmedizinischen Leistungsdiagnostik dienen der Bestimmung der allgemeinen aeroben dynamische Ausdauer und der Feststellung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit, vorrangig im Gesundheitswesen Die Untersuchungen erfolgen nach dem Belastungs- Beanspruchungskonzept: es gilt eine definierte Belastung zu bewältigen, was nur mit einer bestimmten Leistung möglich ist. In Abhängigkeit der individuellen Leistungsfähigkeit der zu Untersuchenden ergibt sich daraus eine jeweils unterschiedliche Beanspruchung des Organismus oder des getesteten Teilsystems. 1 Vorbetrachtungen 1.1 Qualitätskriterien einer Leistungsdiagnostik Um aussagekräftige Daten zu erhalten muss ein Test gewissen Ansprüchen genügen, die sich anhand einiger Hauptgütekriterien beurteilen lassen: Validität: Genauigkeit, mit der der Test tatsächlich jene Eigenschaften erfasst, zu deren Beurteilung er durchgeführt wurde Reliabilität: Maß für die Wiederholbarkeit des Tests unter gleichen Bedingungen, sodass auch gleiche Ergebnisse entstehen Objektivität: Maß für die Abhängigkeit eines Testergebnisses vom Untersucher/ Auswertenden Des Weiteren dürfen auch Kriterien wie Praktikabilität, der organisatorische Aufwand und anfallende Kosten nicht außer Acht gelassen werden. 1.2 Indikationen Zunächst muss in die verschiedenen Zielgruppen unterschieden werden, als da wären: Kranke Gesunde: Nichtsportler und Sportler, insbesondere Hochleistungssportler Indikationen für Sportler Vergleichende Beurteilungsuntersuchungen der Leistungsfähigkeit im Quer- und Längsschnitt Beurteilung der Wirksamkeit eines Training Begutachtung der Leistungsfähigkeit für bestimmt Berufsgruppen (z.b. Feuerwehr, Pilot, ) Angabe von Trainingsempfehlungen Wettkampfprognosen Indikationen für Patienten Aufdeckung von Krankheitszeichen, die erst unter Belastung sichtbar werden (Blutdruckregulationsstörungen, koronare Herzinsuffizienz) 3

4 Beurteilung der Belastbarkeit des Patienten, da die Belastbarkeit meist deutlich unter der maximalen Leistungsfähigkeit liegt Kontrolle therapeutischer Effekte Begutachtung der Arbeitsfähigkeit bei bestehender Erkrankung 1.3 Kontraindikationen Risikopatienten (schweres Asthma, Herzinsuffizienz, Hypertonie) sollten nie ohne ärztliche Aufsicht untersucht werden! Bei akuten Infekten, insbesondere der unteren Atemwege, aber auch bei Fieber und Virusinfektionen, bei orthopädischen Beschwerden, bei Einnahme bestimmter Medikamente (z.b. Antibiotika), sollte auf eine Belastungsuntersuchung verzichtet werden. Im Einzelfall muss der durchführende Arzt die Entscheidung treffen, ob eine Ergometrie verantwortbar ist oder nicht. 1.4 Testverfahren Der Stufentest sollte stets Sportartspezifisch sein. In der Praxis haben sich folgende Ergometer bewährt: Fahrradergometer Laufbandergometer Drehkurbelergometer Kajak- und Kanadierergometer Skilanglaufergometer Gegenstromanlagen Bei der Untersuchung von Patienten ist aufgrund der körperlich weniger belastenden Art das Fahrradergometer zu bevorzugen. 1.5 Testbedingungen und -vorbereitung Vorausgesetzt wird, dass die Indikation zur Ergometrie eindeutig ist und keine Kontraindikationen bestehen. Des Weiteren muss eine Notfallausrüstung vorhanden, das Ergometer kalibriert und das Untersuchungspersonal entsprechend ausgebildet sein. Zu Beginn der Belastungsuntersuchung sollen folgende Kriterien geprüft werden: Alle Geräte funktionieren EKG- Ableitungen sauber und störungsfrei 4

5 Ruhebedingungen Arterieller Blutdruck systolisch 200mmHg, diastolisch 110mmHg Raumtemperatur zwischen 18 C und 27 C, ideal 22 C Luftfeuchte 30 60%, ideal 40% Meereshöhe Wesentlich sind die Vergleichbarkeit und die Kontinuität der Anwendung. Dies kann nur über einen langfristigen Zeitraum beurteilt werden. Eine Vergleichbarkeit ergibt sich nur, wenn folgende Parameter annähernd identisch sind, bzw. folgende Voraussetzungen vor dem Test erfüllt werden: Anamnese hinsichtlich Vorbelastung, Erkrankungen, Medikamenten etc. Im Vorfeld auf die ausreichende Zufuhr von Kohlenhydraten achten ca. 2 Tage vor dem Test keine erschöpfende körperliche Betätigung gleiches Testschema gleiches Untersuchungsgerät leichte Mahlzeit 2 3 Stunden vor dem Test Gesund!! Kein Koffein- oder Alkoholkonsum in den letzten 12 Stunden 1.6 Belastungsschemata zur Bestimmung der allgemeinen aeroben Ausdauer leistungsfähigkeit Das Belastungsschema beschreibt den zeitlichen Verlauf der Belastung. Es wird bestimmt durch: Belastungsmodus Belastungssteigerung Anfangsbelastung Stufendauer Pausendauer Hinsichtlich des Belastungsmodus lassen sich 3 verschiedene Typen unterscheiden: Kostante Rampenförmige Stufenförmige Belastung 5

6 2 Der Stufentest In der Praxis ist das Stufentest- Prinzip das am häufigsten verwendete Verfahren. Das Grundprinzip einer Leistungsdiagnostik nach dieser Methode besteht darin, dass dem Probanden genau definierte Leistungen abverlangt werden. Dadurch können messbare Funktionsparameter einer objektiven Bewertung unterzogen werden. Die Belastung wird während des Tests stufenweise immer weiter erhöht. Auf jeder Stufe werden die festgelegten Messgrößen protokolliert. Anschließend können die gewonnenen Daten zur einfacheren Interpretation der Ergebnisse in einem Koordinatensystem eingetragen und graphisch dargestellt werden. Untersuchungen auf dem Laufband und dem Fahrradergometer werden in der Praxis am häufigsten genutzt. Aufgrund der unterschiedlichen Leistungsfähigkeit der Zielgruppen, haben sich dadurch einige Standardtestverfahren etabliert. Eine Übersicht zeigen die Tabellen 1 und 2. Zielgruppe REHA Untrainierte Breitensportler Leistungssportler Anfangsgeschwindigkeit [m/s] Belastungssteigerung [m/s] Stufendauer [min] Individuell anpassen Tab. 1. Belastungsschemata auf dem Laufband 1,4 1,6 2,2 2,4 2,8 3,2 0,2 0,4 0,3 0,4 0,3 0, Aus technischen Gründen ist es nötig, die Untersuchung auf dem Laufband für etwa 30 Sekunden zu unterbrechen, wenn Blut aus dem Ohrläppchen zur Laktatbestimmung gewonnen werden muss. Die Unterbrechung erfolgt in der Regel am Ende jeder Belastungsstufe. Das Laufband sollte aufgrund des fehlenden Luftwiderstands mit 1 bis 2 Prozent Steigung betrieben werden, um die absolvierten Geschwindigkeiten mit denen im Training vergleichen zu können. 6

7 Testverfahren WHO- Test BAL- Test Anfangsbelastung [Watt] Hollmann- Venrath- Test Fahrradspezifischer Test 25 oder oder Belastungssteigerung [Watt] Stufendauer [min] Trittfrequenz [1/min] 15 oder Zielgruppe Untrainierte, Kinder ab 40kg, ältere und leistungsschwache Menschen, Herzpatienten Leistungssportler Breitensportler und normal leistungsfähige Personen (trainierte) Radsportler Tab. 2. Verschiedene Belastungsschemata bei der Fahrradergometrie 2.1 Messwerte eines Stufentests Herzfrequenz Blutdruck Laktattest Laktat Spiroergometrie Maximale Sauerstoffaufnahme Respiratorischer Quotient Während Herzfrequenz, Blutdruck und Laktat i.d.r. immer bestimmt werden, können die ventilatorischen Größen nur über eine aufwändige Spiroergometrie ermittelt werden. Beide Testverfahren sollen im Folgenden näher vorgestellt werden. 7

8 3 Der Laktatleistungstest Bei diesem Test wird die Laktatkonzentration im Blut am Ende einer jeden Belastungsstufe gemessen. Moderne Messgeräte benötigen lediglich 0,5µl Kapillarblut, dass aus der Fingerbeere oder vorzugsweise dem Ohrläppchen gewonnen wird. Da Laktat eine vergleichsweise einfach zu erhebende Messgröße ist und obendrein die Leistungsfähigkeit des Probanden hervorragend repräsentiert, stellt diese Untersuchungsmethode die Basis der Laboruntersuchungen dar. 3.1 Laktat Neben Fetten und in geringen Maßen auch Eiweißen, stellen Kohlenhydrate das wichtigste Substrat bei der Energiegewinnung dar. Sie werden dabei in der im Zellplasma ablaufenden Glykolyse in Pyruvat umgewandelt, welches wiederum den Ausgangsstoff für nachfolgende Stoffwechselprozesse in den Mitochondrien bildet. Es kann jedoch nicht sofort alles anfallende Pyruvat verstoffwechselt werden, sodass sich ständig ein unverbrauchter Rest davon in der Muskelzelle befindet das Laktat. Je mehr Energie für die Bewältigung einer Arbeit benötigt wird, desto intensiver wird die Glykolyse beansprucht und desto mehr Laktat entsteht im Zellplasma, von wo aus es über das Blut abgeführt und e- liminiert wird. Diese Blutlaktatkonzentration, welche immer ein wenig geringer als die im Muskel ist, wird durch den Test bestimmt. Bei steigender Belastung, wie sie im Stufentest absolviert wird, steigt die Laktatkonzentration immer weiter an und der ph- Wert des Muskels sinkt immer weiter. Ab einem gewissen Wert ist das zu saure Milieu nicht mehr mit dem Leben vereinbar und die Belastung muss abgebrochen werden. Stellt man den Verlauf der Laktatkonzentration graphisch dar, ergibt sich eine typische Laktatleistungskurve, die nach einem flachen Beginn immer steiler (exponentiell) ansteigt. Es ist zumeist sinnvoll, das Laktat mit der jeweiligen Herzfrequenz in Beziehung zu setzen. Laktat [mmol/l] Leistung [W] Abb. 1. Typischer Verlauf einer Laktatleistungskurve (unten) mit Herzfrequenzverlauf (oben) Herzfrequenz [1/min] 8

9 3.2 Das maximale Laktat- steady- state Bis zu einer gewissen Laktatkonzentration sind Laktatproduktion und elimination jedoch gerade noch im Gleichgewicht (maximales Laktat- steady- state: maxlass). Dieser Punkt wird auch als Anaerobe Schwelle (ANS) bezeichnet, darf jedoch nicht mit der ventilatorischen Anaeroben Schwelle verwechselt werden. Im großen Durchschnitt befindet sich das maxlass bei Läufern und Radfahrern bei einem Wert von 4,0mmol/l (MADER- Schwelle). Es kommt jedoch zu individuellen Abweichungen, wodurch so genannte Schwellenwertmodelle entstanden sind, die aufgrund der Testergebnisse und der eigenen Laktatleistungskurve die jeweilige individuelle Anaerobe Schwelle (IANS) bestimmen. MADER- Schwelle: fixe Schwelle bei 4mmol/l (Läufer) bzw. 3mmol/ (Radfahrer) KEUL- Schwelle: individuelle Schwelle bei einem Tangentenwinkel von 51,34 STEGMANN- Schwelle: Bestimmung über das Nachbelastungslaktat DICKHUTH- Schwelle: zum niedrigsten gemessenen Laktat werden 1,5mmol/l addiert So unterschiedlich die genannten Verfahren auch sein mögen, so gut entsprechen sie jedoch einander, sodass keinem Modell ein Vorzug zu gewähren ist. Das wirkliche maxlass ist meist nur über zeitaufwändige Dauertests exakt zu bestimmen. Da die IANS i.d.r. bei relativ geringen Laktatwerten liegt, ist zur Bestimmung lediglich ein Submaximaltest erforderlich. Eine völlige Ausbelastung ist nicht nötig und vor allem bei Patienten nicht immer sinnvoll. 3.3 Trainingssteuerung Die Trainingssteuerung anhand eines Laktattests ist je nach Sportart verschieden. Bei sehr gut trainierten Marathonläufern setzt man einen Laktatwert von 2,5mmol/l gleich 100% und leitet davon ausgehend alle weiteren Trainingsbereiche (Regeneration, extensiver und intensiver Dauerlauf, Tempodauerlauf etc.) ab. Im Radsport hingegen entspricht die 100%- Marke der anaeroben Schwelle. Dieses Prinzip hat sich mittlerweile in den meisten Ausdauersportarten durchgesetzt. Da es jedoch unmöglich ist ständig die Blutlaktatkonzentration zu messen, ordnet man den Laktatwerten die entsprechenden Herzfrequenzbereiche zu. Die Trainingssteuerung über die Herzfrequenz ist heutzutage Standard ist für den leistungs- und gesundheitsorientierten Sport eigentlich unabdingbar. Übertroffen wird es nur durch neuere Technologien, wie Leistungsmessung am Fahrrad oder Laufgeschwindigmessung via GPS beim Läufer. 9

10 3.4 Die Herzfrequenz ist abhängig von Lebensalter Geschlecht Trainingszustand Körpertemperatur Umgebungstemperatur Vegetativen Faktoren Beim gesunden Erwachsenen liegt die Ruheherzfrequenz zwischen 60 und 80/min. Die Maximalwerte sind individuell sehr unterschiedlich. Bei 30- jährigen Männern geht man von etwa 195/min aus, bei Frauen von 200/min. Nach dem 30. Lebensjahr nimmt die maximal erreichbare Herzfrequenz ab. Bei einer gesunden 60- jährigen Person geht man von Spitzenwerten um 160/min aus. Im Kindesalter werden höchste Herzfrequenzen zwischen 210 bis 230/min erreicht. Ausdauertrainierte Personen weisen meist eine geringere Ruheherzfrequenz (<50/min), sowie eine verminderte Anstiegsrate unter Belastung auf. Die Herzfrequenz untrainierter weiblicher Personen steigt bei höherer Intensität schneller, als die männlicher Vergleichprobanden. 3.5 Blutdruck Während die Herzfrequenzmessung bei einer Untersuchung unverzichtbar ist, kann die Blutdruckmessung als optional angesehen werden. Das Blutdruckverhalten während der Ergometerarbeit besitzt keine Aussagekraft über die kardiopulmonale Leistungsfähigkeit (6). Bei der Untersuchung von Patienten stellt ein zu hoher Blutdruck jedoch ein Abbruchkriterium dar (sh ). Für ausdauertrainierte Sportler gilt dies jedoch nicht. Zwischen systolischem Blutdruck und Belastung besteht ein linearer Zusammenhang (sh. Abb. 2). Diastolisch tritt mit zunehmender Belastungsstufe auf dem Fahrradergometer ebenfalls ein Druckanstieg ein. Dieser ist aber mit unblutigen Methoden oftmals nicht zu beobachten, weshalb diese Werte nur mit Vorsicht zu interpretieren sind. Bei Laufbanduntersuchungen wird häufig auf eine Blutdruckmessung verzichtet, da durch die Stoßbelastungen völlig verfälschte Werte auftreten würden. Zur Blutdruckbeurteilung unter Bedingungen von körperlicher Arbeit hat sich ein Bereich von 50 bis 100W bewährt, falls der Betreffende keine Schwerarbeit ausübt oder Ausdauersportler ist. 10

11 Abb. 2. Blutdruckverhalten (aus 1) 3.6 Einflussfaktoren auf den Laktatleistungstest Die Beziehung zwischen Herzfrequenz und Laktat kann mitunter sehr variabel ausfallen und hängt von verschiedenen Einflussfaktoren ab. Diese müssen bei der Interpretation der Laktatleistungskurve und auch später in der sportpraktischen Anwendung berücksichtigt werden. Einen großen Einfluss üben zum einen Untersuchungsgut und verfahren aus. So spielt beim Laufband das unterschiedliche Dämpfungsverhalten verschiedener Modelle, beim Fahrradergometer die einstellbare Sitzposition eine Rolle. Je nach verwendetem Belastungsprotokoll und interpretierendem Schwellenwertmodell ergeben sich auch daraus teils erhebliche Unterschiede (vgl. 4). Die Herzfrequenz hängt stark von der Temperatur, der Luftfeuchte, sowie kürzlich zugeführten Mahlzeiten ab. Laktat wird wie bereits erwähnt aus Muskelglykogen bzw. Glukose gebildet. Daher spielt deren Vorhandensein eine entscheidende Rolle im Laktatverhalten. Wird der Test unter Glykogenverarmung durchgeführt, ist das sog. Laktatparadox zu beobachten: Im unteren Bereich tritt eine Rechtverschiebung auf, Maximalwerte sind jedoch nicht zu erreichen. Um dieses Verhalten zu egalisieren, kann optional noch auf Ammoniak untersucht werden (12). Damit der Einfluss dieser Störgrößen so gering wie möglich gehalten wird, ist es wichtig die Untersuchung immer unter den gleichen, standardisierten Bedingungen zu machen (sh. 1.5). 3.7 Leistungsentwicklung Eine Leistungsdiagnostik sollte in regelmäßigen Abständen wiederholt werden. Nur so kann eine effektive Kontrolle der Leistungsentwicklung nachvollzogen werden. Waren die gewählten Trainingsmaßnahmen erfolgreich? In welchen Bereichen haben Verbesserungen stattgefunden? Wo bestehen weiterhin Defizite im Leistungsvermögen? 11

12 Wie belastend war das Training der letzten Wochen? Neben der reinen Höhe der anaeroben Schwelle bietet vor allem die graphische Auswertung der Laktatleistungskurve eine Vielzahl von Interpretationsmöglichkeiten. Es können vier grundsätzlich mögliche Veränderungen auftreten: 1. Rechtverschiebung der Kurve: Verbesserung der Grundlagenausdauer 2. Linksverschiebung der Kurve: Verschlechterung der Grundlagenausdauer I.d.R. geht eine Rechtsverschiebung mit einer Zunahme der maximalen Sauerstoffaufnahme, bei gleichzeitiger Abnahme der maximalen Laktatbildungsrate einher. Bei einer Linksverschiebung ist dieser Sachverhalt entsprechend umgekehrt. 3. Flacherer Kurvenverlauf: spricht für einen Zuwachs an anaerober Kapazität und/ oder Kraft 4. Steilerer Kurvenverlauf: Verbesserung der Grundlagenausdauer bei gleichzeitiger Verschlechterung der anaeroben Kapazität 8 Laktat mmol/l Leistung [W] Abb. 3. Rechtsverschiebung der Kurve bei einem Radsportler über einen Zeitraum von 3 Jahren 12

13 4 Die Spiroergometrie Die Spiroergometrie - synonyme Bezeichnungen Ergospirometrie und Ergospirographie - ist ein diagnostisches Verfahren, mit dem sich qualitativ und quantitativ die Reaktion von Herz, Kreislauf, Atmung und Stoffwechsel auf muskuläre Arbeit sowie die kardiopulmonale Leistungsfähigkeit beurteilen lassen. (HOLLMANN/HETTINGER, Schattauer 2000) Eine Spiroergometrie verläuft ebenfalls nach dem Stufentestprinzip. Zusätzlich zu Blutabnahme und Laktatbestimmung wird das ein- und ausgeatmete Atemgas des Probanden kontinuierlich gemessen und analysiert, woraus sich ein geringerer Interpretationsspielraum als beim reinen Laktattest ergibt, bei dem die Messungen ja nur zu punktuell bestimmten Zeitpunkten erfolgen. Eine Kombination aus beiden Verfahren ist daher nicht zwingend notwendig, aber sehr sinnvoll. Während des Tests trägt der zu Untersuchende eine Atemmaske über Mund und Nase. Dabei ist unbedingt auf deren Dichtheit zu achten, damit keine Frischluft eindringt und die Messergebnisse erheblich verfälscht. 4.1 Messgrößen der Spiroergometrie Maximale Sauerstoffaufnahme Ist die größte O 2 - Aufnahmemenge pro Minute, die bei dynamischer Muskelarbeit unter Einsatz möglichst großer Muskelgruppen durch den gesamten Körper aufgenommen werden kann. Bruttokriterium für das aerobe Ausdauerleistungsvermögen Ausbelastungskriterium: levelling- off (Einstellen eines steady- states): wird nur von ca. 50% der Probanden auf dem Laufband und von 20% auf dem Fahrradergometer (Ausnahme: Radrennfahrer) erreicht: Gründe: Einsatz einer zu geringen Muskelmasse, Art des Untersuchungsprotokolls Die maximalen O 2 - Aufnahme wird kurz nach der maximalen Herzfrequenz erreicht. Normwerte VO 2 max : Untrainierte: 3,0 bis 3,5l/min Ausdauertrainierte: bis 6,0l/min Normwerte VO 2 max : Untrainierte: 1,8 bis 2,2l/min Trainierte: bis 3,7l/min 13

14 4.1.2 Relative Maximale Sauerstoffaufnahme: VO 2 max pro kg Körpergewicht Normwerte VO 2 max/kg : Untrainierte: 35 bis 40ml/min kg Trainierte: 80 bis 90ml/min kg Normwerte VO 2 max/kg : Untrainierte: 32 bis 38ml/min kg Trainierte: bis 75ml/min kg Bezieht man die O 2 -Aufnahme auf das fettfreie Körpergewicht, so sind zwischen männlichen (46-49ml) und weiblichen (44-48 ml) Normalpersonen kaum signifikante Unterschiede nachweisbar. VO 2 max erreicht bei Mädchen ihr Maximum mit dem 16. Lebensjahr, bei Männern mit dem 19. Lebensjahr Bleibt bis zum 30. bis 35. Lebensjahr unverändert Indirekte Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme VO 2 [ml/min] = Leistung [Watt] gilt nur für Steigerung von 25W nach je 2 min (nach Rost und Hollmann 1982) VO 2 [ml/min] = 500ml + 10 Leistung [Watt] grobe Faustformel Relative maximale Sauerstoffaufnahme für Laufbandbelastungen (v = Laufbandgeschwindigkeit) VO 2 [ml/min kg] = 2,67 + [10,9 + 0,654 Laufbandsteigung [%] v [m/s] Abnahme der VO 2 max: Untrainierte: 8 bis 10% pro Lebensjahrzehnt Ausdauertrainierte: 4 bis 5% pro Lebensjahrzehnt : 1% pro Jahr : 0,8% pro Jahr Atemminutenvolumen (AMV) = Atemzugvolumen (AZV) Atemfrequenz (AF) Maximalwerte Untrainierte : 120 bis 140 l/min Maximalwerte Ausdauertrainierte : bis 250 l/min Unter Belastung steigt zunächst das AZV, wenige Sekunden später die AF. Im Grenzbereich der Leistungsfähigkeit sinkt das AZV zugunsten einer nochmaligen Steigerung der AF. 14

15 4.1.5 Atemäquivalent (AÄ) = AMV/ VO 2 (jeweils in derselben Minute) - Grenzbereich der körperlichen Leistungsfähigkeit bei Werten zwischen 30 und 35 abhängig von Alter, Geschlecht und Trainingszustand ein geringer Wert auf maximaler Belastungsstufe spricht für große Leistungsreserven Respiratorischer Quotient (RQ) = CO 2 - Abgabe [l/min] / O 2 - Aufnahme [l/min] Unter Ruhebedingungen entstammt VCO 2 überwiegend aus dem Zitratzyklus und steht je nach verstoffwechseltem Substrat in einem festen Verhältnis zur VO 2. Theoriewerte: - nur Fette: RQ = 0,7 - nur Kohlenhydrate: RQ = 1,0 - nur Proteine: RQ = 0,8 In der Regel liegen jedoch Mischverhältnisse vor, für die anhand des RQ Fett- und Kohlenhydratanteil bestimmt werden können. Bsp.: RQ = 0,8, d.h. 33,4% Kohlenhydrate und 66,6% Fette. Die Verstoffwechslung von Eiweißen spielt außerhalb von Hungerperioden oder Dauerbelastungen von mehr als 60 Minuten keine Rolle. Mit steigender Belastung erhöht sich die CO 2 - Abgabe. Es stammt zum einen aus dem hoch belasteten Zitratzyklus und zum anderen aus der Bikarbonat- Pufferung im Blut: HCO 3 + H + H 2 O + CO 2. - Gut anaerob trainierte Sportler erreichen aufgrund ihrer hohen (Laktat-) Azidosetoleranz meist RQ- Werte über 1,15, während Sportler mit einem umfangreichen aeroben Training oft schon ab einem Wert von 1,05 als ausbelastet gelten. Für Untrainierte bzw. unspezifisch Trainierte (z.b. Läufer auf Fahrradergometer) gilt ein RQ von 1,1 als Ausbelastungskriterium. Herzpatienten erreichen selten höhere Werte als 1,0, selbst wenn der Belastungsabbruch nicht durch kardiale Symptomatik bedingt ist. Nachbelastungsmessungen gelten als nicht bewertbar, da nach Abbruch der Belastung die Sauerstoffaufnahme rapide abfällt, zugleich aber Laktat aus dem Muskel nachgeschwemmt wird und somit sehr hohe RQ- Werte entstehen. 15

16 Abb. 4. Schematisierte typische RQ- Verläufe während ausbelastender ansteigender ergometrischer Belastungen (9) Sauerstoffpuls = VO 2 min -1 / HF in der selben Minute Der Sauerstoffpuls dient der Beurteilung der kardiopulmonalen Leistungsreserve bzw. der Grenze der Leistungsfähigkeit. Er ist ein Maß für die pro Herzschlag maximal zu transportierende Sauerstoffmenge und hängt direkt vom Schlagvolumen des Herzens, der O2- Bindungsfähigkeit des Blutes und der Sauerstoffausschöpfung im Muskel ab. Je größer der Wert auf submaximalen Belastungsstufen, desto ökonomischer arbeitet des Kreislauf und desto größer ist die noch vorhandene Leistungsreserve. Untrainierte in Ruhe : 4,0 bis 4,5ml Grenzbereich: 14,0 bis 16,0ml Trainierte in Ruhe : 5,5 bis 18,0ml Grenzbereich: 22,0 bis 30,0ml Untrainierte : Grenzbereich bei ca. 11ml Trainierte : Grenzbereich bei ca. 20ml, d.h. 20ml O 2 pro Herzschlag 16

17 4.2 Beurteilungskriterien der Ausbelastung: Maximale Herzfrequenz - Fahrrad: 200 Lebensalter (Jahre) - Laufband: 210 Lebensalter (Jahre) Maximales Atemäquivalent (AÄ) = max. AMV / max.vo 2 : 30 Maximaler Respiratorischer Quotient (RQ) = max. VCO 2 / max. VO 2 Abb. 5. Graphische Auswertung einer Spiroergometrie mit Laktattest auf dem Fahrradergometer (120W/ 30W/ 4min) - 1,15 für gut anaerob Trainierte - 1,10 für Untrainierte bzw. unspezifisch Trainierte - 1,05 für hoch aerob Ausdauertrainierte - 1,0 für Herzpatienten Maximale Laktatkonzentration für Hochausdauertrainierte Atemfrequenz: > 60/min Levelling- off der Sauerstoffaufnahme BORG- Skale (RPE- System): 12 bis 16 Abb. 6. Verlauf der Sauerstoffaufnahme bei ansteigender Belastung; levelling- off ab der 12. Minute (nach Kindermann) 17

18 4.2.1 Abbruchkriterien der Ergometrie Neben Ausbelastungskriterien sind bei ergometrischen Untersuchungen von Patienten bzw. im Rahmen von Vorsorgeuntersuchungen Abbruchkriterien zu beachten, um eine Gesundheitsgefährdung durch die Belastung zu vermeiden Relative Abbruchkriterien Erhöhte Vorsicht! Nach ärztlicher Entscheidung kann die Untersuchung weitergeführt werden in Anbetracht der Indikation und Sicherheitsmaßnahmen (z.b. Reanimationsteam) Subjektive Symptome - leichtes Unwohlsein - leichte Angina pectoris - Atmung: leichtes Giemen und Pfeifen Objektive Befunde - Art. Blutdruck: systolisch > mmhg, diastolisch > 115 mmhg (nicht bei Sportlern) - Fehlender arterieller Blutdruckanstieg oder Blutdruckabfall bei Belastung - Abnahme der Herzfrequenz trotz steigender Belastung Absolute Abbruchkriterien Subjektive Symptome - Erschöpfung - Mäßig- starke und typische Angina pectoris - Starke sonstige Symptome (Dyspnoe, Schwindel, starke Kopfschmerzen, Unsicherheit) Objektive Befunde - Leistung kann nicht gehalten werden - Hohe EKG- Auffälligkeiten (z.b. ST- Strecken- Veränderungen) - Stärkerer Blutdruckabfall, evtl. mit Zeichen der Myokardischämie 18

19 5 Weiterführende Literaturhinweise 1. de Marées, H. (2003). Sportphysiologie. Kassel : Sportverlag Strauß 2. Dickhuth. H.- H. & Röcker, K. (2001). Praxis der Laktatmessung. Dtsch Z Sportmed, 52, Franz, I.-W. (2003). Blutdruckverhalten während Ergometrie. Dtsch Z Sportmed, 54, Heck H., Rosskopf P. (1994). Grundlagen verschiedener Schwellenkonzepte und ihre Bedeutung für die Trainingspraxis. In Clasing, D., Weicker, H., Böning, D. (Hrsg.), Stellenwert der Laktatbestimmung in der Leistungsdiagnostik. Stuttgart: Fischer 5. Heck, H. (1990). Laktat in der Leistungsdiagnostik. Schorndorf: Hofmann 6. Hollmann, W. & Strüder, H. K. & Predel, H.- G. (2006). Spiroergometrie. Kardiopulmonale Leistungsdiagnostik des Gesunden und Kranken. Stuttgart: Schattauer 7. Kindermann, W (1999). Die maximale Sauerstoffaufnahme. Dtsch Z Sportmed, 50, Kindermann, W (2004). Die anaerobe Schwelle. Dtsch Z Sportmed, 55, Meyer, T. (2003). Der Respiratorische Quotient. Dtsch Z Sportmed, 54, Scharhag, J. (2007). Das Sportler- EKG. Dtsch Z Sportmed, 58, Schulz, H. & Heck, H. (2002). Methoden der anaeroben Leistungsdiagnostik, Dtsch Z Sportmed, 53, Schulz, H. (2001). Ammoniak in der Leistungsdiagnostik. Dtsch Z Sportmed, 52, Schurr, S., (2007). Leistungsdiagnostik Der Laktatleistungstest. Norderstedt: Books on Demand GmbH 14. Steinacker, J. M. (2002). Abbruchkriterien bei der Ergometrie. Dtsch Z Sportmed, 53,