Metabolische Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung in der Sportmedizin

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1 sport- und präventivmedizin sportmed präventivmed (1) /1: -1 DOI 117/s x 1 Printed in Austria Metabolische Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung in der Sportmedizin K Roecker, S Prettin, T Pottgiesser, Y O Schumacher, H H Dickhuth Abteilung Präventive und Rehabilitative Sportmedizin, Medizinische Universitätsklinik, Freiburg, Deutschland Eingegangen am 9 Februar 1, angenommen am 9 Februar 1 Metabolic performance diagnosis and training control in sports medicine Konzepte und Softwareverfahren zur Verfügung Neuere Ansätze implementieren statistisch-prognostische Methoden in die automatisierten Auswertungsalgorithmen Summary: The metabolic and physiological assessment of physical performance includes methods for the objective measurement of the endurance capacity of sportsmen or the cardiopulmonary function of patients The correct application of metabolic physical performance diagnostics requires a detailed knowledge of stress physiology and also experience in dealing with the methods of performance diagnostics The basic method for assessment of the physical performance is ergometry with simultaneous recording of physiological parameters such as heart rate, blood lactate concentration or breath analysis (spiroergometry) Different concepts and software techniques are available to interpret the results and to perform training control Newer approaches to implement statistical and prognostic methods in the automated analysis algorithms Schlüsselworte: VOmax, Laktatleistungskurve, Anaerobe Schwelle, Mehrstufentestprinzip Keywords: maximum oxygen uptake, blood lactate performance, anaerobic treshold, multistage test principle Zusammenfassung: Die metabolisch-physiologische Leistungsdiagnostik beinhaltet Methoden zur objektiven Messung der Ausdauerleistungsfähigkeit von Sporttreibenden oder der kardiopulmonalen Funktion von Patienten Die korrekte Anwendung metabolischer Leistungsdiagnostik setzt eine detaillierte Kenntnis der Belastungsphysiologie und Erfahrung im Umgang mit den Methoden der Leistungsdiagnostik voraus Die Basismethode zur Leistungsdiagnostik ist die Ergometrie mit gleichzeitiger Erfassung physiologischer Messgrößen wie der Herzfrequenz, der Blutlaktatkonzentration oder der Atemgasanalyse (Spiroergometrie) Zur Interpretation der Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung stehen verschiedene Korrespondenz: Prof Dr Kai Röcker, Medizinische Universitätsklinik, Abt Präventive und Rehabilitative Sportmedizin, Hugstetterstr 55, 791 Freiburg, Deutschland kairoecker@uniklinik-freiburgde Einleitung Die metabolische Leistungsdiagnostik wurde aus den klinisch-ergometrischen Belastungsuntersuchungen zur Basismethode der Sportmedizin entwickelt Mit ihr werden zwei Intentionen verfolgt: Messung der objektiven metabolischen Beanspruchung (Leistungsdiagnostik) Interpretation der leistungsdiagnostischen Ergebnisse zur Optimierung von körperlichem Training (Trainingssteuerung) Leistungsdiagnostik erfolgt zur Beurteilung von Funktionseinschränkungen bei Patienten ebenso wie zu Formtests bei Leistungssportlern Ziel ist jeweils eine objektive Differenzierung der kardiopulmonalen und metabolisch-muskulären Leistungsfähigkeit Bei klinischen Fragestellungen ist dieser Ansatz zum Beispiel hilfreich, um pathologische Einschränkungen und eventuelle therapeutische Konsequenzen zu quantifizieren Derselbe Ansatz ermöglicht im Sport ein Monitoring leistungsbestimmender Faktoren und von Trainingseffekten Zur Durchführung einer metabolischen Leistungsdiagnostik sind in der Sportmedizin folgende Indikationen am wichtigsten: Erstellung von Trainingsempfehlungen und Trainingssteuerung im Ausdauersport Objektive Leistungsprognosen für Wettkampfsport Trainingsverordnung in der Rehabilitation Feststellung und Verlaufsbeurteilung einer funktionellen Beeinträchtigung bei chronischen internistischen Erkrankungen (zb COPD, Herzinsuffizienz) Gutachten Arbeitsmedizinische Evaluation

2 Physiologische Grundlagen der metabolischen Leistungsdiagnostik Die metabolische Leistungsdiagnostik leitet sich zur Hauptsache aus der indirekten Differenzierung der zwei wichtigsten Abschnitte der Energiebereitstellung ab: der oxidativen Energiebereitstellung und der anaeroben Glykolyse Sie stützt sich auf den Umstand, dass die Verarbeitungsrate für Pyruvat und NADH aus der anaeroben Glykolyse in der oxidativen Energiebereitstellung von der Ausdauerleistungsfähigkeit eines Individuums abhängt bzw begrenzt wird Sobald die oxidativen Prozesse mit der Glykolyserate und Fettverbrennung nicht mehr Schritt halten können, erfolgt eine vermehrte Bildung von Milchsäure, bzw nach deren Dissoziation, Laktat Eine stärkere Laktatbildung bei gleicher Leistung wird daher als geringere Leistung des oxidativen Systems interpretiert (Abb 1) Der Gebrauch von Sauerstoff steht dabei in einem exakten stöchiometrischen Verhältnis zur oxidativen Produktion von Energie und der entsprechenden Menge an metabolisch produziertem Kohlendioxid Diese Prozesse sind in den Mitochondrien der Zellen lokalisiert Dem aufgenommenen Sauerstoff steht ein entsprechendes Quantum an synthetisiertem ATP gegenüber Hierdurch entspricht die Sauerstoffaufnahme in der Atemgasanalyse dem Ausmaß der oxidativen Energieproduktion in einem festen Verhältnis Die Oxidation von Glukose ist gegenüber der alleinigen anaeroben Glykolyse durch eine geringere Energieflussrate (Energieproduktion pro Zeiteinheit) gekennzeichnet Andererseits steht der aeroben Energiegewinnung eine weit höhere Stoffwechselkapazität (Energiemenge bis zur Erschöpfung) zur Verfügung Substrate der aeroben Energiegewinnung sind neben der Glukose (die Speicherform ist Glykogen) auch die Aminosäuren (höhere Energieflussrate) oder freie Fettsäuren (geringere Energieflussrate) Wird bei erhöhtem Energiebedarf die maximale Oxidationsrate überschritten, wird das verbleibende Pyruvat durch das Enzym LDH zu Milchsäure umgesetzt Eine höhere Blutlaktatkonzentration zeigt also nicht generell eine unzureichende Versorgung mit Sauerstoff an, auch wenn der Begriff anaerob dies suggeriert Vielmehr ist die Energieflussrate der aeroben Energiebereitstellung grundsätzlich begrenzt auch bei reichlicher Verfügbarkeit von Sauerstoff In der anaeroben Glykolyse kann zumindest kurzzeitig eine deutlich höhere Energieflussrate als mit der oxidativen Energiebereitstellung realisiert werden Substrat der anaeroben Glykolyse sind Kohlenhydrate, wodurch bei einer Inanspruchnahme der alleinigen anaeroben Glykolyse auch die Glykogenvorräte des Organismus deutlich schneller verbraucht werden Durch diese Beschränkung ist die Stoffwechselkapazität der anaeroben Glykolyse wesentlich geringer als diejenige der aeroben Energiebereitstellung Hinzu kommt, dass durch die Milchsäureproduktion eine metabolische Azidose entsteht, welche die Energiebereitstellung zunehmend rekursiv hemmt Leistungsdiagnostische Verfahren Auf der Grundlage der geschilderten biochemischen Zusammenhänge wurden die metabolisch-leistungsdiagnostischen Diagnoseverfahren entwickelt Die zentralen Methoden hierfür sind die Atemgasanalyse und die Messung der Blutlaktatkonzentration bei stufenweise ansteigender Belastung in der jeweiligen Ergometrieform Zusätzlich werden in neuerer Zeit vermehrt systemtheoretische Ansätze zur Erhöhung der Messgenauigkeit, sowie der praktischen Anwendbarkeit und automatisierten Interpretation von Messdaten eingesetzt Aus Gründen der methodischen Robustheit und Einfachheit ist die Messung der Laktatkonzentration am weitesten verbreitet und entspricht dem Golden Standard der Ausdauerleistungsdiagnostik im Sport Weitere Messgrößen, wie beispielsweise kapilläre Blutgasanalysen, spielen in der standardisierten Anwendung der Leistungsdiagnostik hingegen nur eine untergeordnete Rolle 1 % max anaerober Energiefluss % VOmax 9 Anaerobe Beanspruchung Aerobe Beanspruchung 7 % max anaerober Energiefluss % VO max 5 3 z B m-lauf z B Marathonlauf Belastungsdauer (s) Abb 1: Beanspruchung der aeroben oder anaeroben Energiebereitstellung in Abhängigkeit zur Dauer einer jeweils maximalen Leistung (schematisch) Die aerobe Energiebereitstellung wird bei einer Belastungsdauer von etwa Sekunden am stärksten in Anspruch genommen und entspräche dann der maximalen VO ( VOmax) Trotz höherer Leistung nimmt die Beanspruchung der aeroben Energiebereitstellung mit kürzerer Belastungsdauer ab Den Rest der notwendigen Energieproduktion übernimmt die anaerobe Energiebereitstellung (nach []) Die metabolische Leistungsdiagnostik macht sich diesen Zusammenhang zunutze 7

3 Atemgasanalyse bei körperlicher Belastung (Spiroergometrie) Maximale Sauerstoffaufnahme (V Omax) Die V O entspricht dem Umsatz von Sauerstoff in der oxidativen Phosphorylierung und ist somit ein direktes Maß für die aerobe Energiebereitstellung Der maximal erreichte Wert für die V O (V Omax oder peak V O) ist daher ein Sammelkriterium für alle Aspekte, die diesen Stoffwechselweg potenziell beschränken Alle Einzelschritte von Sauerstoffaufnahme, Sauerstofftransport und Utilisation sind für die Ausprägung dieser Größe verantwortlich Dieser Umstand wird in der klinischen Medizin zb zur Klärung der Operabilität bei schweren Erkrankungen oder zur Indikationsstellung für Herztransplanta tionen genutzt: Ist die V Omax nicht erniedrigt, liegt auch keinesfalls eine pathologische Einschränkung vor Die VOmax kann durch eine Vielzahl von Faktoren limitiert, aber durch eine hohe Ausprägung eines Einzelfaktors nicht unbedingt begünstigt werden ( Flaschenhals ) [1] Aus diesem Grunde ist die VOmax ein Ausschlusskriterium: bei einer normalen VOmax liegen alle beteiligten Faktoren sicher im Normbereich Allerdings ist die V O sehr unspezifisch: ist max die VOmax erniedrigt, bleibt zunächst unklar, welcher der Faktoren für diese Erniedrigung verantwortlich ist Referenz für diese Erwartungswerte sind zb die Angaben der American Thoracic Society (1) Da die VOmax vom Ausbelastungsgrad des Probanden abhängt, sind auch mentale Faktoren für das Ergebnis entscheidend Allein hierdurch ist die diagnostische Wertigkeit der VOmax insbesondere für Fragestellungen im Sport stark eingeschränkt Anaerobe Schwelle Ab einer bestimmten Belastungsintensität kann die Oxidation mit der Produktion von Pyruvat und NADH + H+ nicht mehr Schritt halten Hierdurch kommt es zu einem zunehmend höheren Anteil der anaeroben Glykolyse an der Gesamtenergieproduktion und einer zunehmenden Produktion von Milchsäure Ab einer individuell unterschiedlichen Leistung führt VT 5 VO (l/min) Laktat (mmol/l) In der Spiroergometrie werden neben den ventilatorischen Größen die Sauerstoffaufnahme (VO) und die Kohlendioxidabgabe (V CO) bestimmt Methodische Unterschiede müssen hier vor allem hinsichtlich des zugrunde liegenden Messverfahrens bedacht werden [5] Systeme mit kontinuierlicher Gasabsaugung aus einer Mischkammer sind inzwischen von Geräten mit so genannter Breath-by-breath-Analyse abgelöst worden [3, 11] Hier werden die jeweiligen Gasmengen für jeden einzelnen Atemzug ermittelt Mit dieser Breath-bybreath-Analyse sind Auswertungen der schnellen Änderungs kinetik der gemessenen Werte (wie zb der VO) möglich Allerdings sind keineswegs alle Atemgasanalyse-Geräte, welche namentlich Breath-by-breath-Berechnung integrieren, auch mit einer entsprechenden Datenausgabe für einzelne Atemzüge ausgestattet Oft erfolgt allenfalls eine Berechnung von Durchschnittswerten innerhalb vorgegebener Zeitintervalle Diese Einschränkung ist insbesondere für leistungsdiagnostisch-wissenschaftliche Fragestellungen und die Auswertung der erwähnten Kinetiken von Belang V E (l/min) RCP IAS LT 1 3 VO (l/min) 5 Abb : Atemminutenvolumen (VE), CO-Abgabe ( VCO), und Blutlaktatkonzentration (Laktat) mit ansteigender Belastungsintensität Der erste Anstieg der Laktatkonzentration ( Lactate Threshold / LT) bewirkt eine zunehmende Produktion und Abatmung von nichtmetabolischem CO aus der Bicarbonatreaktion Hierdurch ist die Ventilatory Threshold identisch mit der LT [1] Der respiratorische Kompensationspunkt (RCP) entspricht dem Moment einer überproportionalen Steigerung der VE Die Position der individuellen anaeroben Schwelle (IAS, Abb 3) liegt zufällig im Bereich des RCP Für weitere Definitionen siehe Tabelle 1 diese vermehrte Milchsäureproduktion zu einem Anstieg der Konzentration von Laktat im Blut Zeitgleich bewirkt die Pufferung durch Bicarbonat eine zusätzliche, nicht-metabolische CO-Produktion Der Moment der einsetzenden zusätzlichen Produktion von CO wird in der Atemgasanalyse als ventilatorische anaerobe Schwelle dargestellt (VT) [19] Die VT entspricht somit auch dem ersten Anstieg der Konzentration von Laktat im Blut (Abb, [1]) Zur Vermeidung einer Verwechselung der Terminologie mit sonstigen Konzepten für die Anaerobe Schwelle (Tab 1) sollte für diesen Moment des ersten messbaren Anstiegs der Blutlaktatkonzentration der Begriff Lactate Threshold (LT) verwendet werden, der von K Wasserman geprägt wurde [1] Da die Konzentration von Laktat im Blut auch ein indirektes Maß für die Inanspruchnahme der anaeroben Glykolyse ist, wird sie als Kriterium für die Stoffwechselbeanspruchung verwendet Ein höherer Anteil der anaeroben Glykolyse bei niedrigerer körperlicher Leistung, eine niedrigere Blutlaktatkonzentration bei höherer Belastungsintensität (oder Anaerobe Schwelle) impliziert zudem eine schlechtere Ausdauerleistungsfähigkeit und umgekehrt

4 Tabelle 1 Übersicht über verschiedene Konzepte für die Ermittlung einer Anaeroben Schwelle Bezeichnung Abkürzung Konzept Anmerkung LT (auch LAT oder AT) Basiskonzept nach Wasserman: Erster messbarer Anstieg der Blutlaktatkonzentration bei körperlicher Belastung Gleichzeitig erster Anstieg der nichtmetabolischen CO-Produktion (entspricht VT) Aus der Blutlaktatkonzentration methodisch schwer zu erfassen, vergleichsweise geringe () Reliabilität bezüglich der Leistung Allerdings: Einzige echte Schwelle Maximaler Laktat- Steady-State MaxLASS Höchste Leistung mit nach Definition stabiler Laktatkonzentration über zb 3 Minuten Dauer Referenzgröße für AAS Keine physiologisch eindeutige Definition, prognostische Bedeutung für die tatsächliche Leistungsfähigkeit unklar () Anaerobe Schwelle AAS Leistung an einer fix vorgegebenen Blutlaktatkonzentration (zb mmol/l) Methodisch robust, allerdings geringerer prognostischer Wert für die Ausdauerleistungsfähigkeit als IAS () Ventilatorische Anaerobe Schwelle VT Erster messbarer Anstieg der CO-Produktion aus der Bicarbonat-Pufferung (entspricht LT) Nur per Atemgasanalyse bestimmbar () Respiratorischer KompensationsRCP (manchmal: VT ) punkt Beginn einer überproportionalen Hyperventilation durch die zunehmende metabolische Azidose Nur per Atemgasanalyse bestimmbar, wenige Vergleichsdaten, cave: Verwechslungsgefahr mit VT! () Individuelle Anaerobe Schwelle IAS, IAT Laktatkonzentration im Nachbelastungsverlauf ( Stegmann -Schwelle) Laktatmessung nach Belastung notwendig (17, 1) Individuelle Anaerobe Schwelle IAS, IAT Nettoanstieg der Laktatkonzentration um eine Konstante (zb 1,5 mmol/l) Robustes Verfahren, viele Vergleichsdaten (1) Anaerobic Threshold, Lactate Threshold Anaerobe Schwelle aus der Messung der Blutlaktatkonzentration Knapp oberhalb der LT bzw VT bleibt die Blutlaktatkonzentration auch bei zunehmender weiterer Belastung zunächst noch auf einem im Verlauf weitgehend stabilen Niveau ( steady state ) Die Laktatproduktion ist dann nicht höher als die Laktatclearance Erst mit weiterer Erhöhung der Belastungsintensität findet sich allmählich ein immer stärkerer Laktatanstieg im Zeitverlauf Für Ausdauertraining und zur Bestimmung der Ausdauerleistungsfähigkeit muss also auch der Belastungsbereich oberhalb der LT berücksichtigt werden So erfolgen selbst Marathonläufe in aller Regel deutlich oberhalb der LT auch Ausdauertraining wird somit zu einem erheblichen Anteil ebenfalls oberhalb der LT durchgeführt Das so genannte maximale Laktat-Steady-State (MaxLASS) ist als diejenige maximale Leistung eines Probanden definiert, welche mit stabiler Blutlaktatkonzentration über einen vorgegebenen Zeitraum (zb 3 Minuten) gerade noch aufrechterhalten werden kann Diese spezielle Belastungsintensität am MaxLASS ist allerdings physiologisch nicht eindeutig abgrenzbar und für Routinetests auch aufgrund der aufwändigen Methodik nicht geeignet Aus diesem Grunde wurden Konzepte entwickelt, das MaxLASS auch aus den Er Literatur gebnissen von Mehrstufentests zu ermitteln Am weitesten ist hier die Verwendung einer fixen Laktatkonzentration [, ] oder von Nachbelastungswerten ( Individuelle Anaerobe Schwelle ) verbreitet [1] Ein zweiter, eher sportpraktisch orientierter Ansatz gibt weniger die theoretische Größe eines MaxLASS aus den Ergebnissen von Mehrstufentests wieder, sondern vielmehr die sportspezifische Ausdauerleistung auch unter modellhafter Einbeziehung von Co-Faktoren [, 9, 1] Ein geläufiges Modell hierzu ist die Verwendung eines Netto-Anstiegs der Blutlaktatkonzentration, der direkt zur Ausdauerleistungsfähigkeit korreliert wurde (Abb 3) Es existieren somit extrem viele verschiedene Konzepte für eine so genannte Anaerobe Schwelle oder Individuelle Anaerobe Schwelle (IAS) zur Darstellung der Ausdauerleistungsfähigkeit durch Messung der Laktatkonzentration Diese unterscheiden sich vor allem durch ihre Orientierung der Leistung am MaxLASS oder aber einer belastungsspezifischen Ausdauerleistungsfähigkeit (zb Leistung im Marathonlauf ) [, 1] Das Mehrstufentestprinzip Eine der wichtigsten methodischen Voraussetzungen für die Leistungsdiagnostik sind adäquate Belastungsprotokolle In 9

5 Laktat im Blut (mmol I-1) IAS +1,5 mmol I-1 LT Leistung Abb 3: Beispiel für die Bestimmung der Individuellen Anaeroben Schwelle (IAS) aus der interpolierten, ansteigenden Blutlaktatkonzentration bei zunehmender Leistung (zb Laufband, km/h Inkrement, 3 min Stufendauer) Die IAS kann bei einer Leistung mit einem Nettoanstieg der Laktatkonzentration von 1,5 mmoll-1 (Fahrrad 1, mmoll-1) oberhalb der Laktatkonzentration der LT angegeben werden aller Regel wird dabei ein so genannter Mehrstufentest durchgeführt Dabei ist hilfreich, dass eine große Spanne an individueller Leistungsfähigkeit mit sehr wenigen verschiedenen Belastungsprotokollen abgedeckt werden kann Auch wenn im Einzelfall die leichte Modifikation des Testprotokolls einen vermeintlichen Informationsgewinn verspricht, bringt diese zusätzliche Variation immer auch eine Verschlechterung hinsichtlich der Vergleichbarkeit im Gesamtkollektiv, da Ergebnisse aus verschiedenen Belastungsversuchen nur bei exakt identischem Testprotokoll miteinander verglichen werden können Im Mehrstufentest erfolgt die Erhöhung der Leistung in konstanten Inkrementen und jeweils konstanter Stufendauer Hierdurch wird gewährleistet, dass nur eine Variable (die Leistung) variiert und gegen die ansteigende Laktatkonzentration geprüft werden kann Eine Mindestzahl von 5 einzelnen Belastungsstufen ist dabei für die Auswertung einer Leistungsdiagnostik unabdingbar Zur eindeutigen Erfassung der LT sollte allerdings immer ein ausreichender Anteil der Belastungsuntersuchung auf einer entsprechend niedrigen Belastung, also unterhalb der vermuteten LT erfolgen Aus Gründen der praktischen Durchführbarkeit und der zunehmenden Limitierung durch Faktoren wie Kraftausdauer und mentale Aspekte ist eine maximale Stufenzahl von etwa (Freizeitsport, Patienten) bis 1 (Leistungssport) Belastungsstufen mit jeweils 3-minütiger Dauer sinnvoll Die Tabelle enthält entsprechende Empfehlungen für die Durchführung leistungsdiagnostischer Ergometrien mit Laktatleistungskurve Generell bedeutet eine Verlängerung der Dauer der einzelnen Belastungsstufen auch für Ausdauerleistungssportler keinen eindeutigen Informationsgewinn Bessere Leistungsprognosen ermöglicht allenfalls die Einbeziehung zusätzlicher Informationen Zum Beispiel kann die Leistung im Marathonlauf auch aus einem Test mit nur 3-minütiger Stufendauer in sehr hoher prognostischer Qualität berechnet werden [1] Besonderheit im Feldversuch Die Laktatkonzentration im Blut ist nicht nur eine Funktion zur Leistung, sondern auch zur Dauer einer Belastung Eine konstante Stufendauer ist daher eine wichtige Voraussetzung für die korrekte Auswertbarkeit von Laktatdiagnostik in Mehrstufentests Auch unter Feldbedingungen (Feldtests) sollte daher die Vorgabe einer konstanten Stufendauer möglichst eingehalten werden Bleibt hingegen die Streckenlänge konstant (zb 1m lange Abschnitte), kommt es zu einer stetigen zeitlichen Verkürzung mit zunehmendem Lauftempo und entsprechendem Einfluss auf die Laktatbildung Aus diesem Grunde ist bei Feldtests eine Verlängerung der Laufstrecke mit jeder Geschwindigkeitsstufe sinnvoll (z B 3m in 3 Min, m in 3 Min, 5m in 3 Min etc) Laktatleistungskurven Die Auswertung von Mehrstufentests mit Laktatmessung erfolgt in Form der so genannten Laktatleistungskurve Hierbei Tabelle Übliche Belastungsprotokolle für die Laktatleistungsdiagnostik Laufbandergometer Untersuchungskollektiv Startleistung Stufendauer Inkrement Patienten (Gehbelastung) - km/h konstant, % 3 Min,5 oder 5% Steigung Rehasport (Gehbelastung) - km/h konstant, % 3 Min 5 % Steigung Freizeitsport - km/h 3 Min km/h Hoch-/Leistungssport - km/h 3 Min km/h Untersuchungskollektiv Startleistung Stufendauer Inkrement Patienten Watt 1 Min 1 Watt 5 Watt 3 Min 5 Watt Rehasport 5-5 Watt 3 Min 5 Watt Freizeitsport 5 Watt 3 Min 5-5 Watt Leistungssport 5-1 Watt 3 Min 5 Watt Hochleistungssport -1 Watt 3 Min Watt Fahrradergometer 1

6 Laktatleistungskurve Medizinische Uniklinik Freiburg Abt Rehabilitative u Präventive Sportmedizin Herzfrequenz (Schläge/min) Laktat (mmol/l) ETL 1 TDL MDL 1 LDL/RL Laufbandergometrie am 399 für Mustermann, Heiner geb am 119 (Freizeitsport, Laufen) Laktat Herzfrequenz , K Röcker, Ergonizer Version 31 Build 9, http//wwwergonizerde Indiv anaerobe Schwelle Laufgeschwindigkeit (km/h) Universitätsklinikum Freiburg Medizinische Klinik Medizinische Uniklinik Freiburg, Abt Sportmedizin Hugstetterstr 55, 791 Freiburg Abteilung Rehabilitative und Präventive Sportmedizin Heiner Mustermann Siegerstr 1 Ärztlicher Direktor Prof Dr H-H Dickhuth 791 Freiburg Hugstetterstr Freiburg Telefon 71/7-773, Fax 71/ sportmedizin@uniklinik-freiburgde Freiburg, den 1 Laktatkurvenauswertung für Mustermann, Heiner *119 Am 399 führten wir einen Belastungstest auf dem Laufbandergometer (Steigung 1%) durch Die Vorgabe für die Stufendauer betrug 3 Minuten, wobei die letzte Stufe über Minuten durchgehalten werden konnte Laufgeschwindigkeit (km/h) Herzfrequenz (Schläge/min) Laktat (mmol/l) RPE ( bis ) (Ruhe),, 1, 1, 1, 15, ,5 1, 1, 1,7,99,55 1, Blutdruck (mmhg) Energiebedarf (~kcal/h) 1/ /9 19/7 Es errechnen sich folgende Werte für die Trainingssteuerung und Leistungsdiagnostik: Leistung an der sog Individuellen anaeroben Schwelle (IAS): Dies entspricht einer 1m-Zeit von Herzfrequenz an der IAS: 1,3 km/h (3, m/s) :5 min 15/min Maximale Sauerstoffaufnahme (VOmax, geschätzt): Relative VOmax (geschätzt): 3, l/min, ml/min/kg Körpergewicht Die IAS entspricht der Perzentile unter allen Mittel- und Langstreckenläufern Ihrer Altersgruppe (dh % liegen dahinter) und der 7 Perzentile innerhalb der gesamten männlichen Altersgruppe Trainingsintensitätsempfehlungen für verschiedene Trainingsformen im Ausdauerbereich: Individuelle Belastungsempfehlungen: Extensive Tempoläufe: Tempodauerlauf: Mittlerer Dauerlauf: Regenerativer und langer Dauerlauf: Abk Laufgeschwindigkeit (flach) (m/s) pro 1m ETL TDL MDL LDL/RL :35 min - :57 min :51 min - 5:9 min 5:9 min - :1 min langsamer als :1 min 3,3-3,3 3,3-3,3,7-3,3 unter,7 Herzfrequenz (Schläge/min) unter 13 Zusätzlich wurden folgende Daten zur Körperkonstitution bestimmt: Körpergewicht: Body-mass-Index (BMI): 7, kg 1,1 Abb a, b: Originaldokumentation einer leistungsdiagnostischen Untersuchung im Mehrstufentest (Laufband) aus der Messung der Blutlaktatkonzentration Der Sportler erhält eine Übersicht über die individuellen Trainingsintensitätsbereiche seines Ausdauertrainings [7] Für das Lauftraining gilt beispielsweise die LT als gute Abgrenzung zwischen einem sehr ruhigen und einem mittleren Dauerlauftempo wird die Relation zwischen dem Anstieg der Laktatkonzentration und der jeweiligen Leistung aus der graphischen Interpolation einzelner Messwerte dargestellt Für eine robuste und standardisierte Ermittlung der jeweiligen leistungsdiagnostischen Referenzpunkte ist die Anwendung spezieller Software unbedingt zu empfehlen (zb [7], Beispielauswertung Abb a und b) Spezielle Interpretation (Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung) Die verschiedenen Konzepte für anaerobe Schwellen (Tab 1) werden in der Trainingssteuerung als Ankerpunkte für objektive Vorgaben spezifischer Trainingsintensitäten genutzt Eine individuell optimale Verteilung der Trainingsmittel kann aus einer solchen Einteilung nicht abgeleitet werden, da Faktoren wie Wettkampfziel, Sportart, Jahreszeit, Trainingsvorerfahrung etc eine rechnerisch nur schwer zu koordinierende Bedeutung haben Im Längsschnitt kann durch den wiederholten Einsatz von Leistungsdiagnostik die Effektivität eines erfolgten Trainingskonzeptes jedoch in der Regel sehr gut evaluiert werden Hier sollte berücksichtigt werden, dass die Bestimmungsmethode mit Nettoanstieg der Laktatkonzentration über der LT (IAS, Abb 3; Tab 1, ganz unten) eine signifikant höhere prädiktive Wertigkeit für die tatsächliche sportpraktische Ausdauerleistungsfähigkeit hat als andere Schwellenkonzepte [1] Übertragung der Labor-Ergebnisse ins Ausdauertraining , K Röcker, Ergonizer, http//wwwergonizerde Zum Zwecke der Trainingssteuerung müssen die Testdaten und Empfehlungen aus Labortests mit der 11

7 realen Trainingsumgebung abgeglichen werden Als Bezugsmaß dient hierzu vor allem die Herzfrequenz [9, 13] Im Labormehrstufentest muss daher die Herzfrequenz auf jeder Belastungsstufe möglichst exakt und noch während der laufenden Belastung erfasst und dokumentiert werden Für Lauftraining ist eine direkte Übertragung der Leistung aus dem Labortest als Laufgeschwindigkeit in die Realität möglich Hierfür muss jedoch das verwendete Laufbandergometer hinsichtlich der Laufgeschwindigkeit mit den Realbedingungen kalibriert werden Dies ist in aller Regel bei einer Einstellung des Laufbands auf,5 bis Steigungsprozent der Fall (abhängig vom Fabrikat) Leistungsvorgaben aus der Fahrradergometrie sind dagegen nur sinnvoll, wenn im Training ebenfalls eine exakte Leistungsmessung zur Verfügung steht [15, 1] Auch beim Training auf Heimergometern kann die Verwendung der Leistung als Vorgabe sinnvoll sein Bedingung ist hierfür aber eine gute Kalibration des verwendeten Ergometers Ausblick Die Basismethoden der metabolischen Leistungsdiagnostik stehen seit einem halben Jahrhundert in erfolgreichem Einsatz Entsprechend hoch sind die Erfahrungswerte zur Bewertung und Interpretation Heutzutage ist daher eine sehr gute Normwertreferenzierung anhand spezieller Verteilungsfunktionen möglich Neuere Entwicklungen in der metabolischen Leistungsdiagnostik berücksichtigen zunehmend systemtheoretische Ansätze und multifaktorielle Prognoseverfahren Unter Einbeziehung weiterer relevanter Mess- und Persönlichkeitsdaten soll mit diesem Ansatz die Trennschärfe und Aussagefähigkeit der herkömmlichen Messungen weiter gesteigert werden Gleichwohl sollte natürlich jeder neue Ansatz vor seinem seriösen Einsatz auf eine erfolgreiche wissenschaftliche Evaluation hin kritisch überprüft werden n [1] Roecker K, Niess AM, Mayer F, Striegel H, Dickhuth H-H Increase characteristics of the cumulated excess-co and the lactate concentration during exercise Int J Sports Med 1: 19 3, [11] Roecker K, Prettin S, Sorichter S Gas Exchange Measurements with High Temporal Resolution: The Breath-by-Breath Approach Int J Sports Med Suppl 1: S11, 5 [1] Roecker K, Schotte O, Niess AM, Horstmann T, Dickhuth H-H Predicting competition performance in long-distance running by means of a treadmill test Med Sci Sports Exerc 3 (1): , 199 [13] Roecker K, Striegel H, Dickhuth HH Heart-Rate Recommendations: Transfer Between Running and Cycling Exercise? Int J Sports Med (3): , 3 [1] Saltin B, Calbet JA Point: in health and in a normoxic environment, VO max is limited primarily by cardiac output and locomotor muscle blood flow J Appl Physiol 1 (): 7 5, [15] SRM Leistungserfassung, Messpedal ( 1 [1] Stapelfeldt B, Mornieux G, Oberheim R, Belli A, Gollhofer A Development and evaluation of a new bicycle instrument for measurements of pedal forces and power output in cycling Int J Sports Med (): 3 3, 7 [17] Stegmann H, Kindermann W, Schnabel A Lactate kinetics and individual anaerobic threshold Int J Sports Med : 1 1, 191 [1] Urhausen A, Coen B, Weiler B, Kindermann W Individual anaerobic threshold and maximum lactate steady state Int J Sports Med 1 (3): 13 9, 1993 [19] Wasserman K, Hansen JE, Sue DJ, Stringer WW, Whipp BJ Principles of Exercise Testing and Interpretation: Including Pathophysiology and Clinical Applications ISBN: Fourth Edition ed Philadelphia: Lea&Febiger, p 5, [] Wasserman K, McIllroy M Detection of anaerobic metabolism in cardiac patients during exercise Am J Cardiol 1: 5, 19 [1] Wasserman K, Whipp BJ, Koyl SN, Beaver WL Anaerobic threshold and respiratory gas exchange during exercise J Appl Physiol 35 (): 3 3, 1973 [] Whipp BJ, Ward SA, Lamarra N, Davis JA, Wasserman K Parameters of ventilatory and gas exchange dynamics during exercise J Appl Physiol 5 (): , 19 Interessenskonflikt Es besteht kein Interessenskonflikt Literatur [1] ATS/ACCP Statement on cardiopulmonary exercise testing Am J Respir Crit Care Med Vol 17, pp 11 77, 3 [] Alvarez-Ramirez J An improved Peronnet-Thibault mathematical model of human running performance Eur J Appl Physiol (): 517 5, [3] Beaver WL, Lamarra N, Wasserman K Breath-by-breath measurement of true alveolar gas exchange J Appl Physiol 51 (): 1 75, 191 [] Heck H, Mader A, Hess G, Mucke S, Muller R, Hollmann W Justification of the -mmol/l lactate threshold Int J Sports Med (3): 117 3, 195 [5] Macfarlane DJ Automated metabolic gas analysis systems: a review Sports Med 31 (1): 1 1, 1 [] Mader A, Heck H A theory of the metabolic origin of anaerobic threshold Int J Sports Med 7: 5 5, 19 [7] Ergonizer (Software für sportmedizinische Ausdauerleistungsdiagnostik) [Windows XP, Vista, 7 Software] Version 31 Build 11 Freiburg im Brsg: Roecker, K, , [] Roecker K Streit um des Kaisers Bart: Welche Laktatschwelle ist die beste? D Z Sportmed 59 (1): 33 3, [9] Roecker K, Niess AM, Horstmann T, Striegel H, Mayer F, Dickhuth HH Heart rate prescriptions from performance and anthropometrical characteristics Med Sci Sports Exerc 3 (5): 1 7, 1