Aktuelle Forschung in der Trainingswissenschaft

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1 Aktuelle Forschung in der Trainingswissenschaft Intermittierende Hypoxie Dr. Martin Faulhaber Definition Hypoxie Reduzierter Sauerstoffgehalt (Sauerstoffpartialdruck) in der Atemluft durch: A) Reduzierung des Luftdrucks (hypobare Hypoxie) B) Reduzierung des relativen Sauerstoffanteils bei gleichem Luftdruck (normobare Hypoxie) 1

2 Hypoxie: hypobar vs. normobar Gesamtluftdruck 760 mmhg 380 mmhg 760 mmhg ca m Rest (N 2...) 79 % 90 % 79 % O 2 21 % 21 % 10 % Normoxie Hypobare H. Normobare H. Abnahme der Sauerstoffsättigung mit zunehmender Höhe SaO2 (%) hypobar normobar 2

3 Intermittierende Hypoxie Unter intermittierender Hypoxie (IH) wird die wiederholte Sauerstoffmangelexposition, unterbrochen von normoxischen Phasen, verstanden (Burtscher M, Schweizerische Zeitschrift für Sportmedizin und Sporttraumatologie 2005) Wo findet man intermittierende Hypoxie im Alltag? Welche Parameter kennzeichnen IH-Expositionen / -Protokolle? Intermittierende Hypoxie: Einsatzbereiche Therapie verschiedenster Erkrankungen Vorakklimatisation auf Wettkämpfe in der Höhe oder vor Höhenunternehmungen Leistungssteigerung (in Tallage) im Sport 3

4 Einsatzbereich: Therapie Atemwegerkrankungen (Asthma, COPD), Diabetes mellitus, seit vielen Jahren in der ehemaligen UDSSR, v.a. kurze Intervalle Problem: Akzeptanz in westlichen Ländern, oft unkontrollierte Studien Potentielle Mechanismen??? Studien am ISW in Kooperation mit Hypoxia Medical Academy in Moskau Beispiel: IH in Prävention und Therapie Burtscher M, et al. Intermittent hypoxia increases exercise tolerance in elderly men with and without coronary artery disease. Int J Cardiol 2004; 96:

5 n=16 Methodik plazebo-kontrolliert, doppel-blind Intervention: Hypoxie (H) oder Normoxie (N), Placebogruppe nur N 3 Wochen a 5 Sitzungen: 1. Woche: 3 x 3 min. H (FIO 2 : 14%), dazw. 3 min. N 2. Woche: 4 x 4 min. H (FIO 2 : 12%), dazw. 3 min. N 3. Woche: 5 x 5 min. H (FIO 2 : 10%), dazw. 3 min. N Zielparameter: max. Leistung, submax. Belastungsreaktionen Arterielle Sauerstoffsättigung während der Hypoxiesitzungen Burtscher et al. Int J Cardiol

6 Ergebnisse: Submaximale Belastungsreaktionen 1 W/kg Burtscher et al. Int J Cardiol 2004 Ergebnisse inkl. Subgruppen alle Ergebnisse mit p<0,1 (zwischen den Gruppen) Burtscher et al. Int J Cardiol

7 Zusammenfassung der Ergebnisse und Diskussion Submaximale Belastung: Hf, RR, La, RPE Maximale Belastung: VO 2 max Pmax ( ) HB Arterieller Sauerstoffgehalt Diskussion!!! Mechanismen??? Sympathikotonus??? Ausblick: weitere Projekte Einsatzbereich: Leistungssteigerung im Sport Höhentrainingskonzepte live high train low, intermittent normoxia, intermittent hypoxia Hb-Masse, Ökonomisierung (?) (live low train high v.a. muskuläre Adaptationen) 7

8 Beispiel: live high train low Design: n=39 Levine BD, Stray-Gundersen J. J Appl Physiol 1997 Beispiel: live high train low Ergebnisse: VO 2 max 5000m-Zeit verändert nach: Levine BD, Stray-Gundersen J. J Appl Physiol

9 IH: Erythropoiese Für Steigerung des Gesamt-Hb längere Aufenthalte in m nötig (Levine, Stray-Gundersen 1997, Stray-Gundersen et al. 2001, Wehrlin et al 2006, ) Responder vs. Nonresponder event. auch kürzere Expositionen in stärkerer Hypoxie Hämoglobinkonzentration (Rodriguez et al. 2000) Kombination mit Belastung in der Höhe keine Vorteile (Rodriguez et al 1999) Nachteile??? Progressive Hypoxie event. Vorteile (Burtscher 2005) Beispiel: IH und Bewegungsökonomie Katayama K, et al. Effect of intermittent hypoxia on oxygen uptake during submaximal exercise in endurance athletes. Eur J Appl Physiol 2004; 92: Design: Katayama et al

10 Ergebnisse Beispiel: IH und Bewegungsökonomie Diskussion! Katayama et al 2004 IH: Steigerung der Bewegungsökonomie Keine Veränderung in der Bewegungungsökonomie bei 4 Wochen a 5 Tage a 3 h passiv ( m) (Truijens et al. 2007) Keine Veränderung der Leistung in Tallage bei 4 Wochen a 5 Tage a 3 h passiv ( m) (Rodriguez et al 2007) Eigene Ergebnisse bei hochtrainierten Mittelstreckenläufern deuten auf Verbesserungen hin 10

11 Einsatzbereich: Vorakklimatisation Vorbereitung auf Wettkämpfe in der Höhe Vorbereitung auf Trekkingtouren oder Expeditionen in großen Höhen (3000) m > m Vorbereitung auf Wettkämpfe in mittlerer Höhe mind. 1-wöchiger Aufenthalt in der geplanten Wettkampfhöhe (Schuler et al 2007) Vor- und Nachteile??? IH als mögliche Alternative? IH HVR + submax. Ventialtion auf 4500m (Katayama et al 2001), nicht auf 2500 m (Katayama et al 2007) 11

12 METHODS: STUDY DESIGN subjects: 10 well trained cyclists (age 38±7 a), accustomed to races spiroergometry peak power output and VO 2 max (61±6 ml/min/kg) 2-5 days double blind 1-2 days 2 time trails 600 m hypoxia group control group breathing program time trail 1970 m METHODS: TIME TRAIL Cyclus 2, RBM, Germany (Reiser et al. Eur J Appl Physiol 2000) warm up: 5 min 150 W + 5 min 200 W (gas analyses submaximal ventilation) 30 min time trail: - fixed pedal force based on the values of the spiroergometry (Burtscher et al. Int J Sports Med 2007) average power (P mean ) - determination of heart rate, lactate, arterial oxygen saturation, ratings of perceived exertion 12

13 METHODS: TREATMENT 7 passive breathing sessions a 1 hour within 9 days hypoxia group: F I O 2 : 12.6% ( 4500 m) control group: F I O 2 : 20.9% via face mask (HypoxyComplex HypO2, HypoMed, Moscow, Russia) RESULTS: TIME TRAIL W 260 MEAN POWER OUTPUT Innsbruck 600 m Obergurgl 1970 m hypoxia group ca. 6 % control group ca. 4 % ** ** hypoxia group control group differences between groups n.s. (p=0.08) 13

14 RESULTS: TIME TRAIL ARTERIAL OXYGEN SATURATION % 94 SaO2 Innsbruck 600m SaO2 Obergurgl 1970m 95 NO differences between groups!!! ** ** hypoxia group control group RESULTS: CONSTANT LOAD VENTILATION AT 150 W 70 Ventilation 150 W Innsbruck 600 m l/min Ventilation 150 W Obergurgl 1970 m NO significant differences within or between groups hypoxia group control group 14

15 RESULTS: FICTIVE RACE Place Innsbruck Place Obergurgl Control Group Hypoxia Group DISCUSSION interventon (IHE) NO effect on time-trail performance possible reasons: (Katayama et al. 2001) 1. protocol no HVR increase 2. increased (isocapnic) HVR not relevant during exercise at moderate altitude 3. pre-acclimatization to 4500m might be contra-productive for altitudes 2000m 15

16 CONCLUSION Intermittent normobaric hypoxia (7 x 1 h, 4500 m) seems to be not useful to prepare for endurance contests at moderate altitude ( 2000 m) in well trained cyclists living at 600 m. FURTHER STUDIES: systematic different protocols (dose / active-passive) preparation for different altitudes mechanisms Expeditionsvorbereitung Ziel: Akklimatisationszeit vor Ort verkürzen Gründe? Richalet et al 1992: 1 Woche kontinuierlich (4350m-4808m) + 4 x ca. 10 Std. hypobare Hypoxie ( m) 1-3 Wochen Zeitgewinn Kürzere Protokolle 16

17 IH: AMS-Prophylaxe Beidleman BA, et al. Intermittent altitude exposure reduce acute mountain sickness at 4300 m. Clin Sci 2004; 106: Design: n=6 (3+3) AMS-Symptome: 1. 0m m Vorakklimatisation m - je 30 Std. - hypobare Kammer 4300 m verändert nach: Beidleman et al 2004 SaO 2 während IH-Sessions Beidleman et al

18 Ergebnisse: AMS-Score P<0.05 compared with PreIAE verändert nach: Beidleman et al 2004 Körperliche Aktivität während IH keine Auswirkungen Diskussion!!! Folgerungen? IH zur AMS-Prophylaxe Offene Fragestellungen / Lücken: - doppelblindes Design - normobare Vorbereitung anschließend hypobare Exposition - verschiedene IH-Protokolle - Geplantes Projekt am ISW 18

19 Zusammenfassung: IH-Protokolle (vereinfacht) Zyklen über Sek. über 7-8 Std. täglich Zyklen über 2-10 Min. für 1-2 Std. pro Tag über 2-4 Wochen ( v.a. Therapie, Vorakklimatisation?) 1- bis 2-stündige Hypoxie über ca. 5 Tage 90 Min. bis Std. Hypoxie täglich oder jeden 2. Tag über 2-6 Wochen ( Leistungssteigerung, Vorakklimatisation) 30 Min. bis 2 Std. Hypoxie täglich oder jeden 2. Tag über 2-6 Wochen ( Leistungssteigerung) verändert nach: Burtscher M passiv (+)aktiv Herzlichen Dank für Eure Aufmerksamkeit 19