Durchatmen - Leistungsdiagnostik

Die maximale Sauerstoffaufnahme VO2max

von Dr. Ernst Jakob

Die VO2max ist eine Kenngröße des Gasstoffwechsels des Menschen und gilt in der Leistungsphysiologie als Bruttokriterium der aeroben Leistungsfähigkeit. Die Untersuchungmethode wurde erstmals im ­Jahre 1924 als Ergografie von Prof. H.W. Knipping, Direktor der Medizinischen Klinik der Universitätsklinik zu Köln, beschrieben. In Relation zu einer definierten ergometrischen Leistung werden mechanische Atemgrößen, Sauerstoffaufnahme VO2 und Kohlendioxidabgabe VCO2 gemessen.

Sauerstoff wird aus der Umgebungsluft über das Atmungssystem in das Blut aufgenommen, durch das Herz-Kreislaufsystem zu Organen und Muskulatur transportiert und dort im aeroben Energiestoffwechsel verwertet. Die aufgenommene Sauerstoffmenge, ausgedrückt als VO2 l/min, gilt als Maß des aeroben Energiestoffwechsels, da im menschlichen Körper praktisch kein Sauerstoff gespeichert ist. Die maximale Sauerstoffaufnahme, VO2max, ist in der Sportmedizin neben der anaeroben Schwelle die wichtigste Kenngröße in der Beurteilung der körperlich-sportlichen Leistungsfähigkeit, sie beschreibt die kardiorespiratorische Fitness.

Große Muskelgruppen bestimmen die VO2max

Die VO2max kann nur bei Belastungen mit Aktivierung großer Muskelgruppen gemessen werden, in der Routinediagnostik während Fahrrad- oder Lauf­bandergometrie. Im Spitzensport werden zusätzlich sportartspezifische Belastungen (z.???B. Ruder-, Schwimmkanal-, Roll­skiergometrie) bevorzugt. Die individuell gemessene VO2max ist grundsätzlich abhängig von der Art der ­Ergometrie, die im wesentlichen die aktive Muskelmasse bestimmt. So ist die VO2max bei Skilangläufern in der Rollskiergometrie mit Skistockeinsatz um 5–15?% höher als beim Laufen auf dem Laufband. Bei der Fahrradergometrie sind die Messwerte um 10–20?%, bei der Handkurbelergometrie um 30?% niedriger als bei der Laufbandergometrie.
Das Belastungsprotokoll zur Bestimmung der VO2max ist üblicherweise ein Stufentest. Als besser geeignet wird der Rampentest mit steilerem, kontinuierlichem Anstieg der Belastungsintensität und einer Gesamtdauer von 8–12?min bezeichnet. Am besten scheint ein ­Supramaximaltest mit einer maximalen Belastungsdauer von 3–5?min zu sein. Letzter setzt allerdings die Kenntnis
der maximalen Leistung im Stufentest ­voraus, er wird in der Routinediagnostik daher selten eingesetzt. Fahrradergo­metrische Untersuchungen zeigen jedoch, dass die VO2max in Rampentest (Intensitätsanstieg 40?Watt/min) und Stufentest praktisch nicht verschieden ist, wenn der Belastungsanstieg/Stufe
? 25 Watt beträgt, während bei geringerem Anstieg der Intensität (7? Watt/min) die VO2max im Stufentest auch signifikant niedriger gemessen wird.

Das Levelling-off der VO2-Kurve

Das wichtigste Kriterium, das auf das Vorliegen der maximalen Sauerstoff­aufnahme, VO2max, hinweist, ist das sog. Levelling-off (oder peaking-over-Kriterium) der VO2-Leistungskurve, d. h. auf hoch-submaximaler Belastungsstufe steigt die O2-Aufnahme trotz ­weiterer Zunahme der Belastungsintensität im stufenförmigen Test nicht mehr an. Leider kann dieses Phänomen nicht ­regelhaft gesehen werden. Um in diesen Fällen den höchsten gemessenen VO2-Wert als
VO2max anzunehmen, sollte gleichzeitig Laktat bei Be­lastungs­abbruch bestimmt werden, dessen Konzentration bei Erwachsenen ????7–8??mmol/l, bei Jugendlichen ???5–6??mmol/l sein sollte. Weniger geeignet, aber dennoch beschrieben, sind als Kriterium der vollständigen Ausbelastung der respiratorische Quotient, RQ (=VCO2/VO2) ????1,10 oder als kardio­zirkulatorisches Kriterium die erreichte altersbezogene Herzfrequenz, z.???B. für Erwachsene berechnet nach der Formel HFmax??=??220–Alter. Der RQ kann durch Hyperventilation falsch hoch gemessen sein, tatsächliche und nomografisch ­bestimmte maximale Herzfrequenz können um ± 10???% differieren. Es wird vorgeschlagen in Fällen ohne sichere Ausbelastungskriterien statt von VO2max besser von VO2peak zu sprechen.

Genetik und VO2max

In Studien mit monozygoten und ­dizygoten Zwillingen im Kindes- und Jugend­alter konnte die genetische Determinierung der VO2max gezeigt werden. In frühen Studien wird der genetische Einfluss mit bis zu 93?% angegeben, später ein geringerer, aber vorhandener Einfluss von 20–30?% festgehalten. In Ausdauer- und Kraftausdauersportarten verfügen Spitzensportler über eine sehr hohe VO2max, die körpergewichtsbe­zogen um 80?ml/kg/min für Männer und 65–70?ml/kg/min für Frauen betragen kann und damit nahezu doppelt so hoch ist wie bei gleichaltrigen mit normaler Sportaktivität. Entsprechend sollten aufgrund des genetischen Einflusses für das leistungssportliche Training in Kader aufgenommene Jugendliche bereits über eine hohe VO2max verfügen. So liegen leistungsstarke 14- und 15-Jährige Skilangläufer im Laufbandtest bei einer VO2max von 55–?60 ml/kg/min, altersgleiche Jugendliche durchschnittlich um 10–20??% niedriger. In diesen Fällen kann die Bestimmung der VO2max quasi zur Talentsuche genutzt werden als eines unter weiteren relevanten Kriterien.

Geschlecht und Alter

Die VO2max liegt beim weiblichen Geschlecht postpubertär um 10–20?% niedriger als beim männlichen und nimmt bei beiden Geschlechtern physiologisch bis zum 3. Lebensjahrzehnt zunächst zu, dann aber pro Lebensdekade um 10?% ab. Lag die VO2max im Alter von 25 Jahren bei 45?ml/kg/min, so liegt sie im Alter von 65 Jahren bei 30?ml/kg/min. Joggen mit einer niedrigen Geschwindigkeit von 7–8 km/h bedarf zur Bereitstellung der notwendigen Energie einer O2-Aufnahme von 26?–28?ml/kg/min, d.h. bei einem 25-Jährigen entspricht dies einer Intensität von 58–62??% der VO2max, die als aerobe Belastungs­intensität (? 75??% VO2max) einzustufen ist. Als 65-Jähriger liegt die Intensität aufgrund der altersphysiologischen ­Reduktion der VO2max jedoch bei
87–93??% der VO2max und damit
im ­aerob-anaeroben Energiebereitstellungsbereich. Aus gesundheitlicher Sicht sollten daher Sportarten empfohlen werden, die erneut mit geringerer ­Intensität um 50–60??% VO2max durchführbar sind, z.??B. Walking, Nordic ­Walking oder moderates Radfahren.

Training

Überwiegend moderates Ausdauertraining muss nicht zur steten Erhöhung der VO2max führen. Es kann sich eine Ökonomisierung (Bewegungsverhalten/Laufstil, Atemtechnik) einstellen, die sich in einer Verbesserung des Wirkungsgrades (Nutzen/Aufwand = P/VO2) oder der aeroben Kapazität ?VO2/?P (P = Leistung z. B. Watt oder auch m. E. km/h) widerspiegelt. Außerdem kann eine Erhöhung der %VO2max an der anaeroben Schwelle festgestellt werden. Die Schwellenparameter (z. B. Hf, Leistung) eignen sich in Ausdauersport­arten zur Trainingssteuerung oder Festlegung einer Wettkampfprognose auch besser als die VO2max, die dennoch
für Marathonläufer im Bereich von 3–5 Stunden ein Bestimmtheitsmaß von ­nahe 50??% hat.

Lesen Sie hier noch mehr Fachbeiträge von Dr. Ernst Jakob:

http://www.medicalsportsnetwork.de/medical/6553