Spiroergometrie - Maximale Sauerstoffaufnahmefähigkeit und Kohlendioxidabgabe während körperlicher Belastung
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Spiroergometrie, ist die Messung von Atemgasen (Sauerstoff und Kohlendioxid) in der Ausatemluft, während körperlicher Belastung. Im Sport erfolgt die Messung der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO2 max) und Kohlendioxidabgabe zum Zweck der Bestimmung des Leistungsniveau´s und somit der Erfolgskontrolle des Trainings. Die Werte die die Spiroergometrie liefert, dienen dann als Grundlage für die weitere Trainingssteuerung.
Ziel im Sport:
Die Steigerung der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO2 max) ist das entscheidende Ziel des Ausdauertrainings und wird anhand der Spiroergometrie im Trainingsverlauf mehrmals im Jahr überprüft und die Ergebnisse dienen der weiteren Traininigssteuerung.
Beschreibung des Ablaufs der Spiroergometrie:
Zum Vergleich die Laktat-Ergometrie:
Bei der Laktat-Ergometrie handelt es sich um einen stufenweise ansteigenden Belastungstest am Laufband oder auf dem Fahrradergometer etc. zur Bestimmung der IANS mit Planung der Trainingssteuerung ausgehend von der Herzfrequenz (Hf) an der IANS.
Bei der Spiroergometrie ist die Verwendung eines entsprechenden Belastungsprotokolls ist zur genauen Erfassung der aeroben Leistungsfähigkeit von großer Bedeutung. Optimal ist ein individuelles „Rampenprotokoll“ mit kleinen Belastungsintervallen von 30–60s, mit einer Belastungssteigerung von 5 bis 30 Watt (individuell) pro Intervall und einer Gesamtbelastungszeit von 8–12 Min. Eine maximale Belastungsdauer von bis zu 17 Min. liefert jedoch ausreichend valide Daten. Bei einer Belastungsdauer von unter 8 Min. besteht eine nichtlineare Beziehung zwischen der VO2 und der Ergometerleistung mit eventuellem vorzeitigem Belastungsabbruch durch Dyspnoe ohne Erreichen der VO2max. Bei einer Belastungsdauer von über 17 Min. besteht vor allem bei untrainierten Probanden und Patienten die Möglichkeit einer muskulären Erschöpfung oder orthopädischer Probleme vor Erreichen der VO2max.
Neben den Parametern Herzfrequenz und Laktat werden über eine Maske vor Nase und Mund die Atemgase analysiert. Die Atemgasanalyse liefert zusätzlich Informationen über Atem- und Herz-Kreislauf-Funktionen und v.a. wichtige Details über den Energiestoffwechsel.
Die Atemgasmessung erfolgt mit einem Spiroergometriegerät (Atemgasmessgerät), das die Ausatemluft der Testperson analysiert. Die Testperson trägt während der Messung eine Gesichtsmaske, an die ein Volumensensor zur Messung des geatmeten Luftvolumens sowie ein dünner Schlauch, die so genannte Absaugstrecke, angeschlossen sind. Über die Absaugstrecke wird ein Teil der Ausatemluft zu den Gassensensoren im Spiroergometriegerät geleitet, wo ihr Gasgehalt analysiert wird. Der prozentuale Gasgehalt (Sauerstoff und Kohlendioxid) der Ausatemluft wird mit dem der Umgebungsluft verglichen. Zur Berechnung absoluter Werte werden die Differenzen der Gaskonzentrationen mit dem geatmeten Luftvolumen multipliziert.
Spiroergometrie - Aussagekraft
Die Spiroergometrie gibt u.a. Auskunft über die Dauerleistungsgrenze eines Probanden, d.h. den "komplett" aeroben Energiestoffwechsel, den wir theoretisch ewig aufrechterhalten könnten (entsprechende Energieträgerversorgung vorausgesetzt). Es werden die Atemgase während eines Belastungsstufentests gemessen. Gleichzeitig wird die Herzfrequenz festgehalten, um jedem Belastungsbereich (bzw. RQ) zugeordnet werden zu können. Aus dem Verhältnis des abgeatmeten Kohlendioxid´s (C02) zum eingeatmeten Sauerstoff (02) ergibt sich der „respiratorische Quotient“ (RQ=VCO2/VO2), der Aufschluss über die Verbrennungsleistung der Muskulatur gibt. Je größer RQ, desto geringer ist die Fettverbrennung und desto vermehrt die Kohlenhydratverbrennung. Die Trainingssteuerung findet nun, nach den verschiedenen Bereichen des RQ und dessen zugehörigen Herzfrequenzen (Hf) statt. Auf Basis der sog. indirekten Kalorimetrie ergibt sich wie folgt:
- RQ = 0,7 100 % Fettverbrennung (bis ~40%VO2max) - bei Hf ......
- RQ = 0,85 50 % Fettverbrennung - 50 % Kohlenhydratverbrennung (~65-75%VO2max) - bei Hf ......
- RQ = 1,0 100 % Kohlenhydratverbrennung --> Dauerleistungsgrenze (~70-80%VO2max) - bei Hf .......
- RQ >1 Annährerung an die IANS u. zusammen mit d. Laktatmessung Ermittlung der IANS (~85%VO2max) - bei Hf ........
- RQ > 1,1 köperliche Ausbelastung des Sportlers erreicht (=100%VO2max) - bei Hf ..........
RQ größer 1: der Körper benötigt zusätzliches CO2 als Puffer für gebildetes Laktat, d.h. wir bedienen uns zusätzlich anaerober Mechanismen (hier bei RQ>1 liegt die IANS bei VO2 max ~85%). Abhängig vom RQ kann man die Trainingssteuerung anhand der Herzfrequenz und der verschiedenen Bereiche, GA1, GA2 u. EB ...... planen !
Maximale Sauerstoffaufnahme (VO2 max) - Erläuterung
Die VO2max stellt die Fähigkeit des Körpers dar, mit Sauerstoff Energie zu erzeugen, d.h. diesen durch die Lunge aufzunehmen, von dort in das Blut und dort in die Muskulatur zu transportieren, wo er schließlich unsere Energieträger (Fette und Kohlenhydrate) im "Bewegungsenergie" umwandelt. Wer also eine hohe Sauerstoffaufnahme hat, kann zur gleichen Zeit mehr Energie mit Sauerstoff erzeugen, als jemand mit einer geringen, der dann bereits anaerobe Mechanismen zu Hilfe nehmen muss, um z.B. gleich schnell zu laufen. Da die maximale Sauerstoffaufnahme trainierbar ist, ist es wichtig zu wissen wo der Körper heute steht um ihn dann mittels sinnvoller, individueller Trainingssteuerung zu verbessern. Die Belastungsintensität von 100% VO2max kann nur Minuten aufrecht erhalten werden. Der Athlet kommt schnell an seine Belastungsgrenze. Die Energiebereitstellung für die Belastung bei 100% VO2max erfolgt ausschließlich über anaerobe Glykolyse und kurzzeitig aus Phosphatspeichern (s. Muskuläre Energiebereitstellung).
Ermittlung der maximalen Sauerstoffaufnahme - VO2 max-Test computergestützt
BESCHREIBUNG
VO2 von Normalpersonen:
Zum Vergleich, die Sauerstoffaufnahme eines gesunden männlichen 30-Jährigen beträgt etwa 3,5 l/min bzw. 45 ml O2/min x kg, bzw. 2,5 l/min bzw. 38 ml O2/min x kg bei Frauen gleichen Alters.
VO2 von Spitzensportlern:
Spitzenwerte von Weltklasse Athleten liegen bei über 6l/min (VO2 absolut) bei Weltklasse Ruderern bzw. 85 ml O2/min x kg, s. Grafiken unten (aus leistungstest.info).
Siehe rund um den Radsport (u. radpanther).
Relative VO2 der Normalbevölkerung (Sauerstoffaufnahme VO2 / min / kgKG) - Annäherungswerte -
Gegenüberstellung Sportler und Normalbevölkerung (Relative VO2 /min / kgKG) - Annäherungswerte -
Weitere Informationen
- Textquelle: Taschenatlas der Physiologie, S. Silbernagl/A.Despopoulos
- Textquelle 2: verschiedene