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The German Journal of Sports Medicine is directed to translational science and clinical practice of Sports Medicine and its adjacent fields, which investigate the influence of physical activity, exercise, training and sports, as well as a lack of exercise affecting healthy people and patients of all age-groups. It addresses implications for prevention, diagnosis, therapy, rehabilitation and physical training as well as the entire Sports Medicine and research in sports science, physiology and biomechanics.

The Journal is the leading and most widely read German journal in the field of Sports Medicine. Readers are physicians, physiologists and sports scientists as well as physiotherapists, coaches, sport managers, and athletes. The journal offers to the scientific community online open access to its scientific content and online communication platform.

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Sportmedizin
FALLBERICHT
HB-MENGE NACH IRONMAN-WETTKÄMPFEN

Hämoglobinmenge nach Langzeitbelastungen im Triathlon

Haemoglobin Mass after Long Distance Triathlon Competition

ZUSAMMENFASSUNG

Problemstellung:  Das  Ziel  einer  jeden  Blutmanipulation  ist  die  Erhöhung  der Hämoglobinmenge (Hb-Menge) und somit der O2-Transportfähigkeit des Blutes. Eine regelmäßige Kontrolle der Hb-Menge wird daher für den Anti-Dopingkampf intensiv diskutiert. Es sollte unter Wettkampfbedingungen überprüft werden, ob die Bestimmung der Hb-Menge vor und nach einem Ironman-Wettkampf möglich und  sinnvoll  ist.  Methoden:  Bei  einem  33-jährigen  Weltklassetriathleten  wurde am identischen Veranstaltungsort im Abstand von einem Jahr vor und unmittelbar nach einem Ironman-Wettkampf, der in einer Zeit von knapp über, bzw. knapp unter 8.00 Stunden absolviert wurde, die Hb-Menge mittels der optimierten CORückatmungsmethode  bestimmt.  Ergebnisse:  Der  durchschnittliche  Wert  (± Standardabweichung) lag mit 14,1±0,3g/kg deutlich unter dem Mittelwert (±SD) anderer  professioneller  Triathleten  (15,0±0,8g/kg),  die  ebenfalls  an  einem  Ironman teilgenommen hatten. Die Hb-Menge zwischen beiden Jahren unterschied sich nicht (im Mittel 977g gegenüber 980g). Während des Wettkampfes änderte sie sich lediglich um 18g, bzw. um 9g. Schlussfolgerungen: 1. Die Hb-Menge des untersuchten  Spitzenathleten  ist  über  einen  langen  Zeitraum  ausgesprochen konstant und wird auch durch einen hochintensiven Wettkampf nicht verändert, so dass eine Blutmanipulation sehr unwahrscheinlich ist. 2. Die im Vergleich zu anderen  Spitzenathleten  relativ  niedrige  Hb-Menge  steht  absoluten  Weltklasseleistungen  nicht  entgegen.  3.  Die  Anwendung  der  CO-Rückatmungsmethode zwei Tage vor dem Wettkampf scheint zumindest bei diesem Athleten keine Leistungsminderung zu verursachen.

Schlüsselwörter: Blutmanipulation,  CO-Rückatmung,  Ironman,  biologischer Blutpass.

SUMMARY

Introduction:  The  purpose  of  all  kinds  of  blood  manipulation  is  the  increase  of haemoglobin  mass  (Hb-mass)  and  thereby  the  improvement  of  blood  oxygen transport. A regular control of Hb-mass is therefore intensively discussed in the anti-doping fight. The aim of this study was to check the feasibility of Hb-mass measurements under the conditions of Ironman competitions. Methods: Hb-mass of a male elite triathlete (33yrs) was determined using the optimized CO-rebreathing technique before and immediately after two Ironman competitions which were performed within one year at the identical place. Results: The competition time  was  in  the  first  year  slightly  above  and  in  the  second  year  slightly  below 8.00h,  respectively.  Mean  Hb-mass  (±standard  deviation)  of  all  measurements was  14.1±0.3g/kg  which  was  lower  than  the  mean  value  (±SD)  of  professional triathletes (15.0±0.8g/kg) also participating in Ironman competitions. Hb-mass did not differ between the two years (977g vs. 980g) and did not change during the Ironman  competitions  (differences  of  18g  and  9g,  respectively).  Conclusions:  1. The Hb-mass of the examined elite athlete was very constant over a long time period and was not influenced by long-lasting high intensity competitions. A blood manipulation was therefore unlikely in this athlete. 2. The relatively low Hb-mass observed in this athlete was not a hindrance for world class performances. 3. The application of the CO-rebreathing method two days before the competition did not seem to exert negative effects on performance in this athlete.

Key  Words: Blood  manipulation,  CO-rebreathing,  ironman,  biological  blood pass.

EINLEITUNG

Die  Leistungsfähigkeit  von  Spitzen-Ausdauersportlern  wird  entscheidend von der über den Kreislauf zugeführten Menge an Sauerstoff und somit von den, an diesem Prozess beteiligten Strukturen und Funktionen limitiert, wobei die Gesamtmenge an Hämoglobin (Hb-Menge) eine Schlüsselrolle einnimmt. Ein Gramm Hämoglobin ist dabei für die Aufnahme von 4ml/min O2 im Ausbelastungsbereich erforderlich (14). Spitzenausdauerathleten besitzen daher im Mittel um ca. 40%, in Einzelfällen auch deutlich mehr Hämoglobin als  untrainierte  Personen  (5).  Die  Hb-Menge  eines  erwachsenen Athleten  ist  recht  konstant  und  schwankt,  wenn  keine  massiven Einflussfaktoren,  wie  Höhenaufenthalt  oder  schwerwiegende  Erkrankungen/Verletzungen  vorliegen,  nur  um  ca.  3%  im  Verlauf eines Trainingsjahres (2, 10, 15).
Da  eine  zusätzliche  Erhöhung  der  Hb-Menge  mit  physiologischen Mitteln nur schwer möglich ist, Blutmanipulationen dies aber  relativ  einfach  ermöglichen,  sind  sowohl  die  Einnahme  erythropoietisch  wirksamer  Substanzen,  als  auch  die  Durchführung von  Bluttransfusionen  in  einigen  Sportarten  weit  verbreitetet.  So konnten Sottas et al. (16) kürzlich im Bereich der leichtathletischen Ausdauerdisziplinen  für  ein  nicht  näher  bezeichnetes  Land  eine Dopingprävalenz bei ca. 78% der Athleten aufzeigen. Viele Sportler glauben daher, dass ohne artifizielle Erhöhungen der Hb-Menge keine absoluten Spitzenleistungen möglich sind.
Wenngleich  die  direkten  Nachweismethoden  in  den  letzten Jahren deutlich verbessert wurden, können doch einige Substanzen aus den Gruppen der Erythropoietin (EPO) Biosimilars, EPOMimetika  und  HIF-1α-Stabilisatoren  sowie  Dopingmethoden (autologes  Blutdoping,  low  dose  rhEPO  Anwendung)  noch  nicht erkannt werden (6, 7). Einige Verbände nutzen daher seit mehreren Jahren indirekte Methoden zum Screenen von Manipulationen vor  Wettkämpfen.  Bei  Überschreiten  bestimmter  Grenzwerte  für Hämoglobinkonzentration  ([Hb])  oder  Hämatokrit  (Hk)  können dann Schutzsperren ausgesprochen werden. Seit dem 1. Dezember 2009 sind indirekte Methoden, d.h. statistische Auswertungen der hämatologischen  Größen  Hämoglobinkonzentration,  Hämatokrit,  Retikulozyten  und  spezifischer  Erythrozytenindices  von  der WADA  in  Form  des  Blutpasses  als  Nachweis  anerkannt  (18, 17). Des Weiteren werden in dem Blutpass die berechneten Parameter „OFF-score“ (Hb (g/L) - 60* √Retikulozyten (%)) und „ABPS-score“ berücksichtigt, wobei letzterer bis zu 12 unterschiedliche erythrozytäre Größen berücksichtigt.
Dennoch  können  gewollte  oder  ungewollte  Verfälschungen von  [Hb]  und  Hk,  z.B.  infolge  von  Hämodilution  oder  Hämokonzentration, nicht vollständig ausgeschlossen werden. Es wäre daher äußerst vorteilhaft, zusätzlich zu den schon verwendeten Messgrößen auch den Zielparameter einer jeden Blutmanipulation, d.h. die Hb-Menge,  routinemäßig  zu  bestimmen,  was  mittels  Kohlenmonoxid (CO) Rückatmung möglich wäre (8, 14). Nicht geklärt ist allerdings, ob der Test auch nach sehr langen Ausdauerbelastungen, wie  einem  Ultratriathlon  einsetzbar  ist.  Mögliche  methodische Probleme,  z.B.  veränderte  CO-Aufnahme  und  Verteilungskinetiken  im  Blut,  oder  biologische  Einwirkungen,  wie  eine  intravasale Hämolyse,  gastrointestinale  Blutverluste  oder  eine  Erythrozyten Ausschwemmung aus der Milz, müssten abgeklärt werden. Als ein möglicher Nachteil dieser Methode wird von einigen Athleten auch eine  Beeinträchtigung  des  Sauerstofftransports  im  Blut  als  Folge der Einatmung von Kohlenmonoxid befürchtet.
Die  hier  vorgestellte  Fallstudie  eines  Weltklasse-Triathleten kann  Informationen  zu  allen  drei  o.g.  Bereichen  liefern:  1.  Inwieweit eine sehr hohe Hb-Menge bei einer Spitzenleistung vorliegen muss, 2. wie sich die Hb-Menge im Verlauf von zwei aufeinander folgenden Jahren sowie während eines Ironman-Wettkampfes verändert, und 3. ob durch den Test eine offensichtliche Leistungsminderung eintritt.

METHODIK

Auch aus dem Umfeld des Triathlons wurden in den vergangenen Jahren  Blutmanipulationen,  zumeist  mit  rhEPO,  bekannt.  Einige professionelle Teams haben daher Anti-Doping Programme installiert und auch die Veranstalter großer Sportevents lassen bei ihren professionellen Athleten gezielte Dopingkontrollen durchführen.
In Zusammenarbeit mit dem Veranstalter in Frankfurt war es uns möglich, beim jeweils im Juli stattfindenden Ironman in zwei aufeinander  folgenden  Jahren  jeweils  einige  Tage  (3,0±1,9)  vor und direkt nach Zielankunft bei ca. 30 Athleten die Hb-Menge zu untersuchen.  Ziel  war  es,  das  Verhalten  dieser  Größe  nach  einer extremen Belastung zu dokumentieren und zu evaluieren, ob der CO-Rückatmungstest  zur  Abschätzung  von  Blutmanipulationen im Spitzensport angewandt werden kann. Dabei postulierten wir, dass bei nicht manipulierenden Athleten die Hb-Menge konstant bleiben sollte, dass aber eine vor dem Wettkampf eventuell durchgeführte Bluttransfusion mit einem Anstieg von ~60g pro Bluteinheit auffallen würde (8).
Die  Gesamtstudie  war  von  der  lokalen  Ethikkommission  genehmigt und die Athleten hatten nach vorheriger mündlicher und schriftlicher Information ihr Einverständnis gegeben.
An dieser Stelle sollen exemplarisch die Daten eines der erfolgreichsten Athleten dargestellt werden, der den Wettkampf einmal in einer Zeit von knapp oberhalb von 8.00 Stunden und einmal knapp unter 8.00 Stunden beendete. Das Alter betrug zur Zeit des ersten Wettkampfes 33 Jahre; die anthropometrischen Daten des Athleten waren:  Größe  182cm,  Gewicht  vor  beiden  Wettkämpfen  jeweils 70kg,  entsprechend  einem  BMI  von  21,2.  Eine  Bestimmung  der lean body mass wurde nicht vorgenommen. Die VO2max wurde im Rahmen dieser Untersuchungen nicht bestimmt, lag nach Angaben des  Athleten  jedoch  einige  Wochen  vor  dem  zweiten  Wettkampf bei ca. 70ml/kg/min (der Test wurde bei 67ml/kg/min und einer Herzfrequenz von 176S/min abgebrochen; die maximale Herzfrequenz  des  Athleten  beträgt  181S/min).  Die  Voruntersuchungen fanden im ersten Jahr 5 Tage, im zweiten Jahr 2 Tage vor dem Wettkampf statt. Nach dem Wettkampf erfolgte die Untersuchung ca. 2 Stunden, bzw. 4 Stunden nach Zieleinlauf, wobei die Verzögerung durch Presse- und Fernsehinterviews bedingt war und der Athlet durchgängig unter Beobachtung stand.
Die Hb-Menge wurde mit der optimierten CO-Rückatmungsmethode bestimmt, das Blutvolumen und die Teilvolumina wurden anschließend  mittels  Hb-Menge,  Hämoglobinkonzentration  und Hämatokrit berechnet (siehe 13, 9).

ERGEBNISSE

Die Ergebnisse sind in Tab. 1 dargestellt. Die Hb-Menge lag über alle Messungen gemittelt mit 14,1±0,3g/kg im unteren Bereich der untersuchten  Gruppe  der  professionellen  Triathleten  derselben Studie (15,0±0,8g/kg, n=10). Zwischen den beiden Wettkampfjahren konnte kein Unterschied in der Hb-Menge (Differenz vor beiden Wettkämpfen: 7g, entsprechend 1%) und keine substanzielle Differenz der Blutvolumina festgestellt werden. Ebenso waren die Werte der Hb-Menge vor und nach dem jeweiligen Ironman nahezu identisch (Differenz: im Jahr 2008: 18g (2%), im Jahr 2009: 9g (1%)).  Das  Blutvolumen,  bzw.  Plasmavolumen  unterschied  sich vor und nach dem Wettkampf nicht, was eine vollständige Rehydration anzeigt.

DISKUSSION

Die totale Hb-Menge, relativiert auf das Körpergewicht, lag in einer Größenordnung, in der Spitzenleistungen erbracht werden können. Sie entsprach aber nicht der Hb-Menge der Leistungsstärksten Athleten derselben Studie (im Mittel 15,0g/kg), in der der Maximalwert bei 16,4g/kg lag (15). Auch in anderen Studien werden durchweg höhere  Mittelwerte  für  Spitzenathleten  angegeben  (bei  Läufern: 14,8g/kg (5); bei Radrennfahrern 14,7g/kg (Bahn (3)) und 15,8g/kg (Straße  (12))).  Die  vom  Athleten  berichtete  VO2max  (~70ml/kg/min) passt gut zu der gemessenen Hb-Menge, nach der eine VO2-max  von  ~71ml/kg/min  erwartet  werden  kann  (berechnet  nach (14).  Diese  Daten  legen  nah,  dass  für  Weltklasseleistungen  nicht unbedingt  eine  sehr  hohe  VO2max  vorliegen  muss,  wie  dies  vor kurzem schon für Kenianische Läufer gezeigt wurde, die bei deutlich  besserer  Laufleistung  keine  Unterschiede  in  Hb-Menge  und VO2max gegenüber  Deutschen  Spitzenläufern  zeigten  (11).  Wie für die kenianischen Läufer festgestellt, liegt es auch in diesem Fall nahe,  dass  eine  ausgezeichnete  Ökonomie  für  die  herausragende Wettkampfleistung verantwortlich ist. Ob diese exzellente Ökonomie  auf  biomechanischen  oder  metabolischen  Gründen  beruht, kann hier nicht beantwortet werden.
Das zweite herausragende Ergebnis liegt in der Konstanz der absoluten  Hämoglobinmenge,  sowohl  im  Vergleich  der  beiden Wettkampfjahre, als auch vor und nach den jeweiligen Wettkämpfen.  Dabei  könnten  die  geringfügigen  Unterschiede  vollständig durch das bei jeder Messmethode vorliegende methodische „Rauschen“  erklärt  werden,  das  bei  uns,  wie  bei  den  meisten  anderen Gruppen, die die CO-Rückatmungsmethode anwenden, durch einen typischen Messfehler von ca. 1,5% charakterisiert wird (4, 10). Dieses Einzelergebnis bestätigt also die bei Spitzensportlern über längere  Zeiträume  nur  geringe  Oszillation  der  Hb-Menge,  wie  es schon von verschiedenen Autoren (2, 10, 15) berichtet wurde. Ebenso  kann  hier  nach  einem  einzelnen  sehr  langen  und  intensiven Wettkampf  eine  unveränderte  Hb-Menge  aufgezeigt  werden,  was den Daten von (1) entspricht, die nach 6-tägigen Radetappenrennen keinerlei Veränderungen der Hb-Menge fanden.
Ein die Hb-Menge beeinflussender Faktor, wie z.B. eine Bluttransfusion, die zu einem Anstieg von ca. 60g (~7%) geführt hätte, kann  somit  für  den  Zeitpunkt  zwischen  den  beiden  Messungen vor und nach den jeweiligen Wettkämpfen mit einer großen Wahrscheinlichkeit ausgeschlossen werden. Ebenso deutet auch die „relativ geringe“ Hb-Menge auf einen hinsichtlich Blutmanipulationen sauberen Wettkampf hin.
Das dritte wichtige Ergebnis, d.h. die exzellente Leistung trotz der 5, bzw. 2 Tage vor dem Wettkampf durchgeführten CO-Rückatmungsprozedur,  zeigt  zumindest  für  dieses  Testschema  keine offensichtlichen  negativen  Auswirkungen.  Da  die  Halbwertzeit des  Carboxy-Hämoglobins  (COHb)  unter  Ruhebedingungen  bei ~2h und nach Trainingsbelastungen bei ~90min liegt, hat sich die COHb-Konzentration einen Tag nach dem Test vollständig normalisiert (13), so dass eine Beeinträchtigung der Leistung zwei Tage nach einem CO-Rückatmungstest auch nicht zu erwarten ist.
Die vorliegenden Daten zeigen zumindest für diesen Einzelfall, dass  die  Hb-Mengen-Bestimmung  vor  und  nach  Ironman-Wettkämpfen eingesetzt werden kann und zu keiner Irritation oder Leistungsminderung der Athleten führt. Sie kann daher eine wertvolle Ergänzung  derjenigen  indirekten  Parameter  darstellen,  die  schon für  den  biologischen  Blutpass  in  einigen  Ausdauerdisziplinen  genutzt werden. Darüber hinaus können wir zeigen, dass internationale Spitzenleistungen von Athleten erbracht werden können, die keine  exzessive  Hämoglobinmenge  besitzen  und  die  folglich  mit sehr  großer  Wahrscheinlichkeit  keine  Blutmanipulation  durchgeführt haben. Diese Ergebnisse bestätigen somit unsere o.g. Hypothesen  hinsichtlich  Reproduzierbarkeit  der  Hb-Menge  und  der Möglichkeit der Testanwendung vor einem Wettkampf. Um allgemeine Aussagen treffen zu können, müssen natürlich weitere Untersuchungen durchgeführt werden.

Angaben  zu  finanziellen  Interessen  und  Beziehungen,  wie  Patente, Honorare oder Unterstützung durch Firmen: Die Gesamtstudie wurde von der World-Anti-Doping-Agency (WADA grant no. 05A5FS) finanziell gefördert. Wir danken dem hier vorgestellten Athleten für die Bereitschaft, seine Daten an dieser Stelle veröffentlichen zu können. Ebenso danken wir dem Veranstalter des Ironman Europe für die Bereitstellung der Infrastruktur zur Durchführung der Studie. 

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Korrespondenzadresse:
Prof. Dr. Walter Schmidt
Abt. Sportmedizin/Sportphysiologie
Universität Bayreuth
95440 Bayreuth
E-Mail: walter.schmidt@uni-bayreuth.de
 
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