Spiroergometrie zur Ausdauerleistungsdiagnostik

Etablierte spiroergometrische Indikatoren für die Ausdauerleistungs­fähigkeit  sind  die  maximale  Sauerstoffaufnahme  (VO_2max)  und  die Ventilatorische Schwelle (VT); seltener verwendet wird der Respira­torische Kompensationspunkt (RCP). Zur Messung der VO_2max schei­nen sich Ausbelastungstests bis maximal 26 min Dauer zu eignen. Für Schwellenbestimmungen  sind  Rampenprotokolle  und  zur  Auswer­tung  Kombinationen  aus  verschiedenen  Graphen  vorteilhaft,  wobei für die VT der V­Slope­Graph und für den RCP eine Darstellung der Ventilation gegenüber der Kohlendioxidabgabe primär genutzt wer­den sollten. Aufgrund vieler möglicher Fehlerquellen ist sorgfältiges methodisches Vorgehen bei Messung und Auswertung notwendig.

Bekanntester  spiroergometrischer  Kennwert  zur  Beurteilung  der Ausdauerleistungsfähigkeit  ist  die  maximale  Sauerstoffaufnahme (VO_2max),  die  bei  hochtrainierten  Ausdauersportlern  in  Einzelfällen bis 90 ml/min/kg erreichen kann und bei untrainierten Männern und Frauen mittleren Alters etwa 30 bis 50 ml/min/kg beträgt (4). Im Ver­gleich zu Männern weisen Frauen 10 bis 15 % niedrigere Werte auf.
Weitere  Parameter  für  die  Ausdauerleistungsfähigkeit sind  die  Ventilatorische  Schwelle  (VT)  und  der  Respiratorische Kompensationspunkt (RCP). Die VT liegt in der Regel bei Ausdau­erleistungssportlern zwischen 60 und 70 % VO_2max und bei Untrai­nierten zwischen 40 und 60 % VO_2max. Der RCP tritt bei Ausdauer­leistungssportlern zwischen 80 und 90 % VO_2max und bei  Untrainierten zwischen  70  und  80  %  VO_2max auf  (3).  Bei  Sporteinsteigern  steigt die  VO_2max durch  ein  Jahr  moderates  Ausdauertraining  im  Mittel um 16 % (7), während bei Ausdauerleistungssportlern  wesentlich geringere Veränderungen zu erwarten sind.
Die  VO_2max repräsentiert  das  Maximum  der  verstoffwechselten Sauerstoffmenge  zur  Energiegewinnung  unter  Einbeziehung  aller Sauerstoff  austauschenden,  transportierenden  und  utilisierenden Systeme. Gleichwohl hängt die Ausdauerleistung nicht allein von der VO_2max ab, sondern wird u. a. auch von der Energiebereitstellung bei submaximalen Belastungsintensitäten und der Bewegungsökonomie beeinflusst.
Ähnlich  wie  die  VO_2max ermöglichen  die  spiroergometrischen Schwellen  eine  Beurteilung  der  Ausdauerleistungsfähigkeit.  Ent­sprechend  dem  Zwei­Schwellen­Konzept  kennzeichnet  die  VT  den Übergang vom aeroben zum gemischt aerob­anaeroben Energiestoff­wechsel und der RCP etwa das Ende des aerob­anaeroben Übergangs­bereichs (2). Beide Schwellen können als Schlüsselstellen des Energie­stoffwechsels gesehen werden und Hinweise liefern, welche Belastung über einen längeren Zeitraum aufrechterhalten werden kann.

Um gute Datenqualität zu erzielen, ist bei spiroergometrischen Mes­sungen u. a. Folgendes ratsam: Spiroergometriegeräte sollten je nach Modell ungefähr 30 min warmlaufen. Entsprechend den Hersteller­angaben  müssen  sie  regelmäßig  kalibriert  werden.  Sofern  Umge­bungsluft  dafür  verwendet  wird,  ist  der  Raum  vor  Kalibration  und Messung zu lüften. Die Maske muss passgenau und dicht sitzen (bei zugehaltener Öffnung darf beim Ausatmen keine Luft entweichen). Während der Messung sollten Testpersonen nicht sprechen. Venti­lation  (VE),  Sauerstoffaufnahme  (VO₂)  und  Respiratorischer  Quo­tient (RQ) sollten vor Belastungsbeginn und während des Tests auf Plausibilität geprüft werden (siehe Tabelle 1). Verbrauchsmaterialien müssen regelmäßig auf Verschleiß und Ablagerungen überprüft und ggf. ausgetauscht werden. Bereits geringe Messfehler können durch biologische Qualitätskontrollen erkannt werden, bei denen nach ei­ner  initialen Testserie  z.  B.  monatlich  standardisierte  Belastungen mit der gleichen Testperson erfolgen.
Werden Breath­by­Breath­Systeme verwendet, müssen ggf. Aus­reißer  in  den  Rohdaten  korrigiert  werden.  Für  eine  anschließende Datenglättung stehen feste oder gleitende Mittelwerte zur Auswahl. Letztere  lassen  Veränderungen  unschärfer  erscheinen,  weshalb erfahrene Anwender zum Teil davon abraten.

Bezüglich geeigneter Belastungsformen zur Bestimmung der VO_2max, Kriterien  zur  Beurteilung  der  Ausbelastung,  Normwerten  und  der Ableitung  von  Trainingsempfehlungen  sei  an  dieser  Stelle  auf  einen früheren Standard der Sportmedizin verwiesen (4).
Ergänzend ist zu nennen, dass zur Bestimmung der VO_2max bisher Rampenprotokolle von 8 bis 12 min Dauer empfohlen wurden. Einem aktuellen Übersichtsartikel zufolge kann die VO_2max jedoch mittels rampen­oder stufenförmiger Ausbelastungstests von 5 (Laufband) bzw. 7 (Fahrradergometrie) bis 26 min Dauer valide bestimmt wer­den (5). Für die Auswertung wird empfohlen, über die „höchsten“ 30 s oder 15 Atemzüge zu mitteln (6). Daraus ergibt sich, dass die VO_2max auch im Rahmen der meisten Laktat­Stufentests valide be­stimmt werden kann.

Spiroergometrisch  können  annähernd  dieselben  Schwellen  iden­tifiziert  werden  wie  mittels  Laktatdiagnostik.  Die  VT  bzw.  VT1 bzw.  „Anaerobic Threshold“ (AT) stimmt gut mit der aeroben Lak­tatschwelle  überein;  der  RCP  bzw.  die  VT2  tritt  meist  etwas  ver­zögert  zur  individuellen  anaeroben  Laktatschwelle  auf  (vgl.  2).  Für Schwellenbestimmungen eignen sich Rampenprotokolle am besten. Die VT kann in submaximalen Tests ermittelt werden, während zur Bestimmung des RCP  nahezu Ausbelastung notwendig ist.

Allgemein empfiehlt sich zur Schwellenbestimmung eine kom­binierte Nutzung verschiedener Kriterien (siehe Tabelle 2) (3). Die VT sollte primär mittels V­Slope­Methode nach Beaver identifiziert wer­den (3). Bei der Pufferung von H⁺­ Ionen durch Bikarbonat entsteht Kohlendioxid (CO₂), das zusätzlich zum metabolischen CO₂ abgeat­met  wird  und  im  V­Slope­Graphen  als  überproportionaler  Anstieg der Kohlendioxidabgabe (VCO₂) erkennbar ist. Die Ventilations­- und Atemäquivalent­Kriterien,  die  auf  einem  CO₂­ bedingt  verstärkten Atemantrieb basieren, können ungenauer sein, da die Atmung von verschiedenen Faktoren beeinflusst wird (3). Der Punkt, an dem der RQ den Wert 1 überschreitet, beschreibt die VT nicht, weil er trotz signifikanter  Korrelation  mit  der  VT  nach  der  V­Slope­Methode diese systematisch überschätzt (1) und zudem stark von der Ernäh­rung beeinflusst wird.
Beim RCP setzt eine Hyperventilation ein, die vermutlich durch einen vermehrten Konzentrationsanstieg von H⁺ ­Ionen bei erschöpfter Bikarbonatpufferkapazität bedingt ist. Der RCP ist deshalb als über­proportionaler Anstieg der VE gegenüber der VCO₂ definiert (3).
Die  Leistung  an  spiroergometrischen  Schwellen  wird  von  der Sauerstoffaufnahme  abgeleitet.  Dabei  ist  eine  zeitliche  Verzögerung des  VO₂­-Anstiegs  gegenüber  dem  Belastungsbeginn  („Time  Delay“) zu  berücksichtigen,  die  meist  pauschal  mit  45  s  kalkuliert  wird,  im Einzelfall aber deutlich abweichen kann.  Automatische Computeraus­wertungen müssen kritisch kontrolliert werden, da auch Artefakte als Schwellen identifiziert werden könnten.
Bei  sorgfältigem  methodischem  Vorgehen  gilt  die  VT  als  valide bestimmbar, für den RCP liegen diesbezüglich weniger Daten vor (3). Trotzdem sind die Schwellen nicht immer eindeutig zu erkennen und sollten im Zweifelsfall mit Vorsicht interpretiert werden.

Sowohl vom Hochleistungs­- bis hin zum Freizeitsport als auch bei Pa­tienten hat sich die VO_2max als Kennwert für die Ausdauerleistungsfä­higkeit etabliert. Ihr exakter Wert ist allerdings für Leistungssportler von größerer Bedeutung als für Freizeitsportler. Auch zur Ableitung von  Trainingsempfehlungen  wird  die  VO_2max herangezogen.  Dies ist  jedoch  kritisch  zu  werten,  da  die  metabolische  Beanspruchung bei  vorgegebenen  Prozentsätzen  der  VO_2max interindividuell  stark streuen kann. Zudem setzt eine valide Ermittlung der VO_2max Ausbe­lastung voraus.
Die VT wird häufig in der Klinik sowie in der Prävention und Rehabilitation  als  Ausdauerkennwert  genutzt.  Im  Leistungssport ist ihre Verwendung weniger weit verbreitet. Demgegenüber wird der  RCP  nur  vereinzelt  eingesetzt,  möglicherweise  weil  seine  Be­stimmung  problematischer  sein  kann.  Im  Gegensatz  zur  VO_2max sind  beide  Schwellen  von  motivationalen  Einflüssen  unabhängig und bilden geringe Leistungsunterschiede sensibler ab. Bei der Ab­leitung von Trainingsempfehlungen orientieren sich Vorgaben für regenerative, extensive und intensive Trainingsbereiche an VT und RCP, was am Beispiel der entsprechenden Laktatschwellen bereits in einem früheren Standard der Sportmedizin beschrieben ist (2).

Sorgfältiges  methodisches  Vorgehen  vorausgesetzt,  können VO_2max und VT vom Hochleistungssport bis hin zu Patienten als Indikatoren für die Ausdauerleistungsfähigkeit genutzt werden. Der RCP hingegen ist weniger etabliert. Während VO_2max-­Kennwerte am gängigsten sind, erfassen  die  Schwellen  geringe  Leistungsunterschiede  sensibler  und ermöglichen präzisere Ableitungen von Trainingsempfehlungen.

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