Diplomarbeit
zur Erlangung des akademischen Grades eines Diplom-Sportökonomen an der Universität Bayreuth
Institut für Sportwissenschaft Abteilung Sportmedizin/Sportphysiologie

Entwicklung eines Verfahrens zur laktatgestützten Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung im Ausdauerbereich für freizeit- und gesundheitssportorientierte Läufer

Vorgelegt von Alexander Gimbel
2005

I. Inhaltsverzeichnis

I. Inhaltsverzeichnis ... I

II. Abbildungsverzeichnis ... III

III. Tabellenverzeichnis ... V

IV. Abkürzungsverzeichnis ... IX

1. Einleitung ... 1

2. Freizeit- und Gesundheitssport ... 3

3. Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung im Gesundheitssport ... 9
3.1. Leistungsdiagnostik ... 9
3.2. Testverfahren zur Bestimmung der allgemeinen aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit bei Läufern ... 12
3.3. Laktatleistungsdiagnostik ... 13
3.4. Laktatbasierte Schwellenmodelle ... 15
3.4.1. Das Mader-Schwellenmodell ... 16
3.4.2. Das Freiburger-Schwellenmodell (Simon-Schwelle) ... 17
3.4.3. Das Geiger-Hille-Schwellenmodell ... 18
3.4.4. Weitere Schwellenmodelle ... 19
3.4.5. Kritik an den Schwellenmodellen ... 20
3.5. Trainingssteuerung ... 21

4. Laktatkinetik und Einflussfaktoren ... 25
4.1. Individuelle biologische Variabilität (interne Variablen) ... 25
4.2. Messmethodische Variabilität (externe Variablen) ... 33
4.3. Ermüdungsfaktoren ... 40

5. Untersuchung der Schwellenkonzepte an freizeit- und gesundheitssportorientierten Läufern ... 44
5.1. Ziele der Untersuchung ... 44
5.2. Inhalte und Methoden der Studie ... 46
5.2.1. Probandengut ... 46
5.2.2. Testdurchführung (Untersuchungsmethodik) ... 52
5.2.3. Statistische Methoden ... 54
5.3. Darstellung der Ergebnisse ... 56
5.3.1. Signifikanzprüfung und Rangreihenfolge zwischen den verschiedenen Schwellenmodellen bezogen auf die Intensität (Test 1) ... 56
5.3.1.1. Signifikanzprüfung ... 56
5.3.1.2. Rangreihenfolge ... 66
5.3.2. Evaluierung der Schwellenmodelle (Test 1 vs. Test 2) ... 74
5.3.2.1. Zusammenhang zwischen den berechneten und gemessenen Herzfrequenz- und Laktatwerten ... 75
5.3.2.2. Zuordnung der Schwellenmodelle zu den gemessenen Dauerleistungsgrenzen ... 84
5.3.3. Überprüfung der gemessenen Dauerleistungsgrenzen im Feld (Test 2 vs. Test 3) ... 87
5.4. Diskussion der Ergebnisse ... 93
5.4.1. Rahmenbedingungen der Untersuchung ... 93
5.4.2. Zur Signifikanzprüfung und Rangreihenfolge zwischen den verschiedenen Schwellenmodellen bezogen auf die Intensität (Test 1) ... 96
5.4.3. Zur Evaluierung der Schwellenmodelle (Test 1 vs. Test 2) ... 99
5.4.4. Zur Überprüfung der gemessenen Dauerleistungsgrenzen im Feld (Test 2 vs. Test 3) ... 103
5.5. Schlussfolgerungen und Zusammenfassung ... 105

V. Literaturverzeichnis ... 109

VI. Anhang ... 131

II. Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Laktatleistungs- und Herzfrequenzkurve
Abbildung 2: Schematische Darstellung des aerob-anaeroben Übergangs bei ansteigender Belastungsintensität
Abbildung 3: Schematische Darstellung des Mader-Schwellenwertmodells
Abbildung 4: Schematische Darstellung des Freiburger-Schwellenwertmodells
Abbildung 5: Schematische Darstellung des Geiger-Hille-Schwellenwertmodells
Abbildung 6: Schematische Darstellung des Stegmann-Schwellenwertmodells
Abbildung 7: Schematische Darstellung von verschiedenen Intensitätsstufen prozentual zur IAS
Abbildung 8: Zweikompartment-Modell
Abbildung 9: Rangreihenfolge der verschiedenen Schwellenmodelle bezogen auf die Intensität (N=38)
Abbildung 10: Streudiagramm der Herzfrequenzen aus Test 1 und Test 2 für die Gesamtheit aller Modelle (N=145)
Abbildung 11: Bland-Altman-Plot zur Überprüfung der Übereinstimmung der Herzfrequenzen aus Test 1 und Test 2 für die Gesamtheit aller Modelle (N= 145)
Abbildung 12: Streudiagramm der Laktatwerte aus Test 1 und Test 2 für die Gesamtheit aller Modelle (N=145)
Abbildung 13: Bland-Altman-Plot zur Überprüfung der Übereinstimmung der Laktatwerte aus Test 1 und Test 2 für die Gesamtheit aller Modelle (N= 145)
Abbildung 14: Bland-Altman-Plot zur Überprüfung der Übereinstimmung zwischen den Laktatwerten aus Test 1 und Test 2 für das Freiburger-Modell (N= 38).
Abbildung 15: Bland-Altman-Plot zur Überprüfung der Übereinstimmung zwischen den Laktatwerten aus Test 1 und Test 2 für das Geiger-Hille-Modell (N= 36).
Abbildung 16: Bland-Altman-Plot zur Überprüfung der Übereinstimmung zwischen den Laktatwerten aus Test 1 und Test 2 für das Iftb-Modell (N= 38)
Abbildung 17: Abweichungen zwischen den Laktatwerten am MaxLass aus Test 2 und denen aus Test 3 für die 3 Zeitintervalle (t1-t3) (N=21)
Abbildung 18: Bland-Altman-Plot zur Überprüfung der Übereinstimmung der Laktatwerte aus Test 2 und Test 3 (N=24)
Abbildung 19: Bland-Altman-Plot zur Überprüfung der Übereinstimmung der Geschwindigkeit aus Test 2 und Test 3 (N= 24). 

III . Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: Anthropometrische Daten der Probanden (N=39)
Tabelle 2: Anthropometrische Daten der männlichen Probanden (N=19)
Tabelle 3: Anthropometrische Daten der weiblichen Probanden (N=20)
Tabelle 4: Anthropometrische Daten der Altersgruppe 30-44 Jahre (männl.: N=10, weibl.: N=11)
Tabelle 5: Anthropometrische Daten der Altersgruppe 45-60 Jahre (männl.: N=9, weibl.: N=9)
Tabelle 6: Trainingsalter, TE/ Woche und Dauer/ TE für das Lauftraining der Probanden (N=38)
Tabelle 7: Subjektive Einschätzung der Trainingsintensität für das Lauftraining der Probanden (N=38)
Tabelle 8: Trainingsziele der Probanden (N=39)
Tabelle 9: Körperposition der Probanden bei ihrer beruflichen Tätigkeit (N=38)
Tabelle 10: Wohlbefindlichkeitsskala der Probanden (bezogen auf die Befindlichkeit in der letzten Zeit)
Tabelle 11: MW und SD der Wohlbefindlichkeitsskala der Probanden (N=39)
Tabelle 12: MW und SD der Geschwindigkeiten in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle (N=38)
Tabelle 13: MW und SD der Herzfrequenzwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle (N=38)
Tabelle 14: MW und SD der Laktatwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle (N=38)
Tabelle 15: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Schwellengeschwindigkeiten zwischen den Modellen
Tabelle 16: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Herzfrequenzen zwischen den Modellen
Tabelle 17: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Laktatwerte zwischen den Modellen
Tabelle 18: MW und SD der Geschwindigkeiten in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei den Männern (N=19)
Tabelle 19: MW und SD der Geschwindigkeiten in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei den Frauen (N=19)
Tabelle 20: MW und SD der Herzfrequenzwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei den Männern (N=19)
Tabelle 21: MW und SD der Herzfrequenzwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei den Frauen (N=19)
Tabelle 22: MW und SD der Laktatwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei den Männern (N=19)
Tabelle 23: MW und SD der Laktatwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei den Frauen (N=19)
Tabelle 24: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Geschwindigkeiten zwischen den ausgewählten Modellen (Männer)
Tabelle 25: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Geschwindigkeiten zwischen den ausgewählten Modellen (Frauen)
Tabelle 26: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Herzfrequenz zwischen den ausgewählten Modellen (Männer)
Tabelle 27: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Herzfrequenz zwischen den ausgewählten Modellen (Frauen)
Tabelle 28: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Laktatwerte zwischen den ausgewählten Modellen (Männer)
Tabelle 29: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Laktatwerte zwischen den ausgewählten Modellen (Frauen)
Tabelle 30: MW und SD der Geschwindigkeiten in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei der AG1 (N=21)
Tabelle 31: MW und SD der Geschwindigkeiten in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei der AG2 (N=17)
Tabelle 32: MW und SD der Herzfrequenzwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei der AG1 (N=21)
Tabelle 33: MW und SD der Herzfrequenzwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei der AG2 (N=17)
Tabelle 34: MW und SD der Laktatwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei der AG1 (N=21)
Tabelle 35: MW und SD der Laktatwerte in Test 1 (Stufentest) für die ausgewählten Modelle bei der AG2 (N=17)
Tabelle 36: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Herzfrequenzen zwischen den ausgewählten Modellen für die AG1
Tabelle 37: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Herzfrequenzen zwischen den ausgewählten Modellen für die AG2
Tabelle 38: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Laktatwerte zwischen den ausgewählten Modellen für die AG1
Tabelle 39: Signifikanzprüfung durch Mittelwertvergleich der Laktatwerte zwischen den ausgewählten Modellen für die AG2
Tabelle 40: MW und SD der Intensitätsvariablen Geschwindigkeit (v), Herzfrequenz (Hf) und Laktat (Lac) der Schwellenmodelle aus Test 1 (N=38).
Tabelle 41: MW und SD der individuellen Differenzen verschiedener Intensitätsvariablen aus Test 1 (N=38) zwischen dem Mader-Modell und den anderen ausgewählten Schwellenmodellen
Tabelle 42: MW und SD der individuellen Rangreihenfolge (mit 1= niedrigste Intensität bis 4= höchste Intensität) der ausgewählten Schwellenmodelle (N=38)
Tabelle 43: Interindividuelle Streubreite der Intensitätsparameter für die berechneten Dauerleistungsgrenzen der ausgewählten Modelle (N=38)
Tabelle 44: MW und SD der Intensitätsvariablen Geschwindigkeit (v), Herzfrequenz (Hf) und Laktat (Lac) der Schwellenmodelle aus Test 1 getrennt nach Geschlecht (männl.: N= 18; weibl.: N= 18).
Tabelle 45: MW und SD der individuellen Rangreihenfolge (mit 1= niedrigste Intensität bis 4= höchste Intensität) der ausgewählten Schwellenmodelle für die Geschlechtsgruppen (Männer: N=19; Frauen N=19)
Tabelle 46: MW und SD der Intensitätsvariablen Geschwindigkeit (v), Herzfrequenz (Hf) und Laktat (Lac) der Schwellenmodelle aus Test 1 getrennt nach Alter (AG1: N= 18; AG2: N=20)
Tabelle 47: MW und SD der individuellen Rangreihenfolge (mit 1= niedrigste Intensität bis 4= höchste Intensität) der ausgewählten Schwellenmodelle für die Altersgruppen (AG 1: N=20; AG2: N=18)
Tabelle 48: Differenz der MW und SD von Herzfrequenz- und Laktatwerten der ausgewählten Schwellenmodelle aus Test 1 und Test 2 bei gleicher Schwellengeschwindigkeit
Tabelle 49: Zuordnung der Schwellenmodelle hinsichtlich ihrer Fähigkeit das MaxLass abzubilden (N=35)
Tabelle 50: Zuordnung der Schwellenmodelle auf die Fähigkeit das MaxLass abzubilden nach Geschlecht (männl.: N=16; weibl.: N=19)
Tabelle 51: Zuordnung der Schwellenmodelle auf die Fähigkeit das MaxLass abzubilden nach Altersgruppen (AG1: N= 21; AG2: N= 14).
Tabelle 52: Abweichungen zwischen den Herzfrequenz- und Laktatwerten des MaxLass-Tests (Test 2) und Feldtests (Test 3) für die drei Messzeitpunkte (t1-t3)
Tabelle 53: Prozentuale Einhaltung des Ziel-Herzfrequenzbereichs der Probanden in Test 3 (N=21)
Tabelle 54: MW und SD des Ziel-Schwellenlaktatwert aus Test 2 und dem Laktatwert aus Test 3 (MWt2t3) (N=31)
Tabelle 55: MW und SD der Ziel-Geschwindigkeit aus Test 2 und der Durchschnittsgeschwindigkeit aus Test 3 (N=24) 

1. Einleitung

Mit der zunehmenden Begeisterung für Ausdauersportarten im Freizeit- und Gesundheitssport ist in den letzten Jahren auch eine gesteigerte Nachfrage an leistungsdiagnostischen Verfahren zu beobachten, die sichere Angaben zur Trainingssteuerung zulassen (Röcker et al., 1998; Braumann, Ziegler & Reer, 2004).
Mittlerweile bedienen Gesundheitszentren, Sportinstitute, Arztpraxen sowie Fitness-Studios und Volkshochschulen die Nachfrage der Zielgruppe mit entsprechenden Angeboten. Diese Dienstleistungen im Bereich des „gesundheitsorientierten Ausdauertrainings“ bieten den Einrichtungen gute Zukunftsperspektiven auf dem wachsenden Gesundheitsmarkt (Henke, Mackenthun & Schreyögg, 2003).
Im Laufe der Jahrzehnte wurden bereits verschiedenste Testverfahren entwickelt, die eine optimale Steuerung der sportlichen Betätigung entsprechend der individuellen Zielsetzung ermöglichen sollen. Besonders die Gesundheitsprävention und -rehabilitation im cardiovasculären Bereich stand und steht dabei im Vordergrund, wobei stets um die Frage nach der „richtigen“ Belastungsdosierung gestritten wird.
Unbestritten ist, dass körperliche Aktivität durch ein „richtig“ dosiertes Training Einfluss auf die wichtigsten Risikofaktoren für die Entstehung der Arteriosklerose nimmt. Sie trägt zur Reduzierung des erhöhten Körpergewichtes bei und wirkt positiv auf den Bluthochdruck sowie Fettstoffwechselstörung (Rost, 1998).
Eines der angewandten Verfahren zur Ermittlung der „richtigen“ Belastungsintensität ist die Laktatleistungsdiagnostik. Aus den Ergebnissen der unterschiedlichen Tests werden dabei Trainingsbereiche festgelegt und Trainingsempfehlungen abgeleitet. Allerdings ist auch die Bestimmung der Ausdauerleistungsfähigkeit über die Laktatleistungsdiagnostik im Sport nicht unumstritten, obwohl kaum ein anderer Themenkomplex innerhalb der Sportmedizin so intensiv untersucht wurde und wird wie die Entstehung und Bedeutung der Milchsäure im Sport (Schmidt & Maassen, 1998).
Es existieren eine Vielzahl von Methoden und Modellen, die alle vorgeben, die Grenze des aerobanaeroben Stoffwechsels exakt angeben zu können. Dazu werden oftmals Modelle aus dem Leistungssport unreflektiert auf andere Zielgruppen übertragen.
Was fehlt ist ein standardisiertes Testverfahren, das möglichst exakt die Ausdauerleistungsfähigkeit abbildet, um daraus reliable und valide Belastungsintensitäten für den Freizeit- und Gesundheitssportler abzuleiten.
Deshalb wird in dieser Diplomarbeit versucht, ein solches Verfahren zur laktatgestützten Leistungsdiagnostik für freizeit- und gesundheitssportorientierte Läufer zu entwickeln. Dieses soll die Grundlage für eine sinnvolle Trainingssteuerung der Zielgruppe darstellen.
Kapitel 2 geht zunächst auf das Umfeld der Zielgruppe ein. Das dritte Kapitel erklärt die Begriffe Leistungsdiagnostik sowie Laktatleistungsdiagnostik und stellt ausgewählte laktatbasierte Schwellenmodelle vor. Da die metabolische Größe Laktat von vielen Einflussfaktoren abhängt, ist es zum Verständnis der Problematik erforderlich, sich mit der Laktatkinetik und den sie beeinflussenden Variablen auseinanderzusetzen (siehe Kapitel 4). Der theoretische Teil der Arbeit bildet die Grundlage für die empirische Untersuchung in Kapitel 5. Die Arbeit schließt mit den Schlussfolgerungen zu den wichtigsten Ergebnissen und der Zusammenfassung.

2. Freizeit- und Gesundheitssport

Im Zuge gesellschaftlicher Veränderungen hat sich auch im Sportbereich ein Bedeutungswandel vollzogen. Die Freizeitgestaltung erhält für viele Menschen einen neuen Stellenwert. Das Selbstverständnis und die eigene Identität werden zunehmend über körperliche Aktivitäten in der Freizeit entwickelt. Freizeitsport (synonym auch als Ausgleichs-, Breiten-, Massen- oder Volkssport bezeichnet) gewinnt deshalb immer mehr an Bedeutung (Bös & Feldmeier, 1992). An der Spitze der ausgeübten gesundheitsbezogenen sportlichen Aktivitäten stehen Schwimmen, Gymnastik, Jogging und Radfahren (Opaschowski, 1987; Bös & Woll, 1989; Woll, 1996).
Wegen der demographischen Veränderung in der Altersstruktur unserer Gesellschaft werden Personen des mittleren und späteren Erwachsenenalters (35-65 Jahre) als Zielgruppe des Sports zunehmend attraktiver (Woll, 1998). Prognosen sagen eine Zunahme der sportlichen Aktivität der Personen im mittleren und späteren Erwachsenenalter voraus (Opaschowski, 1987; Kurz, 1988; Bös & Woll, 1989). Als Grund dafür sieht Schwarzer (1992) die erhöhte Beschwerdenwahrnehmung dieser Zielgruppe und die damit verbundene Bereitschaft, etwas am eigenen (Gesundheits-) Verhalten zu ändern. Außerdem kommt es im vierten Lebensjahrzehnt aufgrund von genetischen- und Umwelteinflüssen verstärkt zur Ausprägung eines pathologischen Stoffwechselphänotyps mit metabolischen Risikomerkmalen für etwa ein Drittel unserer Bevölkerung (Austin, Hokanson & Brunzell, 1994; Austin, 1994).
Andererseits lässt sich aus den epidemiologischen Daten besonders für das mittlere und höhere Lebensalter eine Positivwirkung des aktiven Lebensstils und vermehrter körperlicher Aktivität auf die Morbidität und Mortalität durch chronische Erkrankungen des metabolischen Risikoprofils in allen Teilbereichen, allem voran die koronare Herzkrankheit und der Typ-II-Diabetes, erkennen (Helmrich, Ragland & Paffenbarger, 1994; Berg et al., 1994; Shima et al., 1993). Deshalb muss der Schwerpunkt des gesundheitsorientierten Sports und präventivmedizinische Bemühungen spätestens auf das frühe Erwachsenenalter ausgerichtet sein.
In verschiedenen Studien mit Erwachsenen wird deutlich, dass sich u.a. die Gesundheit, Geselligkeit und Entspannung an der Spitze der Motive zum Sporttreiben finden und Leistungsaspekte weniger wichtig sind (Bös & Woll, 1989; Lamprecht & Stamm, 1995; Woll, 1996). Das Motiv des Erhalts der Leistungsfähigkeit durch sportliche Aktivität bei Erwachsenen bis ins hohe Alter hinein spielt außerdem eine wichtige Rolle (Woll, 1996; Brehm & Pahmeier, 1998), wobei für Frauen das Gesundheitsmotiv eine wichtigere Rolle spielt als für Männer.
Zudem geben auch sportlich Inaktive mehrheitlich an, dass sie eigentlich Sport treiben sollten, um damit etwas für ihre „Gesundheit“ zu tun (Brehm et al., 2002).
Zieht man als Maßstab eine mindestens zweistündige sportliche Aktivität pro Woche heran, so liegt der Bevölkerungsanteil der sportlich aktiven Erwachsenen in Deutschland zwischen 10 und 20 % (Woll, 1998), wobei nicht alle gesellschaftlichen Gruppen gleichermaßen sportlich aktiv sind. Personen aus der sozialen Ober- und Mittelschicht sind sportlich aktiver als Personen aus der Unterschicht (Opper, 1998). Männer sind sportlich aktiver als Frauen (Schwarzer, 1992), wobei sich der Unterschied zwischen den Geschlechtern in den letzten Jahrzehnten verringert hat und Frauen z.B. in Fitness-Studios stärker vertreten sind als Männer. Diese bevorzugen Sportarten mit intensiver Belastung deutlich stärker als Frauen (Woll, 1996). Das Sporttreiben ist immer noch stark altersabhängig (Opaschowski, 1987). So konnte Woll (1996) zeigen, dass z.B. in der Altersgruppe der 55 jährigen weniger als fünf Prozent der Personen mehr als zwei Stunden pro Woche sportlich aktiv sind.
Bös & Feldmeier (1992, S. 90 f.) definieren Gesundheitssport als eine „Form der sportlichen Betätigung, die auf die Stabilisierung, Verbesserung oder Wiederherstellung der Gesundheit abzielt.“ Dabei erstrecken sich die Vorstellungen von Gesundheitssport entsprechend des zugrunde liegenden Gesundheitsverständnisses bzw. in Abhängigkeit von der zugrunde liegenden Gesundheitstheorie auf unterschiedliche Bereiche des Sporttreibens. Neben dem Krafttraining zur muskulären Stabilisierung des Haltungs- und Bewegungsapparates und dem aus psychologischer Sicht wichtigen Aspekt des Wohlbefindens, ist aus medizinischer Sicht vor allem die Bedeutung des Ausdauertrainings für die Prävention von Stoffwechsel- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu nennen.
Herz-Kreislauf-Erkrankungen, als Paradebeispiel für die sog. Zivilisationserkrankungen, stellen in den westlichen Industrienationen mit ca. 50% nicht nur den Spitzenreiter in den Mortalitäts-, sondern auch in den Kostenstatistiken dar (Rost, 1998). Auch weltweit gesehen ist laut des „World Health Report“ der WHO 2001 (WHO, 2001) insbesondere die Artherothrombose die wichtigste Ursache für Mortalität (52%).

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