Ein Verfahren zur laktatgestützten Leistungsdiagnostik für freizeit- und gesundheitssportorientierte Läufer

I. Inhaltsverzeichnis

II. Abbildungsverzeichnis

III. Tabellenverzeichnis

IV. Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Freizeit- und Gesundheitssport

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

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

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

V. Literaturverzeichnis

VI. Anhang

II. Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Laktatleistungs- und Herzfrequenzkurve

Abbildung 2: Schematische Darstellung des aerob-anaeroben Übergangs bei ansteigender Belastungsintensität

Abbildung 3: Schematische Darstellung des Mader-Schwellenmodells

Abbildung 4: Schematische Darstellung des Freiburger-Schwellenmodells

Abbildung 5: Schematische Darstellung des Geiger-Hille-Schwellenmodells

Abbildung 6: Schematische Darstellung des Stegmann-Schwellenmodells

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 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)

IV. Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

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 aerob-anaeroben 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%).

Eine krankheitsfördernde Rolle nehmen dabei die sog. Risikofaktoren ein. Zu ihnen zählen periphere Insulinresistenz, Hyperinsulinismus, ein erhöhten Anteil an athrogenen Lipoproteinen, Hypercholesterinämie, Hypertriglyzeridämie, Hypertonie, Diabetes mellitus, Hyperurikämie und Gicht, verminderte periphere Ansprechbarkeit auf Katecholamine und Androgene, der Konsum von Genussmitteln (Alkohol, Tabak) sowie körperliche Inaktivität und Übergewicht (Heyden, 1974; Esterbauer et al., 1992; Krauss, 1991; Halle et al., 1995; Berg et al., 1997). Diese Faktoren sind teilweise genetisch determiniert, allerdings stellen z.B. der Mangel an Bewegung und Übergewicht wichtige beeinflussbare Risikofaktoren dar, die schon im Kindesalter beginnen und sich konsequent im Erwachsenenalter fortsetzen.

Orientiert man sich an den häufig benutzten Fitnessgrößen Body-Mass-Index (BMI) und maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max/KG), so ist ein BMI <25 kg/m2 und eine VO2max/KG >40ml/kg/min im mittleren Lebensalter wünschenswert (Berg et al., 1997), da sonst die Wahrscheinlichkeit einer unphysiologischen Körperkomposition zunehmend größer wird und mit einer deutlichen Verschlechterung des Risikoprofils gerechnet werden muss. So hat z.B. die sich mit dem Altersverlauf ändernde Körperkomposition einen wesentlichen Einfluss auf die Risikofaktoren (Krauss, 1991). Die Körperzusammensetzung kann trotz genetischer Determiniertheit über den individuellen Ernährungs- und Aktivitätsstatus wesentlich beeinflusst werden (Shima et al., 1993). Mit zunehmendem Lebensalter nimmt der Flüssigkeitshaushalt des Körpers wie auch sein Anteil an aktiver Zellmasse deutlich ab. Dabei wird der Verlust an aktiver Körpermasse durch Fetteinlagerung kompensiert (Borkan et al., 1983). Beides hat erhebliche Nachteile für die Funktionskapazität der verschiedenen biologischen Systeme (Häussinger, Lang & Gerok, 1994).

Durch regelmäßige, körperliche Aktivität und ausgewogene Ernährung kann auch mit steigendem Lebensalter der Anteil der Körpermasse mit einer Erhöhung des Muskelanteils bei gleichzeitiger Senkung des Fettanteils günstig beeinflusst werden. Dies hat entscheidende Konsequenzen für den Manifestationszeitpunkt und die Wahrscheinlichkeit des Auftretens der o.g. metabolischen Risikofaktoren, die häufig zur Krankheit des metabolischen Syndroms führen (Rost, 1995).

Aus den bisherigen Ausführungen wird deutlich, dass Gesundheit und sportliche Aktivität in engem Zusammenhang stehen. Allerdings ist nicht jede sportliche Aktivität gleichermaßen gesund. Nach Brehm et al. (2002) sind positive Zusammenhänge zwischen sportlicher Aktivität und Gesundheit dann wahrscheinlicher, wenn durch gezielte Gestaltung der sportlichen Aktivität (z.B. durch eine Belastungssteuerung) auf spezifische Aspekte der Gesundheit (z.B. ein funktionstüchtiges Herz-Kreislauf-System) eingegangen wird. Laut den Autoren sind Zusammenhänge zwischen einzelnen Merkmalen der physischen, psychischen und sozialen Gesundheit und den speziellen Bedingungen, unter denen die sportlichen Aktivitäten durchgeführt werden, nachweisbar. Diese stellen sich allerdings nicht automatisch ein, sondern fordern eine konsequente Orientierung der Gestaltung an gesundheitsrelevanten Zielen sowie eine effektive Qualitätssicherung.

Im Freizeit- und Gesundheitssport ist die „gesundheitsorientierte Ausdauer“ in Form der allgemeinen aeroben dynamischen Ausdauer von zentraler Bedeutung (Bös & Banzer, 1998). Unter Ausdauer versteht man die Fähigkeit, eine gegebene Leistung über einen möglichst langen Zeitraum durchhalten zu können. Somit ist die Ausdauer identisch mit der Ermüdungs-Widerstandsfähigkeit (Hollmann & Hettinger, 2000). Bei der allgemeinen aeroben dynamischen Ausdauer wird die aerobe Ausdauerleistung mittels dynamischer Arbeit (auxotonische Kontraktion der Muskulatur, d.h. Kontraktion und Erschlaffung der Muskulatur wechseln einander ab) unter Einsatz von mehr als 1/7 - 1/6 der gesamten Skelettmuskulatur erbracht (Hollmann & Hettinger, 2000).

Die Ausdauerleistungsfähigkeit wird durch die maximale Oxidationsrate von Wasserstoff in der Atmungskette bestimmt. Sie ist damit mit der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO2max) identisch. Darunter versteht man die Menge an Sauerstoff, die maximal während Belastung vom Körper aufgenommen, zur Zelle transportiert und dort verstoffwechselt werden kann (de Marées, 2002).

Durch ein richtig dosiertes Ausdauertraining kann den klinischen Folgen degenerativer Herz-Kreislauf-Veränderungen und weiterer Zivilisationsschäden entgegen gewirkt werden (Todd et al., 1992; Rost, 1995). Ausdauertraining ist deshalb auch zentrale Komponente aller sportbezogenen Gesundheitsprogramme (Bös & Banzer, 1998).

Es lässt sich nachweisen, dass eine regelmäßige körperliche Aktivität mit Ausdauercharakter eine positive gesundheitliche Wirkung unabhängig von Lebensalter und bereits bestehenden Vorerkrankungen besitzt (Helmrich, Ragland & Paffenbarger, 1994; Lakka et al., 1994; Paffenbarger et al., 1993). Auch spätere Änderungen im Lebensstil können fassbare Erfolge im Verlauf chronisch degenerativer Erkrankungen bewirken (Blair et al., 1995; Haskell et al., 1994). „Als Gesundheitssport bietet die regelmäßige körperliche Aktivität mit Ausdauercharakter wesentliche Voraussetzungen vor allem für eine kardioprotektive Wirkung […]“ (Berg, 1998, S. 138).

Dies liegt darin begründet, dass ein regelmäßiges ausdauerorientiertes Training zu vielfältigen Adaptationsprozessen auf verschiedene hämodynamische, metabolische und hormonelle Parameter führt (Hollmann & Hettinger, 2000; Bachl 2000). So hat es u.a. einen entscheidenden Einfluss auf den muskulären Energiestoffwechsel. Fähigkeit und Auswahl der muskulären Substratoxidation werden zu Gunsten aerober Prozesse und in Richtung auf eine begünstigte Lipidutilisation verschoben (Keul, Doll & Keppler, 1972; Wirth, Schlierf & Schettler, 1979; Hurley et al., 1986; Jansson & Kaijser, 1987; Keul, 1975; Paul, 1975).

Laut Berg (1998) sind die Aktivierung des aeroben Stoffwechsels und der damit verbundene Mehrumsatz an Sauerstoff die primär veränderten Regulationsgrößen für die im Gesundheitssport eingebrachte körperliche Belastung. Deshalb muss eine Person zunächst in der Lage sein bzw. dazu gebracht werden, sich kontinuierlich über einen längeren Zeitraum bewegen zu können (Bärtsch, 2004).

Ist ein gewisser Leistungsstand erreicht, so werden höhere Anforderungen im gesundheitsorientierten Sport gestellt. Dies führt zu der Frage nach den „richtigen“ Belastungsnormativen (Häufigkeit, Dauer und Intensität der Belastung), um (optimale) gesundheitliche Wirkungen insbesondere im Herz-Kreislaufsystem zu erzielen.

Aus gesundheitsorientierter Sicht, d.h. zur Reduzierung des Erkrankungsrisikos und Verbesserung der Lebenserwartung, sollten zwei bis drei moderate Sporteinheiten (pro Woche), über eine Dauer von 30-40 min mit Joggen, Walken, Radfahren, Schwimmen oder Skilanglauf durchgeführt, sowie ein aktives Freizeitverhalten (Spaziergänge, Fußwege, Haus- und Gartenarbeit) angestrebt werden (Frey et al., 1995).

Im Rahmen der Thematik stellt sich die Frage, was als moderate Sporteinheit zu bewerten ist und wie hoch die „richtige“ Belastungsintensität sein soll.

Die allgemeine Empfehlung, mindestens 2000 kcal/Woche an Energieumsatz durch körperliche Aktivität zu verbrauchen (siehe z.B. Helmrich et al., 1994), erscheint problematisch, da der Kalorienverbrauch sowohl durch die Belastungsintensität als auch die Belastungsdauer determiniert ist.

In der Sportpraxis werden unterschiedliche Verfahren zur Festlegung der Belastungsintensität angewandt, wobei diese nicht unumstritten sind. Eine der einfachsten, aber ungenausten Methoden ist die Belastung über das subjektive Anstrengungsempfinden (z.B. Borg-Skala) (Borg, 1973). Eine andere Methode ist die noch immer propagierte Empfehlung von allgemeinen Herzfrequenzrichtlinien (z.B. „180- Lebensalter“), welche jedoch im Einzelfall zu einer erheblichen Über- bzw. Unterforderung und damit zu einer suboptimalen Effizienz eines Ausdauertrainings führen kann (Braumann, Ziegler & Reer, 2004), weil sie auch in Abhängigkeit zu der betriebenen Sportdisziplin gesehen werden muss. Neuere Methoden legen die Belastungsintensität z.B. über die Prozentangabe der maximalen (konstanten) Herzfrequenz (Vobejda & Zimmermann, 2003) oder über die Herzfrequenzvariabilität (Hottenrott, 2002) fest, wobei besonders letztere umstritten ist, da sie viele Determinanten beeinflussen (Singh et al., 2001).

In dieser Arbeit wird auf die Laktatleistungsdiagnostik als die Methode eingegangen, die Belastungsintensitäten nicht nur über die Herzfrequenz, sondern zusätzlich über den metabolischen Parameter Laktat ermittelt. Die Zuverlässigkeit dieses Verfahrens wird im empirischen Teil der Arbeit untersucht (siehe Kapitel 5).

3. Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung im Gesundheitssport

Grundsätzlich sind Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung auch im Bereich des Freizeit- und Gesundheitssports sinnvoll, um das Training effektiver und zielorientierter zu gestalten. Insbesondere lassen sich dadurch sowohl gesundheitsgefährdende, hohe Belastungsbereiche als auch Unterforderungen vermeiden. Aufgrund der erzielbaren Effizienzverbesserung wird auch dem Argument der begrenzt zur Verfügung stehenden Zeit von manchen Freizeit- und Gesundheitssportlern Rechnung getragen. Ergänzend kommt hinzu, dass durch die Diagnostik Leistungsverbesserungen transparent gemacht werden, die ihre Motivation zum lebenslangen Sporttreiben fördern können.

3.1. Leistungsdiagnostik

Für den freizeit- und gesundheitsorientierten Ausdauersportler bedeutet dies, dass die Analyse der Ausdauer und damit die Leistungsfähigkeit der daran beteiligten Systeme bzw. seiner Teilsysteme zu diagnostizieren sind (Bachl et al., 1998). Die Ergebnisse der Analyse sollen möglichst präzise Aussagen über den Stand und die Entwicklung der körperlichen Ausdauerleistungsfähigkeit des Sportlers zulassen und Informationen zur optimalen Trainingsgestaltung bereitstellen. Deshalb lässt sich die Leistungsdiagnostik als Voraussetzung für die Trainingssteuerung verstehen.

Die sportmedizinische Leistungsdiagnostik basiert auf der Messung physiologischer Größen während definierter muskulärer Belastung (de Marées, 2002), wobei besonders die Testung und Beurteilung der allgemeinen aeroben dynamischen Ausdauer eine lange Tradition hat. Nach de Marées (2002) existieren zahlreiche Testverfahren, die zu zuverlässigen Aussagen führen sollen.

Die Zuverlässigkeit dieser Testverfahren lässt sich anhand der Hauptgütekriterien Objektivität, Reliabilität und Validität messen (Heck & Schulz, 1998).

Von den geforderten Gütekriterien beschreibt die Validität (Gültigkeit) die Genauigkeit, mit der das zu messende Merkmal tatsächlich gemessen wird. „Dies bedeutet, dass sowohl der Test von seiner methodischen Konzeption und der oder die erhobenen biologischen Parameter im Sinne einer differenzierbaren Merkmalsquantifizierung der jeweiligen Fragestellung entsprechen müssen.“ (Bachl et al., 1998, S. 165). Unter Objektivität eines Tests versteht man den Grad, in dem die Ergebnisse eines Tests unabhängig vom Untersucher sind. Sie wird in Durchführungs-, Auswerte- und Interpretationsobjektivität (Heck & Schulz, 1998) differenziert. Die Reliabilität (Zuverlässigkeit, Messgenauigkeit) eines Tests gibt den Grad der Genauigkeit an, mit dem ein bestimmtes Merkmal erfasst wird. Sie wird mit Hilfe des Reliabilitätskoeffizienten gemessen. Dieser beschreibt, in welchem Maße unter gleichen Bedingungen erhobene Messwerte an ein und demselben Untersuchten übereinstimmen, das Testergebnis also reproduzierbar ist. Die Reliabilität der Ausdauertests wird im Wesentlichen von der individuellen biologischen- und von der messmethodischen Variabilität (siehe Kapitel 4.1 und 4.2) bestimmt (Heck & Schulz, 1998). Neben diesen Hauptgütekriterien ist bei den Testverfahren auch auf die Durchführbarkeit (Praktikabilität, organisatorischer Aufwand und evtl. anfallende Kosten), also auf die Testökonomie, zu achten (Weineck, 2003).

Unter Beachtung dieser Kriterien ist ein durch Leistungsdiagnostik gesteuertes Training am besten durch eine Kombination von geeigneten Labor- und Felduntersuchungen möglich, die mehrmals im Jahr durchgeführt werden sollen (Weineck, 2003; de Marées, 2002; Neumann & Gohlitz 1998). In beiden Fällen haben sich die Stufentests als Standard zur Bestimmung der Ausdauerleistungsfähigkeit in der Sportmedizin durchgesetzt, da sie, laut Geiger & Hille (1993), ein ausreichendes Maß an Aussagekraft bei vertretbarem Aufwand besitzen.

Das ergometrische Verfahren gilt dabei als ein zuverlässiges Testverfahren, bei dem die Bestimmung der Ausdauerleistungsfähigkeit im Labor über die Fahrrad- oder Laufbandergometrie erfolgt. Die Wahl des Ergometers und die Form der Belastung hängen von der Fragestellung der Untersuchung ab. Das Grundprinzip der Ergometrie besteht darin, dass der belasteten Person eine physikalisch genau definierte Leistung abverlangt wird, die es erlaubt, messbare Funktionsparameter einer objektiven Bewertung zu unterziehen. Üblicherweise werden kontinuierlich ansteigende Belastungstests (Stufentests) gewählt. Ein einheitliches und standardisiertes Vorgehen gibt es bisher nicht (Dickhuth, 2000).

Unter Feldtests versteht man Untersuchungen, die außerhalb definierter Bedingungen eines Labors durchgeführt werden (Dickhuth, 2000). Dabei wird auf Belastungsschemata zurückgegriffen, wie sie auch bei Laboruntersuchungen üblich sind.

Der Vorteil der Laboruntersuchung liegt in ihrer grundsätzlich besseren Standardisierbarkeit und Reproduzierbarkeit, ihr Nachteil in der teilweise fehlenden Sportartspezifität (Weineck, 2003). Genau dies ist jedoch der Vorteil bei Feldtests. Allerdings können dabei Randbedingungen, wie das Wetter (Temperatur, Wind, Luftfeuchtigkeit) oder Streckenprofil oft nicht konstant gehalten werden. Der Vorteil der Sportartspezifität kann durch die fehlende Reliabilität von Messgrößen im Feldtest vollkommen aufgehoben sein, so dass Vorteile und Nachteile gegeneinander abgewogen werden müssen (Dickhuth, 2000). Deshalb empfiehlt es sich, beide Testformen nicht alternativ, sondern gemeinsam einzusetzen (de Marées, 2002).

Bei den Stufentestverfahren wird der Sportler ausgehend von einer Anfangsbelastung (bei der Fahrradergometrie in Watt; bei der Laufbandergometrie in m/s oder km/h gemessen) stufenweise bis zum Abbruch (nach subjektiven oder objektiven Kriterien) belastet. Das Belastungsprotokoll (Stufenlänge, Belastungssteigerung usw.; siehe Kapitel 4.2) kann variabel gewählt werden. Vor Beginn und am Ende einer jeden Stufe wird dem Sportler zur Bestimmung der Laktatkonzentration meist aus dem Ohrläppchen eine Blutprobe entnommen. Gleichzeitig werden Leistung und Herzfrequenz protokolliert und je nach Testverfahren nach Belastungsabbruch noch weitere Herzfrequenz- und Laktatbestimmungen vorgenommen. Die gewonnenen Daten können in einem zweidimensionalen Koordinatensystem gegeneinander aufgetragen und graphisch dargestellt werden. Die einzelnen Laktatwerte lassen sich mittels Berechnungen über mathematische Funktionstypen (siehe Kapitel 4.1) miteinander verbinden (Geiger & Hille, 1993; Pansold & Zinner 1993).

Abbildung 1: Laktatleistungs- und Herzfrequenzkurve

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: in Anlehnung an Schürch (1987, S. 34).

3.2. Testverfahren zur Bestimmung der allgemeinen aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit bei Läufern

Speziell für die Leistungsdiagnostik von Läufern bedeutet dies, dass ihre Ausdauerleistungsfähigkeit entweder im Labor über die Laufbandergometrie oder im Feldtest auf einer Laufbahn mit standardisierter Länge möglich ist, wobei Vor- und Nachteile gegeneinander abzuwägen sind (siehe Kapitel 3.1).

Nach der Aussage von Neumann & Gohlitz (1998) ergaben Vergleiche von Feldtests mit Belastungen auf flachen großen Laufbändern bzgl. Laktat, Herzfrequenz und Schrittstruktur übereinstimmende Ergebnisse und es könnten so Laborergebnisse direkt auf die Belastung in bestimmten Trainingsbereichen im Lauf übertragen werden. Im Gegensatz zum Fahrradergometer kann beim Laufband allerdings die absolute Leistung nicht direkt eingestellt werden. Die Testperson läuft gegen die Bewegungsrichtung des motorgetriebenen und höhenverstellbaren Bandes. Die erbrachte physikalische Leistung P steigt mit zunehmender Körpermasse (kg), mit zunehmender Bandgeschwindigkeit v (m/s oder km/h) und mit zunehmenden Steigungswinkel α des Bandes. Auch die Konstruktion des Laufbandes hat einen Einfluss auf P. So wird z.B. bei Laufbändern mit relativ weichem Belag zusätzliche Energie bei der Deformation des Belages benötigt und kann zu messbaren Unterschieden bei den leistungsdiagnostischen Größen führen (de Marées, 2002). Zudem wird in der leistungsdiagnostischen Praxis als Belastungsgröße für die Testperson die Laufbandgeschwindigkeit angegeben. Der Energieumsatz (ermittelbar über die VO2) wächst dabei annähernd linear mit der Geschwindigkeit an (de Marées, 2002). Hinsichtlich des Wirkungsgrades ergeben sich deshalb bei der Laufbandbelastung erhebliche Unterschiede. Differierende Schrittlängen, Änderungen der Körpermasse und unterschiedliche Laufkoordination führen bei gleicher Bandgeschwindigkeit und konstantem Steigungswinkel zu unterschiedlichen energetischen Belastungen, d.h. zu unterschiedlichen Arbeitsumsätzen (de Marées, 2002). Um Ergebnisse von Laufbanduntersuchungen mit der realen Laufsituation (hier kommt bspw. der Luftwiderstand hinzu) möglichst exakt vergleichen zu können, werden (auf der Grundlage von vergleichenden Energieumsatzmengen) Laufbandsteigungen von 1 bis 1,5% verwendet (de Marées, 2002).

3.3. Laktatleistungsdiagnostik

Die Stufentests werden häufig mit der Laktatleistungsdiagnostik kombiniert. Dabei ist der aerob-anaerobe Übergang von besonderer Bedeutung.

Abbildung 2: Schematische Darstellung des aerob-anaeroben Übergangs bei ansteigender Belastungsintensität

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Legende: AeS=aerobe Schwelle; IAS=individuell anaerobe Schwelle; Lac=Laktatkurve

Quelle: in Anlehnung an Kindermann (2004, S. 161).

Dieser beginnt mit dem ersten Laktatanstieg, der auch als aerobe Schwelle (AeS) bezeichnet wird und endet mit der (individuellen) anaeroben Schwelle (IAS) (Dickhuth et al., 1999; Kindermann, Simon & Keul, 1979; Stegmann, Kindermann & Schnabel, 1981; Urhausen et al, 1993). Höhere Belastungen repräsentieren überwiegend den anaeroben Bereich der Energiebereitstellung.

Die anaerobe Schwelle soll das maximale Laktat-Steady-State (MaxLass), definiert als die Belastung, bei der sich gerade noch ein steady state zwischen Laktatbildung und -elimination einstellt, repräsentieren. Als Kriterium dafür sieht Heck (1990) an, wenn Laktat in den letzten 20 min einer Dauerbelastung um weniger als 1 mmol/l ansteigt. Nach Stockhausen et al. (1994) liegt ein MaxLass bei einem Stufentest über neun Minuten vor, wenn sich der Laktatwert zwischen der dritten und neunten Minute auf einer Stufe um weniger als 0,1 mmol/l erhöht.

Da jede höhere Belastung eine zeit- und belastungsabhängige Akkumulation von Laktat zur Folge hat (Heck et al., 1985; Heck, Hess & Mader, 1985), kann das MaxLass auch als Dauerleistungsgrenze (Müller, 1958) definiert werden (Kindermann, 2004; Beneke et al. 2000), was jedoch kritisch diskutiert wird (siehe Kapitel 3.4.5).

Die direkte Bestimmung des MaxLass ist nur anhand mehrerer Dauerbelastungsuntersuchungen mit unterschiedlichen Belastungsintensitäten möglich und somit für die leistungsdiagnostische Untersuchung aus testökonomischen Gründen in der Praxis wenig geeignet. Deshalb wurde von Mader et al. (1976) eine indirekte Methode zur Bestimmung des MaxLass über ein stufenförmig ansteigendes Belastungsschema angewandt. Ihr vorgegebenes Ziel ist es, in einem verkürzten Verfahren die Belastung herauszufinden, die sich nach der Dauerbelastungsmethode als MaxLass-Leistung ergeben würde. Deshalb müsste die jeweilige Schwellenleistung mit der Leistung übereinstimmen, die mit dem MaxLass im Dauertest korrespondiert.

Der Begriff Dauerleistungsgrenze lässt jedoch eine variable Deutung bezüglich der Belastungsdauer zu (Keul et al., 1981; Mader, 1991). Für eine leistungsdiagnostische Aussage im Sinne einer definierten Dauerleistungsgrenze ist deshalb vor allem die Dauer der angestrebten Leistung entscheidend, denn je höher die Belastungsintensität ist, desto kürzer fällt die maximal mögliche Belastungsdauer aus. Außerdem wird die maximal erreichbare Laktatkonzentration bei zunehmender Dauer einer Leistung immer geringer (Mader, 1991). Deshalb müsste die Leistung an einer Dauerleistungsgrenze also immer relativ zur angestrebten variablen Dauer der Leistung angegeben werden.

Unter dieser Voraussetzung bekommt die Bestimmung des MaxLass, also der Dauerleistungsgrenze, für die Trainingssteuerung in Ausdauerdisziplinen eine wichtige Funktion (siehe Kapitel 3.5).

Fixe Schwellen (also solche, die sich auf definierte Laktatkonzentrationen beziehen) sind dazu zwar am einfachsten zu bestimmen, aber sie berücksichtigen nicht, dass Blutlaktatkonzentrationen interindividuell unterschiedliche metabolische Situationen reflektieren können (siehe Kapitel 4).

Wegen der Streubreite des MaxLass erscheinen also individuell anaerobe Schwellen (IAS) zur Bestimmung der Dauerleistungsgrenze sinnvoller (siehe Kapitel 3.4), da sie die Laktatkinetik (siehe Kapitel 4) des Sportlers besser berücksichtigen (Stegmann, Kindermann & Schnabel, 1981). Kindermann (2004) führt in diesem Zusammenhang an, dass IAS anzustreben sind, bei denen die Schwellen-Laktatkonzentrationen in Abhängigkeit von Sportart und Trainingszustand teilweise deutlich abweichen können (Kindermann, 2004). So haben Urhausen et al. (1993) nachgewiesen, dass es auf diese Weise möglich ist, das MaxLass wiederzuspiegeln. Dies ergaben ältere wie auch neuere Studien an Probanden mit unterschiedlichen Trainingszuständen (u.a. auch an Freizeitsportlern) und bei verschiedenen Ausdauerdisziplinen (Heck, 1990; Heck et al. 1985; Beneke et al., 1994; Stockhausen et al. 1995; Vobedja & Zimmermann, 2003). Sie führten auch zu dem Ergebnis, dass es nur dann zu Abbrüchen der Belastung kam, wenn kein Laktat-steady-state mehr eintrat, was wiederum die Annahme des MaxLass als Dauerleistungsgrenze bestätigt.

Im folgenden Abschnitt sollen ausgewählte laktatbasierte Schwellenkonzepte dargestellt werden, die das MaxLass auf unterschiedliche Weise bestimmen.

3.4. Laktatbasierte Schwellenmodelle

Die allgemeine aerobe Ausdauerleistungsfähigkeit soll im submaximalen Bereich über verschiedene Schwellen(wert)modelle feststellbar sein und sich für die Festlegung zur Definition der Belastungsintensität eignen (Dickhuth, 2000).

Seit den 70er Jahren existieren zahlreiche Publikationen zu Schwellenmodellen, die sich auch mit Variationen und Modifikationen zur Bestimmung der Schwelle sowie mit wissenschaftlichen Präzisierungen auf statistischer Basis befassen (siehe u.a. Mader et al., 1976; Bunc et al., 1982; Gaisl et al., 1980; Heck, 1990; Hollmann et al., 1987; Karlsson & Jacobs, 1982; Keul, Kindermann & Simon, 1978; Keul et al., 1979; Kindermann, Simon & Keul, 1979; Simon et al, 1981; Simon, 1986; Kuipers, 1983; Lehmann et al., 1983; Liesen et al., 1977; Mader & Heck, 1981, 1986; Pansold et al., 1982; Pessenhofer, Schwaberger & Schmid, 1981; Stegmann & Kindermann, 1981, 1982; Dickhuth et al., 1991; Griess et al., 1989; Tegtbur et al., 1989; Geiger & Hille, 1993).

Bei der Ermittlung dieser Schwellen wird auf der Grundlage von stufenförmigen Belastungsprotokollen und durch entsprechende Computersoftware gestützt (z.B. WinLactat® von Mesics) die sog. Laktatleistungskurve (LLK) ermittelt. In Abhängigkeit des angewandten Schwellenmodells berechnet das Programm aus dem Verlauf der LLK auf unterschiedliche Weise die anaerobe Schwelle aus Geschwindigkeit (v), Herzfrequenz (Hf) und Laktatkonzentration (Lac). Dazu existieren laut Geiger & Hille (1993) unterschiedliche (zum Teil unbegründete) mathematische Ansätze. So wird von einigen Polynome verschiedenen Grades angewendet, andere wiederum bevorzugen gewöhnliche Exponentialfunktionen (pers. Gespräch Schonart). Bisher läge allerdings noch kein biologisch begründetes mathematisches Modell vor.

3.4.1. Das Mader-Schwellenmodell

Bei der Mader-Schwelle handelt es sich um ein fixes Schwellenmodell.

Abbildung 3: Schematische Darstellung des Mader-Schwellenmodells

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Schonart (2005, S. 9).

Mader et al. (1976) bezeichnen die aerob-anaerobe Schwelle als Bereich des Übergangs zwischen der rein aeroben zur partiell anaeroben, laktazid gedeckten muskulären Energiestoffwechselleistung. Dieser Bereich eigne sich zur Charakterisierung der Ausdauerleistungsfähigkeit, wenn man das Maximum der rein aerob abgedeckten energetischen Leistung mit dieser Schwelle gleichsetzen würde.

Die Autoren merken an, dass die aerob-anaerobe Schwelle, wie alle biologischen Prozesse, nicht abrupt, sondern gleitend überschritten wird.

Nach Mader et al. (1976), wird die (fixe) Blutlaktatkonzentration von 4 mmol/l als Schwellenwert angesehen, bei dem die Laktatbildung und –elimination gerade noch im Gleichgewicht (MaxLass) stehen würde. Dies resultiere dabei aus der Beobachtung, dass die korrespondierenden Belastungen im Mittel über längere Zeit toleriert werden könnten und höhere Belastungen i.d.R. einen kontinuierlichen Anstieg des Laktats zur Folge hätten. Die Ergebnisse basieren dabei auf Untersuchungen auf dem Laufband mit einer Stufendauer von 5 min und einer Belastungsabstufung von 0,4 m/s (Mader et al., 1976).

Heck & Rosskopf (1994) bestätigen im Wesentlichen die Aussagen von Mader et al. mit Dauerbelastungsuntersuchungen auf dem Laufband über einen Zeitraum von 30 min. So lagen z.B. die Laktatwerte des MaxLass für Laufbandbelastungen im Mittel bei 4,02 mmol/l (SD= 0,7 mmol/l). Allerdings ist die Streubreite der Werte bemerkenswert. Sie reichen von 2,3 bis 6,8 mmol/l Laktat. Die Mittelwerte weisen zudem sportartspezifische Unterschiede auf. So fanden Beneke et al. (1991) bei Eisschnellläufern während sportartspezifischer Belastung auf dem Eis Werte von durchschnittlich 6,6 mmol/l (SD= 0,9 mmol/l).

In der Praxis finden noch weitere fixe Schwellen, wie z.B die fixe 3,0 mmol/l-Schwelle Anwendung, auf die hier allerdings nicht weiter eingegangen werden soll, da die Berechnung dem vorgestellten Mader-Modell entspricht (Bunc et al., 1982).

Die fixe aerob-anaerobe Schwelle ist somit ein statistischer MW (Heck 1990), der interindividuelle Unterschiede (siehe Kapitel 4) nicht berücksichtigt. Dieser Kritikansatz führte zur Entwicklung von individuell anaeroben Schwellen (IAS).

3.4.2. Das Freiburger-Schwellenmodell (Simon-Schwelle)

Ein Verfahren zur Erhebung der individuell anaeroben Schwelle stellt das Schwellenmodell von Simon & Thiesmann (1983) dar, welches für den Schwimmsport entwickelt wurde.

Abbildung 4: Schematische Darstellung des Freiburger-Schwellenmodells

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Schonart (2005, S. 10).

Sie bestimmen die Schwelle durch Summation einer (fixen) Laktatkonzentration von 1,5 mmol/l oberhalb der „aeroben Schwelle“. Diese entspricht der Belastungsintensität beim ersten Laktatanstieg auf den unteren Belastungsstufen (Heck & Rosskopf, 2003) und somit der Ruhelaktatkonzentration.

Das Schwellenmodell soll nach den Angaben der Autoren durch trainingsbegleitende Untersuchungen abgesichert sein (Simon & Thiesmann, 1983). Es würde den Beobachtungen Rechnung tragen, dass länger dauernde Belastungen oberhalb der kritischen Laktatkonzentration wegen der zunehmenden Übersäuerung nicht mehr möglich seien. Der kritische Wert läge i.d.R. bei Untrainierten oberhalb, bei Hochausdauertrainierten unterhalb einer Laktatkonzentration von 4 mmol/l Laktat.

In einer neueren Untersuchung an Jugendlichen (13-16 Jahre) fand Höfling (2004) ein MaxLass auf dem Laufband bei einer Belastungsintensität von „Basislaktat +1,0 mmol/l“.

3.4.3. Das Geiger-Hille-Schwellenmodell

Geiger & Hille (1993) berechnen die IAS am Punkt der maximalen Kurvenkrümmung. Sie werten diese als den biologischen Umschlagspunkt im Metabolismus. Bei Läufern soll er einem Winkel von ca. 35° (bei Leistungseinheit in km/h) entsprechen. Zu diesem Schluss kamen sie nach ihrer Studie an 20 Sportlern unterschiedlicher Sportarten, an denen die Auswertung von sportartspezifischen Leistungstests vorgenommen wurde.

Abbildung 5: Schematische Darstellung des Geiger-Hille-Schwellenmodells

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Schonart (2005, S. 13).

Zahlreiche Vergleiche mit anderen Stufentest-Ansätzen würden das Modell empirisch verifizieren. Das Laktatverhalten sei durch die Modellfunktion sehr gut beschrieben. Weiterhin ergäben die zahlreichen Vergleiche, dass keine der bis dahin verwendeten Funktionstypen ähnlich gute Ergebnisse (d.h. eine biologisch sinnvolle Beschreibung der Laktatkinetik) liefere (Geiger & Hille, 1993).

Ein weiteres häufig zitiertes Modell ist das Schwellenmodell von Keul et al (1979). Diese berechneten die IAS nach dem gleichen Prinzip wie Geiger & Hille über den Tangentenwinkel, der bei ihren Untersuchungen an 60 Skiläufern bei ca. 51° (tan α= 1,26 mmol/l/km/h) lag.

Andere Autoren, wie z.B. Heck (1990) fanden bei ihren Berechnungen andere Tangentenwinkel.

3.4.4. Weitere Schwellenmodelle

Stegmann und Kindermann (1982) kritisieren bei ihren Untersuchungen zur Bestimmung der IAS (erhoben an unterschiedlich ausdauertrainierten Läufern) ebenfalls, dass die Laktatkinetik durch das Belastungsprotokoll bei den bis dahin vorliegenden Verfahren nicht genügend berücksichtigt würde. Sie definierten die anaerobe Schwelle als den Zeitpunkt (bzw. Leistung), an dem die maximale Eliminationsrate und die Diffusionsrate des Laktats im Gleichgewicht stehen. Zur Bestimmung der Schwelle müssen nach Erschöpfung weitere Laktatwerte bestimmt werden. Vom Zeitpunkt des Erreichens des Endbelastungs-Laktatwertes auf der Erholungskurve wird eine Tangente an die Laktat-Zeitkurve (bzw. Laktat-Leistungskurve) gelegt.

Abbildung 6: Schematische Darstellung des Stegmann-Schwellenmodells

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Quelle: Schonart (2005, S. 14).

Gemischte Modelle

Um eine größere Absicherung des aerob-anaeroben Übergangs zu erhalten, wenden verschiedene Institute (z.B. das Institut für Trainingsberatung (Iftb) mit Sitz in Reinheim bei Darmstadt) ein gemischtes Modell an. Es ist kein eigenständiges Schwellenmodell, bietet aber die Möglichkeit, ein arithmetisches Leistungsmittel aller in der Multischwellenanalyse zu Rate gezogenen Modelle zu bilden (pers. Gespräch Schonart). Diese Schwelleberechnung ist z.B. in der Software WinLactat® integriert worden und wird seit einigen Jahren als Iftb-Schwelle in der Praxis eingesetzt.

Es existiert noch eine Vielzahl von Modellen, auf die im Rahmen dieser Arbeit allerdings nicht weiter eingegangen werden soll.

3.4.5. Kritik an den Schwellenmodellen

Heck & Schulz (1998) merken kritisch an, dass eine Vielzahl von Methoden existieren, die zu nicht vergleichbaren anaeroben Schwellen führen. Exemplarisch dafür zeigen Heck (1990) und Heck & Rosskopf (1994), dass es zu Abweichungen zwischen der Schwellenleistung und der Dauerleistung kommt und merken an, dass zudem die meisten Schwellenmodelle nur unzureichend validiert sind (Heck & Rosskopf, 1993).

Röcker & Dickhuth (1994) weisen darauf hin, dass die Dauerleistungsgrenze nicht nur von der metabolischen Größe Laktat, sondern auch von anderen Ermüdungsfaktoren (siehe Kapitel 4.3) abhängig ist. Zudem erkannten sie, dass der Laktatanstieg weniger von der Sauerstoffzufuhr ins Gewebe abhängt, als vielmehr vom Verhältnis der Laktatbildungs und –eliminationsrate (siehe Kapitel 4.1).

Röcker et al. (1998) geben zu bedenken, dass die Änderung der Energiebereitstellung nicht abrupt, sondern allmählich erfolgt. Es handelt sich also nicht um einen Breaking Point, sondern eher um einen Übergangsbereich.

Auch Baron et al. (2003) kommen zu dem Schluss, dass das MaxLass nicht mit einem kompletten Steady-state korrespondiert. Letztendlich könnte es allerdings laut den Autoren die Belastungsintensität widerspiegeln, die bei geringer Intensität die aerobe Kapazität erhalten und verbessern hilft, ohne Patienten Gefahren und Sportlern Übertrainingszuständen auszusetzen.

Demgegenüber liefert Coen (1997) in seiner Arbeit einen sehr guten Überblick zur Tauglichkeit der (individuellen) anaeroben Schwelle. Er erläutert, dass trotz der beschriebenen Problematiken dennoch angenommen werden kann, dass verschiedene Schwellenmodelle zur Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung tauglich sind.

3.5. Trainingssteuerung

Mit den Schwellenmodellen sollen folgende Aussagen getroffen werden (Lehnertz & Martin, 1988):

bei welcher Leistung Sportler ihre anaerobe Schwelle erreichen (siehe hierzu die Kritik in Kapitel 3.4.5);

wie die gegenwärtige aerobe Leistungsfähigkeit einzuschätzen ist, da sich die LLK und Herzfrequenz-Leistungskurve je nach dem Grad der Leistungsverbesserung nach rechts verschieben soll;

welche Veränderung der aeroben Leistungsfähigkeit im Verlauf eines bestimmten Trainingszyklus stattgefunden hat und

wie, ausgehend von der Schwellenleistung, die Belastungsintensität im Ausdauertraining festgelegt werden soll.

Der letzte Punkt beinhaltet die nun zu diskutierende Problematik der Trainingssteuerung.

Carl & Grosser (1992, S. 528) definieren Trainingssteuerung als „die gezielte (kurz- und längerfristige) Abstimmung aller Maßnahmen der Trainingsplanung, des Trainingsvollzugs […], der Wettkampf- und Trainingskontrollen und der Trainings- und Wettkampfauswertung zur Veränderung des sportlichen Leistungszustandes (Trainingszustandes) im Hinblick auf das Erreichen sportlicher Leistungen und Erfolge.“

Diese Definition beinhaltet den Aspekt des Wettkampfes, welcher im Freizeit- und Gesundheitssport nur bei ambitionierten Sportlern dieser Gruppe zu finden ist. Neben der Leistungssteigerung dient Training hier mehr präventiven- und rehabilitativen Zielen. Umso mehr ist Trainingssteuerung gerade in diesen Bereichen sinnvoll, um einerseits das Training effektiver zu gestalten bzw. Belastungen, die der Gesundheit nicht förderlich sind, zu vermeiden (Berg, 1993) und andererseits Leistungsentwicklungen zu dokumentieren.

Training lässt sich über die Belastungsanforderungen beschreiben. Diese sind Belastungsumfang, -intensität, -dauer und –dichte (Martin, Carl & Lehnertz, 2001).

Eine Möglichkeit zur Trainingssteuerung besteht darin, dem Verlauf der LLK Belastungsintensitäten zuzuordnen (Dickhuth et al., 1991). Diese können prozentual über die (I)AS bestimmt werden (Urhausen et al., 1994; Kindermann, 2004).

Abbildung 7: Schematische Darstellung von verschiedenen Intensitätsstufen prozentual zur IAS

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Legende: Regen.= regenerativer Trainingsbereich; Extens.= extensiver Trainingsbereich (Grundlagenausdauer I); Intens.= intensiver Trainingsbereich (Grundlagenausdauer II); TDL= Tempodauerlauf; IVT= Intervalltraining.

Quelle: in Anlehnung an Kindermann, W. (2004, S. 162).

Die Autoren führen an, dass ein überschwelliges Training, d.h. oberhalb der anaeroben Schwelle, für Freizeit- und Gesundheitssportler nicht relevant ist. Die aerobe Schwelle (AeS) markiert die obere Grenze des regenerativen Trainingsbereichs. Ein extensives Ausdauertraining (Grundlagenausdauer I (GA I)) kann je nach Sportart und Belastungsdauer bei 70 bis knapp 90% der anaeroben Schwelle durchgeführt werden. Intensive Ausdauertrainingseinheiten (Grundlagenausdauer II (GA II)) und Tempodauerläufe (TDL) liegen zwischen 90 und 100% der anaeroben Schwelle. Daraus folgt, dass kürzere Trainingseinheiten (TE) zwischen 90 bis 100% der anaeroben Schwelle, längere nahe der aeroben Schwelle durchgeführt werden können. Die Empfehlungen sollten über die Herzfrequenzvorgabe erfolgen.

Andere Autoren, wie z.B. Föhrenbach (1990), geben allerdings abweichende Trainingsbereiche vor.

Demgegenüber bemerken Heck & Rosskopf (1993), dass Studien zur Validierung der Anwendbarkeit der verschiedenen Schwellenkonzepte für die Trainingssteuerung nicht durchgeführt wurden oder nur einen eingeschränkten Aussagewert hätten (Coen et al., 1991; Heck et al., 1987; Lehmann et al., 1991).

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