Laktatschwellen

LT1 (aerobe Laktatschwelle)
Leistung am Minimum des Verhältnisses „Laktat/Leistung“ (Laktatäquivalent) im Laktatstufentest. Ab dieser Belastung steigt die Laktatkonzentration erstmalig gegenüber dem Ruhelaktatwert. Die erste Schwelle LT1 spielt bisher im Rahmen der Laktat- Leistungsdiagnostik eine untergeordnete Rolle. Ein älterer Begriff für die LT1 ist die AeS („aerobe Schwelle“).
LT2 (anaerobe Laktatschwelle)
Leistung, an der die Laktatbildung (aus dem aktiven Muskel) gleich der Laktatelimination (passive Muskulatur, Leber, Herz) entspricht, also dauerhaft ein Gleichgewicht hergestellt wird. Die LT2 wird in der Praxis im Laktatstufentest bestimmt, bei der je nach Leistungsklasse des Probanden und Belastungsprofils verschiedene Berechnungsmodelle zum Einsatz kommen. Ein älterer Begriff für LT2 ist die iANS oder auch IAS („individuelle anaerobe Schwelle“).
Die Charakterisierung der „Schwelle“ durch eine Gleichgewichtssituation von Produktion und Elimination von Laktat entspricht dem mittlerweile gängigen Begriff des maximalen Laktat Steadystate (MLSS oder auch MaxLaSS). Daher entspricht im Optimalfall der LT2 dem MLSS. Das maximale Laktat Steadystate kann mittels Laktat-Dauertest mit hoher Genauigkeit bestimmt werden.
Man geht davon aus, dass die Leistung am MLSS für etwa 60 min aufrecht erhalten werden kann. Daraus entstand die Idee, die mittlere Leistung in einem einstündigen maximalen Test zu bestimmen. Diese sollte folglich in etwa mit der MLSS übereinstimmen. Die mittlere Leistung (MPO) über 60 min wird auch als FTP (Functional Threshold Power) oder TT60 bezeichnet. Da die Durchführung dieses einstündigen Tests unpraktikabel ist verkürzt man den Test oft auf 20 min (TT20) und reduziert dann von der hierbei erreiche MPO rechnerisch um 5% zum Erhalt der FTP. Diese rechnerische Korrektur wird aber häufig in Frage gestellt.
Die Festlegung der LT2 bei einer Leistung an der fixen Laktatkonzentration von 4 mmol/l ist nicht mehr üblich, da diese nicht individuell (iANS) ist. Daher bezeichnet man die 4 mmol/l-Laktatschwelle zur Unterscheidung auch als ANS (früher: anaerobe Schwelle nach MADER).

 

Ventilatorische Schwellen

VT1 (erste ventilatorische Schwelle, wird in der Spiroergometrie bestimmt)
An der VT1 findet eine Steigerung der Ventilation (Menge der eingeatmeten Luft pro Minute) und der Kohlendioxidabgabe jeweils im Verhältnis zur Sauerstoffaufnahme aufgrund von vermehrt anfallendem Kohlendioxid aus der Laktatpufferung statt.
VT2 (zweite ventilatorische Schwelle, wird in der Spiroergometrie bestimmt)
Die VT2 entspricht dem respiratorischen Kompensationspunkt (RCP), der gekennzeichnet ist durch eine überproportionale Ventilation infolge einer zunehmenden metabolische Azidose (Übersäuerung). An der VT2 beginnt die (meist hörbare) Hyperventilation. Die VT2 liegt in der Regel bei einer höheren Leistung als die LT2. Über den kausalen Zusammenhang zwischen ventilatorischen und Laktatschwellen besteht derzeit keine Einigkeit.

 

VO2max (maximale Sauerstoffaufnahme)

Bekanntester spiroergometrischer Kennwert zur Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit ist die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max), 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. Im Vergleich zu Männern weisen Frauen 10 bis 15 % niedrigere Werte auf.
Die VO2max 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 VO2max ab, sondern wird u. a. auch von der Energiebereitstellung bei submaximalen Belastungsintensitäten und der Bewegungsökonomie beeinflusst.
Die VO2max ist ein Maß für die aerobe Leistungsfähigkeit.

 

VLamax (maximale Laktatbildungsrate/Glykolyserate)

Die bei kurzer, maximaler Belastung bestimmte VLamax trifft eine Aussage über anaerob-laktazide Leistungsfähigkeit. Es wird das maximale Nachbelastungslaktat (am besten über eine Kurveninterpolation) bestimmt und in Bezug zur laktatbildenden Belastungszeit gesetzt. In den ersten (2-3) Sekunden der max. Belastung wird noch Kreatinphosphat als Energieträger genutzt, erst danach setzt die Glykogennutzung (unter Bildung von Laktat) ein.
Die VLamax beschreibt die Leistungsfähigkeit des glykolytischen Stoffwechsels. Sie wird in mmol/l/sec angegeben.
Man nennt daher den Probanden mit einer hohen VLamax den „Glykolytischen Typ“ während man Probanden mit niedriger VLamax als „Aerobe Typen“ bezeichnet. Es sind hiermit lediglich Unterschiede im Energiebereitstellungsverhalten gemeint. Bei glykolytischen Typen ist der laktazide Anteil der Energiebereitstellung in einer Belastung prozentual höher als bei einem aeroben Typen, bei denen der Anteil der aeroben Energieanteile (über die Fettverbrennung) stärker ausgeprägt ist.

 

Energieumsatzberechnung

Mit der indirekten Kalorimetrie kann man beim Menschen den Grundumsatz und den Leistungsumsatz ermitteln, ohne den Patienten körperlich allzu sehr zu strapazieren.
Als Maß für den Energieumsatz dient der Sauerstoffverbrauch während einer definierten Zeit. Beispiel für eine Messung:

Eingeatmetes Atemvolumen: 12 l/min Eingeatmete Sauerstoffkonzentration: 21 % Ausgeatmete Sauerstoffkonzentration: 17 %
=>Differenz: 4 %
Ermittlung des Sauerstoffverbrauchs pro Minute: 12 l/min * 0,04 = 0,48 l/min
Um vom Sauerstoffverbrauch auf die freigesetzte Energie schließen zu können, muss man wissen, wie viel Energie pro Liter Sauerstoff umgesetzt werden. Dieser Wert wird als kalorisches Äquivalent bezeichnet. Das kalorische Äquivalent (KÄ) ist von der Art der verbrannten Nährstoffe abhängig.

Beispiel für Kohlenhydrate:
Um 180 g Glucose zu verbrennen, werden 134,4 l Sauerstoff benötigt, dabei werden 2826 kJ Wärmeenergie erzeugt. Das Kalorisches Äquivalent für Kohlenhydrat lautet also: 2826 kJ / 134,4 l = 21 kJ/l Fazit: Bei reiner Kohlenhydraternährung beträgt der Energieumsatz ca. 21 kJ pro Liter verbrauchten Sauerstoffs.

Beispiel für Fette:
Um 880 g Fett zu verbrennen, werden 1848 l Sauerstoff benötigt, dabei werden 34285 kJ Wärmeenergie erzeugt. Das Kalorisches Äquivalent für Fett lautet also: 34285 kJ / 1848 l = 18,55 kJ/l
Bei reiner Fetternährung beträgt der Energieumsatz 18,55 kJ pro verbrauchtem Liter Sauerstoff.
Will man den Energieumsatz mithilfe des kalorischen Äquivalents ermitteln, muss man beachten, welchen Anteil die einzelnen Nährstoffgruppen an der Ernährung haben.

Die respiratorische Austauschrate RER (Lungenatmung)
Eine praktikable Möglichkeit, den Anteil von Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen am Energieumsatz zu bestimmen, bietet die respiratorische Austauschrate RER (respiratory exchange rate). Der RER beschreibt das Verhältnis von abgegebenem Kohlenstoffdioxid zu aufgenommenem Sauerstoff.
Bei einem normal ernährten Menschen liegt der RER in Ruhe bei 0,85. Das entspricht einem kalorischen Äquivalent von 20,41 kJ pro verbranntem Liter Sauerstoff.
Messen wir den Sauerstoffverbrauch pro Minute mittels Spiroergometrie, so können wir auf den Energieverbrauch schließen.
Je nach Stärke einer körperlichen Belastung ändert sich die Art der verstoffwechselten Nährstoffe (=oxidierten Substrate) und der RER steigt (0,7 bei reiner Fettverbrennung und 1.0 bei reiner Kohlenhydratverbrennung).

Der Respiratorische Quotient RQ (Innere Atmung)
Der oben beschriebene RER dient lediglich als Annäherung an den eigentlichen Respiratorischen Quotienten, kurz RQ. Während die RQ die tatsächliche Rate auf Ebene des Gewebes beschreibt, wird der RER indirekt durch Spirometrie bestimmt. Die Messung des RQ ist invasiv und aufwändig, weswegen sich klinisch die RER-Messung durchgesetzt hat.
Der RQ physiologisch kann nur in einem Bereich zwischen 0,7 und 1,0 liegen.
Bei laktaziden Belastungen entsteht durch die Bicarbonat-Pufferung des bei der Laktatbildung anfallenden Protons (H+) zusätzliches Kohlendioxid, sogenanntes „excess CO2“. Daher wird in der Spiroergometrie auch oberhalb der zweiten ventilatorischen Schwelle ein RER von >1,0 gemessen

Quellen

  • M. Westhoff,  B. Lehnigk, K.3H. Rühle, A. Greiwing, R. Schomaker, H. Eschenbacher, M. Siepmann: Positionspapier der AG Spiroergometrie (Bezug)
  • Dr. phil. Friederike Scharhag-Rosenberger: Standards der Sportmedizin, Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin JG 61,  No. 6 (2010)