Was ist die VO2max? Heute: Teil 2…
Vorsicht: Nerd Alarm 🚨 🚨 🚨
Nachdem wir uns im ersten Teil der VO2max Reihe die Funktion der Lunge (zum 1. Teil) und ihren Einfluss auf die VO2max angeschaut haben, geht es im zweiten heutigen Teil um den Sauerstofftransport.
Die Relevanz des Herzens für deine VO2max
Von Anton Schiffer (@antonschiffer)
Der Sauerstofftransport beschreibt alle Prozesse nach der Diffusion des Sauerstoffs über die Alveolen der Lunge ins Blut bis hin zum Reiseziel des Sauerstoffs, der peripheren Skelettmuskulatur.
Anatomie des Herzens
Betrachten wir zunächst einmal Aufbau und Funktion des Herzens.
Das Herz ist ein Hohlmuskel mittig hinter dem Brustbein platziert und wird in einen linken und einen rechten Anteil unterteilt, der jeweils aus einem Vorhof und einer Herzkammer besteht.
Die Aufgabe des Herzens ist es, den Köper mit nährstoffreichem Blut zu versorgen. Dies geschieht über zwei Kreisläufe, dem kleinen Kreislauf ausgehend von der rechten Herzkammer über die Lunge und dem großen Körperkreislauf ausgehend von der linken Herzkammer.
Die linke Kammer ist dabei durch den größeren Blutdruck im großen Kreislauf stets etwas größer als die rechte Kammer.
Das Sportherz
Durch Ausdauersport wie beispielsweise Radsport benötigt die Muskulatur mehr Sauerstoff als in Ruhe.
Dieser Sauerstoffmehrbedarf wird durch eine Steigerung der Herzleistung kompensiert.
Durch regelmäßiges Ausdauertraining über mehrere Jahre passt sich das Herz an die geforderte Arbeit an und es bildet sich ein sogenanntes Sportlerherz.
Das Herz wächst durch langjähriges Training
Die durch Ausdauertraining bewirkte Vergrößerung des Herzens wurde erstmals im Jahre 1899 von Henschel unter dem Begriff „Sportherz“ beschrieben.
Diese Veränderungen sind im Gegensatz zu Herzerkrankungen wie der sogenannten hypertrophen Kardiomyopathie, bei der es ebenfalls zu einer Vergrößerung des Herzmuskels kommt, nicht pathologisch, sondern beabsichtigte physiologische Adaptionen auf sportliches Training.
VO2max und das Herz
Nun zum interessanten Teil dieses Blogs. Wir hatten uns ja die Frage gestellt, welche Faktoren die VO2max beeinflussen und welche Schlussfolgerungen sich daraus für das Training ableiten lassen.
Zur Erinnerung: Im letzten Blog hatten wir festgestellt, dass die Lunge und die äußere Atmung keinen großen Einfluss auf die VO2max hat. Anders sieht es beim Sauerstofftransport aus.
Schon A. V. Hill, einer der ersten Wissenschaftler, der sich zu Beginn des 20. Jahrhunderts mit dem Phänomen maximale Sauerstoffaufnahme beschäftigt hat, vermutete, dass der sogenannte „cardiac output“, also die Herzleistung pro Zeit, der primäre Faktor sei, der interindividuelle Unterschiede bezüglich der VO2max erkläre (Bassett & Howley, 2000).
Niedrigere Herzfrequenz bei Trainierten als bei Untrainierten
Etwa zehn Jahre später, 1930, entdeckten Forscher bei trainierten Athleten bei fixer submaximaler Leistung niedrigere Herzfrequenzen als bei untrainierten, ein Beweis für ein erhöhtes Schlagvolumen (Christensen, 1931).
Heutzutage wird vermutet das 70-75 % der VO2max durch die Sauerstofftransportkapazität determiniert wird (Di Prampero, 2003).
Die übrigen ca. 30% verteilen sich laut Autoren zu gleichem Anteil auf die muskuläre Perfusion und Diffusion sowie der mitochondrialen Kapazität, die wir uns im dritten Teil der Reihe widmen wollen.
Der Einfluss des Herzens spiegelt sich auch in der Formel der VO2max wider:
VO2max = Herzminutenvolumen x arteriovenöse Sauerstoffdifferenz
Das Herzminutenvolumen fließt also direkt als einer der Faktoren in die Gleichung zur Berechnung der VO2max mit ein.
Adaptation des Herzens
Wenn wir davon ausgehen, dass die VO2max zu einem großen Anteil abhängig vom Herzminutenvolumen ist, stellt sich die Frage: Was genau verändert sich im Herz und wie kommt es zu diesen Veränderungen?
Das Herzminutenvolumen setzt sich zusammen aus der Herzfrequenz multipliziert mit dem Schlagvolumen.
Die maximale Herzfrequenz lässt sich durch Training nicht verändern und ist zum Großteil abhängig von der genetischen Prädisposition, dem Alter und dem Trainingsstatus, während sich die submaximale Herzfrequenz durch Training eher reduziert (Levine, 2008).
Schlagvolumen des Herzens durch Training beeinflussbar
Das Schlagvolumen beschreibt die Menge an Blut, die während der Systole von einer Herzkammer ausgeworfen wird und lässt sich im Gegensatz zur maximalen Herzfrequenz sehr gut durch Training verändern.
So liegt das maximale Schlagvolumen bei untrainierten bei etwa 100-120 ml, während Leistungssportler Werte von über 200 ml erreichen (De Marees, 2003; Hollmann & Strüder, 2009).
Starling-Effekt
Einer der Gründe für ein erhöhtes Schlagvolumen ist der „Starling-Effekt“: Dabei kommt es durch eine vergrößerte diastolische Herzfüllung zu einer Zunahme des enddiastolischen Volumens (Hollmann & Strüder, 2009).
Sprich, durch eine größere Vorspannung der Herzkammer nimmt die darauffolgende Kontraktion zu, einfach zu verdeutlichen mit einem Gummi, das gedehnt wird. Die Vergrößerung der diastolischen Herzfüllung geschieht unter anderem durch eine Zunahme des Blutvolumens durch Training (Krip, 1997).
Ebenfalls verantwortlich für das vergrößerte Schlagvolumen bei Sportlern ist die linksventrikuläre Hypertrophie, die ein muskuläres Wachstum der linken Herzwand beschreibt.
Anders als bei pathologischen Krankheitsbildern, geschieht die Herzwandverdickung beim Sportherz exzentrisch, also nach außen.
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Ein Sportlerherz ist KEIN gesundheitl. Risiko! ✅
Dadurch nimmt auch die Kammergröße zu, während bei einer pathologischen Herzwandverdickung das Wachstum konzentrisch, also nach innen stattfindet und sich die Herzkammer und dementsprechend auch das Schlagvolumen eher verkleinern.
Ein antrainiertes Sportherz ist also kein gesundheitliches Risiko. Ganz im Gegenteil zeigen Studien bei Leistungssportlern sogar eine signifikant verlängerte Lebenserwartung (Kettunen et al., 2015).
Das Blut
Ebenfalls am Sauerstofftransport beteiligt ist das Blut und das Gefäßsystem.
Im Blut wird der Sauerstoff über die roten Blutkörperchen transportiert. Ein Bestandteil der roten Blutkörperchen ist das Hämoglobin, ein eisenhaltiges Protein, dass den Sauerstoff bindet.
Über die Bedeutung der Hämoglobinmenge wird in wissenschaftlichen Kreisen noch debattiert.
Der Einfluss der Hämoglobinmenge
Calbet et al. (2006) konnten durch Manipulieren des Hämoglobinkonzentration die Ausdauerleistungsfähigkeit beeinflussen.
So sank sich die VO2max und die Leistung durch Reduktion der Hämoglobinkonzentration bei gleichbleibendem Blutvolumen, während eine Erhöhung der Hämoglobinkonzentration einen positiven Effekt auf die Leistung hatte.
Der Einfluss auf die Ausdauerleistung war dabei größer als der Einfluss auf die reine VO2max, was verdeutlicht, dass beide Begriffe nicht synonym zu verwenden sind.
Zu gleichem Ergebnis kam Gledhill (1982), der durch Blutdoping mittels EPO eine Verbesserung der VO2max um 4-9% zeigen konnte.
Mader’s Standpunkt
Einen anderen Standpunkt zu diesem Thema vertritt der wahrscheinlich bekannteste Sportwissenschaftler in Deutschland, Alois Mader.
In seinem Buch „Die Chimäre des Dopings und die Irrealität der Trainingswissenschaft“ aus dem Jahr 2015 beschreibt er in Kapitel 14, dass die Hämoglobinkonzentration und der Sauerstofftransport nicht der Flaschenhals für Höchstleistungen im Ausdauersport seien und ein Doping mit EPO somit nicht zielführend sei.
Mitochondriengehalt & Kapillardichte
Stattdessen sei Mitochondriengehalt und Kapillardichte der Arbeitsmuskulatur entscheidend für die Ausdauerleistungsfähigkeit.
Begründet wird dies mit experimentellen Daten, die bei einer Hämoglobinkonzentration von beispielsweise 14 g/kg Körpergewicht eine VO2max zwischen 50 – 85 ml/min x kg⁻¹ festgestellt haben.
Diese enorme Bandbreite würde laut Mader widerlegen, dass die Hämoglobinkonzentration einen Einfluss auf die VO2max hat.
Erstaunlicherweise ist im selben Kapitel eine Korrelation aus experimentellen Daten zwischen Hämoglobinkonzentration und VO2max dargestellt, die ein Korrelationskoeffizient von r=0,79 haben, also einen sehr deutlichen linearen Zusammenhang.
In diesem Punkt würde ich also zu einer anderen Interpretation der Daten kommen.
Das Gefäßsystem
Abschließend zum dritten Faktor des Sauerstofftransports, dem Gefäßsystem:
Hier ist neben einer verbesserten Endothelfunktion, also dem Weitstellen der Blutgefäße um den peripheren Widerstand zu verringern und dadurch die Hämodynamik zu verbessern, vor allem die Kapillarisierung entscheidend.
Diese beschreibt die Menge an kleinsten Blutgefäßen, die einen Muskel versorgen, wodurch es zu einer besseren Versorgung des Muskels mit Sauerstoff kommt.
Einen linearen Zusammenhang zwischen der Kapillarisierung und der VO2max konnten Bassett und Howley in der oben bereits erwähnten Studie zeigen (2000).
Ebenfalls lässt sich die Kapillarisierung durch Training erhöhen, wobei hier besonders hochintensives Ausdauertraining wie die allseits bekannten VO2max Intervalle zu größeren Adaptationen führen (Billat, 2003).
Ich hoffe ihr konntet bis hier hin folgen und habt einiges an Nerd-Wissen für euch mitgenommen ;)
In einem Satz…
Kurz und knapp lässt sich sagen, dass das Schlagvolumen und der Sauerstofftransport die wichtigsten Determinanten zur Bestimmung der VO2max sind.
Es lohnt sich also, hier gezielt dran zu arbeiten.
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