Informationen zur metabolischen Leistungsdiagnostik

Was bedeutet „Leistungsdiagnostik“?

Die Leistungsdiagnostik hat zwei Hauptanwendungsbereiche

Steuerung der Belastungsintensitäten zur Optimierung des Ausdauertrainings
Leistungsmessung, Leistungsüberwachung und Wettkampfprognosen (außerhalb von Wettkämpfen)

(1) Steuerung der Trainingsintensitäten

Leistungssportler und Gesundheitssportler teilen in der Regel den Wunsch, ihre körperliche Fitness und sportliche Form durch Training zu verbessern. Besonders wichtig ist es, einerseits Überlastungen im Training zu vermeiden – und andererseits beim Sport keine Zeit unnötig und wirkungslos zu verschwenden. Die Ausdauerleistungsdiagnostik soll helfen, das richtige Maß zu finden und das Training so effizient wie möglich zu gestalten.

Trainingsbelastung und ihre Einflussgrößen

Die Trainingsbelastung wird vor allem von zwei Schlüsselfaktoren bestimmt: Trainingsumfang und Trainingsintensität. Im Allgemeinen erfordert ein höherer Trainingsumfang eine geringere Intensität, während eine höhere Intensität eine Verringerung des Umfangs verlangt. Die Trainingsbelastung lässt sich als Produkt dieser beiden Größen verstehen.

Individuelle Unterschiede spielen bei der Steuerung dieses Gleichgewichts eine entscheidende Rolle. Manche Sportler sind belastbarer und vertragen höhere Belastungen, während andere je nach physiologischer Veranlagung und konkreter Zielsetzung – ob Wettkampfleistung oder allgemeine Fitness – besser auf eine höhere Intensität oder einen größeren Umfang ansprechen.

Angesichts dieser Variabilität ist eine genaue Bestimmung der Trainingsintensität unerlässlich. Sportlern fällt es jedoch oft schwer, ihre Trainingsintensität selbst objektiv einzuschätzen. Die Leistungsdiagnostik kann eine verlässliche Grundlage für eine wirksame Trainingsplanung schaffen und sicherstellen, dass die Intensitäten auf die Bedürfnisse und Fähigkeiten des Sportlers abgestimmt sind.

Ausdauertraining optimieren

Die effiziente Trainingsintensität im Ausdauersport ohne Hilfe zu finden, ist nicht einfach. Die Leistungsdiagnostik unterstützt dabei mit dem Ansatz der Trainingssteuerung. Im Hochleistungsbereich lässt sich mit der Leistungsdiagnostik eine ganze Reihe unterschiedlicher Trainingsintensitäten objektiv bestimmen und steuern – nicht nur ein einziger idealer Trainingsbereich.

Einfache Regeln funktionieren nicht

Empfehlungen zur Intensität des Ausdauertrainings werden im Leistungssport, in der Rehabilitation und in der gesundheitsorientierten Prävention noch immer häufig aus einfachen Faustregeln abgeleitet, die auf Werten der maximalen Herzfrequenz oder auf dem Alter des Sportlers beruhen. Häufig werden auch in Smartwatches oder Fitnessuhren Algorithmen eingesetzt, um Trainingsempfehlungen aus dem allgemeinen Herzfrequenzverhalten abzuleiten (Abb. 12).

Wichtig

Herzfrequenzwerte unterscheiden sich im Verhältnis zur tatsächlichen metabolischen Beanspruchung individuell erheblich (siehe Abb. 12).

Tipp

Das individuelle Belastungsempfinden kann Sporttreibende mitunter täuschen – manche Menschen fühlen sich kaum angestrengt, obwohl sie bereits überlastet sind. Und umgekehrt.

Leistungsdiagnostische Belastungstests können mehr Sicherheit über das tatsächliche individuelle Herzfrequenzverhalten unter körperlicher Belastung geben. Leistungsdiagnostische Tests im Labor oder unter Feldbedingungen ermöglichen es, den Zusammenhang zwischen individueller Herzfrequenz bzw. Leistungsdaten und der tatsächlichen Intensität der körperlichen Belastung objektiv zu messen.

Herzfrequenz nach Alter — Abb. 12: Herzfrequenz an der IAS bei 3930 Probanden im Alter von 20 bis 30 Jahren. Bei Anwendung einer gängigen Faustregel für das Ausdauertraining trifft nur ein kleiner Bereich die Realität \((200 - \text{Alter} = 170\ \text{bis}\ 180\ \mathrm{bpm})\). In diesem Beispiel würden nur etwa 20 % richtig beraten. Ähnliches gilt für Schätzungen auf Basis der maximalen Herzfrequenz oder für Algorithmen von Smartwatches oder Fitnessuhren.

Die derzeit genaueste Abschätzung der belastungsbedingten Beanspruchung gelingt durch die Messung der Laktatkonzentration im Kapillarblut. Die Laktatkonzentration steigt mit dem Anteil der sogenannten anaeroben Glykolyse an der Energiebereitstellung und ist damit ein objektives Maß für die Höhe der Beanspruchung – unabhängig vom individuellen Belastungsempfinden.

(2) Messung der Ausdauerleistungsfähigkeit

Ein weiterer wichtiger Anwendungsbereich der Leistungsdiagnostik ist die zuverlässige Bestimmung spezifischer Ausdauerleistungen und die Analyse ihrer verschiedenen Komponenten in unterschiedlichen Settings. Im zeitlichen Verlauf kann es für Gesundheitssportler bis hin zu Olympiateilnehmern gleichermaßen wichtig sein, Rückmeldung über die positiven Effekte ihres Trainings zu erhalten. Erfolgreiches Training führt zu einer Verbesserung der Fitness. Dies zuverlässig und mit vertretbarem Aufwand festzustellen, ist Aufgabe der Leistungsdiagnostik. In der modernen Anwendung werden viele neue Kenngrößen der Leistungsdiagnostik auf die Laktatdiagnostik übertragen (z. B. Abb. 13).

vlamax — Abb. 13: Beispielhafter zeitlicher Verlauf einer spezifischen Kenngröße, der maximalen Laktatbildungsrate (\(\dot{V}\mathrm{La}_{\mathrm{max}}\)), in der Ausdauerleistungsdiagnostik mit Laktatmessung bei einem männlichen Hochleistungsradsportler im Verlauf seiner Karriere.

Methoden der metabolischen Leistungsdiagnostik

Physiologische Ankerpunkte und der berühmte Knickpunkt: die anaerobe Schwelle

Als Ankerpunkt für die Leistungsdiagnostik wurden verschiedene Konzepte zur Bestimmung der sogenannten anaeroben Schwelle entwickelt. Die „anaerobe Schwelle“ ist dabei das älteste und bekannteste Konzept für einen Knickpunkt im Anstieg der Laktatkonzentration bei zunehmender Belastungsintensität. Aus wissenschaftlicher Sicht ist nicht abschließend geklärt, wer das Konzept als Erster beschrieben hat. In den meisten englischsprachigen Quellen gilt die Definition von Wasserman et al.[1] als erste eindeutige Definition. In einigen anderen Quellen wird der Kölner Wissenschaftler Wildor Hollmann als Urheber dieses markanten Punktes genannt. Hollmanns Bezeichnung für den Knickpunkt (Point of Optimal Respiratory Efficiency) unterscheidet sich jedoch von der von Wasserman und Whipp[1][2].

Das Konzept der Laktatschwelle (LT) nach Wasserman und Whipp[1] dient in Ergonizer als weitere Referenz für Empfehlungen zum Ausdauertraining. Trotz der Ähnlichkeit dieses Begriffs mit der „anaeroben Schwelle“ bezeichnet die LT jedoch eine andere Belastungsintensität: den frühesten Zeitpunkt eines Anstiegs der Blutlaktatkonzentration bei weiter zunehmender Belastung. Die LT ist als metabolischer Referenzpunkt und als Obergrenze der niedrigsten Belastungsintensität zur Entwicklung der Langzeitausdauer hilfreich. Der zweite wichtige Ankerpunkt zur Bestimmung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit und zur Berechnung von Trainingsintensitäten ist die sogenannte „anaerobe Schwelle“. Im Gegensatz zur ursprünglichen Idee der LT wurde hier ein Kennwert gesucht, der die praktische sportliche Leistungsfähigkeit bei wettkampfnahen Ausdauerintensitäten besser abbildet.

„Die anaerobe Schwelle ist bei einer Leistung erreicht, oberhalb derer die oxidative Energiebereitstellung durch anaerobe Mechanismen unterstützt wird. Die Intensität dieser Belastung geht mit einem Anstieg des Laktats und des Laktat-Pyruvat-Quotienten im Körper einher.“

Jahrzehntelange Forschung widmete sich der Frage nach der Quelle der belastungsbedingten Energiebereitstellung, maßgeblich durch den britischen Nobelpreisträger A. V. Hill[3] sowie durch Margaria et al.[4]. Kennzeichnend für die damaligen Erkenntnisse war das Konzept einer dreiphasigen Energiebereitstellung:

die nichtlaktazid-anaerobe Energiebereitstellung,
die aerob-oxidative Energiebereitstellung,
die laktazid-anaerobe Energiebereitstellung,

je nach Intensität und Dauer der Belastung.

Der weitere historische Kontext zur Bestimmung und auch zur Definition dieser sogenannten anaeroben Schwelle ist vielfältig. Auch deutsche Wissenschaftler haben wesentlich zur frühen Entwicklung der Methode für Sportmedizin und Sportwissenschaft beigetragen. Insbesondere Hermann Heck und seiner Arbeitsgruppe wird die Etablierung der oben genannten sogenannten „anaeroben Schwelle“ für Ausdauerleistungstests von Sportlern zugeschrieben. Wie in jener Zeit üblich, wurde der Begriff „anaerob“ in diesen Konzepten allerdings falsch verwendet.[5]

Anders als früher, als man annahm, Laktat sei die Folge eines Sauerstoffmangels im Gewebe („anaerob“), wissen wir heute, dass Laktat auch bei ausreichendem Sauerstoffangebot fortlaufend gebildet wird. Laktat kann auf diese Weise jederzeit oxidiert werden, insbesondere bei moderaten Belastungsintensitäten. Die arbeitende Muskulatur produziert Laktat nicht nur (vor allem in glykolytischen Muskelfasern), sondern verbraucht es auch (vor allem in oxidativen Fasern). Mit diesem sogenannten „Zell-Zell-Laktat-Shuttle“[6] erhielt auch die Laktatdiagnostik eine völlig neue Begründung. Die sogenannte „anaerobe Schwelle“ ist definitiv nicht durch den Beginn einer Energiebereitstellung ohne Sauerstoffnutzung gekennzeichnet (wie von Wasserman und Whipp[1] postuliert). Vielmehr ist ein Anstieg der Laktatkonzentration das Ergebnis eines Ungleichgewichts zwischen Bildung und oxidativer Elimination von Laktat (intramuskulär über den Laktat-Shuttle oder über den Cori-Zyklus in der Leber)[7]. Personen mit höheren relativen Laktatbildungsraten können ebenso in ihrer Ausdauerleistungsfähigkeit eingeschränkt sein wie Personen mit einer geringeren Eliminationsrate durch Oxidation.

Das Grundprinzip ist nach wie vor Bestandteil der modernen Leistungsdiagnostik: Je besser die Ausdauerleistungsfähigkeit einer Testperson, desto weiter ist der Anstieg der Laktatkonzentration mit zunehmender Belastungsintensität nach „rechts“ verschoben (siehe Abb. 14). Ein Anstieg der Blutlaktatkonzentration ist bei gesunden Testpersonen ohnehin völlig normal und sicher nicht durch eine Erkrankung verursacht. Die zunehmende Belastung führt (nach Wasserman und Whipp[1]) zu einer wachsenden Beteiligung der glykolytischen Energiebereitstellung und damit zu einem Anstieg der Konzentration des Metaboliten Laktat im Blut – sofern diese Laktatmengen nicht verstoffwechselt werden, z. B. als oxidative Energiequelle. Dieser Zusammenhang zwischen Blutlaktatkonzentration und Leistung wird in der Leistungsdiagnostik grafisch als „Laktatleistungskurve“ dargestellt und bildet die Grundlage für die Bestimmung der Ankerpunkte, auf die sich die Trainingsintensitäten beziehen[8][9]. Der Begriff „anaerobe Schwelle“ oder auch nur „Schwelle“ sollte daher nur aus historischen Gründen oder wegen seiner allgemeinen Bekanntheit verwendet werden – und mit Vorsicht.

Rechtsverschiebung der Laktatkurve — Abb. 14: Schematische Laktatkurven: Je besser die Ausdauerleistungsfähigkeit, die von Veranlagung und Training bestimmt wird, desto weiter sind die Laktatkurve und mit ihr die Laktatschwelle (LT) und die individuelle anaerobe Schwelle (IAS) nach rechts verschoben; meist liegt die Kurve zudem etwas tiefer.

Hinweis

Durch die Bestimmung der „anaeroben Schwelle“ lässt sich die Ausdauerleistungsfähigkeit beurteilen. Je höher die Leistung an der „anaeroben Schwelle“, desto höher die Ausdauerleistungsfähigkeit bzw. die kardiorespiratorische Fitness der getesteten Person.

Zudem wurde auf Basis der „anaeroben Schwelle“ eine Einteilung der Trainingsintensitäten für das Ausdauertraining vorgenommen. Die „anaerobe Schwelle“ dient dabei als Bezugspunkt für die Steigerung der Ausdauerleistungsfähigkeit: Je höher die Ausdauerleistungsfähigkeit, desto höher kann die Trainingsbelastung angesetzt werden, ohne eine Überlastungsreaktion auszulösen.

Während unbestritten ist, dass der individuelle Laktatanstieg in Abhängigkeit von der Leistung („Laktatkurve“) ein zuverlässiges Maß für die tatsächliche Leistungsfähigkeit ist, ist unklar, ob die herkömmlichen Bezugspunkte zur Bestimmung der anaeroben Schwelle tatsächlich geeignet sind, die Lage der Laktatkurve zuverlässig zu bestimmen. Im Laufe der Jahre wurden verschiedene Ankerpunkte vorgeschlagen, die jeweils eigene Vor- und Nachteile haben (Tab. 1). Das wichtigste Kriterium für die Auswahl eines dieser Bezugspunkte zur Bestimmung der kardiopulmonalen Fitness oder zur Trainingssteuerung ist jedoch eher die Reproduzierbarkeit als die Validität.

Tab. 1: Die am häufigsten verwendeten Ankerpunkte in der Leistungsdiagnostik
Bezeichnung	Abkürzung	Synonym	Konzept	Bemerkungen	Erstbeschreibung
Aerobe Schwelle	AeT	–	Belastungsintensität bei einer Laktatkonzentration im Kapillarblut von 2,0 mmol/L	Nur im deutschsprachigen Raum gebräuchlich. Geringe Reliabilität, keine einzige Validitätsprüfung bekannt obsolet	[10]
Individuelle anaerobe Schwelle nach Stegmann	IAS	Stegmann-Schwelle, IAS_Stegmann	Belastungsintensität am Berührungspunkt der Tangente an den Laktatanstieg, ausgehend vom Verlauf der Laktatkonzentration nach Belastungsende	Standardisierte Laktatmessung nach Belastungsende erforderlich; berücksichtigt den Abbau, nicht nur die Bildung von Laktat; wenige Daten zur Validität verfügbar	[11]
Individuelle anaerobe Schwelle nach Nettolaktatanstieg	IAS	Individuelle anaerobe Schwelle, IAS, LT2, LTP2	Belastungsintensität bei einem Nettoanstieg der Laktatkonzentration um einen konstanten Betrag (Basislaktat, z. B. 1,5 oder 1,0 mmol/L)	Relativ robust, viele Vergleichsdaten, kein physiologischer, sondern ein biometrischer Ansatz	[12]
Laktatschwelle	LT	LAT, LT1, LTP1, AT	Belastungsintensität beim ersten messbaren Anstieg der Laktatkonzentration im Blut unter Belastung. Gleichzeitig erster Anstieg der nicht metabolischen CO₂-Produktion (entspricht der „VT“)	Aus der Blutlaktatkonzentration schwer zu erfassen, sehr geringe Reliabilität und Validität bezüglich der tatsächlichen Leistungsfähigkeit. Aber: einzige „echte“ „Schwelle“ im Belastungsverlauf	[13]
Maximales Laktat-Steady-State	MLSS	MaxLaSS	Höchste Belastungsintensität mit definitionsgemäß stabiler Laktatkonzentration über 20 Minuten Dauer	Postuliertes Referenzkonzept für die „AAS“. Jedoch nicht eindeutig definierbar, geringe prognostische Aussagekraft für die tatsächliche Leistungsfähigkeit, willkürlicher Wert für die Dauer	[14]
Respiratorischer Kompensationspunkt	RCP	VT2	Beginn einer überproportionalen Steigerung der Belastungsventilation, vermutlich durch die zunehmende belastungsbedingte metabolische Azidose	Nur mit Atemgasanalyse oder Plethysmographie bestimmbar, kaum Vergleichsdaten, Einfluss der Atemregulation. Nicht identisch mit der VT.	[15]
Ventilatorische anaerobe Schwelle	VT	VT1, V-Slope	Erste messbare CO₂-Produktion aus der Bicarbonatpufferung (entspricht der LT) bei steigender Belastungsintensität	Nur mit Atemgasanalyse bestimmbar, durch die Atemregulation beeinflussbar, kaum Daten zur Validität im Sport	[13]
Anaerobe Schwelle	AnT	LT2, LTP2, OBLA, AT, 4-mmol/L-Schwelle	Belastungsintensität bei einer Laktatkonzentration im Kapillarblut von 4 mmol/L	Methodisch robust, aber begrenzte prognostische Aussagekraft für die Ausdauerleistungsfähigkeit	[5]
D-max-Schwelle	D_max	D-max, LT_Dmax	Belastungsintensität, bei der die Laktatkurve den größten Abstand zu einer Geraden zwischen Anfang und Ende der Laktatkurve hat	Punkt, an dem der Laktatanstieg dem durchschnittlichen Laktatanstieg während des Tests entspricht. Die D-max-Methode ist anfällig für die Wahl des Startpunkts.	[16]
Modifizierte D-max-Schwelle	LT_mod	D-max_mod, D_max,mod, LT2, LTP2	Belastungsintensität, bei der die Laktatkurve den größten Abstand zu einer Geraden zwischen der Laktatkonzentration an der LT und dem Ende der Laktatkurve hat	Unabhängig vom Startpunkt der Laktatkurve; wenige Daten zu Validität und Reliabilität verfügbar	[17]

Man kann nicht jeden Tag einen Wettkampf bestreiten

Maximale Leistung, aber ohne maximale Erschöpfung

Die Leistungsdiagnostik eignet sich nicht nur zur Trainingssteuerung, sondern auch zur objektiven Beurteilung der Leistungsfähigkeit. Dafür bietet Ergonizer Prognose- und Analysewerkzeuge, die – auf Basis einfacher Belastungsdiagnostik – präzise Aussagen zur dynamischen Leistungsfähigkeit für eine Vielzahl spezifischer Belastungsarten liefern.

Im Wettkampfsport hat dies den Vorteil, dass ein leistungsdiagnostischer Test in der Regel weniger belastend ist als ein „echter“ Wettkampf. Mit anderen Worten: Mit der Leistungsdiagnostik lässt sich vorhersagen, was Sie in einem Marathon erreichen können – ohne tatsächlich an einem Marathonrennen teilzunehmen. Also ohne die starke Erschöpfung, die nach einem Marathon in der Regel zu erwarten ist.

Leistungsdiagnostik?

Der Begriff „Leistungsdiagnostik“ wird in der Sportmedizin und Sportwissenschaft häufig als Synonym für die objektive Messung der kardiopulmonalen Leistungsfähigkeit, der kardiopulmonalen Fitness oder auch der Ausdauerleistungsfähigkeit verwendet [2]. Andere Faktoren der körperlichen Leistungsfähigkeit wie Kraft, Koordination oder Schnelligkeit scheinen dabei von geringerem Interesse zu sein. Ein Grund für diese Besonderheit könnte in der herausragenden Bedeutung der Ausdauer als Prädiktor für Lebenserwartung und Mortalität liegen[18]. Zudem gilt Ausdauertraining als die wirksamste Maßnahme für einen gezielten, gesundheitsfördernden Kalorienverbrauch.

Mehr noch: In vielen Wettkampfsportarten ist die Ausdauerleistungsfähigkeit eine wichtige (z. B. in vielen Spielsportarten) oder sogar notwendige (z. B. im Langstreckenlauf, Triathlon oder Radsport) Voraussetzung für eine hohe sportartspezifische Leistung[19].

Vielfältige Indikationen für die Leistungsdiagnostik

Die Leistungsdiagnostik dient einem breiten Spektrum klinischer und nichtklinischer Zwecke. Im klinischen Bereich ist sie unverzichtbar, um die kardiopulmonale Fitness zu beurteilen, mögliche gesundheitliche Probleme zu erkennen und Rehabilitationsprogramme zu steuern. Außerhalb der Klinik ist sie für Sportler und Fitnessbegeisterte von großem Wert, die ihr Training optimieren, ihre Fortschritte verfolgen und bestimmte Leistungsziele erreichen möchten. Diese doppelte Anwendbarkeit unterstreicht die Vielseitigkeit und Bedeutung der Leistungsdiagnostik für die Förderung von Gesundheit und sportlicher Spitzenleistung.

Einsatzmöglichkeiten der Ausdauerleistungsdiagnostik

Messung der Ausdauerleistungsfähigkeit und kardiopulmonalen Fitness bei Sportlern und Normalpersonen (Leistungsdiagnostik)
Erstellung von Trainingsempfehlungen zur Entwicklung der Ausdauerleistungsfähigkeit (Trainingssteuerung)
Trainingsvorgaben und Verlaufsdiagnostik in der Rehabilitation
Spezifische Leistungsprognosen für den Ausdauerwettkampfsport
Wissenschaftliche Charakterisierung von Testpersonen hinsichtlich ihrer motorischen Fähigkeiten
Bestimmung oder Verlaufsbeurteilung funktioneller Einschränkungen bei schweren chronischen internistischen Erkrankungen
Diagnostik bei Verdacht auf Myopathie oder Mitochondriopathie
Präoperative Abklärung bei speziellen Erkrankungen (z. B. bei der Frage nach einer Herztransplantation oder Lungenteilresektion), meist in Kombination mit der Messung der maximalen Sauerstoffaufnahme
Gutachten zur objektiv gemessenen Leistungsfähigkeit von Testpersonen
Arbeitsmedizinische Untersuchungen und Gutachten

Der Stufentest – ein universelles Testprinzip

Zur Bestimmung der „anaeroben Schwelle“ und weiterer Referenzdaten der Ausdauerleistungsfähigkeit wird die Blutlaktatkonzentration in Form einer sogenannten „Laktatleistungskurve“ gegen die erreichte Leistung aufgetragen.

Das Testverfahren wird in der Regel als sogenannter Stufentest durchgeführt (Abb. 15). Das heißt, mit jeder Stufe konstanter Dauer wird die Leistung um eine konstante Stufenhöhe gesteigert.

Leistungsberechnung der letzten Stufe in einem Stufentest

Wurde der Test vor Ablauf einer vollen Stufendauer beendet, z. B. wegen Erschöpfung der Testperson, wird die maximale Leistung (\(P_{\mathrm{max}}\)) anteilig mit dieser Gleichung (1) berechnet:

(1)\[P_{\mathrm{max}} = P_{\text{vorletzte Stufe}}+\frac{P_{\text{Stufenhöhe}}\times t_{\text{letzte Stufe}}}{t_{\text{Vorgabe}}}\]

wobei \(t\) die Zeitdauer und \(P\) die Leistung ist. Im Einzelnen ist \(P_{\text{vorletzte Stufe}}\) die Leistung auf der vorletzten Stufe, \(P_{\text{Stufenhöhe}}\) die Leistungssteigerung pro Stufe, \(t_{\text{letzte Stufe}}\) die Dauer der letzten Stufe und \(t_{\text{Vorgabe}}\) die vorgegebene Dauer jeder Stufe. Wenn also in einem Stufentest mit einer vorgegebenen Stufendauer (\(t_{\text{Vorgabe}}\)) von 3 Minuten \(P_{\text{Stufenhöhe}}\) 50 Watt betrug und die letzte Stufe mit 350 Watt anderthalb Minuten (\(1{,}5\ \mathrm{min}\)) gehalten werden konnte, ergibt sich das Ergebnis in (2):

(2)\[P_{\mathrm{max}} = 300\ \mathrm{W}+\frac{50\ \mathrm{W}\times 1{,}5\ \mathrm{min}}{3{,}0\ \mathrm{min}} = 325\ \mathrm{W}\]

Diese Berechnung führt Ergonizer automatisch durch. Laktatkurven von Hand zu zeichnen wäre dagegen nicht nur mühsam, sondern auch fehleranfällig: Verschiedene Untersucher wenden naturgemäß unterschiedliche Kriterien für die Interpolation und Auswertung einer solchen Kurve an. Selbst die Verwendung von Tabellenkalkulationen oder nicht spezialisierter Statistiksoftware liefert beispielsweise kein robustes und natürliches Messergebnis.

Wichtig

Ein Belastungstest bis zur maximalen Erschöpfung darf ohne ärztliche Aufsicht nur bei gesunden Personen oder nach einer Gesundheitsuntersuchung mit unauffälligem Befund durchgeführt werden.

Ergonizer wertet Testergebnisse aus und macht sie verständlich

Ergonizer erstellt automatisch und untersucherunabhängig robuste Auswertungen aller relevanten Ergebnisse und Berechnungsdaten Ihrer Belastungstests. Auf Grundlage der automatischen Auswertung der allgemeinen Leistungsdaten und der sogenannten „anaeroben Schwelle“ berechnet das Programm eine Liste aller relevanten Trainingsbereiche für individuelle Vorgaben, die für die Betreuung eines erfolgreichen Ausdauertrainings wichtig sind.

Warnung

Eine leistungsdiagnostische Untersuchung ersetzt keinesfalls eine sportmedizinische Gesundheitsuntersuchung. Im medizinischen Kontext wird die Leistungsdiagnostik jedoch sehr häufig als zusätzliche (auch ärztliche) Leistung angeboten.

Verschiedene Belastungsarten in der Laktatdiagnostik

Laktatdiagnostik lässt sich mit einer Vielzahl unterschiedlicher Belastungsarten durchführen. Am häufigsten werden solche Tests auf dem Fahrradergometer sowie als Lauf- oder Gehtests auf dem Laufbandergometer durchgeführt. Verschiedene andere spezielle Belastungsformen, z. B. Rudern, Kanu, Handbike, Berglauf, Skilanglauf oder Schwimmen, werden mit dem Ziel eingesetzt, eine möglichst hohe Übereinstimmung mit den jeweiligen Sportarten und Bewegungsformen zu erreichen. Auch die Handkurbelergometrie wird häufig eingesetzt, um Patienten mit krankhaften Beeinträchtigungen der Beine zu untersuchen.

Zusätzliche Anwendungsmöglichkeiten für spezielle Belastungsformen in Feldtests, etwa im Fechten, sind ebenfalls möglich[20]. Beachten Sie jedoch, dass Spezifität oft bedeutet, auf die Standardisierung der Belastungsintensität zu verzichten. So lässt sich bei Laufbandtests mit Skilangläufern die Laufgeschwindigkeit nicht in eine valide physikalische Leistung umrechnen. Zudem gibt es bei Ruder- und Kanuergometrie sowie bei Feldtests keine technische Möglichkeit, die Leistung automatisch zu regeln. Die Testperson muss daher eine externe Leistungsvorgabe selbst einhalten, was eine gewisse Übung und Gewöhnung an den Test erfordert.

Eine Übertragung von Ergebnissen z. B. zwischen Fahrrad- und Laufbandergometrie oder anderen Belastungsarten ist aufgrund deutlich unterschiedlicher lokomotorischer Anforderungen nur sehr eingeschränkt möglich[21][22]. Generell gilt: Je ambitionierter das wettkampfsportliche Engagement der getesteten Person, desto spezifischer sollte das Ergometer gewählt werden. Langstreckenläufer oder Fußballspieler sollten idealerweise auf dem Laufband getestet werden, Radsportler auf dem Fahrrad.

In der Regel führt die Laufbandergometrie zu einer etwas höheren Herz-Kreislauf-Belastung als das Radfahren und kann auch bei Personen ohne Radfahrerfahrung eingesetzt werden. Allerdings ist es schwierig, direkt während des Laufens Kapillarblutproben zu entnehmen oder EKG-Aufzeichnungen vorzunehmen; deshalb muss die Laufbandbelastung nach jeder Belastungsstufe kurz unterbrochen werden. Tests auf dem Fahrradergometer lassen sich dagegen ohne Pausen durchführen. Auch eine gleichzeitige Spiroergometrie (Atemgasanalyse während der Belastung) lässt sich auf dem Fahrradergometer wegen der fehlenden Pausen zwischen den Stufen zuverlässiger interpretieren als auf dem Laufband.

Die vorgegebene Leistung am Ergometer unterliegt als Messgröße der Leistungsdiagnostik ebenfalls grundlegenden Gütekriterien und muss durch regelmäßige Gerätekalibrierung sichergestellt werden. Feldtests hingegen stellen die Herausforderung, die Leistung präzise zu messen und zu steuern, z. B. per GPS beim Laufen oder mit Kurbeln mit Pedalkraftmessung beim Radfahren.

Wichtig

Für eine zuverlässige Dateninterpretation werden regelmäßige Kalibrierungen des Ergometers und des Messgeräts für die Laktatkonzentration dringend empfohlen.

Praktische Empfehlungen für Stufentests

Die am häufigsten verwendete Vorgabe für die Stufendauer in Stufentests ist 3 min. Tests mit einer anderen, aber durchgehend konstanten Dauer (z. B. 2 oder 5 Minuten Stufendauer) sind untereinander vergleichbar. Unterschiedliche Stufendauern führen in der Laktatdiagnostik jedoch zu unterschiedlichen Ergebnissen – ohne dass der Informationsgewinn steigt, z. B. wenn die Stufendauer verlängert wird. Die daraus folgende Verlängerung der Gesamttestdauer kann bei manchen Testpersonen zu einem vorzeitigen Belastungsabbruch führen.

Zeitabhängige Umverteilungsprozesse sind auch dafür verantwortlich, dass die maximale Blutlaktatkonzentration nicht direkt am Testende erfasst werden kann, sondern je nach Gesamtdauer und Intensität des Tests oft erst einige Minuten nach Belastungsende. Daher müssen im weiteren Verlauf mehrere Nachbelastungswerte gemessen werden (z. B. in der 1., 3., 5. und 10. Minute der Nachbelastungsphase), um den tatsächlichen Maximalwert der Laktatkonzentration zuverlässig zu erfassen.

Hinweis

Ein Stufentest muss bei gesunden Sportlern mindestens 5 Stufen und eine Gesamtdauer von mindestens 15 Minuten umfassen. Mehr Stufen verbessern die Genauigkeit der Interpretation durch Ergonizer. Zu viele Stufen und eine zu lange Gesamttestdauer verringern sie allerdings wieder. Ist die Testperson nicht leistungsfähig genug, um im regulären Testprotokoll mindestens 5 Stufen zu absolvieren, sollten Sie eine Verkürzung der Stufendauer (2 min) in Betracht ziehen.

Eine korrekte Interpretation des Laktatanstiegs während der Belastung erfordert eine ausreichende Zahl einzelner Belastungsstufen und damit Messpunkte. Zudem ist eine ausreichende Zahl von Messpunkten im untersten Belastungsbereich notwendig, um die LT zu erfassen.

Wichtig

Laufbandtests mit gesunden und fitten Testpersonen sollten immer bei 6 km/h statt bei 8 km/h begonnen werden. Wirkt eine Person tatsächlich zu fit für 8 km/h, wird sie eine zusätzliche 3-minütige Stufe bei niedriger Belastungsintensität sicher nicht stören. Die Genauigkeit der Auswertung verbessert sich dadurch jedoch erheblich.

Da die Leistungsfähigkeit der Testperson vor dem Test naturgemäß noch nicht bekannt ist, empfiehlt es sich, den Test bei möglichst niedriger Leistung zu beginnen. So können selbst sehr fitte Läufer problemlos mit 6 km/h laufen, während Personen mit Leistungseinschränkungen bei 8 km/h bereits einen gewissen Anstieg der Laktatkonzentration aufweisen.

Die besonderen Anforderungen der Laktatdiagnostik führen daher zu Empfehlungen für Belastungsprotokolle, die teilweise von anderen klinisch-medizinischen Leitlinien abweichen (Tab. 2). Dies betrifft z. B. das einfache Belastungs-EKG (2 Minuten Stufendauer, höhere Anfangsleistung, um zu lange Tests zu vermeiden) und insbesondere die Durchführung der Spiroergometrie (Rampentest). Ist die gleichzeitige Durchführung von Spiroergometrie und Laktatdiagnostik innerhalb eines Testablaufs gewünscht, müssen beim Belastungsprotokoll Kompromisse zugunsten der Laktatanalyse eingegangen werden.

Tab. 2: Belastungsprotokolle zur Durchführung der Ausdauerleistungsdiagnostik mit Laktatdiagnostik in der Fahrradergometrie, Laufbandergometrie, Ruderergometrie und im Feldtest (Laufen). Andere Ergometriearten werden analog angewendet. Ziel ist jeweils, mindestens vier Belastungsstufen durchzuführen und die Belastungsprotokolle möglichst wenig zu variieren, um Vergleichsmöglichkeiten zu erhalten (BDR = Bund Deutscher Radfahrer).
Gruppe	Start	Stufenhöhe	Stufendauer

Fahrradergometrie
Klinische Patienten	20 W[23]	10 W	1 min
Ambulante Patienten und Rehabilitationssport	25 W[24]	25 W	2 min
Gesunde Normalpersonen	50 W	25 oder 50 W	3 min
Freizeitsportler	50 W	25 oder 50 W	3 min
Leistungssportler	50 W	50 W	3 min
Radsportler (BDR)	80 W	20 W	3 min


Laufband (Gehen mit konstanter Geschwindigkeit)
Klinische Patienten (Gehtest)	0 % Steigung bei 2, 4 oder 6 km/h konstanter Geschwindigkeit	2,5 % oder 5 % Steigung	2 min[24]
Ambulante Patienten und Rehabilitationssport (Gehtest)	0 % Steigung bei 2, 4 oder 6 km/h konstanter Geschwindigkeit	5 % Steigung	3 min


Laufband[25] (Laufen mit konstanter Steigung)
Gesunde Normalpersonen (Gehtest)	4 oder 6 km/h, ~1,5 % konstante Steigung	2 km/h	3 min
Freizeitsportler (Lauftest)	4 oder 6 km/h, ~1,5 % konstante Steigung	2 km/h	3 min
Leistungssportler (Lauftest)	6 km/h, ~1,5 % konstante Steigung	2 km/h	3 min


Feldtest Laufen (z. B. 400-m-Bahn)
Normalpersonen und Sportler (Lauftest)	300 m (6 km/h) oder 400 m pro 3 min (8 km/h)	100 m pro 3 min (2 km/h)	3 min


Ruderergometrie
Leistungssportler	50 oder 100 W	50 W	3 min

Messung der Laktatkonzentration im Kapillarblut während der Belastung

Die wichtigste Anwendung unserer Software Ergonizer beruht auf der grafisch-mathematischen Auswertung des Laktats im Kapillarblut während standardisierter körperlicher Belastung. Dazu müssen während eines Belastungstests (Stufentest) in regelmäßigen Abständen kleine Blutmengen entnommen werden.

Hinweis

Eine Blutentnahme aus der Fingerbeere ist bei Belastungstests aus verschiedenen Gründen nicht empfehlenswert. Wesentlich besser ist die Entnahme von Kapillarblut aus dem Ohrläppchen.

Blutentnahme aus dem Finger oder dem Ohrläppchen?

Auch wenn es aus praktischen Gründen sinnvoll erscheinen mag, die Blutprobe für die Laktatmessung aus dem Finger statt aus dem Ohrläppchen zu entnehmen, spricht vieles dagegen.

Das wichtigste Argument für das Ohrläppchen als Entnahmeort ist, dass nur hier das „richtige“ Blut für die Analyse gewonnen wird: Das Ohrläppchen wird direkt vom Herzen mit arteriellem Blut versorgt – ohne Umwege oder Beeinflussung durch arbeitende Muskulatur oder größere Organkompartimente.

Das Ohrläppchenblut entspricht dem gemischtvenösen Blutstrom, d. h., es repräsentiert die Laktatkonzentration, die sich aus allen Kompartimenten des Körpers mischt. Saubere Laktatwerte erhält man während der Belastung daher nur aus dem Ohrläppchen, nicht aber aus dem Finger.

Am Finger ist das Laktat entweder zu hoch oder zu niedrig

Je nach Art und Intensität der Belastung fallen die Laktatwerte aus dem Finger entweder zu hoch oder zu niedrig aus. Einerseits werden die Werte fälschlich zu niedrig gemessen, wenn die Armmuskulatur eher entspannt ist (z. B. beim langsamen Laufen) und daher Laktat aus dem Körper aufnimmt. Diese Laktatmenge fehlt dann an der Fingerbeere für eine repräsentative Messung.

Umgekehrt erhalten Sie fälschlich hohe Werte, wenn die Arme stark beansprucht werden, z. B. beim intensiven Treten auf dem Fahrradergometer mit kräftigem Ziehen am Lenker – immer dann, wenn ein relevanter Teil der Arbeit mit den oberen Extremitäten verrichtet wird. Besonders ausgeprägt ist dieser Effekt bei Belastungen auf dem Ruderergometer, beim Schwimmen oder beim Skilanglauf.[26][27]

Aufbereitung und zeitliche Stabilität von Laktatproben

Proben kühl lagern

Die Stabilität der Laktatkonzentration in Blutproben hängt von der Weiterverarbeitung der Proben ab – mit der Zeit können durch fortlaufende glykolytische Prozesse fälschlich hohe Laktatwerte entstehen. Nicht hämolysierte Vollblutproben zeigen aufgrund von Umverteilungsprozessen und der vitalen Glykolyse in den Erythrozyten eine deutlich stärkere Drift nach oben als Hämolysate. Werden große Zahlen von Testpersonen oder Sportlern gleichzeitig getestet, wie z. B. bei Feldtests, kann eine Kühlung der Proben mit Nasseis oder Kühlakkus eine Option für eine bessere Stabilität sein. Eine Hämolysierung in Kombination mit Kühlung verbessert die Stabilität noch weiter.

Achtung

Eine Kühlung von Laktatproben auf 4 °C (39 °F) erhöht die Stabilität der Laktatwerte deutlich.[28]

Zudem müssen Laktatmessungen aus Vollblut gegenüber hämolysierten Werten korrigiert werden, da die Laktatmenge innerhalb der (intakten) Erythrozyten nicht erfasst werden kann. Heute wird Vollblut ohne Hämolyse vor allem in tragbaren photometrischen Geräten verwendet, die wiederum eine sofortige Messung erfordern, sodass das Problem der zeitlichen Umverteilung keine Rolle spielt. Es besteht jedoch die beschriebene Notwendigkeit, die Laktatkonzentration unter geschätzter Berücksichtigung der Laktatmenge in den roten Blutkörperchen umzurechnen.[29]

Die Verwendung von heparinisiertem Vollblut wie in BGA-Geräten mit paralleler Bestimmung der Blutlaktatkonzentration, wie in der Intensivmedizin üblich, ist wegen der unklaren Verteilung zwischen extra- und intraerythrozytärem Kompartiment definitiv unsicher und wird daher für die Belastungsdiagnostik nicht empfohlen. Aus denselben Gründen wird auch die Messung der Laktatkonzentration im Blutplasma nicht mehr empfohlen, obwohl viele Referenzdaten aus den 1970er- bis 1990er-Jahren noch auf dieser Technik beruhten.[30]

Hämolysierung als mögliche Alternative

Hämolysierte Proben lassen sich dagegen ohne Kühlung etwa 20 h stabil messen. Zudem macht die Hämolyse unabhängig von der beschriebenen Umverteilungsdynamik stets die gesamte Laktatmenge für das jeweilige Probenvolumen verfügbar [31], weshalb die Hämolyse heute generell empfohlen wird. Ist eine noch höhere zeitliche Stabilität der Laktatkonzentration gewünscht (z. B. bei längeren Exkursionen), können die hämolysierten Proben auch eingefroren oder mit antiglykolytischen Substanzen (z. B. Fluoridsalzen) versetzt werden. Dabei ist jedoch auf eine mögliche Wechselwirkung der Analysereaktion mit den stabilisierenden Substanzen zu achten.

Achtung

Die gemessenen Laktatwerte können zwischen hämolysierten und nicht hämolysierten Vollblutproben erheblich voneinander abweichen. In nicht hämolysierten Proben wird das in den roten Blutkörperchen enthaltene Laktat nicht erfasst, was zu einer Unterschätzung der Gesamtlaktatkonzentration führen kann. Hämolysierte Proben setzen dagegen das gesamte intrazelluläre Laktat frei und geben die Gesamtlaktatkonzentration im Blut daher genauer wieder.[32]

Zudem gibt es keine hinreichend konstante Umrechnungsmethode zwischen beiden.