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Endurance exercise performance: The Physiology of Champions. Joyner, M. & Coyle, E., F. (2008)

Da unser normales Format zur Aufarbeitung von wissenschaftlichen Papern (Sports Science Stories auf Instagram) den Rahmen dieser Thematik sprengen würde, gehen wir in diesem Mini-Blog etwas genauer auf das Paper bzw. den Review von Joyner, M. & Coyle, E., F. (2008) ein, der sich mit den physiologischen Paramatern von Elite-Ausdauersportlern beschäftigt.


Der Review bezieht sich auf vier wesentliche Komponenten:

  1. Maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max)

  2. Lactate threshold

  3. Performance VO2 und anaerober Metabolismus

  4. (Bewegungs-)Ökonomie

1) VO2max

  • Oberes Limit der maximalen Sauerstoffaufnahme

  • Ist im wesentlichen abhängig vom Herzminutenvolumen, Hämoglobin, der muskulären Durchblutung und der Fähigkeit der Muskulatur möglichst viel Sauerstoff aufnehmen und verarbeiten zu können

  • Hohe maximale Sauerstoffaufnahmen bei Weltklasse-Sportlern aufgrund eines hohem Herzminutenvolumen, hoher Kapillarisierung, hohem Blutvolumen und einer hohen mitochondrialen Dichte

  • VO2max ist variabel: kann sich im Laufe einer Einheit verändern (Reduktion durch Abfall des Schlagvolumens, Reduktion durch frühzeitige Muskelerschöpfung aufgrund eines reduzierteren Blutflusses sowie unzureichender Transport von Sauerstoff zur Muskulatur). Bei kontinuierlichen Ausdauerwettkämpfen die länger als 10 - 15 Minuten dauern wird die maximale Sauerstoffaufnahme meist nicht erreicht; Wettkampfbelastung liegt unter der maximalen Sauerstoffaufnahme (z.B. Laufsport: Marathon 75% - 85% der VO2max, 10km 90% - 100% der VO2max)


Fazit: VO2max ist das obere Limit der oxidativen Leistungsfähigkeit. Wird durch mehrere unterschiedliche Komponenten beeinflusst welche bei der Aufnahme, dem Transport und der Verarbeitung von Sauerstoff beteiligt sind. Viele Wettkämpfe im Ausdauerbereich werden bei einer Intensität die unter der VO2max liegt ausgetragen.


2) Lactate threshold

  • Spiegelt den muskulären glykolytischen Stress wider (geringe Laktatkonzentrationen = geringer muskulärer glykolytischer Stress; hohe Laktatkonzentrationen = hoher muskulärer glykolytischer Stress)

  • Abhängig von der oxidativen Fähigkeit der Muskulatur

  • Je besser die oxidative Fähigkeit desto näher liegt die lactate threshold an der VO2max

  • Laktatkonzentration hängt auch von der Größe und Anzahl der beanspruchten Muskulatur ab -> Elite Radsportler besitzen die Fähigkeit 20 – 25% mehr Muskelmasse während einer einstündigen Belastung bei 85% bis 90% der VO2max zu aktivieren -> Reduktion des Stresses auf einer einzelnen Muskelfaser (Arbeit wird sozusagen auf mehrere Muskelfasern aufgeteilt – geringerer glykolytischer Stress pro Muskelfaser)

  • Bei Belastungen über 2h im Bereich der lactate threshold -> Muskelglykogen wird erschöpft -> Belastung kann nicht aufrecht gehalten werden

Fazit: Wird von der oxidativen Fähigkeit der Muskulatur bestimmt. Die oxidative Fähigkeit der Muskulatur hängt wiederum von der Mitochondrien-Anzahl, Mitochondrien-Dichte und der Kapillarisierung (Transport von O2 zur Muskulatur sowie Abtransport von CO2, Laktat und „Abfallprodukten“) ab. Die Laktatkonzentration ist ein Marker für den muskulären glykolytischen Stress der Belastung.


3) Performance VO2 und anaerober Metabolismus

  • Anteil von aerobem und anaerobem Stoffwechsel während der Belastungen kann in den meisten Fällen abgeschätzt oder indirekt berechnet werden.

  • Je länger die Belastung desto geringer der Einfluss des anaeroben Stoffwechsels

  • Radsportler mit der selben VO2max unterscheiden sich z.B. während eines Testes bei 88% der VO2max, welcher so lange absolviert wird bis die Belastung nicht mehr aufrecht gehalten werden kann, unteranderem aufgrund der Höhe ihrer lactate threshold. Interessant: Einige Probanden könnten die Belastung außergewöhnlich lange aufrecht halten. Grund dafür ist womöglich unteranderem die besonders gute oxidative Kapazität der Muskulatur.

  • Bei hoch intensiven Belastungen nahe der VO2max: bereits kleine Reduktionen der Sauerstoffzufuhr zur Muskulatur führen dazu, dass Ermüdung überproportional schnell einsetzt


4) Ökonomie:

  • Gibt an wie viel Sauerstoff für eine gegebene Leistung benötigt wird

  • Beim Laufen: Wie viel ml Sauerstoff pro kg pro km wird benötigt, um eine gegebene Geschwindigkeit aufrecht zu halten? –> kann zwischen unterschiedlichen Personen um bis zu 30 – 40% variieren

  • Beim Radfahren: Prozentueller Anteil zwischen gemessener Sauerstoffaufnahme (errechneter Leistungsabgabe) und tatsächlicher Leistungsabgabe = Gross Efficiency. Im Vergleich zur Laufökonomie geringere Variationen bei Radsportlern (20 – 30%)

  • Mehr als die Hälfte dieser Variationen ist auf den Anteil der Typ1 Muskelfasern zurückzuführen (Typ1 Fasern besitzen eine höhere mechanische Effizienz)

  • Switch von Muskelfasern eher fraglich, jedoch kann die oxidative Fähigkeit von Muskelfasern verändert werden -> ähnliche oxidativen Fähigkeiten bei Typ1 und Typ2 Fasern möglich

  • Elite Radsportler weisen eine höhere selbstgewählte Trittfrequenz als weniger trainierte Radsportler auf -> weniger muskuläre Belastung pro Kurbelumdrehung -> schnell ermüdende Fasern mit erhöhten Kraftpotential werden „aufgespart“

  • Wenig Längsschnittstudien welche die „Trainierbarkeit“ der Ökonomie untersuchen

  • Querschnittstudien deuten auf eine geringe Trainierbarkeit hin

  • Einige Studien konnten zeigen, dass es durch plyometrisches Training sowie durch schweres Krafttraining zu einer Verbesserung der Laufökonomie kommen kann

  • Einzelfallstudien konnte eine 14%ige Verbesserung der Laufökonomie über 5 Jahre feststellen (Weltrekordhalterin über die Marathondistanz)

  • Eher geringe Verbesserungen der Gross Efficiency: 8%ige Verbesserung über 7 Jahre

  • Zu erwartende Verbesserungsraten der Ökonomie mit kontinuierlichem Ausdauertraining: 1-3% pro Jahr


Fazit: Je besser die Ökonomie desto weniger Sauerstoff muss aufgenommen werden, um eine x Geschwindigkeit oder x Leistung aufrecht zu halten. LäuferInnen zeigen höhere Variationen der Ökonomie verglichen mit RadsportlerInnen (Annahme: Größere beteiligte Muskelmasse während dem Laufen und/oder Variationen in der Steifigkeit der Sehnen, Bänder -> steifere Bänder, Sehnen -> bessere Kraftübertragung). Um Aussagen über die Trainierbarkeit der Ökonomie tätigen zu können bedarf es mehrere Längsschnittstudien.



Literaturverzeichnis:

Joyner, M. J., & Coyle, E. F. (2008). Endurance exercise performance: the physiology of champions. The Journal of physiology, 586(1), 35-44.

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