Die maximale Sauerstoffaufnahme

  • von: Rafael
  • am: 08.12.2009 02:24:10
  • in der Kategorie: Sport
Leider gibt es auch unter Medizinern falsche Vorstellungen über die Sauerstoffaufnahme. Vielfach wird darunter nur die O2-Aufnahme in der Lunge verstanden, gemeint ist aber die O2-Aufnahme der inneren Organe, bei körperlicher Belastung in erster Linie der Muskulatur.

Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max) repräsentiert das maximale Transportvermögen von Sauerstoff aus der Atemluft in die Arbeitsmuskulatur. Sie ist das Maß für 1. die Sauerstoff-Zufuhr (Atmung), 2. den Sauerstoff-Transport (Herz-Kreislauf-System) sowie 3. die Sauerstoff-Verwertung (Muskelzelle) im Ausbelastungszustand des Organismus. Entscheidend ist, wieviel Sauerstoff im Muskelstoffwechsel für die aerobe Energiegewinnung zur Verfügung gestellt wird: Denn je höher die VO2max, desto höher kann die Intensität einer Ausdauerbelastung bzw. Dauerleistung sein, ohne eine “Sauerstoffschuld“ eingehen zu müssen (d.h. ohne “sauer“ bzw. “blau“ zu werden) bzw. umso länger kann eine submaximale Leistung erbracht werden - mit einem Wort, desto größer ist die Ausdauerleistungsfähigkeit, die sog. aerobe Kapazität. Was versteht man eigentlich unter dem Begriff “Ausdauer“ ? Diese kann vereinfacht als Ermüdungs-Widerstandsfähigkeit definiert werden. Genauer gesagt, versteht man darunter die Fähigkeit, möglichst lange einer Belastung zu widerstehen, deren Dauer und Intensität letztlich zur Ermüdung und damit zur Leistungseinbuße führt. Die allgemeine Ausdauer kommt zum Tragen, wenn mindestens ein Sechstel der gesamten Skeletmuskulatur mindestens 3 Minuten lang zyklisch-dynamisch beansprucht wird. Bei einem geringeren Muskeleinsatz ist die lokale Muskelausdauer entscheidend und nicht die VO2max.

Die VO2max ist somit das Bruttokriterium für die allgemeine Ausdauerleistungsfähigkeit.
Gehen wir nun genauer auf die drei Faktoren ein:

• Sauerstoff-Zufuhr
• Sauerstoff-Transport
• Sauerstoff-Verwertung

1. Die Sauerstoff-Zufuhr :
In der Lunge erfolgt der Übertritt von Sauerstoff (O2) aus der eingeatmeten Luft ins arterielle Blut und gleichzeitig der Übertritt von Kohlendioxid (CO2) vom venösen Blut in die Ausatemluft (sog. Gasaustausch). Dabei wird dem Blutkreislauf in der Lunge immer ein Mehrfaches an O2 angeboten, als er ausschöpfen kann. Daraus folgt, dass ein großes Lungenvolumen nicht automatisch eine hohe VO2max bewirkt - wenn also jemand glaubt, dass ihn seine große Lungenkapazität (Vitalkapazität) von vornherein zum besseren Ausdauersportler macht, dann irrt er! Entscheidend ist nämlich, wieviel des Sauerstoffangebotes in der Lunge vom Blutkreislauf aufgenommen und zu den arbeitenden Muskeln transportiert werden kann (siehe unten).
Es kommt also primär nicht auf eine “Pferdelunge“ an, weshalb die Atmung (eine normale Lungenfunktion vorausgesetzt) nicht der leistungslimitierende Faktor für die Ausdauerleistungsfähigkeit ist.
Wohl aber führt Ausdauertraining unter anderem auch zu einer größeren Vitalkapazität und erhöht so das Sauerstoffangebot für den Blutkreislauf.

2. Der Sauerstoff-Transport :
Im Anschluss an den Gasaustausch bewerkstelligt der Blutkreislauf den O2-Transport zu allen Organen, somit auch zur Muskulatur (“Arbeitsmuskulatur“), wobei die roten Blutkörperchen (Erythrocyten) als “Sauerstoffträger“ fungieren. Aufrechterhalten wird der Blutkreislauf vom Herz als “Pumpe“, weshalb man diese funktionelle Einheit als Herz-Kreislauf-System bezeichnet.
Dieses hat - im Gegensatz zur Atmung - eine entscheidende Bedeutung für die VO2max und damit für die aerobe Kapazität : Je mehr Blut pro Minute vom Herz gefördert wird und durch den Kreislauf fließt, desto mehr O2 wird aus der Atemluft mittels Gasaustausch ins Blut aufgenommen und zur Arbeitsmuskulatur befördert. Diese Größe wird Herzminutenvolumen (HMV) genannt und ist der limitierende Faktor für die VO2max.
Um bei bereits trainingsbedingt individuell optimalem HMV die Transportkapazität für Sauerstoff weiter zu erhöhen, war früher im Hochleistungssport - und seit wenigen Jahren wieder - “Blutdoping“ gang und gäbe. Dabei führt man in der Vorbereitungsperiode eine Blutspende und vor dem Wettkampf die Eigenbluttransfusion (in der Regel nur die roten Blutkörperchen als Erythrocytenkonzentrat) durch. Seit Ende der 80er Jahre wird dieses “blutige“ Verfahren durch Doping mit Erythropoietin (“EPO“) ersetzt - die heutige, “elegante“ Form des “Blutdoping“, spätestens seit der Tour de France 1998 jedem ein Begriff (Buchtipp: “Gedopt“ von Willy Voet, Sport Verlag Berlin).

Erythropoietin ist ein menschliches Peptidhormon, das die Bildung der roten Blutkörperchen (Erythrocyten) im Knochenmark anregt. Es wird gentechnologisch hergestellt und dient in der modernen Medizin als wirksames Mittel bei verschiedenen Formen der Anämie (Blutarmut). Als körpereigene Substanz konnte sie lange Zeit bei Dopingkontrollen nicht direkt nachgewiesen werden, erst seit 2002 ist der Nachweis im Harn möglich. Einen indirekten Hinweis auf EPO-Doping gibt ein “dickes Blut“ (erhöhter Hämatokrit durch vermehrte Erythrocyten). Dieses birgt große Gefahren: Ein Zuviel an roten Blutkörperchen wirkt sich nicht nur negativ auf die Fließeigenschaften des Blutes und damit auch auf den Sauerstofftransport aus, sondern kann in Extremfällen zu Gerinnselbildung oder Herzüberlastung mit akuter Todesfolge führen. Mehrere, nicht publik gemachte akute Todesfälle im Profi-Radrennsport Ende der 80er und Anfang der 90er-Jahre sind auf übertriebenes, schlecht kontrolliertes (Hämatokrit!) Erythropoietindoping zurückzuführen. Man muss nämlich auch bedenken, dass aufgrund des durch Schweiß bedingten Flüssigkeitsverlustes bei ungenügender Flüssigkeitszufuhr das Blut weiter “eindickt“.
Auch Anabolika bewirken - neben ihrer Haupt“aufgabe“ des Muskelaufbaus sowie der Beschleunigung der muskulären Regeneration - eine gewisse Vermehrung der roten Blutkörperchen.
Soweit ein kurzer Ausflug in die Dopingszene im Ausdauersport.

Höhentraining kann ebenfalls die VO2max verbessern, wobei die kompensatorische Vermehrung der roten Blutkörperchen als Sauerstoffträger durch die “dünnere“ Luft (abnehmende Sauerstoffspannung mit zunehmender Höhe) meist nicht sehr ausgeprägt ist und nicht den entscheidenden Trainingseffekt darstellt. Vielmehr bewirkt Höhentraining neben komplexen Effekten auf den Organismus vor allem eine leichtere Abspaltung des Sauerstoffs vom Erythrocyten und damit eine erleichterte O2-Abgabe an die Muskelzelle. Weiters stimuliert es die körpereigene Erythropoietinbildung. Es muss jedoch gesagt werden, dass nicht jeder Ausdauersportler von einem Höhentraining profitiert - am ehesten bringt es Vorteile, wenn auch der Wettkampf in der Höhe ausgetragen wird. Auf diesem Gebiet bedarf es noch weiterer Forschungsarbeit.
Nachtrag Oktober 2007: Grundsätzlich gibt es drei Möglichkeiten des Nutzens der Hypoxie zum Zwecke der Steigerung der Ausdauerleistungsfähigeit:
1) Training in der Höhe - Schlafen in der Höhe
2) Training in der Höhe - Schlafen in Tallage
3) Training in Tallage - Schlafen in der Höhe
Nach heutigem Erkenntnisstand ist nur die dritte Variation zur Steigerung der Ausdauerleistung geeignet, weil erstens in der Höhe keine so hohe Belastungsintensitäten wie in Tallagen möglich sind und allein schon damit der Trainingsreiz zur Erhaltung des Leistungsniveaus nicht gegeben ist (vor allem bei bereits hochausdauertrainiertem Niveau), und zweitens bei längerem Aufenthalt in der Höhe ein gewisser Muskelabbau erfolgt, der - auch wenn er subjektiv nicht als solcher wahrgenommen wird - doch gegeben ist und ebenfalls einer Leistungssteigerung entgegenwirkt.

3. Die Sauerstoff-Verwertung :
Der letzte und für die maximale Sauerstoffaufnahme mitentscheidende Schritt ist die Aufnahme des vom Erythrocyten freigegebenen O2 aus dem Blut in die arbeitende Muskulatur, die den Sauerstoff zur aeroben Energiegewinnung benötigt. Der Übertritt von Sauerstoff erfolgt über direkten Kontakt der Kapillaren (die dünnsten, nur mikroskopisch sichtbaren Blutgefäße, “Haargefäße“) mit den Muskelzellen. Ausdauertraining bewirkt über die belastungsbedingte Blutdruckerhöhung als funktionellen Reiz eine verbesserte Durchblutung der Muskulatur, indem es die bereits vorhandenen Kapillaren erweitert, “Ruhekapillaren“ öffnet und sogar neue Kapillaren bildet. Diese Vorgänge, die letztlich das “Gefäßbett“ vergrößern, werden unter dem Begriff der Kapillarisierung zusammengefaßt.
Ausdauertrainierte haben somit eine bessere Sauerstoffausschöpfung in der Muskulatur. Gleichzeitig wird die Kapazität des aeroben Muskelstoffwechsels erhöht, indem es in den Muskelzellen zur Vermehrung der Mitochondrien (“Kraftwerke der Zelle“) mit entsprechender Erhöhung des Enzymgehalts für die aerobe Energiegewinnung kommt (Verbrennung von Glukose=Traubenzucker und freier Fettsäuren).
Die VO2max wird absolut in Milliliter Sauerstoff pro Minute (ml O2/min) angegeben. Zur Beurteilung der aeroben Kapazität (der allgemeinen Ausdauerleistungsfähigkeit) eignet sich jedoch die relative VO2max besser. Das ist die auf das Körpergewicht bezogene Größe und wird somit in Milliliter Sauerstoff pro kg Körpergewicht und Minute (ml O2/kg und min) angegeben. Damit sind die Werte verschiedener Personen untereinander vergleichbar.

Die Aussagekraft der VO2max bezüglich der spezifischen Ausdauerleistungsfähigkeit in den einzelnen Disziplinen ist unterschiedlich. In Sportarten, in denen das Körpergewicht nicht voll zu tragen ist (z.B. Rudern, Schwimmen, Radfahren in der Ebene), ist die Größe der absoluten VO2max für die Leistungsfähigkeit aussagekräftiger als die relative VO2max. Wenn jedoch Arbeit gegen die Schwerkraft zu leisten ist, wie z.B. in den Laufdisziplinen, verhält es sich umgekehrt. Deshalb streben Mittelstrecken-, Langstrecken- und BergläuferInnen immer ein möglichst geringes Körpergewicht an. Die VO2 wird mittels Spiroergometrie gemessen. Sie kann aber auch rechnerisch ziemlich genau ermittelt werden. Wenn man z.B. die Wattleistung kennt, ist folgende einfache Formel zweckmäßig:
VO2 (ml/min) = 3.5 (bei Frauen 3.2) x kg Körpergewicht plus 12 x Watt
(Wattmax 􀃆VO2max). Abschließend noch eine wichtige Botschaft an diejenigen Aktiven und Trainer, die glauben, durch Training alles erreichen zu können: Du kannst trainieren wie ein Besessener - ob Du im Ausdauersport Weltklasseniveau erreichst, entscheidet die Höhe der maximalen Sauerstoffaufnahme, die Dir bereits in die Wiege gelegt wurde. Die VO2max ist nämlich zum Großteil genetisch determiniert und ihre Trainierbarkeit begrenzt, sie beträgt 20 bis 50%. Die seltenen Einzelbeobachtungen, die einen größeren trainingsbedingten Anstieg der VO2max zeigen, bestätigen als Ausnahmen die Regel. Voraussetzung für eine Spitzen-Ausdauerleistungsfähigkeit ist sozusagen das Talent für eine große aerobe Kapazität, sprich eine hohe VO2max bereits in untrainiertem Zustand: Ein Ausgangswert von mindestens 60ml/kg u. min ist notwendig, damit durch jahrelanges, aufbauendes Training die erforderliche Größe der relativen VO2max erreicht werden kann, um mit der Weltklasse mithalten zu können - nämlich 85 bis 90ml/kg u. min. Zum Vergleich: Ein untrainierter “Normalsterblicher“ hat eine relative VO2max von durchschnittlich 40 bis maximal 50ml/kg u. min. Die trainierbare Steigerung der VO2max erfolgt zentral über das Herz-Kreislauf-System durch Vergrößerung des maximalen Herzminutenvolumens, Ausnahmeerscheinung Miguel Indurain mit 50l/min!) sowie peripher über die bessere Sauerstoffausschöpfung und -verwertung der Muskulatur durch Kapillarisierung und Verbesserung des aeroben Muskelstoffwechsels.

Für die Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit ist jedoch nicht nur die Größe der absoluten oder relativen VO2max ausschlaggebend, sondern vor allem der Anteil der individuellen VO2max, der über einen längeren Zeitraum verfügbar bzw. einsetzbar ist (Klassisches Beispiel: Einzelzeitfahren im Radrennsport). Dies entspricht der VO2max an der Dauerleistungsgrenze, der sog. aerob-anaeroben Schwelle (kurz “anaerobe Schwelle“).
Diese Fähigkeit ist viel besser trainierbar als die VO2max selbst, es besteht eine 50 bis 70%ige Verbesserungsmöglichkeit.

Fazit: Auch wenn die genetische Veranlagung im Ausdauersport letztendlich entscheidend ist, und, statistisch gesehen, nur eine(r) unter Tausenden zum (zur) potentiellen Weltrekordler(in) prädestiniert ist, sollte diese Erkenntnis nicht zur Frustration führen, sondern nur so manch überehrgeizigen Sportler und Trainer, der unrealistischen Erfolg verspricht, auf den Boden der Realität zurückholen. Die Freude am Sport, nicht der Erfolgszwang und das “Siegen müssen“, sollte auch für den leistungsorientierten Athleten immer die stärkste Motivation sein.
Das Wichtigste

• Ausdauer ist, kurz gesagt, “Ermüdungs-Widerstandsfähigkeit“.


• Das entscheidende Bruttokriterium für die allgemeine Ausdauerleistungsfähigkeit (aerobe Kapazität) ist die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max). Sie repräsentiert das maximale Transportvermögen von Sauerstoff aus der Luft in die Muskulatur: 1. O2-Zufuhr (Atmung), 2. O2-Transport (Herz-Kreislaufsystem), 3. O2-Verwertung (aerobe Energiebereitstellung in der Muskelzelle).


• Die VO2max ist zum Großteil genetisch festgelegt. Besser trainierbar ist die Fähigkeit, den Anteil der VO2max zu erhöhen, der längere Zeit eingesetzt werden kann, sprich die VO2max an der sog. anaeroben Schwelle (Dauerleistungsgrenze). Diese Verbesserung der “Schwellenleistung“ ist gleichbedeutend mit einer Steigerung der aeroben Kapazität.


Quelle: Dr. Kurt A. Moosburger, Innsbruck, im September 1994 (veröffentlicht im SPORTMAGAZIN Nov. 1994)
(überarbeitet im Oktober 2007)