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Dr. Natalie Fleissner
Dr. Natalie Fleissner
Dr. med. Natalie Fleissner studierte Humanmedizin an der Heinrich-Heine-Universität Düsseldorf. Zu ihren Behandlungsschwerpunkten gehört die Bildgebende Diagnostik. Besonders große Expertise hat sie zudem bei der Kontrolle und Nachsorge von Schrittmachersystemen wie dem Implantierbaren Defibrillator (ICD) und hochkomplexen Dreikammerschrittmachern. Zum Profil.

Was ist die anaerobe Schwelle?

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Kennen Sie Ihre anaerobe Schwelle? Sie treiben regelmäßig Sport, aber bemerken keinen Konditionsaufbau? Ein überschwelliges anaerobes Training könnte die Ursache sein. Wie Sie Ihre Kondition nachhaltig verbessern können, erfahren Sie hier.

Anaerobe Schwelle – essenziell für Leistungsdiagnostik, Prognosefaktor bei Herz-Kreislauferkrankungen

Sportinteressierte kennen den Begriff der anaeroben Schwelle aus der Leistungsdiagnostik. Hierbei ist die anaerobe Schwelle ein zuverlässiger Parameter zur Beurteilung der Ausdauerleistungsfähigkeit.

Ein weiterer Begriff in Zusammenhang mit der körperlichen Leistungsfähigkeit ist die maximale Sauerstoff-Aufnahme (VO2max). Sie gibt an, wieviel Sauerstoff Ihr Körper während einer maximalen Ausbelastung aufnehmen, transportieren und verwerten kann. Ein Mehr an Sauerstoff-Aufnahme bedeutet mehr Leistung. Um körperliche Leistung erbringen zu können, ist daher das Zusammenspiel von ineinandergreifenden Systemen – Lunge, Herz-Kreislauf und Muskel – notwendig.

Während die Bestimmung der maximalen Sauerstoff-Aufnahme (VO2max) eine Ausbelastung voraussetzt, kann vor allem bei leistungseingeschränkten Herzerkrankten (z.B. Herzschwäche, Klappenfehler) die anaerobe Schwelle eine bessere Alternative zur prognostischen Einschätzung darstellen. Da sie im Gegensatz zur VO2max unabhängig von der Motivation und Ausbelastung ermittelt werden kann, wird sie auch in gutachterlichen oder arbeitsmedizinischen Untersuchungen verwendet.

Energiegewinnung mit oder ohne Sauerstoff

Alle Vorgänge in unserem Körper benötigen Energie, die durch Nahrungsmittel zugeführt werden muss. Für unsere Muskelarbeit wird im Ruhezustand beziehungsweise bei leichter bis moderater Belastung die benötigte Energie zu etwa 75 % aus Fetten und nur zu 25 % aus Kohlenhydraten (Glykogen und Glukose) gewonnen.

In den Mitochondrien, den kleinen Kraftwerken unserer Zellen, entstehen aus Fettsäuren und Glukose mit Hilfe des eingeatmeten Sauerstoffes energiereiche Phosphate, das Adenosintriphosphat (kurz ATP). ATP ist der Hauptenergiespeicher unserer Zellen und Quelle für eine Muskelkontraktion. Durch Training und eine optimierte Ernährung können wir unsere Mitochondrienzahl erhöhen und somit unsere körperliche und geistige Leistungsfähigkeit steigern.

Findet die Energiegewinnung unter Sauerstoffverbrauch statt, sprechen wir von dem aeroben Stoffwechsel. Hierzu ein Beispiel anhand der Verbrennung von Glukose: Glukose + 6 O2 6 CO2 + H2O + 36 ATP

Wie Sie dem oben genannten Beispiel entnehmen können, wird unter Sauerstoffverbrauch (O2) Glukose vollständig zu Kohlendioxid (CO2) oxidiert, welches dann über die Lunge abgeatmet wird. Der Abtransport von CO2 aus dem Muskel wird dabei durch das Transportsystem Herz-Kreislauf (kardio-zirkulatorisches System) bewerkstelligt.

Was ist Laktat?

Unter intensiver körperlicher Belastung steigt der Sauerstoffbedarf unserer Muskulatur stärker an, als durch die Blutzufuhr gedeckt werden kann. Zudem sind die Enzyme des aeroben Stoffwechsels nur begrenzt verfügbar, so dass zunehmend die Energiegewinnung ohne Sauerstoff erfolgt. Wir bezeichnen diesen Vorgang als anaeroben Stoffwechsel.

Fettsäuren treten hierbei als Energieträger in den Hintergrund. Die Energie aus Glukose wird auf dem Weg der sogenannten anaeroben Glykolyse gewonnen. Allerdings entstehen hierbei nur 2 ATP, im Gegensatz zur aeroben Glykolyse (siehe Beispiel oben) mit 36 ATP. Der Netto-Energiegewinn ist also deutlich niedriger als beim aeroben Stoffwechsel und begrenzt daher die Belastungsdauer.

Genau hier kommt Laktat ins Spiel. Bei der anaeroben Glykolyse wird Glukose nicht mehr vollständig zu CO2 oxidiert, sondern in Milchsäure umgewandelt. Die anfallende Milchsäure wird zu 75% im Stoffwechsel wiederverwertet. Als Abfallprodukt entsteht hierbei Laktat, das Salz der Milchsäure.

Milchsäure ▻ Laktat + H+

Bei dem normalen pH-Wert (7,35-7,45) des Blutes wird bei der Laktatbildung auch immer ein Wasserstoff-Ion freigesetzt. Mit steigender Laktatkonzentration steigt also auch die Konzentration an Wasserstoff-Ionen im Blut an, der pH-Wert sinkt. Vereinfacht gesagt, wird unser Blut saurer. Für das reibungslose Funktionieren unserer Zellen ist allerdings die pH-Konstanz in engen Grenzen lebensnotwendig. Der Überschuss wird durch die Puffersysteme (Bicarbonat) des Blutes zu CO2 und Wasser (H2O) abgebaut.

HCO3 + H+ ▻ H2O + CO2

Das anfallende CO2 wird reflektorisch über eine zusätzliche Hyperventilation über die Lunge abgeatmet. Grundsätzlich entsteht Laktat auch beim aeroben Stoffwechsel, allerdings in nur geringen Mengen.

Anaerobe Schwelle – Balance zwischen Laktatbildung & Laktatabbau

In der Literatur besteht eine kaum übersehbare Vielfalt von Schwellenterminologien. Selbst für dieselben Schwellen werden Begriffe wie aerobe und anaerobe Schwelle benutzt. Wenn wir mit der anaeroben Schwelle die Ausdauerleistungsfähigkeit charakterisieren wollen, dann ist streng genommen gar nicht die Leistung im anaeroben Bereich, sondern der Beginn des aerob-anaeroben Übergangsbereiches gemeint. Wassermann et al (1964) haben damals den Begriff der anaeroben Schwelle geprägt. Mittlerweile wird die klare Benennung von ventilatorischen Schwellen (VT1 und VT2) anstatt aerober oder anaerober Schwellen in der Spiroergometrie bevorzugt.

Die VT1 stellt den graduellen Übergang von der aeroben zur anaeroben Energiebereitstellung in der Muskulatur dar. Sie repräsentiert den Beginn des aerob-anaeroben Übergangsbereiches. An der VT1 können wir den ersten verstärkten Atemantrieb, wenn wir vermehrt Kohlendioxid aus der Laktatpufferung im Muskel abatmen, feststellen. Bis zur VT1 ist unser Körper noch in der Lage, Laktatbildung und Laktatverbrauch in der Waage zu halten. Der Zeitpunkt, an dem diese Schwelle erreicht wird, ist individuell unterschiedlich und vom Trainingszustand abhängig.

In der Spiroergometrie können wir diesen Bereich durch das vermehrt anfallende CO2, das über die Atmung eliminiert werden muss, an der ersten überproportionalen Zunahme der CO2-Abgabe (VCO2) in Relation zu der Sauerstoff-Aufnahme (VO2) bestimmen (siehe unten).

Prognosefaktor anaerobe Schwelle bei Herzinsuffizienz

Patienten mit Herz-Lungenerkrankungen erreichen die erste ventilatorische (früher anaerobe) Schwelle schon sehr früh, sei es aus zirkulatorischer Limitierung (niedriger Blutfluss bei Herzschwäche) oder durch eine Einschränkung der Sauerstoffaufnahme bei Lungenerkrankungen. Verschiedene Untersuchungen haben bei der Herzinsuffizienz in Abhängigkeit von der maximalen Sauerstoff-Aufnahme (VO2max) und der Sauerstoff-Aufnahme an der anaeroben Schwelle (besser VT1) einen Risikobereich mit schlechter Überlebensprognose definiert. Zudem tragen die Befunde aus der Spiroergometrie auch zu einer Listung für eine Herztransplantation bei.

Ebenfalls hat auch eine Anämie (Blutarmut) durch ein verringerte Transportkapazität für Sauerstoff (Hämoglobin) einen Einfluss auf das frühe Erreichen der anaeroben Schwelle.

Bestimmung der ventilatorischen Schwellen in der Spiroergometrie

In der Spiroergometrie (Belastungstest mit Atemmaske) werden die individuellen Puls- sowie Atemgaswerte wie die Sauerstoffaufnahme (VO2), die Kohlendioxidabgabe (VCO2) und die Atemfrequenz (AF) gemessen, aus denen nicht-invasiv die ventilatorischen Schwellen automatisiert errechnet wird. Der Übergang zu vermehrter Laktatproduktion wird hierbei bei Lungengesunden durch eine vermehrte Ventilation mit CO2-Abgabe bestimmt.

Eine alternative Möglichkeit stellt der Laktattest (Laktatschwelle) über Blutproben (kapillärem Ohrläppchen-Blut) während des Trainingstests dar: in Ruhe beträgt die Laktatkonzentration 1-2 mmol/l, im anaeroben Bereich liegt das Laktat im Mittel bei 4 mmol/l, bei Ausdauertrainierten aber meist niedriger.

Wichtig zu erwähnen ist an der Stelle, dass die ventilatorische Schwelle nicht punktgenau mit der Laktatschwelle übereinstimmt. Spiroergometrisch entspricht dem ersten Laktatanstieg die erste ventilatorische (früher anaerobe) Schwelle VT1. Der zweite überproportionale Anstieg der Ventilation (VT2) wird auch als respiratorischer Kompensationspunkt (RCP) bezeichnet und markiert den Beginn des exzessiven Laktatanstiegs mit kompensatorischer Hyperventilation zur Vermeidung einer Übersäuerung des Blutes.

Effizientes und gesundes Training

Mithilfe der ventilatorischen Schwellen können wir individuelle Trainingsempfehlungen ableiten, so dass beim Training weder eine Unter- noch eine Überforderung stattfindet. Gerade ein „Übertraining“, bei dem dauerhaft über der ersten ventilatorischen (früher anaeroben) Schwelle trainiert wird, führt zur Stagnation des Trainingsfortschritts.

Allgemeine Trainingsempfehlungen für den Gesundheitssport können wir auf Grundlage der (ventilatorischen) anaeroben Schwelle wie folgt geben:

  • Längere Einheiten im Ausdauerbereich (80%) nahe oder knapp unterhalb der VT1 oder 40-60% VO2max
  • Kürzere Einheiten (20%) oberhalb der VT2 oder 60-85% VO2max

Neben dem Ausdauertraining sollten wir auch unbedingt ein Muskelkraftraining durchführen, z.B. zwei Einheiten Ausdauer und eine Einheit Kraftraining pro Woche.

Trainieren wir in einem Bereich, in dem wir die erste ventilatorische Schwelle  VT1 überschreiten, verbrennt unser Körper eher Kohlenhydrate. Einen hohen Fettstoffwechsel erzielen wir am besten mit länger andauerndem Training im niedrigen Pulsbereich, also im aeroben Bereich. Zur Leistungssteigerung (maximale Sauerstoff-Aufnahme) ist dagegen ein kurzes, anaerobes Training im oberen Pulsbereich besser geeignet.

Anaerobe Schwelle – Fazit

Der Begriff der anaeroben Schwelle ist vielen Sportinteressierten gut bekannt. Allerdings wird die Terminologie nicht einheitlich genutzt, mitunter ist sie auch sehr verwirrend, da aerobe und anaerobe Schwellenbereiche hiermit gemeint werden. In der Leistungsdiagnostik bezeichnet die anaerobe Schwelle den Beginn der aerob-anaeroben Schwelle und charakterisiert die Ausdauerleistungsfähigkeit. Die Trainingsempfehlung unter Einbeziehung der ventilatorischen Schwellen ist ein etabliertes Verfahren nicht nur für Profi-Sportler, sondern auch für Hobby-Sportler und im Rahmen der Rehabilitation bei kardiopulmonalen Erkrankungen. So kann mit Hilfe der Spiroergometrie auf Grundlage der ventilatorischen Schwellen das individuelle Training sicher und optimal gestaltet werden. Zudem können Trainingseffekte objektiv gemessen werden.

Literatur

Gitt AK et al. Exercise anaerobic threshold and ventilatory efficiency identify heart failure patients for high risk of early death. Circulation. 2002 Dec 10;106(24):3079-84.
Svedahl K, MacIntosh BR. Anaerobic threshold: the concept and methods of measurement. Can J Appl Physiol. 2003 Apr;28(2):299-323.
Sales MM et al: An integrative perspective of the anaerobic threshold. Physiol Behav. 2019 Jun 1;205:29-32.

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