Rad-Physiologie

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Profiradfahrer können es sich nicht leisten, Mutmaßungen über ihren Trainingszustand anzustellen – sie benötigen klare und schnell verfügbare Zahlen aus Tests, um herauszufinden, wie hart sie trainieren müssen, oder ob es Zeit für eine Pause ist.

Aber wie werden diese Tests durchgeführt und auf welche Weise helfen sie Physiologen und Trainern, bessere Trainingsprogramme zu erstellen?

Bei diesen Fragestellungen hilft uns das sportwissenschaftliche Support-Team. Es verkörpert eine multidisziplinäre Gruppe von Experten mit einem breiten Spektrum an Spezialgebieten, die interdisziplinär mit anderen Wissenschaften, wie der Medizin, zusammenarbeiten, um die Leistung auf dem Rad zu verbessern. Der Kern des Support-Teams besteht aus Spezialisten aus den Feldern der Biomechanik, Physiologie, Psychologie, Ernährung, Leistungsanalyse, Kräftigung- und Ausdauertraining. Dieses Team steht in direkter Verbindung zu Trainern und Athleten, um ihnen Expertenwissen zu bieten und so die Leistung während des Trainings und des Wettkampfes zu verbessern (siehe Abb. 1).


Die Physiotherapeuten als Teil des interdisziplinären Teams sollen Lösungen und Wissen zu einer Vielzahl von Themen bereitstellen, die mit der Leistung im Training oder im Wettkampf genauso wie mit der Gesundheit des Radfahrers zusammenhängen.(1) Einer der hauptsächlichen Tätigkeitsbereiche ist die Identifikation physiologischer Leistungsfaktoren und deren Analyse. Während Trainer und Radfahrer lediglich Abweichungen der Gesamtleistung feststellen können, sind Physiologen in der Lage, die Gesamtleistung durch eine physiologische Analyse in ihre einzelnen Komponenten aufzugliedern, was eine detailliertere Interpretation der Leistung ermöglicht. Die physiologische Analyse wird als wesentlicher Bestandteil der „Trainings-Triade“ angewandt und besteht aus 3 Elementen:

  • Profilieren – das Profilieren von verschiedenen Bestimmungsfaktoren der Leistung gestattet den Vergleich mit optimalen Standardwerten.
  • Verordnen – die Trainingsverordnung durch das Erkennen von Stärken und Schwächen geschieht durch das Profilieren und Identifizieren von Intensitätszonen. Oft wird dabei die Herzfrequenz oder die erzeugte Leistung benutzt. Dadurch kann der Trainingsreiz verbessert werden.
  • Überprüfen – das Überprüfen von Trainingsanpassungen ermöglicht eine dauerhafte Bewertung und Optimierung des Trainingsreizes.

  • Aktuelle Diskussionen über die physiologische Bewertung haben sich auf die Bedeutung von Laboruntersuchungen im Vergleich zu Felduntersuchungen konzentriert. Beide Untersuchungsmechanismen haben Grenzen. Beispielsweise kann es sich als äußerst kompliziert erweisen, mit Ergometern im Labor die exakten Bewegungsmuster und Geschwindigkeiten der Körperteile so nachzustellen, wie sie sich auf der Straße verhalten oder dabei die gleichen Muskelgruppen zu verwenden. Allerdings bieten Tests im Labor auch Vorteile. Während Untersuchungen im Feld Informationen und Daten liefern, die eine höhere ökologische Gültigkeit besitzen, ist der Nachteil, dass es dabei an Kontrolle mangelt und somit auch an der Verlässlichkeit des Tests. Im Gegensatz zu Laboruntersuchungen ist die Arbeit im Feld häufig den Tücken des Wetters ebenso ausgesetzt wie den Besonderheiten des Ortes, der Topografie sowie dem Vorliegen oder Fehlen anderer Faktoren. Laboruntersuchungen mögen die ökologische Gültigkeit reduzieren, dafür erhöhen sie die Zuverlässigkeit und gestatten Messungen, die draußen unmöglich durchzuführen wären.
    In einem für die physiologische Untersuchung des Radfahrens zweckmäßig ausgestatteten Labor können Temperatur und Luftstrom standardisiert werden, ebenso die Anzahl der Menschen, um den „Hawthorne-Effekt“ zu begrenzen. Diese Kontrollen vergrößern das Vertrauen in die Interpretation der Ergebnisse und spiegeln stärker die Veränderungen der Physiologie wider als die der Umgebung. Das optimale Programm zur physiologischen Analyse verwendet natürlich Untersuchungen sowohl aus dem Labor als auch aus dem Feld.(2)
    Die physiologische Analyse eines Radfahrers muss auf einem Fahrrad oder einem Ergometer geschehen, die sehr genau die individuelle Position des Sportlers auf dem Rad nachbildet. Jede Analyse muss auf die wesentlichen Energiesysteme zielen, die mit seiner oder ihrer Leistung zusammenhängen, z. B. würde die sorgfältige Untersuchung der Leistung eines Sprinters eine Analyse erfordern, die auf die gleichen (anaeroben) Energiesysteme abzielt wie sie beim Sprinten zum Einsatz kommen.(3,4) Der Radsport vertritt eine Vielzahl an Disziplinen, die das gesamte Spektrum an Energiesystemen, von Kurzsprints bis zu mehrwöchigen Rundfahrten, benötigt. Es würde den Rahmen dieses Artikels überschreiten, eine physiologische Analyse aller Radsport-Disziplinen durchzuführen, deshalb beschränken wir uns auf die Untersuchung eines einmaligen Ausdauerwettkampfes, die sich vom 16-km-Zeitfahren zum Ein-Tages-Rennen (ca. 6 Stunden) erstrecken.


    Schlüsselfaktoren für Ausdauerleistungen im Radsport

    Das Verständnis der Schlüsselfaktoren für Ausdauerleistungen im Radsport ist die elementare Voraussetzung für die physiologische Analyse eines Radfahrers.(5) Die Schlüsselfaktoren für Ausdauerleistungen im Radsport lauten:(6)


    Jedes Testprogramm zur Analyse eines Ausdauer-Radfahrers muss diese Faktoren zuverlässig messen. Ein Messen dieser Faktoren nacheinander ist unpraktisch, was sowohl Zeit als auch Kosten angeht, deshalb sind Verfahren entwickelt worden, die mehrere Faktoren gleichzeitig untersuchen.


    Zuwachsprotokoll

    Dieser Test besteht aus 6 Abschnitten à 4 Minuten, bei dem jeder Abschnitt mit einer um 20 Watt höheren Leistung absolviert wird als die vorherige. In den letzten 30 Sekunden jedes Abschnitts wird eine Blutprobe aus dem Ohrläppchen entnommen, um anschließend eine Laktatanalyse durchzuführen. Herzfrequenz (unter Verwendung von frei erhältlichen telemetrischen Systemen) und Sauerstoffverbrauch (durch indirekte Kalorimetrie) werden während des gesamten Tests gemessen.
    Das Festlegen der Zielleistung jedes Abschnitts beginnt mit einer Umrechnung der aktuellen Bestzeit eines Zeitfahrens über 40 km auf eine Durchschnittsleistung. Beispiel: Ein Radfahrer mit einer Bestzeit von 60 Minuten für das 40-km-Zeitfahren würde einen Wert von 240 Watt als Referenzleistung gesetzt bekommen. Die vierte Etappe wird dann auf das 240 Watt-Niveau umgelegt, und die Geschwindigkeiten der Abschnitte 1, 2, 3, 5 und 6 werden berechnet, indem 20 Watt (W) addiert oder subtrahiert werden – d. h.: Abschnitt 1 bei 180 W, Abschnitt 2 bei 200 W, Abschnitt 3 bei 220 W, Abschnitt 4 bei 240 W, Abschnitt 5 bei 260 W und Abschnitt 6 bei 280 W. Nach dem Ende von Abschnitt 6 wird die Ausgangsleistung jede Minute um 20 W erhöht, bis der Fahrer nicht mehr weiterfahren kann (gewollte Erschöpfung).


    Herleitung von VO2max

    VO2max wird durch einen Test nachgewiesen, der zwischen 9 und 16 Minuten dauert. Die oben beschriebene Art des Tests dauert etwa 25 Minuten und aus diesem Grund wird die so nachgewiesene Sauerstoffaufnahme als „VO2-Spitze“ bezeichnet. Es hat sich gezeigt, dass die VO2-Spitze zu 3 % innerhalb von VO2max liegt. Die Sauerstoffausschöpfung an der LS ist die Menge an Sauerstoff, die an der Laktatschwelle verbraucht wird und als Anteil von VO2max angegeben wird. Sie wird allerdings manchmal auch verwendet, um VO2 als prozentualen Anteil von VO2max (oder VO2-Spitze) bei einer bestimmten Intensität anzugeben, z. B. den Anteil an VO2max, der bei einem 40-km-Zeitfahren oder bei einer Leistung von 280 W gebraucht wird.


    Herleitung der Sauerstoffökonomie

    Der Begriff „Sauerstoffökonomie“ bezieht sich auf die Menge Sauerstoff, die bei einer gegebenen submaximalen Übungsintensität von den aktiven Muskeln benötigt wird. Während des Fahrens auf dem Ergometer kann eine standardisierte Ausgangsleistung als Vergleichswert genutzt werden. Wird während dieser submaximalen Leistung eine verringerte Menge an Sauerstoff verbraucht, so sind eine verbesserte Sauerstoffökonomie sowie eine verbesserte Effizienz und Leistung erreicht worden. Besteht nicht die Möglichkeit, den Sauerstoffverbrauch zu bestimmen, so können Physiologen auch die Herzfrequenz oder die Laktatkonzentration im Blut bei einer gegebenen Ausgangsleistung verwenden, um einen Indikator für Effizienz zu erhalten. Abb. 2 veranschaulicht den Blutlaktatwert (LS) und das Herzfrequenzprofil für einen imaginären Radfahrer. Am Kurvenverlauf lässt sich erkennen, dass die Laktatschwelle bei 220 Watt liegt und die zu dieser Geschwindigkeit dazugehörige Herzfrequenz 140 Schläge pro Minute beträgt. Allerdings würde ein einziger Zielwert wie die Herzfrequenz dem Fahrer keine brauchbare Trainingsinformation liefern, weil er eine ganze Spanne an Trainingsintensitäten benötigen würde, um die physiologischen Mechanismen anzupeilen, auf die sich die Leistung stützt. Stattdessen ist ein Herzfrequenzbereich, basierend auf der Testinformation, weitaus praktischer. Für ein Training, das draußen stattfindet, würden wir dem Fahrer zu einem Bereich von 10 Schlägen raten – z. B. 135–145 Schläge pro Minute. Beim Training auf dem Ergometer, bei dem sich Wetter und Terrain nicht verändern, ist ein Bereich von 5 Schlägen (z. B. 137–142 bpm) angemessen.


    Ist die Herzfrequenz an der LS (Laktatschwelle) bekannt, lassen sich die Herzfrequenzen für andere Trainingszonen ausrechnen. Ein Grundlagentraining etwa (lange, langsame Distanz) liegt bei 120–130 Schlägen pro Minute, das bedeutet 5 Schläge unter dem LS-Bereich. Vorsicht ist angebracht, wenn die maximale Herzfrequenz mit der bekannten Methode „220 – Alter“ geschätzt wird, da dies kaum die wahre maximale Herzfrequenz wiedergibt und daher zu einer unpassenden Trainingsplanung führen kann. Ein weiterer Test ermittelt auch einen maximalen Herzfrequenzwert, was sehr wertvoll ist, um exakte Trainingsintensitäten zu bestimmen. Die Trainingsverordnung mithilfe der individuellen Herzfrequenzzonen ermöglicht ein spezifisches, gezieltes Training, das einen überaus vorteilhaften Effekt auf die Trainingsanpassung haben kann.


    Wiederholungstests

    Nach einigen Wochen im Training sollte ein erneuter Test durchgeführt werden um die VO2-Spitze, die Sauerstoffausschöpfung an der LS, die Sauerstoffökonomie, und die LS zu offenbaren. Eine verbesserte Ausdauer drückt sich in einer Verschiebung der Blutlaktat- und Herzfrequenzkurve nach rechts aus (siehe Abb. 3). Läuft das Training besonders gut und die verordnete Herzfrequenzzone erweist sich als ideal für den Fahrer, kann es ebenso möglich sein, gleichzeitig einen Anstieg der Intensität zu sehen, bei der sich die Laktatschwelle (LS) befindet. Wenn Sie Abb. 3 betrachten, befindet sich die LS im ersten Test bei 220 Watt, aber im zweiten Test (nach einigen Wochen LS spezifischen Trainings) hat sich die gesamte Kurve nach rechts verschoben und die Leistung an der LS hat sich auf 240 Watt erhöht. Dies macht deutlich, dass durch das Training eine physiologische Anpassung erreicht wurde und dass das Trainingsprogramm angeschlagen hat.


    RAMP-Test

    Der RAMP-Test steht für einen stufenweisen und kontinuierlichen Anstieg der Belastung bis zur völligen gewollten Erschöpfung. RAMP-Tests werden im Allgemeinen dazu verwendet, um 3 wesentliche physiologische Marker festzustellen: VO2max, die maximale Herzfrequenz und die maximale Minutenleistung. Sie ist als durchschnittliche Ausgangsleistung definiert, die während der letzten Minute der Übung erreicht wird und sie hängt eng mit kürzeren Zeitfahrleistungen zusammen. Anhand einer Atemanalyse während des Tests ist es möglich, die anaerobe Schwelle zu identifizieren (die sich nahe an der LS befindet). Diese anaerobe Schwelle kann man nutzen, um darauf zugeschnittene Übungen zu verordnen.(7)
     

    Feldversuche

    Feldversuche, in diesem Fall auf der Straße, sind näher an der Sportart als Versuche im Labor. Allerdings ist es sehr schwierig, das Testumfeld von mehreren Versuchen zu vereinheitlichen, weshalb diese nicht immer verlässlich sind. Kurz gesagt neigen sie dazu, weniger objektiv und dafür deutlich subjektiver zu sein. Die oben skizzierten Tests können zu einem gewissen Grad für die Anwendung im Feld verwendet werden, aber die beste Methode im Feld, um eine physiologische Analyse durchzuführen, ist das Zeitfahren.
    Diese Disziplin bietet über die verschiedensten Distanzen eine Bandbreite an Informationen über die Energiesysteme und die technischen Anforderungen an die Leistung eines Ausdauer-Radfahrers.(8)


    Zusammenfassung

    Das Messen der Leistungsfaktoren ist elementar für die physiologische Analyse von Radfahrern. Der Wermutstropfen daran ist, dass derartige Analysen oftmals hohe Fachkenntnis und Erfahrung erfordern, ebenso wie kostspielige Ausrüstung und Räumlichkeiten. Die gute Nachricht lautet aber, dass einige dieser Tests auch ohne voll ausgestattete Laboratorien gemacht werden können, z. B. Zeitfahren oder der RAMP-Test, woraus sich wertvolle Informationen – individuell zugeschnitten auf den Fahrer – gewinnen lassen und in der Triade aus Profilieren, Verordnung und Überprüfung ihre Anwendung finden. Im Idealfall wird eine Kombination aus Labor- und Feldversuchen angestrebt, um die physiologische Analyse des Ausdauer-Radfahrers durchzuführen.


    Greg Whyte

    Quellenangaben
    1. Whyte, G., 2006, The Physiology of Training. Edinburgh:  Elsevier Ltd
    2. Gore, C.J., 2000, Australian Sports Commission Physiological Tests for Elite Athletes. Human Kinetics
    3. Sports Medicine, 2001, Bd. 31, S. 559–569
    4. Sports Medicine, 2001, Bd. 31, S. 489–496
    5. Gore C. J., 2000, Physiological Tests for Elite Athletes. Champaign, IL: Australian Sports Commission, Human Kinetics
    6. Shave R. & A. Franco, 2006, The Physiology of Endurance Training. In: The Physiology of Training. Hrsg: Whyte, G., Edinburgh:  Elsevier
    7. Wasserman, K.; Hansen, J.E.; Sue, D.Y. & B.J. Whipp, 1987, Principles of Exercise Testing and Interpretation. Philadelphia:  Lea and Febiger
    8. BASES Physiological Testing Guidelines, 1997, Hrsg: Bird S. & R. Davison

    Weiterführende Artikel:

    Gesundheit und Ernährung weiblicher Radsportler

    Zonen-Training 

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