Atemmuskulatur und Ausdauer! Arbeiten auch Sie bereits sorgfältig daran, die Kapazitäten Ihres Herz-Kreislauf-Systems und Ihres neuromuskulären Systems zu optimieren, genau wie Ihre sportspezifischen Fähigkeiten? Dann sind Sie auf dem richtigen Weg! Aber reicht das, um Spitzenleistungen zu fördern?
Atemmuskeltraining für Ausdauer-Athleten
Es gibt zunehmend Beweise, dass Athleten ihr Atemsystem ebenfalls auf spezielle Weise fördern müssten. Dies mag vielen Athleten und Trainern bizarr erscheinen, besonders weil das Atemsystem von Natur aus schon eine riesige Kapazität zu haben scheint – wenn die Lungen eines durchschnittlichen Menschen flach auf dem Boden ausgebreitet lägen, hätten sie genügend Fläche, um einen Tennisplatz zu bedecken!
Außerdem reagieren die Lungen nur sehr unbedeutend auf ein Training: Anders als die Muskeln werden sie nicht größer oder schneller, egal wie angestrengt Athleten auch arbeiten.
Bedeutet das nicht, dass wir diese luftigen Strukturen einfach vergessen können, wenn wir unsere Trainingsprogramme planen? Nun, ja – und nein. In der Tat können wir die Lungen selbst übergehen, wenn wir unsere wöchentlichen Trainingspläne ausarbeiten. Allerdings könnte es unklug sein, die wichtigsten Muskeln um die Lungen herum zu ignorieren, die die Luft dazu bringen, in unsere Lungenstrukturen hinein- und wieder aus ihnen herauszuströmen.
Die Rolle des Zwerchfells bei Atmung und Sport
Das Zwerchfell ist ein domförmiger Muskel, der direkt unterhalb der Lungen und des Herzens liegt und die Brusthöhle von der Bauchhöhle abtrennt. Die dazwischenliegenden Muskeln, die zwischen den Rippen verlaufen, sind die sogenannten Atemmuskeln – Sehnen, die Druckgefälle in der Brusthöhle erzeugen und so ermöglichen, dass sich die Luft bewegt und das Blut mit Sauerstoff angefüllt wird. Wenn sich das Zwerchfell beispielsweise zusammenzieht, bewegt es sich nach unten und erweitert in der Folge die Größe der Brusthöhle; dies verringert den Druck im Brustkorb, und Luft strömt in die Lungen.
Wenn sich das Zwerchfell entspannt, federt es wieder hoch. Dabei verringert es die Größe der Brusthöhle, erhöht den Druck des Brustkorbs und veranlasst, dass die Luft hochfließt und durch Luftröhre und Mund wieder ausgeatmet wird. Wie alle Muskeln im Körper können auch das Zwerchfell und seine Zwischenmuskeln müde werden. Wenn das geschieht, gibt es einen Abfall in der Atemkapazität, die Übungen fühlen sich schwerer an, und die Leistung kann darunter leiden.
Welche Auswirkungen hat die Ermüdung der Atemmuskulatur?
In einer wissenschaftlichen Untersuchung ermüdeten 9 Athleten ihre Atemmuskeln – aber nicht den Rest ihres Körpers – indem sie 150 Minuten lang im Sitzen maximale Beatmung aushielten. Die Physiologen, die diese Forschung durchführten, waren sich sicher, dass ein Ermüdungszustand erreicht worden war, weil sich sowohl die eingeatmete Luftmenge pro Minute im Laufe der 150 Minuten verringerte, als auch die Quote der Sauerstoffaufnahme, die mit dem schweren Atmen zusammenhängt.
Interessant ist, dass die 150 Minuten schweren Atmens keinen signifikanten Effekt auf die Vitalkapazität (das Gesamtvolumen an Luft, dass freiwillig in einem Atemzug bewegt werden kann, vom vollen Einatmen bis zum maximalen Ausatmen oder umgekehrt), die maximale freiwillige Atmung (die maximale Luftmenge, die im Zeitraum einer Minute geatmet werden kann) oder das erzwungene Ausatmungsvolumen (die maximale Menge Luft, die in einer Sekunde aus der Lunge herausgezwungen werden kann) hatte.
Aber in einem hochintensiven Lauftest, der dem tiefen Atmen folgte, konnten die Athleten nur 6,5 Minuten bei hoher Geschwindigkeit laufen, verglichen mit ihren üblichen 7,6 Minuten.
Weniger Sauerstoffaufnahme und niedrige Atemfrequenz der Atemmuskulatur
Nach der Herbeiführung von Ermüdung der Atemmuskulatur registrierten die Athleten beim Laufen niedrigere Atemfrequenzen, niedrigere Herzfrequenzen und eine niedrigere Sauerstoffaufnahme als vorher. Daraus schlossen die Forscher ganz logisch, dass eine reduzierte Ausdauer der Atemmuskeln (oder eine erhöhte Ermüdung der Atemmuskeln) die athletische Leistung bei relativ hochintensiven Anstrengungen erschweren könnte.
In einer Folgearbeit, die an der State University von New York in Buffalo ausgeführt wurde, ermüdeten 10 Teilnehmer ihre Atemmuskeln, indem sie mit hoher Frequenz gegen Atemwiderstand atmeten und dann versuchten, so lange wie möglich bei 90 % ihrer maximalen Kapazität Fahrrad zu fahren. Nachdem die Atemmuskeln ermüdet worden waren, waren die Probanden nur in der Lage, 238 Sekunden lang zu fahren, verglichen mit 311 Sekunden im nicht ermüdeten Zustand. Außerdem fühlte sich, wie zu erwarten, das Atmen – und somit die gesamte Testübung – viel schwerer an, wenn die Atemmuskeln ermüdet waren.
Was geschieht während des Sports mit der Atemmuskulatur?
Lassen Sie uns nun einmal annehmen, Sie tun in den 24 Stunden vor einer größeren physischen Herausforderung nichts, was Ihr Zwerchfell und dessen Zwischenmuskeln ermüden würde. Müssten Sie dann immer noch diese Muskeln auf besondere Weise trainieren? Sicher, Sie haben Grund, an diesem Punkt aussteigen zu wollen, besonders weil ich noch nicht gezeigt habe, dass Atemmuskeln während der Übung tatsächlich ermüden. Ich habe bisher nur gezeigt, dass sich Ihre folgende physische Kapazität vermindern wird, wenn Sie Ihre Atemmuskeln kurz vor der Übung unter enorme Belastung stellen.
Es tut mir leid, Sie zu enttäuschen, aber Atemmuskeln ermüden wirklich während der sportlichen Tätigkeit.
In einer Studie mit Marathonläufern prüften die Forscher die Atemstärke durch Messungen des maximalen Drucks beim Ein- und Ausatmen und auch des transdiaphragmatischen Drucks (der die Kraft anzeigt, die durch das Zwerchfell erzeugt wird) während maximalen Atmens; sie prüften die Atem-Ausdauer durch Messungen der maximalen freiwilligen Atmung (definiert auf der vorigen Seite). Am Ende des Marathons (die Durchschnittszeit dafür war 3:24) war der maximale Einatmungs-Druck um 16 %, der Spitzen-Ausatmungs-Druck um 28 %, der transdiaphragmatische Druck um 20 % und die maximale freiwillige Atmung um 9 % gefallen.
Langsame Erholung
Es ist wahr, wir reden über den Marathon, und die meisten Athleten versetzen ihr Atemsystem nicht länger als 3 Stunden ohne Pause in Stress. Aber als 12 fitte Personen (durchschnittlicher VO2max = 61 ml/kg/min) bei 95 % VO2max trainierten (ein Prozess, der nur 14 Minuten dauerte) und auch bei 85 % VO2max (was 31 Minuten dauerte), waren ihre Zwerchfelle nach der Übung signifikant ermüdet und brauchten 70 Minuten zur Erholung.
In einer anderen Studie, in der die Probanden nur 8–10 Minuten lang mit hoher Intensität trainierten, wurde die Stärke des Zwerchfells um 15–30 % reduziert. Die Organisatoren dieser letzteren Studie glaubten, dass der Leistungsabfall des Zwerchfells teilweise auf die gute, alte Muskelermüdung zurückzuführen ist, aber auch auf die Neuverteilung des Blutflusses, wobei die an der Fortbewegung beteiligten Muskeln im Endeffekt dem Zwerchfell Blut und damit Sauerstoff „rauben“. Diese Forschungsarbeit zeigte auch, dass das Zwerchfell eine Stunde oder länger brauchte, um sich von bedeutender Ermüdung zu erholen, selbst wenn eine Übung nur 10 Minuten oder weniger gedauert hat.
Eine Ermüdung der Atemmuskulatur beeinträchtigt die Leistung
Das Bild scheint also klar zu sein: Die Atemmuskeln können während anstrengender oder langanhaltender Übungen ermüden, und eine bedeutende Ermüdung der Atemmuskulatur hat das Potenzial, die Leistung zu beeinträchtigen. Was soll ein Athlet also tun? Die offensichtliche Antwort ist, die Atemmuskeln zu trainieren.
Die meisten Athleten sind bei diesem Konzept ein wenig skeptisch: Gibt man seinem Zwerchfell und dessen Zwischenmuskeln nicht bei jedem intensiven Training einen herausfordernden Workout? All das schwere Atmen, das Sie tun, würde doch sicher die Tatsache bescheinigen, dass Ihre Atemmuskeln Überstunden machen.
Atemmuskeln: Brauchen Sie tatsächlich ein Sondertraining?
Tatsächlich trainieren Sie Ihre Atemmuskeln im Laufe Ihres regulären Trainings, aber es ist klar, dass etwas über das normale Training hinaus nötig ist, um die Atemmuskeln auf neue Höhen von Ermüdungsresistenz zu schwingen. Schließlich stellt sich, wie gesagt, selbst bei gut trainierten Athleten schon nach kurzer harter Arbeit eine bedeutende Ermüdung der Atemmuskulatur ein. Klar, dass ihr normales Training nicht genügte, um ihre Atemmuskeln während einer anspruchsvollen Übung optimal arbeiten zu lassen.
Vor etwa 10 Jahren probierten 8 gut trainierte Athleten etwas außerhalb der Norm aus: In einer an der Züricher Universität in der Schweiz durchgeführten Untersuchung trainierten die Athleten nur ihre Atemmuskeln, indem sie 4 Wochen lang 30 Minuten pro Tag mit 85–160 Litern Luft pro Minute atmeten. Die normale menschliche Atemquote im Ruhezustand liegt bei etwa 12 Litern pro Minute, und die maximale freiwillige Atmung (MFA) bei Saison-Athleten ist häufig 180–190 Liter pro Minute. Dies zeigt, dass die Athleten bei ihrem speziellen Atemtraining bei bis zu 89 % ihrer MFA atmeten.
Die maximale freiwillige Atmung (MFA)
Vielleicht ist es überraschend für Sie, dass die Athleten nicht die MFA in Anspruch nehmen, um den VO2max zu erreichen, der oft bei etwa 135 Litern Luft pro Minute erreicht wird. So lagen die Schweizer Athleten gut über dem Atemmuster, das mit sehr intensiver Übung assoziiert wird. Einige Skeptiker haben daraufhin argumentiert: Weil der VO2max bei 135 Litern Luft pro Minute liegt, die maximale Atmung aber bei etwa 180 Litern pro Minute, stellt das den Beweis dar, dass das Atemsystem hohe Leistungen nicht begrenzt.
Schließlich wird es nur zu 75 % seines Maximums belastet, wenn ein Athlet seine maximale Rate an Sauerstoffverbrauch erreicht. Dieser Gedanke ist angemessen, aber worum wir uns hier kümmern, ist nicht die Gesamtkapazität des Atemsystems, sondern die Tatsache, dass die Atemmuskeln während der Übung ermüden können und so anfangen können, das Leistungspotenzial zu begrenzen.
Atemtraining und Atemmuskulatur: Interessante Ergebnisse
Außer dem schweren Atmen, das sie in ihren Spezialsitzungen betrieben, trainierten die Schweizer Probanden in der 4-wöchigen Versuchszeit auf die übliche Weise. Nach 4 Wochen waren der VO2max und der anaerobe Grenzwert unverändert, aber die Athleten verbesserten ihre Ausdauerzeiten bei ihren anaeroben Grenzwerten von 22,8 auf 31,5 Minuten – eine sehr nette Steigerung um 38 %.
Ein weiteres interessantes Ergebnis dieser Studie war, dass nach den 4 Wochen Atemtraining die Minutenatmung (die Menge Luft, die pro Minute eingeatmet wird) bei einer gegebenen Übungsintensität niedriger war, als sie vor dem Training gewesen war. Das zeigt an, dass nach dem Atemtraining eine spezifische Übungsintensität einfacher für das Atemsystem zu unterstützen war; diese größere Leichtigkeit könnte den Athleten ermöglicht haben, ihre Anstrengungen beim anaeroben Grenzwert als komfortabler zu empfinden und sie deshalb länger auszuhalten.
Mehr Blut für die Beinmuskeln durch trainierte Atemmuskulatur
In einer detaillierteren Folgestudie aus demselben Labor trainierten 20 aktive Personen ihre Atemmuskeln 30 Minuten täglich, 5 Tage pro Woche, 4 Wochen lang (wobei sie die Art von hoher MFA-Arbeit benutzten wie oben beschrieben). Wieder war die Arbeit von Vorteil und förderte die Radfahr-Ausdauerzeit um 27 %, von 20,9 auf 26,6 Minuten. Interessant war, dass die Blutlaktatniveaus bei den Atem-trainierten Athleten nach sowohl Hochintensiv- als auch Ausdauertraining niedriger waren, ein Effekt, den die Forscher der verbesserten Laktat-Aufnahme durch die trainierten Atemmuskeln zuschrieben.
Das ist sicher plausibel, aber es gibt noch eine andere faszinierende Möglichkeit: Die gut trainierten Atemmuskeln können den Beinmuskeln ermöglicht haben, mehr Blut zu haben! Wenn Ihnen dieser Gedanke seltsam vorkommt, denken Sie daran, dass während hochintensiver Übungen die Atemmuskeln eine bedeutende Menge an „Herzleistung“ beanspruchen – das Blut, das vom Herzen in den Körper hinausgeschickt wird. Wenn normal viel Blut zirkuliert und die Atemmuskeln mehr davon wegnehmen, ist weniger für die Beinmuskeln verfügbar.
Training der Atemmuskulatur: 27 % Anstieg an Ausdauer
Wenn aber die Atemmuskeln als Ergebnis von Atemmuskeltraining stärker und effizienter werden, werden sie weniger Energie, Sauerstoff und Blut benötigen, um eine spezifische Übungsintensität zu unterstützen. Das Ergebnis wird sein, dass Blut und Sauerstoff für die Beinmuskeln „freigesetzt“ werden, ein Effekt, der für die 27 % Anstieg an Ausdauer verantwortlich sein könnte, der in der Schweizer Folgestudie beobachtet wurde. Er könnte auch die Reduzierung der gesamten Blutlaktatniveaus verursacht haben: Wenn mehr Blut einströmt, können die Beinmuskeln mehr Laktat „verschlingen“, wenn es vorbeiströmt.
Atemmuskulatur: Die Placebo-Studie
Wenn Sie immer noch nicht überzeugt sind, beachten Sie bitte die Doppelblind-Studie mit Placebo-Kontrolle, die kürzlich an den Universitäten Brunel und Birmingham durchgeführt wurde. Darin betrieben acht konkurrierende Radfahrer in einem 6-wöchigen Zeitraum Atemmuskeltraining, während 8 Kontrollpersonen eine „Schein“-Version dieses Trainings durchführten. Die Probanden machten vor und nach den 6 Wochen Atemtraining Zeitversuche über 2.000 und 4.000 m.
Das Atemmuskeltraining bestand aus 30 schnellen Atemanstrengungen, die 2 x täglich 6 Wochen lang gemacht wurden, und zwar gegen eine Druckschwellenladung von ungefähr 50 % des maximalen Atemmunddrucks. Die Placebo-Version beinhaltete 60 langsame Atemzüge, die nur einmal täglich durchgeführt wurden, wobei ein Widerstand von nur 15 % des maximalen Atemmunddrucks eingesetzt wurde – eine Trainingsform, die gezeigt hat, dass sie nur geringfügige Änderungen der Atemmuskelfunktion produziert.
Man benutzte ein Muskeltrainingsgerät namens POWERbreathe, um die richtigen Druckschwellen aufrechtzuerhalten. Die Druckladungen wurden in der Atemmuskeltrainings-Gruppe so angepasst, dass bei einem Mal nicht mehr als 30 Atemanstrengungen erfolgreich ausgeführt werden konnten. Um sicherzustellen, dass die Trainingsprotokolle eingehalten wurden, wurde die Anzahl der von den Probanden während des 6-wöchigen Zeitraums durchgeführten Atemanstrengungen aufgezeichnet.
Bedeutende Verbesserungen bei der Lungen- und Atemmuskelfunktion
Im 6-wöchigen Zeitraum zeigte die Atemmuskeltrainings-Gruppe bedeutende Verbesserungen bei der Lungen- und Atemmuskelfunktion. Dies wurde durch einen Anstieg des maximalen Atemmunddrucks um 28 % und einen Anstieg der Luftmenge, die in 30 Sekunden in die Lungen eingeatmet werden konnte, um 22 % nachgewiesen. Die Radfahrer mit dem Scheintraining hatten sich natürlich nicht verbessert.
Nach 6 Wochen waren die Radfahrer mit Atemmuskeltraining beim 2.000-m-Zeitversuch um 65 Sekunden schneller als die Kontrollgruppe und beim 4.000-m-Rennen um 114 Sekunden schneller, obwohl ihre Zeiten zu Beginn der Studie gleich gewesen waren. Unmittelbar nach den Zeitversuchen vor der Studie hatten beide Radfahrer-Gruppen beträchtliche (und gleichwertige) Reduzierungen in der Atemmuskelfunktion gezeigt, ein Hinweis darauf, dass die Atemmuskeln während der Versuche bedeutend ermüdet waren.
Jedoch nach 6 Wochen erfuhr die Atemmuskeltrainings-Gruppe einen wesentlich geringeren Abfall der Atemmuskelfunktion nach den Versuchen als die Kontrollgruppe, während ihre Atemfunktion außerdem schneller zum Normalzustand zurückkehrte.
Fazit
Das Ergebnis dieser Forschungsarbeit ist: Atemmuskeltraining der Atemmuskulatur scheint eine attraktive Option für Ausdauer-Athleten zu sein.
Owen Anderson
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