So messen Sie die Trainingseffizienz

Willkommen bei der Artikelserie VO2 Master “. In dieser Artikelsammlung werden wir uns mit einigen der komplexeren Aspekte der Stoffwechselanalyse befassen. Wenn Sie bereits über Erfahrung in diesem Bereich verfügen, ist diese Serie genau das Richtige für Sie.

In diesem Artikel, dem ersten unserer „Advanced“-Reihe, werden wir eine Methode zur genauen Messung der Trainingseffizienz und -ökonomie untersuchen.

Bevor wir uns näher mit dem Thema befassen, ist es wichtig zu beachten, dass es zahlreiche Protokolle zur Messung der Effizienz gibt. Tatsächlich kann jeder, der über einen_{VO2-Messgerät} (wie beispielsweise den tragbaren VO2 Master Analyzer) verfügt, die Effizienz während des Trainings relativ einfach testen. Für die Zwecke dieses Artikels werden wir jedoch eine bestimmte Methode im Detail betrachten, um die Logik und die Berechnungen zu veranschaulichen, die hinter den Kulissen ablaufen.

Was versteht man unter Trainingseffizienz?

Die Trainingseffizienz oder Bewegungsökonomie beschreibt die Fähigkeit des Körpers, chemische Energie in Fortbewegung umzuwandeln. Eine ausführliche Erläuterung dieser beiden Begriffe wurde im letzten Blogbeitrag gegeben. In diesem Beitrag werden die bewährten Verfahren zur Messung der Bewegungsökonomie bzw. -effizienz beschrieben. Einer der Hauptvorteile der Messung der Bewegungsökonomie besteht darin, dass sie bei niedrigen Belastungsintensitäten durchgeführt werden kann, was bedeutet, dass der Test für den Sportler nicht allzu anstrengend ist. Darüber hinaus ist der erforderliche Testaufbau relativ minimal, was die Durchführung dieser Messung sehr einfach macht.

Messung von Effizienz und Wirtschaftlichkeit

Zwar werden die Begriffe „Effizienz“ und „Ökonomie“ bei körperlicher Betätigung im Allgemeinen synonym verwendet, doch unterscheiden sich ihre experimentellen Bestimmungsmethoden geringfügig. Im Wesentlichen handelt es sich bei Effizienzmessungen um das Verhältnis der chemischen Energie , die für eine bestimmte Leistungs- oder Geschwindigkeitsabgabe benötigt wird, während Messungen der Wirtschaftlichkeit den Sauerstoffbedarf Sauerstoffbedarf bei einer bestimmten Geschwindigkeit bzw. Leistungsabgabe.

Wirkungsgrad – Leistung/Energiebedarf zur Aufrechterhaltung einer Geschwindigkeit oder Leistung

Wirtschaftlichkeit – Leistung/Sauerstoffbedarf zur Aufrechterhaltung einer Geschwindigkeit oder Leistung

Angesichts dieser Unterscheidungen wurden vier wichtige Messgrößen für Effizienz und Wirtschaftlichkeit entwickelt, erprobt und werden nun zur Bewertung von Sportlern und Forschungsteilnehmern herangezogen. Die vier verschiedenen Messgrößen sind im Folgenden aufgeführt:

*Bruttowirkungsgrad (%) – Arbeitsleistung (W) / Energieverbrauch (J/s).

*Delta-Wirkungsgrad (%) – Änderung der Arbeitsleistung / Änderung des Energieverbrauchs

Fahrrad-Energieeffizienz (kJ/L) – Leistungsabgabe (J/s) * 60 (s/min) / Sauerstoffverbrauch (L/min) / 1000 (kJ/J)

Laufökonomie (ml_O₂/kg/km) – VO₂ * 60 min/h * Körpergewicht (kg)^⁻¹ * Laufgeschwindigkeit (km/h)

Zur Berechnung der Wirkungsgrade muss der kalorische Energieverbrauch geschätzt werden. Die Schätzung des Energieverbrauchs hängt sowohl vom Sauerstoffverbrauch als auch von der Kohlendioxidproduktion ab und lässt sich anhand der folgenden Gleichung ermitteln:

Energieverbrauch (J/s) – [(3,869 ×_VO₂) + (1,195 ×_VCO₂)] × (4,1896/60) × 1000

Erforderliche Prüfgeräte

• Laufband, Fahrrad oder Ruderergometer.
• Stoffwechselmessgerät mit Sauerstoffsensor (kein CO₂-Sensor erforderlich). *Kennzeichnet Variablen, für die ein CO₂-Sensor erforderlich ist
• Taktsteuerung (beim Vergleich zwischen verschiedenen Teilnehmergruppen), beispielsweise durch ein Metronom.

Last-/Drehzahlauswahl

Die Messung der Effizienz bzw. Wirtschaftlichkeit hängt in hohem Maße von der Geschwindigkeit, der Leistungsabgabe und der Trittfrequenz ab. Daher sollten sowohl die Belastung als auch die Trittfrequenz kontrolliert ausgewählt werden, um Personen innerhalb einer Studie oder eine Person zu verschiedenen Zeitpunkten vergleichen zu können. Beim Radfahren sollte die Trittfrequenz zwischen 80 und 100 bpm liegen, beim Laufen hingegen bei etwa 180 bpm. Achten Sie bei der Wahl von Geschwindigkeit und Leistungsabgabe darauf, dass die Intensität der gewählten Belastung deutlich unter der Schwelle des Athleten liegt, damit ein stationärer Sauerstoffverbrauch erreicht werden kann. Wenn Sie ein breites Spektrum an Trainingskapazitäten testen, versuchen Sie, die Belastung niedrig genug zu wählen, jedoch nicht so niedrig, dass sich der Fahr- oder Laufstil des Athleten verändert. In der Regel sollten Leistungswerte von 75, 125 und 175 W ausreichen. Lassen Sie den Athleten bei der Untersuchung seine natürlichste/angenehmste Trittfrequenz wählen und testen Sie ihn in drei submaximalen Stufen. Notieren Sie diese Werte sowie etwaige Unterschiede in der Trittfrequenz zwischen den Tests.

Beispiel für ein Versuchsprotokoll

Um Effizienz- und Wirtschaftsgrößen beim Radfahren oder Laufen zu ermitteln, müssen mindestens zwei submaximale Steady-State-Trainingsphasen absolviert werden, insbesondere wenn die Delta-Effizienz gemessen werden soll. In der Regel benötigt der Körper 3–6 Minuten kontinuierlicher Belastung, um den Steady State des Sauerstoffverbrauchs zu erreichen; daher sollte die empfohlene Phasendauer mehr als 5 Minuten betragen. Bei der Berechnung dieser Werte ist es ratsam, den Durchschnitt der letzten 30 Sekunden bis 2 Minuten der Belastungsphase heranzuziehen, um sicherzustellen, dass der stationäre Zustand erreicht wurde. Ein Beispiel für ein Messprotokoll zur Wirtschaftlichkeit könnte wie folgt aussehen:

• Stellen Sie auf einem Fahrradergometer die Belastung auf 75 W ein und lassen Sie den Sportler 7 Minuten lang eine Trittfrequenz von 90 U/min beibehalten,
• Der Sportler soll bei einer Drehzahl von 90 U/min 7 Minuten lang mit einer Leistung von 125 W radeln,
• Erhöhen Sie die Leistung auf 175 W und lassen Sie den Sportler weitere 7 Minuten lang eine Drehzahl von 90 U/min beibehalten.
• Gesamtzeit: 21 Minuten
• Wiederholen Sie den Test nach jedem Mesozyklus (4–8 Wochen).

Die Vorteile der Messung

Die Berechnung der Wirtschafts- bzw. Effizienzwerte für einen Sportler oder eine Gruppe von Teilnehmern ermöglicht einen Vergleich darüber, wie gut jeder Einzelne in der Lage ist, chemische Energie in mechanische Energie für die Bewegung umzuwandeln. Die Ermittlung dieser Werte erfordert nur sehr wenig Testausrüstung und verlangt dem Sportler keine allzu große Anstrengung ab; tatsächlich könnte dieser Test sogar als Aufwärmübung vor einer Trainingseinheit mit Höchstleistung genutzt werden.

Ein konkretes Beispiel

Hier ist ein Beispiel dafür, wie man die Brutto- und Delta-Effizienz sowie die Fahrwirtschaftlichkeit ermittelt. In diesem Fall absolvierte der Sportler zwei 7,5-minütige Etappen mit 50 bzw. 100 Watt bei 80 Umdrehungen pro Minute auf einem elektronisch gebremsten Fahrradergometer. Er war mit einem Herzfrequenzmesser und einer Maske ausgestattet, die an einen analyzer angeschlossen war, analyzer den Sauerstoffverbrauch und die Kohlendioxidproduktion analyzer messen.

Nach Abschluss des Tests sollte die Kurve des Sauerstoffverbrauchs im Zeitverlauf wie in Abbildung 1 dargestellt aussehen.

Als Nächstes muss der stationäre Sauerstoffverbrauch in den letzten zwei Minuten jeder Stufe ermittelt werden; die letzten zwei Minuten jeder Stufe sind in Abbildung 2 hervorgehoben . Solange der Proband einen stationären Sauerstoffverbrauch erreicht hat (erkennbar an einer Trendlinie, deren Steigung oder^R²-Wert gegen Null tendiert), können alle Werte der letzten zwei Minuten jeder Stufe ohne Bedenken gemittelt werden.

 Berechnung des Energieverbrauchs

Der nächste Schritt besteht darin, den Energieverbrauch anhand der folgenden Gleichung zu berechnen:
Energieverbrauch(EE) (J/s) – [(3,869 ×_VO₂) + (1,195 ×_VCO₂)] × (4,1896/60) × 1000 (Gleichung 1)

Dabei ist_VO₂ der durchschnittliche Sauerstoffverbrauch und_VCO₂ die durchschnittliche Kohlendioxidproduktion in den letzten zwei Minuten jeder Stufe. In diesem Beispiel betrug der EE bei 50 und 100 Watt 505,4 bzw. 753,3.

Berechnung des Bruttowirkungsgrads

Um den Bruttowirkungsgrad (GE) bei 50 und 100 Watt zu bestimmen, verwenden Sie die nachstehende Gleichung 2:
Bruttoeffizienz(GE) ( %) – Arbeitsleistung (W)/Energieverbrauch (J/s) * 100 (Gleichung 2) 

Sie müssen lediglich 50 und 100 Watt durch den bereits berechneten Energieverbrauch dividieren. In diesem Beispiel betrug der GE bei 50 Watt 10 % und der GE bei 100 Watt betrug 13,3 %.

Berechnung der Delta-Effizienz

Zur Bestimmung des Delta-Wirkungsgrads (DE) verwenden Sie die folgende Gleichung 3:
Delta-Effizienz (%) – Änderung der Arbeitsleistung / Änderung des Energieverbrauchs * 100 (Gleichung 3) 

In diesem Beispiel lautet die Gleichung (100 – 50 Watt)/(753,3 – 505,4 (J/s)), was zu einer Effizienzabweichung von 20,6 %.

Berechnung der Fahrradtouren-Wirtschaftlichkeit

Um schließlich die Fahrwirtschaftlichkeit (EC) zu ermitteln, verwenden Sie die folgende Gleichung 4:
Radfahrökonomie (kJ/L) – Leistungsabgabe (J/s) / Sauerstoffverbrauch (L/s) (Gleichung 4)

In diesem Beispiel lautet die Gleichung nun: 50 (J/s) * 60 (s/min) / 1,27 (L/min) / 1000 (J/kJ) = 2,36 (kJ/L) und 100 (J/s) * 60 (s/min) / 1,89 (L/min) / 1000 (J/kJ) = 3,17 (kJ/L). Es ist zu beachten, dass Sie, um das richtige Ergebnis für EC zu erhalten, Minuten in Sekunden und J in kJ umrechnen MÜSSEN. 

Zusammenfassung

Die Berechnung von Ökonomie und Effizienz bei gleicher Belastung und Trittfrequenz ermöglicht es, Sportler und Teilnehmer untereinander sowie mit anderen Referenzwerten zu vergleichen. Die Bruttoeffizienz beim Radfahren liegt typischerweise zwischen 7,5 und 25,4 %, ihre Bestimmung hängt jedoch stark von der verwendeten Leistungsabgabe ab. Mit steigender Leistungsabgabe nimmt auch die Bruttoeffizienz bis zu etwa 300 W zu (wobei die Werte zwischen 18 und 25 % liegen); danach beginnt die Effizienz aufgrund der Einbeziehung weiterer Typ-II-Muskelfasern zu sinken. Es hat sich gezeigt, dass die Delta-Effizienz bei trainierten Radfahrern zwischen 20 und 30 % variiert. Schließlich kann die Effizienz beim Radfahren und Laufen zwischen verschiedenen Sportlergruppen um bis zu 30 bzw. 40 % variieren. Auch wenn es sich hierbei nicht um echte Referenzwerte handelt, kann der Vergleich der Effizienzwerte zwischen verschiedenen Teilnehmern nützliche Erkenntnisse darüber liefern, wo jede Person in Bezug auf die Effizienz steht, und somit die Grundlage für die Empfehlung sinnvoller Trainingsmaßnahmen für diejenigen schaffen, denen eine solide Effizienz fehlt.

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Im nächsten Artikel der „Advanced Series“ werden wir erläutern, wie man den maximalen Sauerstoffverbrauch misst, und ein konkretes Beispiel für die Auswertung eines_{VO₂max-Tests}vorstellen.