Maximaler Sauerstoffverbrauch
Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO₂max) beschreibt die Fähigkeit des Körpers, Sauerstoff aus der Atmosphäreaufzunehmen und ihn in den Skelettmuskel Mitochondrien während intensiver Ganzkörperbelastung zu verwerten.Die VO₂max gilt als Goldstandard für die Messung der kardiopulmonalen Funktion. Tatsächlich wurdedie VO₂max sowohl mit der Gesundheit als auch mit der Leistungsfähigkeit bei Gruppen von Personen mit unterschiedlichem Trainingszustand in Verbindung gebracht. Daher ist die Messungder VO₂max und die Bestimmung des geschwindigkeitsbestimmenden Schritts für die Sauerstoffdiffusion im gesamten Körper von großer Bedeutung für das Verständnis von Maßnahmen zur Verbesserung dieses Wertes.
Sauerstoff: Von der Umwelt zur Zelle
Sauerstoff fungiert als letzter Elektronenakzeptor innerhalb des Elektronentransportsystems (ETS). Das ETS befindet sich in den Mitochondrien. Damit Sauerstoff seine Aufgabe erfüllen kann, muss er so schnell, reichlich und effizient wie möglich aus der Umgebung in die Mitochondrien gelangen. Sauerstoff gelangt zunächst über die Lunge in den Körper. Durch die Kontraktion der Einatmungsmuskeln werden die Lungen ausgedehnt, wodurch ein Unterdruck in den Lungen entsteht, der Luft in die Lungen strömen lässt. Sobald sich die Luft in den Lungen befindet, muss sie durch die winzigen, dünnwandigen Alveolen diffundieren, um ins Blut zu gelangen.
Die Sauerstoffkonzentration in den Alveolen ist im Vergleich zur Sauerstoffkonzentration im Blut sehr hoch, weshalb der Sauerstoff in das Blut „gesaugt“ und an Hämoglobinmoleküle gebunden wird, die sich auf den Erythrozyten (roten Blutkörperchen) befinden. Rote Blutkörperchen transportieren den Sauerstoff durch das gesamte Gefäßsystem, bis sie eine Stelle mit niedrigem Sauerstoffgehalt erreichen. Bei maximaler Belastung herrscht im arbeitenden Muskel ein sehr niedriger Druck. Der Sauerstoff diffundiert dann durch die Kapillarwände, wo er an den Sauerstoffträger im Muskel, das Myoglobin, gebunden wird. Myoglobin transportiert den Sauerstoff zu den Mitochondrien, wo er als letzter Elektronenakzeptor im elektronenübertragungskomplex (ETS) genutzt werden kann, wodurch die ATP-Synthese ermöglicht wird.
Was begrenzt die VO2max?
Im Laufe der Jahre haben viele Wissenschaftler nach dem größten begrenzenden Faktor für den maximalen Sauerstoffverbrauch beim Menschen gesucht. Jeder der oben genannten Schritte im Sauerstofftransport- und -versorgungskreislauf könntedie VO₂max begrenzen. Um die Sache übersichtlich zu halten, haben Bassett und Howley (2000) diese potenziellen begrenzenden Faktoren in vier Hauptkategorien unterteilt:
1) Lungen-Diffusionskapazität: die Fähigkeit der Lunge, große Luftmengen aufzunehmen und über die Alveolen Sauerstoff und Kohlendioxid auszutauschen.
2) Herzzeitvolumen, die Fähigkeit des Herzens, große Mengen an sauerstoffreichem Blut in die Skelettmuskulatur zu pumpen.
3) Sauerstofftransportkapazität des Blutes, d. h. die Gesamtmenge an Sauerstoff, die vom Blut zu den Muskeln transportiert werden kann (dies ist eine Unterkategorie des Herzzeitvolumens).
4) Sauerstoffverwertung in den Skelettmuskeln, d. h. die Fähigkeit der Muskeln – genauer gesagt der Mitochondrien der Skelettmuskeln –, Sauerstoff aufzunehmen und zu verwerten.
Die ersten drei Kategorien gelten als zentrale Limitierungen, während die Sauerstoffaufnahme der Skelettmuskulatur als periphere Limitierung angesehen wird. Es gibt eine Reihe von Übersichtsarbeiten (1, 2, 3), die sich mit der spezifischen Analyse der unzähligen Daten befassen, die dazu erhoben wurden, welches System die größte Limitierung darstellt; es gibt sogar einige sehr gute Diskussionen zwischen renommierten Wissenschaftlern zu diesem Thema. Fasst man die Forschungsergebnisse aus über 100 Jahren zusammen, so lässt sich sagen, dass bei der Mehrheit der gut trainierten bis hin zu Spitzensportlern die größte Limitierung durch Herzleistung oder der Fähigkeit des Herzens, maximale Mengen an sauerstoffreichem Blut in die Skelettmuskulatur zu pumpen.
Zusammenfassung
Die Geschwindigkeit, mit der Ihr Körper Sauerstoff aufnehmen und verwerten kann (VO₂max), steht in direktem Zusammenhang mit Ihrer Gesundheit und Leistungsfähigkeit. Der maximale Transport von Sauerstoff aus der Umgebung zu den Mitochondrien der Skelettmuskulatur, wo er letztendlich zur Synthese von ATP genutzt wird, umfasst viele Schritte. Dies ermöglicht eine ausdauernde körperliche Betätigung. Der Schritt, derdie VO2max am stärksten begrenzt, ist die Fähigkeit des Herzens, sauerstoffreiches Blut durch die Blutgefäße zu den Muskeln zu pumpen. Diese Aussage trifft zwar im Allgemeinen auf trainierte Personen zu, gilt jedoch möglicherweise nicht für alle Menschen. Daher ist es für die Optimierung der Gesundheit und Leistungsfähigkeit eines Sportlers von großer Bedeutung, herauszufinden, welcher Schritt bei ihm die Geschwindigkeit begrenzt. Als Erstes solltedie VO2max getestet und gemessen werden.
In den nächsten Beiträgen wird Folgendes näher erläutert: 1) Die erfolgreiche Durchführung einesVO₂max-Tests, 2) die Auswertung einesVO₂max-Tests und 3) die Einbindung weiterer Technologien in physiologische Untersuchungen, um fundiertere Entscheidungen zur Trainingsoptimierung zu ermöglichen.
