Anaerobe Schwelle

Der Begriff anaerobe Schwelle (auch als aerob-anaerobe Schwelle oder Laktatschwelle bezeichnet; englisch: anaerobic threshold) ist ein Fachbegriff aus der Sport- und Leistungsphysiologie. Es handelt sich dabei um die höchstmögliche Belastungsintensität, welche gerade noch unter Aufrechterhaltung eines Gleichgewichtszustandes („steady state“) zwischen Bildung und Abbau von Lactat erbracht werden kann.

Bestimmung und Definition

Die anaerobe Schwelle liegt bei den meisten Menschen in der Nähe einer Laktatkonzentration des peripheren Kapillarblutes (Ohrläppchen oder Fingerbeere) von 4 mmol/l; dieser Laktatwert wird daher häufig zur Definition der anaeroben Schwelle verwendet. Der Wert von 4 mmol/l kann als Durchschnitt angesehen werden – der Laktatwert an der anaeroben Schwelle kann jedoch individuell sehr stark abweichen, gemessen wurden 2,3 bis 6,8 mmol/l. Deshalb ist die Schwellen-Bestimmung nach der „4 mmol/l-Methode“ völlig ungeeignet. Trotzdem kann man davon ausgehen, dass bei der allgemeinen Verwendung des Begriffs anaerobe Schwelle (ANS) in vielen Fällen die 4 mmol/l-Konzentrationsgrenze gemeint ist.

Kennzeichnend für das Erreichen der anaeroben Schwelle ist einzig und allein die Tatsache, dass der Steady State, also das Fließgleichgewicht zwischen Laktatbildung und -abbau nicht mehr aufrechterhalten werden kann und auch geringe nachfolgende Leistungssteigerungen zu einem starken Anstieg der Laktatkonzentration in der arbeitenden Zelle, im Blut, in den umgebenden Muskelzellen und im Interstitium führen. Gemessen wird allerdings bei Leistungstests die Konzentration im peripheren Blut.

Hierbei ist zu beachten, dass auch weit vor Erreichen der Schwelle große Mengen von Laktat gebildet werden. Ein Verständnis, wonach an einem bestimmten Punkt die Laktatbildung überhaupt erst in relevanten Mengen einsetzt, war in 1960er und 1970er Jahren zwar auch unter Sportmedizinern noch weit verbreitet, gilt aber heute als vollständig widerlegt.

Die Laktatkonzentration in Ruhe liegt bei 1 mmol/l bis 2 mmol/l, häufig wird ein initialer Abfall der Laktatkonzentration nach Trainingsbeginn beobachtet. Das heißt: Das sogenannte „Basislaktat“ kann einen Wert annehmen, der unter dem Ruhelaktatwert liegt.

Individuelle anaerobe Schwelle

Um Missverständnissen vorzubeugen, wird der Begriff individuelle anaerobe Schwelle (iANS), verwendet. Wird bei einem Testverfahren bspw. die Leistung an der iANS ermittelt, so bezieht sie sich auf einen individuell (meistens nach dem Freiburger Modell) für diesen Sportler festgestellten Laktatwert an der Schwelle.

Seit den frühen 1970er Jahren wurden an den deutschen Sporthochschulen verschiedene Schwellenwertmodelle (Winkelmodell, Freiburger Modell, Dickhuth-Modell usw.) diskutiert und erprobt.

Allen individuellen Modellen lagen verschiedene Belastungsprotokolle und Probandenmaterial zu Grunde, so dass die Voraussetzungen zur Nutzung der Modelle verschieden sind. Darüber hinaus sind die mathematischen Berechnungen in manchen Fällen sehr kompliziert.

Ab welcher Leistungsstufe der Organismus die anaerobe Schwelle erreicht bzw. überschreitet, hängt von verschiedenen – trainierbaren – Faktoren ab, unter anderem der Dichte und Lage der Mitochondrien in der Zelle, dem Kapillarisierungsgrad des Muskels, dem Füllungszustand der Glykogenspeicher, der Diffusionskapazität für Sauerstoff durch die Zellmembranen, der Aktivität der Enzyme der Atmungskette und der Sauerstoffbindungs- und Sauerstofftransportkapazität. Längere Ausdauerbelastungen (i.d.R. über 5 min) dürfen nicht zu einer Überschreitung der iANS führen, wenn eine optimale Leistung erreicht werden soll, weil nach Überschreitung der iANS nach kurzer Zeit eine erhebliche Leistungseinbuße zu erwarten ist. Somit haben Menschen, die ihre individuelle anaerobe Schwelle bei einer höheren Leistung erreichen, eine günstigere Ausgangsposition für Ausdauerbelastungen.

Energiebereitstellung in Abhängigkeit von der Belastungsintensität

Je nach Belastungshöhe gewinnt der Körper die umzusetzende Energie aus verschiedenen Quellen. Es werden vier Arten der Energiebereitstellung unterschieden. In Bezug auf die anaerobe Schwelle können wir drei Situationen unterscheiden:

• Bei einer Belastung unterhalb der anaeroben Schwelle läuft die Energiebereitstellung zwar nicht ausschließlich unter Verstoffwechselung von Sauerstoff, also aerob ab, doch erreicht die anaerobe Verstoffwechselung dabei nie ein Maß, das durch die jeweils vorhandene (beim trainierten Sportler besser ausgeprägte) Fähigkeit zum schnellen Laktatabbau übersteigt (vgl. oben). Eine Ausdauerleistung kann hier sehr lange aufrechterhalten werden, z. B. bei einem Marathonlauf.

• Eine Belastung an der anaeroben Schwelle – d. h. in geringem Maße unter- oder oberhalb der Schwelle – ist die relativ höchste Belastung, die langfristig durchgehalten werden kann. Die Glykogen-Reserven sind allerdings bei intensiver Dauerbelastung je nach Trainingszustand nach 60 bis 90 Minuten weitgehend erschöpft.

• Bei einer Belastung oberhalb der anaeroben Schwelle erfolgt die Energiebereitstellung zunehmend anaerob. Die Leistung ist daher nur kurzfristig (wenige Minuten) durchzuhalten. Für die Erbringung der der Wettkampfsituation entsprechenden Leistung hat die Fähigkeit, über anaerobe Verstoffwechselung zusätzlich kurzfristig Energie bereitzustellen, dennoch eine hohe Bedeutung (sog. Attacken im Radsport, in jüngster Zeit auch beim 5.000- und 10.000-m-Lauf). Neben der Nutzung der Kreatinphosphatreserven ist die anaerob-laktazide Verstoffwechselung die einzige Möglichkeit, Leistungen zu erbringen, die höher liegen, als die, die der maximalen Sauerstoffaufnahmefähigkeit pro Zeiteinheit entspricht. Da das angesammelte Laktat später wieder unter erhöhter Sauerstoffzufuhr abgebaut werden muss und Kreatinphosphat wieder aufgebaut wird, spricht man in diesem Zusammenhang auch davon, dass eine Sauerstoffschuld eingegangen wird.

Die Bedeutung der (individuellen) anaeroben Schwelle in der Leistungsdiagnostik

Festgestellt wird die Leistung an der (individuellen) anaeroben Schwelle durch einen stufenweisen Belastungstest verbunden mit mehreren Blutproben (Ohr). Durch Aufzeichnung der Kurve ist eine Bestimmung der iANS hier noch exakter möglich: Der starke Anstieg der Laktatleistungskurve signalisiert hier, dass der Organismus den Steady State nicht aufrechterhalten konnte. Eine näherungsweise Bestimmung ist auch unblutig über ein Herzfrequenz/Leistungs-Diagramm möglich: Ab der individuellen anaeroben Schwelle sinkt die Steigung der Herzfrequenz bei zusätzlicher Belastung (Knick in der Kurve). Bekannt ist in diesem Zusammenhang der Conconi-Test.

Nicht zu verwechseln mit der anaeroben Schwelle ist die aerobe Schwelle bei einer Laktat-Konzentration von etwa 2 mmol/l. Bei der aeroben Schwelle handelt es sich um die geringste Belastungsintensität, bei der erstmals ein Anstieg des Laktat-Werts gegenüber dem Ruhewert zu messen ist. Diese individuelle aerobe Schwelle wird in der Sportwissenschaft auch als minimales Laktatäquivalent oder Basislaktat bezeichnet. Bis zu diesem Wert werden vorwiegend Fettsäuren verstoffwechselt. Bei darübergehender Belastung arbeiten die betreffenden Muskelgruppen im aeroben-anaeroben Übergang. Das dabei entstehende Laktat kann relativ schnell und problemlos vom Organismus abtransportiert und abgebaut werden („steady state“). Der Begriff der aeroben Schwelle ist inzwischen umstritten.^[1]

Die anaerobe Schwelle hat im Leistungstraining eine große Bedeutung, da dem Training mit einer Intensität knapp unterhalb dieses Grenzwertes ein hoher Effekt bei der Entwicklung der aeroben Leistungsfähigkeit nachgesagt wird.

Heute ist es üblich – ausgehend von den im Stufentest ermittelten leistungsdiagnostischen Ergebnissen – die Einteilung der Trainingsbereiche in Prozentsätzen mit Bezug auf die iANS vorzunehmen. Dabei wird die Belastungsintensität in Intensitätsbereiche gegliedert, die in % der Leistung an der iANS in Watt oder in % der Herzfrequenz an der iANS angegeben werden, beispielsweise „Grundlagenausdauer – 65 bis 75% iANS“ (gemeint ist 65 bis 75 % der Leistung an der iANS).

Kritik am Konzept der laktatbasierten Bestimmung der anaeroben Schwelle

Die in den letzten 20 Jahren stattgefundene Neubewertung der physiologischen Rolle des Laktats hat auch Auswirkungen auf die Anwendbarkeit und Validität von laktatbasierten Leistungstests. In ihrer zusammenfassenden Betrachtung der stattgefundenen Entwicklungen kommen die Autoren zu folgenden Schlußfolgerungen als „Hinweise für die Praxis“:

… Blutlaktatkonzentrationen werden nicht nur durch die Glykolyserate, sondern auch durch die Effizienz des Laktattransports reguliert. …

Trainingsbedingte Veränderungen, aber auch scheinbare Stagnationen der Laktatleistungskurve (Schwellen) im Verlauf eines Trainings müssen daher als Geschehen eines solchen multifaktoriellen Prozesses betrachtet werden. Positive Anpassungen müssen aufgrund der vielen Einflussfaktoren nicht immer im Laktat sichtbar werden und bedeuten nicht zwangsläufig eine Stagnation von Trainingseffekten …

Laktatschwellen im Sinne von speziellen Punkten in der Laktatleistungskurve haben keine höhere Bedeutung für die Leistungsdiagnostik und Trainingssteuerung als andere Punkte der Kurve, d. h. Schwellenkonzepte sind daher zur Trainingssteuerung grundsätzlich zu hinterfragen. …

Beim Vergleich von Schwellen ist äusserste Vorsicht geboten. Hier spielt das verwendete Belastungsprotokoll (z. B. Stufendauer) eine grosse Rolle …

Neben dem verwendeten Belastungsprotokoll sind die Schwellen aber auch unterschiedlich definiert. …

Es scheint, als existiere mehr ein Zeitfenster, in dem die Laktatproduktion die Eliminations/-Verwertungs-Kapazität des Körpers übersteigt, weniger eine spezifische Schwelle. Es scheint daher angebracht, den Ausdruck anaerobe Schwelle durch eine funktionellere Beschreibung zu ersetzen, da weder eine eindeutige Schwelle existiert, noch die Muskulatur zu irgendeinem [’’vom Autor korrigiert, Original „keinem“’’] Zeitpunkt komplett anaerob arbeitet. Hinzukommend impliziert der Ausdruck Schwelle eine Art negative Barriere, die vielfach so verstanden wird, dass sie nicht überschritten werden darf. …

In der Leistungsdiagnostik, insbesondere auf hohem Niveau, sollten immer mehrere Parameter erhoben werden (z. B. spirometrische Kenngrössen wie VO2max oder die Zeit bis zur Erschöpfung als critical power oder tlim). …

Laktat ist kein geeigneter Marker, um muskuläre Ermüdung zu diagnostizieren, und ist auch nicht Hauptfaktor von Ermüdungserscheinungen.^[2]

Unterdessen spielt die laktatbasierte Leistungsdiagnostik sowohl im Hobby-Sport-Bereich wie bei professionell trainierenden Athleten nach wie vor die Hauptrolle und trägt zur erfolgreichen Entwicklung von Trainingskonzepten bei.

Literatur

• G. Badtke (Hrsg.): Lehrbuch der Sportmedizin. Hüthig, Heidelberg/Leipzig 1995
• H. Heck: Laktat in der Leistungsdiagnostik. Karl Hofmann, Schorndorf 1990
• W. Hollmann, T. Hettinger: Sportmedizin: Arbeits- und Trainingsgrundlagen. Schattauer, Stuttgart/New York 1990
• D. Jeschke, R. Lorenz (Hrsg.): Sportartspezifische Leistungsdiagnostik – Energetische Aspekte. SPORT und BUCH Strauß, Köln 1998
• H. Letzelter, M. Letzelter: Leistungsdiagnostik – Beispiel Eisschnelllauf. Schors, Niedernhausen/Taunus 1983
• G. Neumann, K. Hottenrott: Das große Buch vom Laufen. Meyer und Meyer, Aachen 2002
• G. Neumann, K. Schüler: Sportmedizische Funktionsdiagnostik. In: Sportmedizinische Schriftenreihe Band 29, Barth, Leipzig 1994
• L. Pickenhain et al.: Sportmedizin. Hans Huber, Bern 1993
• H. Rieckert: Leistungsphysiologie: eine themenorientierte Darstellung für Sportstudenten, Sportlehrer und Sportärzte. Karl Hofmann, Schorndorf 1991
• R. Rost: Sport- und Bewegungstherapie bei Inneren Krankheiten. Deutscher Ärzte-Verlag, Köln 2005
• K.-H. Rühle: Praxisleitfaden der Spiroergometrie. Kohlhammer, Stuttgart 2001
• J. Scheibe et al.: Medizin und Sport. Harri Deutsch, Frankfurt/Main 1990
• Schnabel et al.: Trainingswissenschaft: Leistung, Training, Wettkampf. Sport Verlag, Berlin 2003
• P. Schürch: Leistungsdiagnostik: Theorie und Praxis. In: Beiträge zur Sportmedizin, Band 32, perimed, Erlangen 1987
• J. Stegemann: Leistungsphysiologie. Thieme, Stuttgart 1991
• R. Strauss (Hrsg.): Sportmedizin und Leistungsphysiologie. Ferdinand Enke, Stuttgart 1983
• J. Weineck: Optimales Training. Spitta, Balingen 2004.

Weblinks

• Leistungstest.info: Anaerobe Schwelle, Grundlagen und Interpretation. Beitrag eines Kardiologen mit Animationen und Literaturhinweisen
• Kritik und zusammenfassende Informationen zum Konzept der Laktatleistungsdiagnostik (PDF)

Einzelnachweise

1. ↑ P. Wahl, W. Bloch, J. Mester: Moderne Betrachtungsweisen des Laktats: Laktat ein überschätztes und zugleich unterschätztes Molekül. In: Schweizerische Zeitschrift für Sportmedizin und Sporttraumatologie 57 (3)/2009, S. 104
2. ↑ P. Wahl, W. Bloch, J. Mester: Moderne Betrachtungsweisen des Laktats: Laktat ein überschätztes und zugleich unterschätztes Molekül. In: Schweizerische Zeitschrift für Sportmedizin und Sporttraumatologie 57 (3)/2009, S. 105