Wissenschaft

Maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max)

Im Zusammenhang mit Ausdauertraining wird viel über die sogenannte VO2max gesprochen. Aber was ist das genau und welche physiologischen Auswirkungen hat die VO2max auf den Athleten? Diese Fragen möchten wir euch hier beantworten. 

Definition VO2max

Was bedeutet maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max)?
Die maximale Sauerstoffaufnahme repräsentiert die Menge (V) an Sauerstoff (O2), die ein Mensch auf Höhe des Meeresspiegels maximal (max) aufnehmen kann. Sie ist die Standardmessgröße der aeroben Leistungsfähigkeit und wird mit VO2max allgemeingültig abgekürzt. VO2max beschreibt die Sauerstoff – Aufnahmekapazität der Arbeitsmuskulatur pro Minute und deren daraus resultierende Energiebereitstellung (1). Gemessen wird die VO2max mittels einer Atemgasanalyse während einer sportartspezifischen Ausbelastung auf einem Fahrradergometer oder Laufband (8).

Welche physiologischen Faktoren beeinflussen die maximale Sauerstoffaufnahme?
Die maximale Sauerstoffaufnahme ist das Produkt aus Herzminutenvolumen (HMV) und des arteriell-venösen Sauerstoffdefizits. Das Herzminutenvolumen beschreibt die Herzarbeit pro Minute und setzt sich wiederum aus der Herzfrequenz (HF; Schläge pro Minute) und dem Schlagvolumen (SV) zusammen (6). 
Das Schlagvolumen beschreibt die Menge Blut, die pro Herzschlag durch das Herz gepumpt wird. Bei ausdauertrainierten Personen passt sich die Größe des Herzens an das Training an (Sportlerherz) und kann folglich eine größere Menge Blut pro Herzschlag transportieren. Dadurch ergibt sich bei Sportlerinnen und Sportlern oft ein größeres Herzminutenvolumen (6). 
Mit dem arteriell-venösen Sauerstoffdefizit wird der unterschiedliche Sauerstoffgehalt in den Arterien und den Venen dargestellt. Die Arterien transportieren das sauerstoffreiche Blut zu den Muskelzellen, wohingegen die Venen das sauerstoffarme Blut zurück zur Lunge transportieren. Hier wird das sauerstoffarme Blut über die Atmung wieder mit Sauerstoff angereichert. Unter Belastung wird das arteriell-venöse Sauerstoffdefizit immer deutlicher, da die Muskeln während erhöhter Aktivität mehr Sauerstoff verbrauchen und somit weniger Sauerstoff in den Venen vorhanden ist.
Daraus resultiert eine hohe maximale Sauerstoffaufnahme, wenn ein hohes Herzminutenvolumen (HF x SV) und ein hohes arteriell-venöses Sauerstoffdefizit vorhanden ist.

VO2max Normwerte (6, 7)

Absolute VO2max Werte:
Nicht ausdauertrainierte gesunde Personen: 3 – 3,5 l/min
Ausdauertrainierte Personen: 5 – 6 l/min

Relative VO2max Werte:
Nicht ausdauertrainierte gesunde Personen: 35 – 50 ml/min/kg 
Ausdauertrainierte Personen: 80 – 90 ml/min/kg
Die maximale Sauerstoffaufnahme liegt bei Frauen circa 10 – 15 % unter den Werten der Männer.

Aussagekraft der VO2max

Wie kann ich die VO2max vergleichbar machen?
Der Wert der absoluten maximalen Sauerstoffaufnahme wird in Liter Sauerstoff pro Minute (l/min) angeben. Allerdings ist dieser für den individuellen Vergleich der Ausdauerleistungsfähigkeit zwischen einzelnen Personen unzureichend. Der Grund hierfür liegt in den unterschiedlichen anthropometrischen Daten (Körpergröße, Körpergewicht) der einzelnen Sportlerinnen und Sportler.

Beispiel:
Fahren eine 60 kg und eine 50 kg schwere Radfahrerin mit einer VO2max von 5 l/min gegeneinander ein Rennen, ist davon auszugehen, dass die 60 kg schwere Radfahrerin mehr Energie und damit mehr Sauerstoff aufbringen muss, um ihren Körper zu bewegen. Folglich ist anzunehmen, dass die leichtere Athletin mit den 5 l/min die Renngeschwindigkeit länger aufrechterhalten kann als ihre Mitstreiterin. 
„Eine ausschließliche Zunahme des Körpergewichts führt somit zu einer Verringerung der gewichtsbezogenen VO2max“ (Meyer & Kindermann, 1999, S. 285).
Um diesen Wert vergleichbar zu machen, erfolgt eine Normierung der maximalen Sauerstoffaufnahme auf das Körpergewicht. Hierbei handelt es sich um eine relative maximale Sauerstoffaufnahme die in Milliliter pro Minute pro Kilogramm (ml/min/kg) angegeben wird. 

Anpassung der VO2max 

Wie kann ich meine VO2max trainieren?
Um die VO2max zu steigern ist es wichtig, ein gutes Verhältnis von intensivem und regenerativem Training beizubehalten. Empfohlen wird hier sein Training bipolar zu gestalten. Dies entspricht einem Verhältnis von ~80% regenerativem und ~20% intensivem Training (11). Studien haben signifikant belegt, dass die maximale Sauerstoffaufnahme am besten gesteigert wird, wenn in hohen Intensitätszonen wie HIT_EB und HIT_IE trainiert wird (3, 4, 5, 9, 12).
Innerhalb der Intensitätszonen HIT_EB oder HIT_IE befindet sich der Athlet im Bereich von > 88% der VO2max (3). Das bedeutet, dass das Herz-Kreislaufsystem besonders viel Sauerstoff zu den Muskeln transportieren muss und dadurch nah am Maximum der Aufnahmekapazität arbeitet. Folglich sollte während den Intervallen darauf geachtet werden, dass die volle Zeit innerhalb der hohen Intensität ausschöpft wird.
Dennoch: Hier gilt – wie das oben erwähnte, bipolare Training meint – eher: Qualität vor Quantität.

Quellen:

  1. Basset, D.R. & Howley, E. T. (2000). Limiting factors for maximum oxygen uptake and determinants of endurance performance. Med Sci Sports Exerc 32: 70–84.
  2. Faude, O., Meyer, T., Scharhag et al. (2008). Volume vs. intensity in the training of competitive swimmers. International Journal of Sports Medicine. 29(11): 906-912.
  3. Fiskerstrand A, Seiler KS. Training and performance characteristics among Norwegian international rowers 1970-2001. Scand J Med Sci Sports. 2004;14:303–310.
  4. Gormley, S., Swain, D., High, R., et al. (2008). Effect of intensity of aerobic training on V̇O2max. Medicine and Science in Sports and Exercise, 40(7): 1336-1343.
  5. Gutin, B., Barbeau, P., Owens, S., Lemmon, C. R., Bauman, M., Allison, J., … & Litaker, M. S. (2002). Effects of exercise intensity on cardiovascular fitness, total body composition, and visceral adiposity of obese adolescents. The American journal of clinical nutrition, 75(5): 818-826.
  6. Kramme, R (2016). Organprofile und Normwerte BT  – Medizintechnik: Verfahren – Systeme – Informationsverarbeitung. 1-28.
  7. Meyer, T. & Kindermann, W. (1999). Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max). Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin, 50(9): 285-286. 
  8. Meyer, F., Borst M., Buschmann, H. et al., (2018). Belastungsuntersuchungen in der Pneumologie – Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Pneumologie und Beatmungsmedizin e. V.. Journal of Pneumologie. 687-731.
  9. O’Donovan, G., Owen, A., Bird, S. R., Kearney, E. M., Nevill, A. M., Jones, D. W., & Woolf-May, K. (2005). Changes in cardiorespiratory fitness and coronary heart disease risk factors following 24 wk of moderate-or high-intensity exercise of equal energy cost. Journal of applied physiology, 98(5): 1619-1625.
  10. Péronnet, F. & Thibault, G. (1987). Physiological analysis of running performance. Revision of the hyperbolic model. Journal of Physiology, 82(1): 52-60.
  11. Seiler, S. (2010). What is best practice for training intensity and duration distribution in endurance athletes? International Journal of Sports Physiology and Performance. 5(3): 276-291
  12. Swain, D. P. & Franklin, B. A. (2006). Comparison of cardioprotective benefits of vigorous versus moderate intensity aerobic exercise. Am J Car- diol. 2006; 97:141–7.

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