Sportmedizin
ORIGINALIA
RELIABILITÄT DER LEISTUNG UND LAKTATKONZENTRATION IM MAXIMALEN LAKTAT-STEADY-STATE

Reliabilität der Leistung und Laktatkonzentration im maximalen Laktat-steady-state bei Radergometrie

Reliability of Power and Lactate-Concentration of Maximal Lactate Steady-State
during Constant-Load Tests in Cycling

Professur für Sportmedizin/-biologie, Technische Universität Chemnitz

ZUSAMMENFASSUNG

Problemstellung:  30-minütige  Dauerbelastungen  gelten  als  Gold-Standard-Methode zur Bestimmung des maximalen Laktat-steady-states (maxLass). Ziel der vorliegenden  Studie  ist  die  Bestimmung  der  Tag-zu-Tag  Variation  der  Leistung sowie Laktatkonzentration im maxLass bei fahrradergometrischen Dauerbelastungen.  Methoden:  9  männliche  Probanden  (25±4  Jahre,  181±7cm,  77±8  kg) unterzogen  sich  mehreren  Dauerbelastungen  mit  konstanten  Leistungen  auf einem  Radergometer.  Während  der  Dauertests  wurden  Kapillarblutproben  in der 4., 8., 10., 14., 18., 22., 26. und 30. Minuten zur Bestimmung der Laktatkonzentration entnommen. Das maxLass ist definiert, als die höchste Leistung, bei der die  Laktatkonzentration  innerhalb  der  letzten  20  Minuten  nicht  mehr  als  um 0,05 mmol/l/min steigt. In Abhängigkeit der ermittelten Blutlaktatkonzentration wurde die Leistung im nachfolgenden Dauertest um 10 Watt erhöht oder reduziert. Das maxLass wurde viermal bestimmt. Ergebnisse: Die mittlere Leistung im  maxLass  (PmaxLass)  betrug  207±29  Watt,  dies  entsprach  einer  Leistung 70% der VO2max. Die Laktatkonzentration im maxLass (LamaxLass) wurde mit 6,2±1,62 mmol/l gemessen. Für PmaxLass konnte der Intra-Class-Coeffizient mit 0,92 (p≤0,001) und LamaxLass mit 0,66 (p≤0,001) berechnet werden. Der Variationskoeffizient (VK) für PmaxLass betrug 3,8%. Für LamaxLass lag der VK bei 15,1%.  Diskussion:  Die  Dauertestmethode  ist  für  die  Bestimmung  der  Leistung im maxLass reliabel. Die Tag-zu-Tag-Variation der Leistung ist vergleichbar mit Ergebnissen im Stufentest. Die Laktatkonzentration zeigt gegenüber der Leistung eine  wesentlich  höhere  Variabilität.  Somit  sollte  die  Variabilität  der  Laktatkonzentration  bei  der  Interpretation  von  Ergebnissen  aus  leistungsdiagnostischen Untersuchungen berücksichtigt werden.

Schlüsselwörter:  maxLass,  Tag-zu-Tag-Variabilität,  Ausdauerleistungsdiagnostik, Gold-Standard.

SUMMARY

30-min  constant  load  tests  are  known  as  the  gold-standard  for  measuring  the maximum-lactate-steady-state (maxLass). There is a lack of studies investigating the reliability of this method. The aim of this investigation was the determination of reliability of power (PmaxLass) and lactate concentration (LamaxLass) at maxLass during a 30-min constant load cycle ergometry test. METHOD: 9 male subjects (25±4 years, 181±7cm, 77±8 kg) underwent several 30-min-constant load  tests.  During  this  time,  blood-samples  were  taken  from  the  earlobe  after 4, 8, 10, 14, 18, 22, 26 und 30 minutes for detecting the LamaxLass. A maxLass was defined as the highest workload that could be maintained without an increase in lactate  concentration  of  more  than  0,05  mmol/l/min.  The  individual’s  maxLass was determined 4 times. RESULTS: Mean of PmaxLass was 207 Watt ±29 Watt and mean of LamaxLass 6,2 mmol/l ±1,62 mmol/l . The coefficient of variability could be calculated for PmaxLass with 3,8% and 15% for LamaxLass. For the determination  of  reliability  the  Intra-Class-Coefficient  (ICC)  was  calculated  for PmaxLass  with  r =0,92  (p≤0,001)  and  r =0,66,  (p<=0,001)  for  LamaxLass.  DISCUSSION: PmaxLass in constant load tests is highly reliable and therefore comparable with results of incremental tests. The high variability of LamaxLass shows that a determination of endurance-performance based on lactate concentration should be interpreted carefully.

Key  Words: MaxLass,  day-to-day-variability,  endurance  diagnostics,  goldstandard.

EINLEITUNG

Die  Bestimmung  der  Ausdauerleistungsfähigkeit  ist  seit  vielen Jahren  ein  etablierter  Bestandteil  sportmedizinischer  Leistungsdiagnostik. Durch stufenweise ansteigende Belastungen und Auswertung  der  ermittelten  Laktatleistungskurve  wird  die  anaerobe Schwelle bestimmt und somit das maxLass approximiert (8). Das maxLass wird definiert als die maximale Belastungsintensität, bei der  gerade  noch  ein  Gleichgewicht  (steady-state)  zwischen  Laktatbildung und -elimination vorherrscht (2, 8). Es gilt als Maß für die  Ausdauerleistungsfähigkeit  und  bestimmt  die  maximale  Belastungsintensität,  bei  der  die  Energiebereitstellung  gerade  noch primär aerob erfolgt (8). Jede höhere Belastung führt zur Akkumulation  von  Laktat  im  Muskel  und  somit  zu  einem  Abfall  des  pHWertes. Dadurch wird eine weitere Belastung auf diesem Intensitätsniveau  erschwert.  Die  anaerobe  Schwelle  wird  als  Kriterium zur  Bestimmung  von  Trainingsempfehlungen  verwendet.  Jedoch ist zu beachten, dass Änderungen der Leistung an der anaeroben Schwelle innerhalb der biologischen Variabilität liegen können und somit  nicht  auf  Trainingseffekte  zurückzuführen  sind.  Die  biologische Variabilität der Parameter muss somit bekannt sein, um bedeutsame Trainingseffekte erkennen und objektiv interpretieren zu können.  Viele  Untersuchungen  konnten  die  Reliabilität  verschiedener  Schwellenkonzepte  bestätigen  (6, 15, 16).  Doch  nur  wenige Studien befassten sich bisher mit der Bestimmung der Tag-zu-TagVariabilität  der  Leistung  und  Laktatkonzentration  im  Stufentest. Es konnte nachgewiesen werden, dass bei Radergometrie die Tagzu-Tag-Variabilität der Leistung bei 4mmol/l bei 4,15% liegt (12). Ähnliche  Ergebnisse  konnten  bei  Lauf-Feldstufentests  mit  einem VK4mmol/l von  3,3%  (9)  sowie  bei  Laufbandstufentests  mit  einem VK4mmol/l von 2,85% ermittelt werden (11). Für die individuelle anaerobe Schwelle (IAT) geben die Autoren den repeatability coefficient (RC) als Maß der biologischen Variation für die Leistung mit 3,3% und für die Laktatkonzentration mit 34% an (6). Die Variation der Leistung und Laktatkonzentration für stufenweise ansteigende Belastungen  ist  somit  bekannt.  Als  Gold-Standard-Methode  zur Bestimmung  des  maxLass  gelten  30-minütige  Dauerbelastungen (8). Die Reproduzierbarkeit des maxLass konnte bisher nur durch eine  Untersuchung  mittels  Test-Retest-Verfahren  bestimmt  werden (1). Die Studie ermittelte für die Leistung einen VK von 0,77% und für die Laktatkonzentration einen VK von 10%.
Ziel der vorliegenden Untersuchung war die Bestimmung der Reliabilität  sowie  der  individuellen  Tag-zu-Tag-Variabilität  der Leistung und Laktatkonzentration im maxLass.

MATERIAL UND METHODEN

Probanden
An der Studie nahmen neun gesunde, männliche Probanden, davon 6 Radsportler, zwei Handballer und ein Volleyballer (25±4 Jahre, 181±7cm, 77±8kg, VO2max: 52,5±5,4ml/min/kg) teil.

Untersuchungsgang
Die Untersuchungen fanden auf einem Lode Radergometer (Lode Excalibur  Sport,  Lode,  Groningen,  Niederlande)  statt.  Zunächst führten  alle  Testpersonen  einen  Rampentest  zur  Ermittlung  der maximalen  Sauerstoffaufnahme  mittels  des  Spirometers  Oxycon Pro der Firma Jäger (Höchberg) durch. Nach einer 10-minütigen Erwärmung bei einer Leistung des 1,5 fachen des Körpergewichts folgte eine zwei minütige Phase von 50 Watt. Anschließend wurde die Leistung aller 30 Sekunden um 25 Watt bis zur subjektiven Erschöpfung  oder  dem  Erreichen  eines  Levelling-offs  gesteigert. Die  in  den  letzten  30  Testsekunden  gemittelten  Messwerte  entsprachen dabei der maximalen Sauerstoffaufnahme. Im Anschluss absolvierten  die  Probanden  einen  30-minütigen  Dauertest  entsprechend einer Leistung bei einer VO2 von 80% der VO2max. Der Dauertest begann nach einer Erwärmungszeit von 3 Minuten bei einer Leistung von 60% der zu fahrenden Testleistung. Die Trittfrequenz lag zwischen 80 und 90 Umdrehungen pro Minute.
Zur  Bestimmung  der  Laktatkonzentration  wurden  20µL Kapillarblutproben  in  eine  end-to-end  Kapillare  während  Ruhe sowie  in  der  vierten,  achten,  zehnten  Minute  und  anschließend vier-minütlich bis zur 30. Belastungsminute aus dem mit Finalgon forte©  hyperämisierten  Ohrläppchen  entnommen.  Die  Kapillarblutproben  wurden  unmittelbar  nach  Abnahme  mit  einer  Glukose/Laktat-Hämolyselösung vermengt. Anschließend wurde die Laktatkonzentration bei einer Raumtemperatur von 20 bis 24 °Csofort nach dem enzymatisch-amperometrischen Prinzip durch das Gerät BIOSEN C-Line (EKF-diagnostic, Barleben, Deutschland) bestimmt. Eine Kalibration des Gerätes fand automatisch aller 60 Minuten statt. Die Messpräzision wird durch den Hersteller mit einem VK≤1,6%  sowie  ≤3%  über  10  Proben  bei  Laktatkonzentrationen von jeweils 12mmol/l beschrieben.
Die Belastung wurde in Abhängigkeit der gemessenen Laktatkonzentrationen im nächsten Dauertest um 10 Watt erhöht bzw. erniedrigt. Das maxLass entspricht dabei der höchsten Belastungsintensität, bei der die Laktatkonzentration in den letzten 20 Minuten der Dauerbelastung um weniger als 0,05mmol/l/min ansteigt (8).  Die  Steigung  der  Laktatkonzentration  innerhalb  eines  Dauertests  wurde  mittels  Regressionsanalyse  der  sechs  gemessenen Laktatkonzentrationen in der 10., 14., 18., 22., 26. und 30. Belastungsminute in Bezug zur Abnahmezeit ermittelt. Um ein maxLass annehmen zu können, musste jeder Untersuchungsteilnehmer mindestens  zwei  Dauertests  absolvieren.  Zwischen  zwei  Dauertests lag eine Regenerationsphase von 2 bis 4 Tagen. Die Untersuchung galt als beendet, wenn das maxLass für jeden Probanden viermal bestimmt werden konnte. Die Gesamttestphase lag für jeden Probanden bei 5 Wochen.
Zur  Ermittlung  möglicher  Trainingseffekte  wurden  die  vier gemessenen  Leistungswerte  im  maxLass  intraindividuell  in  Abhängigkeit von der Zeit regressionsanalytisch untersucht. Bei signifikantem Regressionskoeffizienten wurden von einem Trainingseffekt ausgegangen und die Leistungswerte im maxLass korrigiert.

Statistik
Zur Beurteilung der Werte wurden das arithmetische Mittel, für die Bestimmung der Variabilität der Variationskoeffizient (VK (%)) sowie die Standardabweichung (±SD) berechnet. Die Reliabilität wurde mit dem Intra-Class-Coeffizient (ICC) bestimmt. Zusammenhänge zwischen Variabilitätskriterien und der Leistung im maxLass sowie der maximalen Sauerstoffaufnahme wurden mittels Korrelation berechnet. Die Ermittlung von Trainingseffekten wurde mittels linearer Regression und Korrelation untersucht. Die Irrtumswahrscheinlichkeit p wurde anhand folgender Signifikanzschranken ermittelt: p>0,05: nicht signifikant (*), p≤0,05: signifikant (**), p≤0,001: hoch signifikant (***).

ERGEBNISSE

Abb. 1 zeigt beispielhaft alle Dauertests mit entsprechender Leistung und Steigung der Laktatkonzentration in Bezug zu den Testtagen für einen Probanden. Das maxLass konnte für alle neun Testpersonen viermal  bestimmt  werden.  Im  Mittel  wurden  10,1±1,6  mit  einem Range von 8 bis 13 Dauertests durchgeführt, um das maxLass viermal bestimmen zu können. Zuzüglich des VO2max-Tests ergab sich somit pro Proband ein Gesamttestzeitraum von 5 Wochen. Es konnte bei keinem Probanden ein signifikanter Anstieg der Regressionsgeraden der vier gemessenen Leistungen im maxLass ermittelt werden. Somit kann davon ausgegangen werden, dass Trainingseffekte nicht vorlagen, so dass alle Werte in dieser Arbeit den tatsächlich gemessenen Leistungswerten  entsprechen.  Die  mittlere  Leistung  im  maxLass (PmaxLass) lag bei 207±29 Watt (Tab. 1). Sie entsprach der Leistung bei einer VO2 von 70,6±6,8% der VO2max. Das Minimum wurde bei 152  Watt,  das  Maximum  bei  257  Watt  gemessen.  Die  mittlere  biologische Variabilität von PmaxLass betrug 3,8%. Es konnte festgestellt werden, dass die Variabilität von PmaxLass unabhängig von PmaxLass(r =0,18, p>0,05) (Abb. 2) sowie der maximalen Sauerstoffaufnahme ist  (r =0,29;  p>0,05).  Die  mittlere  LamaxLass betrug  6,2±1,62mmol/l. Die  Laktatkonzentrationen  lagen  im  Bereich  von  2,9mmol/l  bis 10,6mmol/l.  Weiterhin  konnte  ein  mittlerer  VK  der  LamaxLass von 15,1%  berechnet  werden.  Die  LamaxLass (r =-0,35,  p≥0,05)  sowie  die Variabilität  der  LamaxLass (r =-0,16,  p≥0,05)  stehen  in  keinem  Zusammenhang zur PmaxLass. Die LamaxLass(r =-0,25, p>0,05) sowie die Variabilität der LamaxLass(r =-0,33, p>0,05) sind unabhängig von der maximalen  Sauerstoffaufnahme.  Der  ICC  betrug  für  PmaxLass 0,92 (p<0,001) und für LamaxLass 0,66 (p<0,001).

DISKUSSION

Ziel der Untersuchung war die Bestimmung der Reproduzierbarkeit  sowie  der  individuellen  Tag-zu-Tag-Variabilität  der  Leistung und  Laktatkonzentration  im  maxLass  durch  30-minütige  Dauerbelastungen.
In der vorliegenden Untersuchung konnte ein VK der Leistung von  3,8%  ermittelt  werden,  der  etwas  höher  lag,  als  der  VK  der Leistung von 0,77% von Batschelet et al. (1), die eine vergleichbar mit der in dieser Arbeit verwendeten Methodik angewandt haben. Batschelet  et  al.  (1)  bestimmten  die  Reliabilität  und  Variabilität der Leistung und Laktatkonzentration im maxLass für 12 ausdauertrainierte  männliche  Probanden  mittels  Test-Retest-Methode. Innerhalb  32-minütiger  konstanter  Dauerbelastungen  galt  die Steigung der Laktatkonzentration von 0,05mmol/l/min zwischen der 12. und 32. Minute als Kriterium zur Ermittlung des maxLass. Die  geringen  Variationskoeffizienten  der  Leistung  beider  Studien deuten auf eine geringe Variabilität der Leistung im maxLass hin. Die in dieser Untersuchung ermittelte hohe Reliabilität und geringe Variabilität  der  Leistung  entspricht  weiterhin  den  Resultaten  im Stufentest an der individuellen anaeroben Schwelle sowie bei einer Laktatkonzentration  von  4mmol/l  (6, 9, 11, 12, 15).  Für  stufenförmige Belastungen ist die Variabilität der Leistung unabhängig von der Ausdauerleistungsfähigkeit, gemessen an der Leistung an der anaeroben Schwelle (9, 11, 12). Dies konnte in der vorliegenden Untersuchung für Dauerbelastungen ebenso nachgewiesen werden.
Die  Laktatkonzentration  zeigt  gegenüber  der  Leistung  eine geringere Reproduzierbarkeit sowie eine hohe Variabilität im maxLass. Batschelet et al. (1) ermittelten einen VK der Laktatkonzentration von 10%. Die hohe Variabilität der Laktatkonzentration der vorliegenden  Untersuchung  entspricht  ebenso  den  Befunden  aus Stufentestverfahren (6, 9, 11, 12). Die Höhe der Laktatkonzentration widerspricht in der vorliegenden Studie den bisherigen Befunden anderer Studien, welche mittlere Laktatkonzentrationen im maxLass von 4,0mmol/l bis 5,4mmol/l publizierten (1, 2, 3, 4, 8).
Es ist zu beachten, dass die Laktatkonzentration abhängig von der  Trittfrequenz  sein  kann.  Dieser  Aspekt  wird  in  der  Literatur kontrovers diskutiert. Für stufenförmige Belastungen ist bekannt, dass die Trittfrequenz einen Einfluss auf den Energiestoffwechsel hat (5, 17). Mit zunehmender Trittfrequenz bei gleichen Leistungen erhöht  sich  die  Laktatkonzentration  (13).  In  Studien,  die  Laktatkonzentrationen  um  4mmol/l  im  maxLass  aufwiesen,  fuhren  die Probanden  mit  einer  Trittfrequenz  von  60U/min  (2).  Lagen  die Trittfrequenzen zwischen 70 und 90U/min, konnte eine Laktatkonzentration bei 4,9mmol/l ermittelt werden (4). Bei Trittfrequenzen zwischen  90  und  105U/min  befand  sich  die  Laktatkonzentration im Mittel bei 5,4mmol/l (3). Für Dauertests zur Bestimmung des maxLass  konnte  bisher  keine  Abhängigkeit  der  Laktatkonzentration von der Trittfrequenz gefunden werden (7).
Eine weitere Erklärung für die in dieser Studie erhöhte mittlere Laktatkonzentration  im  maxLass  kann  mittels  maximaler  Sauerstoffaufnahme und maximaler Glykolyserate, als die bedeutendsten Determinanten  der  Leistung  sowie  der  Laktatkonzentration  im maxLass, gegeben werden (8, 14). Nach den theoretischen Annahmen erhöht sich Leistung im maxLass mit zunehmender maximaler Sauerstoffaufnahme sowie abnehmender maximaler Glykolyserate (8, 14). Die gesteigerte Leistung im maxLass kann eine größere Glykolyserate und somit höhere Laktatkonzentrationen zur Folge haben (14). Experimentell konnte bisher jedoch kein Zusammenhang zwischen der Laktatkonzentration im maxLass und der Leistung im maxLass festgestellt werden (4, 10).
Weiterhin bleibt festzuhalten, dass der Leistungsunterschied zwischen den Dauertests aus ökonomischen Gründen zehn Watt, entsprechend der Angaben von Heck (8), betrug. Weitere Studien arbeiteten  mit  einer  Leistungssteigerung  um  3%  bis  10%  (2, 3, 4) bzw. 5 bis 20 Watt (1). In der vorliegenden Untersuchung konnte das  maxLass  auf  neun  Watt  genau  bestimmt  werden.  Innerhalb dieses  Intervalls  von  neun  Watt  kann  es  mit  zunehmender  Leistung zu höheren Laktatkonzentrationen kommen. Ob das maxLass in der vorliegenden Studie genau getroffen oder um maximal neun Watt unterschätzt wurde, kann nicht geklärt werden. Somit sollte beachtet  werden,  dass  bei  einer  möglichen  Unterschätzung  des maxLass,  aufgrund  der  methodischen  Leistungsdifferenz  von  10 Watt zwischen zwei Dauertests, die ermittelte Laktatkonzentration ebenso unterschätzt werden kann.

SCHLUSSFOLGERUNG

Die Leistung im maxLass ist durch 30-minütige Dauerbelastungen für  die  untersuchte  Probandengruppe  reliabel  messbar.  Im  Gegensatz  zur  Leistung  charakterisiert  die  Laktatkonzentration  im maxLass  eine  höhere  Variabilität,  was  bei  der  Interpretation  von leistungsdiagnostischen Ergebnissen berücksichtigt werden sollte. Aufgrund  der  hohen  Variabilität  der  Laktatkonzentrationen  im maxLass,  sollten  diese  nicht  auf  Laktatkonzentrationen  im  Stufentest übertragen werden, um daraus die Leistung entsprechend eines Schwellenkonzepts zu ermitteln. Hierbei ist der Vergleich der Laktatkonzentrationen und Leistungen im maxLass mit den entsprechenden Schwellenkonzepten zu erarbeiten. Weiterhin sollten die  Reliabilität  und  Tag-zu-Tag-Variabilität  für  untrainierte  sowie hochausdauertrainierte  Probanden  sowie  der  Einfluss  der  Trittfrequenz  auf  die  Laktatkonzentration  im  maxLass  Schwerpunkt nachfolgender Studien sein.

Angaben zu finanziellen Interessen und Beziehungen, wie Patente, Honorare oder Unterstützung durch Firmen: Keine.

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