STANDARDS DER SPORTMEDIZIN
STANDARDS DER SPORTMEDIZIN
HYDRATIONSMONITORING

Monitoring des Flüssigkeitshaushalts im Sport

Sektion Sport- und Rehabilitationsmedizin, Universitätsklinikum Ulm

ZUSAMMENFASSUNG

Die Überwachung des Flüssigkeitshaushalts ist im Sport gesundheits- und leistungsrelevant. Im Mittelpunkt dieses Artikels stehen Methoden, die valide, günstig und in Feldtestlabors umsetzbar sind. Die spezifische Urindichte bildet den Hydrationsstatus unter den meisten Bedingungen gut ab und lässt sich mit einem Refraktometer exakt bestimmen. Änderungen der Körpermasse sind ein idealer Marker kurzfristiger Flüssigkeitsverluste, sie verlieren bei längeren Zeitintervallen jedoch an Validität. Hämatokritmessungen ermöglichen die Detektion iso- und hypotoner Hypovolämien, die bei Nahrungs- und Flüssigkeitsrestriktion in körpergewichtslimitierten Sportarten auftreten. Alle Messgrößen verlangen eine gute Standardisierung. Es empfiehlt sich, mindestens zwei Größen zu kombinieren, um verschiedene Kompartimente des äußerst dynamischen Flüssigkeitshaushaltes darzustellen.

Schlüsselwörter: Urindichte, Hämatokrit, Flüssigkeitsbilanz, Urinfarbe, Osmolalität

SUMMARY

Assessing athletes’ hydration is relevant in regard to health and performance. The review focuses on valid markers of hydration status that are inexpensive and feasible in field test settings. Urine specific gravity is a valid marker of hydration status in most cases, easily and exactly measured with a refractometer. Changes of body mass accurately represent short-time changes of hydration, however they become invalid if the interval between measurements is too long. Haematocrit measurements allow the detection of iso- and hypotonic hypovolemia, which might occur during food- and/or fluid restriction especially in body mass-limited disciplines. Monitoring of hydration status requires a high level of standardization. Furthermore, the combination of at least two different parameters is recommended to monitor the very complex and dynamic regulation of total body water and its compartments.

Key Words: urine specific density, haematocrit, fluid balance, urine color, osmolality

EINLEITUNG

Der gesamte Wasserbestand (total body water, TBW) macht ca. 66% des menschlichen Körpergewichts aus. Das TBW verteilt sich mit ca. 37% der Körpermasse auf das intrazelluläre Volumen (IZV) und mit ca. 29% auf das extrazelluläre Volumen (EZV). Das EZV beinhaltet das gesamte Wasser außerhalb der Zellen, inklusive Interstitium (ca. 24%) und Plasmavolumen (ca. 5%). Zwischen diesen Kompartimenten findet ein kontinuierlicher Austausch statt. Durch Belastung, Schwitzen oder Hitze ändern sich das Gesamtvolumen und die Verteilung sehr dynamisch. Der Hydrationsstatus ist deshalb nicht statisch, sondern fluktuiert um den sich laufend ändernden Mittelwert des TBW (13).


Die Begriffe Hypo-, Eu- und Hyperhydration beschreiben eine negative, ausgeglichene bzw. positive Flüssigkeitsbilanz. Dehydration und Rehydration kennzeichnen Vorgänge, die zu Flüssigkeitsverlust bzw. Ausgleich des Flüssigkeitshaushalts führen.
Flüssigkeitsmangel entsteht, wenn der Wasserverbrauch des Organismus die Summe aus Aufnahme und metabolischer Produktion überschreitet, die sich auf ca. 110g Wasser pro 100g Fett bzw. 55g Wasser pro 100g verbrannter Kohlenhydrate beläuft. Die Flüssigkeitsverluste von Sportlern durch Schweiß und Atmung liegen demgegenüber deutlich höher.
Hypohydration ist mit verminderter sportlicher Leistungsfähigkeit assoziiert, insbesondere im Ausdauerbereich. Dennoch können einer Metaanalyse zufolge Flüssigkeitsverluste bis zu 4% ohne Ausdauerleistungseinbußen toleriert werden (9). Kommen Hitzebedingungen hinzu, treten gesundheitliche Aspekte der Hypohydration in den Vordergrund, denn ein verringertes Plasmavolumen reduziert die Hitzetoleranz. Dadurch steigt die Gefahr hitzebedingter Symptome vom Hitzeschock bis hin zu Multiorganversagen und Tod (13).
Flüssigkeitsmangel entsteht häufig durch „unfreiwillige“ Dehydration aufgrund von verspätetem Durstempfinden oder kumulierten Flüssigkeitsdefiziten. Gezielte Dehydration findet sich üblicherweise in gewichtslimitierten Sportarten (z. B. Ringen, Boxen, Leichtgewichtsrudern). In diesen Fällen reduzieren Sportler kurzfristig ihre Körpermasse durch Dehydrationsmaßnahmen bis auf das Zielgewicht (Flüssigkeitsrestriktion, Saunagänge, heiße Bäder, Training in warmer Kleidung, Diuretika etc.). Es sind Reduktionen bis zu 15% der Körpergewichts dokumentiert, die mit erheblichen gesundheitlichen Gefahren bis hin zum Tod verbunden sein können (13).
Für Sportler, Sportmediziner und -wissenschaftler ist die Überwachung des Flüssigkeitshaushaltes somit (i) ein Beitrag zur Wahrung der Gesundheit, (ii) eine Möglichkeit der differenzierten Beurteilung des Körpergewichts z. B. bei gewichtslimitierten Sportarten und (iii) ein Beitrag zur Wahrung von Leistungsfähigkeit und Regeneration.
Im Vordergrund dieses Standards stehen wenig aufwändige und kostengünstige Methoden, die sich insbesondere in Feldtestsituationen anwenden lassen (Tab. 1). Aufwändige Labormethoden, die im wissenschaftlichen Kontext sinnvoll sein können, kommen nur marginal vor.

METHODEN DES HYDRATIONSMONITORINGS

Körpergewichtsmessungen
Körpergewichtsänderungen bilden im Zeitraum einiger Stunden kurzfristige Veränderungen des Flüssigkeitsstatus valide ab. Körpergewichtsmessungen sind auch geeignet, um Änderungen der Hydration von Tag-zu-Tag abzubilden, sofern eine gute Baseline definiert wurde. Dazu sollten drei Messungen mit einer kalibrierten Körpergewichtswaage an aufeinanderfolgenden Tagen unter standardisierten Bedingungen erfolgen (z. B.: morgens, nüchtern, trockene Unterwäsche, Blase entleert, Schweißmenge zu 100% durch Flüssigkeit ausgeglichen) (7).
Bei der Interpretation der Werte muss die Tag-zu-Tag Variabilität berücksichtigt werden. Sie beträgt bei 75kg schweren Männern ca. 0,51±0,20kg mit einem gruppenweiten Variationskoeffizienten von 0,66±0,24% (6).
Körpergewichtsmessungen haben ausschließlich längsschnittliche Bedeutung, weil ein einziger Messzeitpunkt keinerlei Aussage zum aktuellen Hydrationsstatus zulässt. Liegen die Messzeitpunkte weit auseinander, etwa im Bereich von Wochen bis Monaten, verliert die Methode deutlich an Validität, weil gleichzeitig Veränderungen der Fett- und Muskelmasse auftreten können.

Urin
Die Häufigkeit der Miktion erlaubt auf individueller Ebene gute Hinweise auf Veränderungen des Hydrationsstatus, insbesondere unter Berücksichtigung der Urinfärbung (UCOL). Stark konzentrierter Urin sieht wegen der höheren Konzentration der Farbstoffe (Urochrome) dunkel aus, während Urin im euhydrierten Zustand blass bis strohfarben wirkt. Die UCOL scheint gut geeignet, um mit einfachen Mitteln milde Dehydrationszustände (Tag-zu-Tag) darzustellen bzw. weitergehende Dehydration (>2%) auszuschließen, wenn es nicht auf hohe Präzision und Diskriminierbarkeit ankommt (Tab. 2). Grundsätzlich scheint die UCOL ebenfalls geeignet zur Darstellung starker, konsekutiver, akuter Dehydration (3.7% - 5.2%) und anschließender Rehydration. Zur objektiven Beurteilung der Urinfarbe bietet sich die Nutzung einer Farbskala von 1 - 8 an (1).
Die genaueste Methode zur Messung der Urinkonzentration ist die Bestimmung der Osmolalität (UOSM). Einer Studie zufolge scheint die UOSM geeignet zu sein, um auf individueller Ebene Änderungen des Hydrationsstatus bei Sportlern darzustellen (16). Allerdings unterliegen die Absolutwerte interkulturellen bzw. ernährungsbedingten Unterschieden (Mittelwerte im 24h-Sammelurin in Deutschland bei 860 mOsm/kg, in Polen bei 392 mOsm/kg (12)). Zur Messung der UOSM ist ein relativ teures Osmometer und geschultes Personal notwendig.
In den meisten Fällen bietet sich die Messung der spezifischen Dichte (USD) an, die stark mit der UOSM korreliert (r2=0,8- 0,94) (5). Zudem existieren hinreichend verlässliche Normalwerte (Tab. 2) und es ist keine Geschlechtsabhängigkeit dokumentiert. Durch Verwendung eines Handrefraktometers, das die Lichtbrechung des Urins in Abhängigkeit der im Urin gelösten Teilchen misst, lässt sich die USD exakt und innerhalb von Sekunden aus wenigen Tropfen Urin bestimmen. Die USD wird in g/ml angegeben, oftmals auch als specific gravity (sp. gr.) oder ohne Einheit.
Urin-Teststreifen stellen eine Alternative zur Bestimmung der USD dar, wenn Sportler ihren Hydrationsstatus selbst abschätzen möchten. Streifenmessungen sind im Vergleich zu Refraktometerbestimmungen teurer und ungenauer (r =0,68) (14). Idealerweise wird die USD aus dem 24h-Sammelurin bestimmt. Die Messung im Morgenurin ist deutlich praktikabler, allerdings ist Morgenurin stärker konzentriert als 24h-Sammelurin (Tab. 2) (5).


Mehrere Studien belegen die Validität urinbasierter Messgrößen (insbesondere der USD) zur Darstellung von Eu- und Hypohydration (vgl. dazu Reviews 1, 11, 13, 15). Allerdings weisen die Messgrößen drei wesentliche Limitationen auf: Popowski et al. zeigten in einer klassischen Studie, dass urinbasierte Messgrößen in Phasen sehr hohen Wasserumsatzes zwar sensitiv sind, bei kurzfristiger, akuter De- und Rehydration im Vergleich zur Plasmaosmolalität aber zeitlich verzögert reagieren (14). Dieses Problem potenziert sich, wenn Athleten große Mengen Flüssigkeit in kurzer Zeit (ca. 1,5 l/h) konsumieren. Durch die hormonelle Antwort auf den plötzlichen Volumenanstieg kommt es, nahezu ungeachtet des aktuellen Hydrationsstatus, zu einer starken Ausscheidung niedrig konzentrierten Harns (13). Dann reflektiert niedrige Konzentration nicht den tatsächlichen Hydrationsstatus, sondern das konsumierte Volumen. Schließlich sind urinbasierte Marker ungeeignet, um hypo- und isotone Hypovolämien (bezogen auf das Plasma) darzustellen, die im Zusammenhang mit Diuretika, Nahrungs- und Flüssigkeitsrestriktion auftreten können (vgl. Abschnitt Blut (Hämatokrit) dieses Artikels).
Eine methodisch saubere Bilanzierung von Flüssigkeitsaufnahme und -verlust ist unter Trainingsbedingungen mit sich ändernden Inhalten und Umweltbedingungen kaum umsetzbar. Ungeeignet scheint auch der Vergleich von 24h-Sammelurinvolumen mit den Standardwerten nicht trainierender Gruppen, weil der Flüssigkeitsumsatz durch Belastung sehr variabel ist und die Urinmenge deutlich höher liegen kann.
Wenig etabliert zum Monitoring des Flüssigkeitshaushaltes sind Bestimmungen der Elektrolytkonzentration wie z. B. Natrium. Diese Messungen besitzen hinsichtlich der genannten Zielstellung keinen zusätzlichen Vorteil gegenüber UCOL, USD oder UOSM.

Blut
Blutbasierte Messgrößen beruhen auf der Annahme, dass sich bei De- und Rehydration das Plasmavolumen ändert, aber das zelluläre Blutvolumen bzw. die Menge osmotisch wirksamer Teilchen im Blut stabil bleibt. Die Plasmaosmolalität (POSM) erlaubt in Ruhe eine Einschätzung des Hydrationsstatus mit einem einzigen Messwert (7). Allerdings wird die Validität der POSM durchaus kontrovers diskutiert (13, 14). Zudem lässt sich durch die POSM keine isotone oder hypotone Hypovolämie detektieren, da sich in diesen Fällen sowohl die Menge osmotischer Teilchen als auch das Plasmavolumen ändern. Schließlich bleibt diese Messgröße aufgrund ihres methodischen Aufwands (Blutentnahme, Probenbearbeitung, Gefrierpunktosmometer) der Laborsituation vorbehalten.
Im Vergleich zur POSM sind Hämatokritmessungen (Hct) kostengünstiger und methodisch einfacher. Der Hct beschreibt den prozentualen Anteil zellulärer Blutbestandteile und ist auch in einem einfachen Labor mittels Zentrifugation bestimmbar. Hct-Messungen benötigen eine sehr hohe Standardisierung, weil der Hct sehr variabel ist. So sinkt er im Liegen um ca. 5.3%, steigt durch einen Ausbelastungstest um ca. 9.6% oder reduziert sich 1 h nach dem Trinken von 1l isotonischer Kochsalzlösung um 3.3±0.5%.
Bei exakter Standardisierung erlaubt der Hct zuverlässige Aussagen über Änderungen des Plasmavolumens, insbesondere ermöglicht er die Detektion einer hypo- oder isotonen Hypovolämie. Limitiert wird der Hct dadurch, dass Wasserverschiebungen in das Interstitium nicht von echten Wasserverlusten unterscheidbar sind und somit keine exakte Aussage über das TBW möglich ist. Zudem bildet sich milde Hypohydration im Hct offenbar weniger stark ab als in urinbasierten Markern (4, 8). Deshalb sollte der Hct nicht als einziger Marker eingesetzt werden.
Ein prinzipieller Nachteil aller Blutmarker ist ihre Invasivität. Die Verwendung von Kapillarblut mindert die Invasivität, allerdings basieren alle wesentlichen Studienergebnisse auf venösen Blutproben. Zur Hct-Bestimmung hat sich Kapillarblut bewährt. Die Werte liegen ca. 1%-Punkt höher als bei venösem Blut (10).

NICHT ETABLIERTE METHODEN

Bioimpedanzanalyse
Die Bioimpedanzanalyse (BIA) basiert auf dem Prinzip, dass Flüssigkeit einen niedrigeren elektrischen Widerstand aufweist als festes Gewebe. Entsprechend leitet fettfreie Körpermasse elektrischen Strom durch ihren höheren Wasseranteil besser, als das wasserärmere und somit widerstandsreichere Fettgewebe. Die moderne Multifrequenzanalyse differenziert theoretisch die Kompartimente TBW, EZV und IZV (1). Dennoch ist die BIA nur eingeschränkt zum Hydrationsmonitoring bei Sportlern geeignet. Neben theoretischen Limitationen ist die notwendige Standardisierung unter Feldbedingungen nicht realisierbar wie z. B. eine möglichst mehrstündig stabile Lage, Standardisierung des vorhergehenden Trainings oder der Ernährung. Konsequenterweise zeigen BIA-Studien mit trainingstypischen Effekten wie akuter De- und Rehydration, milder Dehydration (ca. 1l) und Osmolalitätsänderungen keine validen Ergebnisse (15).

Abbildung 1: Hydrationsmonitoring bei Sportlern: Algorithmus zur Methodenwahl. Einzelheiten und Limitationen siehe Text

Saliva-Osmolalität
Die Literaturlage zur Saliva-Osmolalität ist widersprüchlich. Sie kann offenbar ein valider Marker akuter Dehydration sein (17). Andere Ergebnisse zeigen eine niedrigere Spezifität als z. B. für USD(7). Zukünftige Studien müssen klären, unter welchen Bedingungen valides Hydrationsmonitoring mit Saliva möglich ist.

Durstempfinden
Durst wird erst ab einem Wasserverlust von 1-2% des Körpergewichts wahrgenommen und gilt deshalb während akuter und rascher Dehydration (Training) als schlechter Marker des Hydrationsstatus. Bei langsamer Dehydration ohne Training kann der Grad des morgendlich empfundenen Durstes ein valider Marker sein (3), allerdings stehen sportbezogene Studien dazu aus.

Goldstandard
Dem Goldstandard am nächsten kommt neben der POSMdie Bestimmung des TBW mit Hilfe stabiler Isotope. „Diese Methoden stellen zwar den höchsten Standard unter kontrollierten Laborbedingungen dar, wenn das TBW stabil und gleich verteilt ist […]“ (2), sie sind aber wegen ihres methodischen Aufwands und der trainingsbedingten Verschiebungen zwischen den Kompartimenten im Sportbereich ungeeignet. Einen differenzierten Überblick zur Frage des Goldstandards gibt Armstrong (2).

PRAKTISCHE SCHLUSSFOLGERUNGEN

Es gibt eine Vielzahl von Markern zur Darstellung des Flüssigkeitshaushaltes. Dennoch ist die Frage nach der idealen Messgröße nicht eindeutig zu beantworten, weil keine einzelne für jede Situation geeignet ist. Deshalb empfiehlt sich die Kombination von mindestens zwei Messgrößen aus verschiedenen Bereichen. Die konkrete Wahl sollte sich immer nach (i) der Fragestellung richten, (ii) dem zeitlichen Intervall zwischen den Messungen, (iii) der Geschwindigkeit von De- bzw. Rehydration und (iv) dem realisierbaren bzw. zumutbaren Aufwand (Abb. 1).
In den meisten Fällen ist die mit dem Refraktometer schnell und exakt bestimmbare USD eine empfehlenswerte, kostengünstige und nicht invasive Verlaufs- und Statusmessgröße mit hoher Validität. Sie lässt sich sinnvoll mit Körpergewichtsmessungen kombinieren, die ein idealer Marker kurzfristiger Veränderungen (z. B. einzelner Trainingseinheiten) sind. Zur Darstellung tageweiser Hydrationsänderungen sollte eine saubere Körpergewichts-Baseline über drei Tage definiert werden. Ist mit iso- oder hypotoner Hypovolämie z. B. durch Flüssigkeits- oder Nahrungsrestriktion zu rechnen („Gewicht machen“), ist die Bestimmung des Hct sinnvoll, erfordert allerdings eine besonders hohe Standardisierung.
Insbesondere zur Statusbestimmung anhand eines einzelnen Messwertes bietet sich die POSM an. Ihre Bestimmung verlangt allerdings geschultes Personal, eine Blutabnahme und ein Osmometer.
Für Sportler, denen kein Labor zur Verfügung steht, ist die Häufigkeit der Miktion geignet zur Eigendiagnose von Hypohydration. Das gilt insbesondere unter Beachtung der Urinfärbung, die für sich bereits als guter Marker des Hydrationsstatus gilt. Die Verwendung von Urinteststreifen zur Bestimmung der USD kann für den Hausgebrauch ebenfalls sinnvoll sein.

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

LITERATUR

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    doi:10.1080/07315724.2007.10719661
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