Die Laktatbildungsrate (V̇Lamax) – von Peter Raninger

Eine generelle Erklärung der V̇Lamax

Die V̇Lamax beschreibt die maximale Bildungsrate von Laktat [1, 2] eines Athleten und wird in der Einheit [mmol/L/s] angegeben. Sie ist eine Abschätzung für die Leistungsfähigkeit der Glykolyse, die nicht direkt messbar ist. Der Punkt über dem V bedeutet, dass bei dieser Kenngröße eine Änderung mit der Zeit eine Rolle spielt, so wie das auch bei V̇O2max der Fall ist, die die Sauerstoffaufnahme pro Minute in [L/min] oder [ml/min /kg] beschreibt. Der Punkt wird aus Gemütlichkeit oft weggelassen, aber wir wissen ja, was gemeint ist.
Die Bedeutung einer hohen V̇Lamax kann man halbwegs kurz und prägnant wie in einem White Paper von INSCYD [3] zusammenfassen: Auf der einen Seite ermöglicht eine hohe V̇Lamax hohe Leistungen in kurzen Belastungen wie Sprints. Auf der anderen Seite verursacht eine hohe V̇Lamax eine erhöhte glykolytische Flussrate bei submaximalen Belastungen, was zu einem erhöhten Verbrauch von Kohlenhydraten, einem niedrigen Beitrag des Fettstoffwechsels, langsamerer Erholung von Laktatakkumulation und niedrigerer Leistung an der anaeroben Schwelle führt.
Für diejenigen, die an einem Einblick interessiert sind, warum dies so ist, gibt es einen kleinen Exkurs mit etwas mehr Tiefe am Ende des Artikels.

 

Die Bedeutung der V̇Lamax

Was im Energiestoffwechsel passiert, ist von der Leistungsfähigkeit der einzelnen Teilmechanismen abhängig, also im Wesentlichen von der Glykolyse und den aeroben Vorgängen in den Mitochondrien. Die kombinierte Leistungsfähigkeit der Mitochondrien und des Sauerstofftransports können wir über die Kenngröße V̇O2max beurteilen. Für die Beurteilung der Leistungsfähigkeit der Glykolyse steht uns die V̇Lamax zur Verfügung. Warum ist beides wichtig? Weil man bei gleicher V̇O2max sowohl eine hohe oder niedrige anaerobe Schwelle, sowie einen gut oder einen schlecht ausgeprägten Fettstoffwechsel haben kann. Eine kurze Erklärung, warum das so ist, findet ihr im Exkurs am Ende des Artikels.
Das Trainieren und Messen der V̇O2max ist somit zwar essentiell aber nicht zur Gänze ausreichend, um den Energiestoffwechsel eines Athleten beurteilen und ihn spezifisch auf einen Wettbewerb vorbereiten zu können.

 

Die Bestimmung der V̇Lamax

Wenn ihr wissen wollt, wie hoch eure V̇Lamax ist, könnt ihr einen Test auf einem geeigneten Ergometer, wie dem Cyclus2 machen. Dabei beschleunigt ihr gemütlich bei geringem Widerstand auf eine Trittfrequenz von ca. 100. Wenn ihr bereit seid beschleunigt ihr dann so schnell wie möglich und wenn ihr eine Trittfrequenz von 120 erreicht, werdet ihr einen Widerstand spüren, der der Beschleunigung entgegenwirkt. Der Cyclus2 regelt den Widerstand so, dass ihr die 120 UpM halten müsst auch wenn ihr weiter beschleunigen möchtet. Ihr kämpft 10s gegen den Widerstand an gebt dabei alles. Dieser Modus wird isokinetischer Modus genannt und wird bei trittfrequenzgesteuerten Tests verwendet. Eure Wattleistung ergibt sich aus der Pedalkraft, die ihr bei vorgegebener Trittfrequenz erzeugt und der zeitliche Verlauf ist neben den Laktatwerten essenziell für die spätere Auswertung. Der gesamte Ablauf dabei ist wie folgt:

1. Messung Ruhelaktat
2. 5 min einfahren
3. 5 sekündiger Test-Sprint
4. 10 min Einfahren
5. Messung Vorlaktat
6. V̇Lamax-Test bei dem ihr 10 Sekunden alles gebt, was ihr in den Beinen habt.
7. Jede Minute Laktatmessung bis der Laktatwert wieder abfällt.
8. Einfahren für die nachfolgende Leistungsdiagnostik. Diese ist meistens eine Spiroergometrie, bei der eure Stoffwechselschwellen und V̇O2max bestimmt werden.

In den folgenden beiden Abbildungen sind die wesentlichen Ergebnisse des V̇Lamax-Tests dargestellt. Zum einen ist der Verlauf der Wattleistung von Interesse. Hier wird der Zeitpunkt des Abfalls von der Maximalleistung ermittelt und mit der alaktaziden Zeit (talakt) gleichgesetzt bis zu der die Energie vorrangig über vorhandene ATP und Kreatinphosphatspeicher gedeckt wird. Zum anderen wird der maximale Laktatwert im Anschluss an die Belastung ermittelt, der typischerweise innerhalb von 10 Minuten erreicht wird.

Abbildung 1: a) Verlauf von Leistung und Trittfrequenz während einer 10s all-out Belastung, b) Laktatwerte vor und nach der 10s Belastung bei zwei V̇Lamax-Test eines Athleten nach unterschiedlichen Trainingsperioden.

 

Die Berechnung der der V̇Lamax erfolgt nach einer Definition, die auf Mader zurückgeht [4]:

 

 

 

Dabei bezeichnet La0 den Laktatwert vor der Belastung, Lamax den maximalen Laktatwert im Anschluss, tTest die Belastungsdauer und, talakt die bereits erwähnte alaktazide Zeit. Gemäß [5] wird talakt nicht direkt beim Abfall der Leistung bestimmt sondern beim Zeitpunkt bei dem die Leistung um 3.5% im Vergleich zum Maximum abgefallen ist. Im Folgenden findet ihr die beispielhafte Auswertung der beiden V̇Lamax-Tests in Abbildung 1b die vom gleichen Athleten nach unterschiedlichen Trainingsperioden durchgeführt wurden.

Referenzwerte für die V̇Lamax

Die Antwort auf die Frage welche Werte für euch optimal sind, hängt davon ab, ob ihr Sprinter/Kurzstreckenläufer seid oder deutlich längere Belastungszeiten habt. Eine V̇Lamax im mittleren Bereich liegt in etwa bei 0.4 bis 0.6 mmol/L/s. Im ersteren Fall ist eine hohe V̇Lamax im Bereich von größer 0.7 oder in Extremfällen (Bahnsprinter im Radsport) von 1 [mmol/L/s] oder höher von Vorteil, bei den langen Ausdauerbelastungen niedrige Werte von unter 0.4 [mmol/L/s], wobei speziell beim Ironman gilt, je niedriger, desto besser. Bei den Zahlenwerten, muss man jedoch Acht geben, denn das Ergebnis für die V̇Lamax ist vom Testprotokoll abhängig und deshalb darf man diese Werte nur als grobe Richtwerte sehen. Hauser hat die in seiner Dissertation [5] gezeigt, wie sich das Ergebnis für die V̇Lamax mit dem verwendeten Testprotokoll ändert. Dafür ließ er 22 Probanden den V̇Lamax-Test mit sieben unterschiedlichen Belastungszeiten durchführen, natürlich mit entsprechender Regenerationszeit dazwischen. Die Ergebnisse seht ihr in nachfolgender Abbildung.

 

Abbildung 2: Diagramm aus der Dissertation von Hauser [5] das Mittelwerte und Standardabweichungen für die V̇Lamax bei unterschiedlichen Belastungsprotokollen zeigt.

 

Die Belastungsdauer muss größer als die alaktazide Zeit sein, die zwischen 4 und 6 Sekunden liegt, aber kürzer als die Zeit bis zur Hemmung der Glykolyse durch den Abfall des PH-Werts in der Muskelzelle. Kommt die Belastungsdauer der alaktaziden Zeit zu nahe, dann wird das Ergebnis für die V̇Lamax durch deren mathematische Definition unrealistisch hoch. Am oberen Ende der üblichen Belastungszeiten wird die Glykolyse durch den Abfallenden PH-Wert bereits gehemmt was zu kleineren Werten der V̇Lamax führt. Dadurch ergeben sich in der Literatur empfohlenen Belastungszeiten zwischen 7s und 15s, die auf Arbeiten von Heck/Schulz [1] und Bleicher et. al [5] zurückgehen. Es haben sich Testprotokolle mit 15s Belastungszeit verbreitet. Hauser kam in seiner Arbeit aber zum Schluss, dass Belastungszeiten im Bereich von 9s und 11s ideal sind, um obige Bedingungen zu erfüllen. Dabei sollten Sprintertypen etwas kürzer und Ausdauertypen etwas länger belastet werden, wobei man mit 10s meistens brauchbare Ergebnisse erzielt. Abbildung 2 zeigt aber deutlich, dass generelle Empfehlungen für erstrebenswerte Werte für die V̇Lamax, die ein Sportler haben sollte nur bei Kenntnis des zugrundeliegenden Belastungsprotokolls Sinn machen. Aus Abbildung 2 sieht man z.B. dass die Werte bei einer Belastungszeit von 9s im Mittel um 30% höher sein können, als bei 15s, obwohl die gleichen Athleten getestet wurden. Ihr sollt euch also nicht rein auf Zahlenwerte fixieren, sondern 1) die Tests mit eurem Trainer und Leistungsdiagnostiker diskutieren und interpretieren und 2) auf das eigentlich Wesentliche achten, nämlich ob euer Training die V̇Lamax in die für euch vorteilhafte Richtung verschiebt.

 

Die Beeinflussung der V̇Lamax

Folgende Eckpfeiler kann man als relevant für die Entwicklung der V̇Lamax einstufen:
Die Trainingszeit im niedrigintensiven Bereich (LIT) im Bereich der aerobe Schwelle und darunter, da hier die Energiebereitstellung hauptsächlich über den aeroben Stoffwechsel erfolgt ohne die Glykolyse stark auf Touren zu bringen.
Das Verhältnis der Trainingszeit im Bereich oberhalb der anaeroben Schwelle zur Trainingszeit im niedrigintensiven Bereich, d.h. das Verhältnis von HIT zu LIT. Das ist vor allem wichtig, wenn ihr in einer Trainingsphase seid, in der ein Fokus auf die Entwicklung der V̇O2max gelegt wird. Hier wird typischerweise polarisiert mit niedrigintensivem Training (LIT) und hochintensivem Training (HIT) gearbeitet. Für die Entwicklung der V̇O2max ist sowohl die kurzfristige und hohe Durchflutung der Muskulatur mit Sauerstoff bei den HIT-Einheiten wichtig, aber auch die Verstoffwechselung einer möglichst hohen Gesamtmenge an Sauerstoff über umfangreiches LIT-Training. Dadurch ist außerdem sichergestellt, dass der Trainingseffekt der HIT-Einheiten nicht zu stark auf der Glykolyse liegt, die bei HIT immer auf Hochtouren läuft, obwohl wir als Langzeitausdauersportler eigentlich den aeroben Stoffwechsel an die Grenze bringen wollen. Bei HIT ist das eine mit dem anderen untrennbar verbunden. Ein LIT Anteil von mindestens 4x der hochintensiven Belastungsdauer ist somit für die Entwicklung der V̇O2max essentiell aber auch dafür, dass sich die V̇Lamax in dieser Trainingsperiode nicht zu stark erhöht. Der Faktor 4 ist wirklich die untere Grenze und sollte vor allem bei Langdistanz-Triathleten höher liegen. Profis liegen hier generell bei höheren Werten, i.e. bei höheren Anteilen des LIT Trainings, da sie hiermit den größten Teil ihrer vielen Trainingsstunden verbringen.
Die Kraftkomponente bei der Ausdauerbelastung. Am Rad könnt ihr ganz einfach nachvollziehen, dass ihr die gleiche Wattleistung sowohl über eine hohe Kadenz mit niedriger Pedalkraft als auch über eine niedrige Kadenz mit hoher Pedalkraft umsetzen könnt. Das macht einen trainingstechnischen Unterschied, da bei höherer Pedalkraft ein größerer Anteil des Muskelquerschnitts angesprochen wird. Bei höheren Pedalkräften arbeiten auch Muskelfasern mit, die auf kurze hohe Belastungen ausgelegt sind und daher eine effiziente Glykolyse aber wenig Mitochondrien aufweisen. Werden diese Fasern ausreichen oft und ausreichend lange beansprucht bauen sie Mitochondrien und somit einen leistungsfähigeren aeroben Stoffwechsel auf. Unter extremen Bedingungen wie Trittfrequenzen von ca. 50-60 und hohen Pedalkräften können hierfür effiziente Trainingsreize gesetzt werden. Gleiches lässt sich auch auf das Laufen umsetzen, wo man bei Bergläufen mit niederfrequenten, kräftigen Schritten Trainingsreize setzen kann. Für das Schwimmen sind Paddles eine Möglichkeit, um mit niederfrequenten, kräftigen Zügen mehr Muskelfasern anzusprechen. Bei allen Sportarten und besonders beim Schwimmen gilt aber, dass man gleichzeitig die Technik im Auge behalten muss, um nicht schlampig und weniger effizient zu werden.
Die Ernährung ist ein weiterer Eckpfeiler, da das Verhältnis von Kohlenhydraten zu Fetten zu einem gewissen Grad den Körper beeinflusst, was er verbrennen möchte. Das ist aber ein sehr komplexes Thema und kann von Ernährungsexperten besser dargestellt werden.

Ein kleiner Exkurs in die Tiefe

Wie versprochen gibt es hier für Interessierte noch ein paar weiterführende Erklärungen zum Energiestoffwechsel. Wirklich umfassende Erklärungen findet ihr mit steigendem Komplexitätsgrad in folgenden Büchern: [7,2,8,9]
Die V̇Lamax ist also eine praktische Möglichkeit, die Leistungsfähigkeit eurer Glykolyse zu beurteilen. Diese ist der Teil des Energiestoffwechsels in dem Glucose (Traubenzucker) unter Energiegewinn in Pyruvat zerlegt wird. Da die Glykolyse anaerob, also ohne die Beteiligung von Sauerstoff abläuft, kann sie in kurzer Zeit sehr viel Energie in Form von ATP (Adenosintriphosphat) bereitstellen und für kurze Zeit sehr hohe sportliche Leistungen ermöglichen. Neben Glukose sind auch die entsprechenden Enzyme notwendig, deren Konzentration sich durch intensives Training erhöhen lässt. Das Pyruvat wird in den aeroben Teilen des Energiestoffwechsels, die in den Mitochondrien stattfinden, weiterverwertet, wobei noch wesentlich mehr ATP erzeugt wird als bei der Glykolyse. Da die Anzahl und das Volumen der Mitochondrien begrenzt ist und außerdem Sauerstoff benötigt wird, können die Mitochondrien pro Zeiteinheit nur eine begrenzte Menge an Pyruvat verwerten und daher kann es passieren, dass sich das Pyruvat in der Zellflüssigkeit anhäuft und „aufstaut“ und es gleichzeitig ein Problem mit dem Wasserstofftransporter NAD+ (Nikotinamidadenindinukleotid). Dieses unaussprechliche Wort ist hier nicht wichtig, aber ein Verständnis für die Aufgabe von NAD+ hilft dabei, die Bedeutung der V̇Lamax im Energiestoffwechsel besser einordnen zu können. Die Aufgabe von NAD+ ist es Wasserstoffatome von der Zellflüssigkeit Muskelzelle in die Mitochondrien der Muskelzelle zu transportieren. Warum ist das wichtig? Weil Glucose viele Wasserstoffatome besitzt und diese bei der Glykolyse unter Energiegewinn abgespalten werden. Damit dies möglich ist, muss bei diesem Vorgang ein Wasserstoffakzeptor vorhanden sein, der diesen übernimmt und abtransportiert. Diese Akzeptor und gleichzeitig Transporter ist das NAD+ und dieser liefert die H-Atome in die Mitochondrien, wo sie im Teil des aeroben Stoffwechsels, der Atmungskette genannt wird, an Sauerstoff übertragen, wobei Wasser entsteht. Bei hoher körperlicher Belastung arbeiten die Mitochondrien auf Hochtouren und NAD+ kann nicht mehr vollständen entladen werden bzw. es ist nicht ausreichend Sauerstoff vorhanden. In diesem Fall geht ein Teil des NAD+ noch immer mit Wasserstoff beladenen zurück in die Zellflüssigkeit, wo es aber nicht mehr an der Glykolyse teilnehmen kann. Da die Glykolyse für kurze, intensive Belastungen immer bereit sein muss, hat sich die Natur etwas einfallen lassen und lässt NAD+ die H-Atome auf das Pyruvat übertragen, das sich bereits in der Zellflüssigkeit angesammelt hat. Bei der Übertragung von Wasserstoff auf Pyruvat entsteht Milchsäure. Laktat ist der Säurerest, der übrig bleibt, wenn ein Milchsäure-Molekül ein H+ Ion an H2O überträgt, wobei H3O+ gebildet wird, was direkt den PH-Wert beeinflusst und den PH-Wert in der Muskelzelle senkt. Wird der PH-Wert zu niedrig, werden der Reihe nach die wesentlichen Enzyme deaktiviert, die für den Energiestoffwechsel notwendig sind. Wir werden „blau“, alles brennt und wir müssen abbrechen. Das Laktat ist eigentlich harmlos, aber da wir es einfach messen können, schließen wir über die Laktatkonzentration auf die Stoffwechselvorgänge und nicht über den PH-Wert in der Muskelzelle, der für uns nicht zugänglich ist.

Nun zur Erklärung warum man bei einer gegebenen V̇O2max eine höhere oder niedrigere Leistung an der anaeroben Schwelle haben kann, genauso wie der Fettstoffwechsel hoch oder niedrig sein kann. Zuerst zur anaeroben Schwelle. Wenn die Glykolyse mehr arbeitet als für die aerobe Energiebereitstellung eigentlich notwendig wäre, staut sich das Pyruvat und wird bei zunehmender Intensität vermehrt in Milchsäure umgewandelt. Während die Mitochondrien genug Pyruvat zur Verfügung haben, um die notwendige Energie bereitzustellen, sinkt der PH-Wert bereits ab und die anaerobe Schwelle wird bei einer niedrigeren Intensität erreicht, als dies bei einer niedrigeren V̇Lamax , d.h. bei einer weniger „arbeitsfreudigen“ Glykolyse, der Fall wäre.
Nun zum Fettstoffwechsel. In den Mitochondrien geht es bei der Energiebereitstellung eigentlich nicht um Pyruvat, sondern um aktivierte Essigsäure, aus der Energie (ATP) erzeugt wird. Diese kann wiederum aus Pyruvat erzeugt werden aber auch aus Fettsäuren und hier liegt der springende Punkt. Liefert die Glykolyse viel Pyruvat, dann gibt es für den Körper keinen Grund über die Beta-Oxidation der Fettsäuren aktivierte Essigsäure herzustellen. Somit werden die Fettspeicher im Gegensatz zu den Kohlenhydratspeichern „geschont“, was bei Langzeit-Ausdauerbelastungen ja genau umgekehrt sein soll. V̇O2max und V̇Lamax geben daher zusammengenommen ein kompletteres Bild des Trainingszustands eines Athleten ab als einer der Werte alleine. Die Bestimmung und Interpretation der V̇Lamax im Bereich des (Langzeit-)Ausdauersports steckt im Vergleich zur V̇O2max aber noch in den Kinderschuhen und ist gerade erst dabei den Weg in das Bewusstsein der Trainer und Athleten zu finden.

 

Literatur
[1] Heck, H.; Schulz, H. & Bartmus, U., Diagnostics of anaerobic power and capacity , European Journal of Sport Science, Informa UK Limited, 2003, 3, 1-23
[2] Daniel, A, Löer, L & Zeller, S 2018, Ausdauertraining 2.0: Moderne Leistungsdiagnostik, Trainingsplanung und trainingsspezifische Ernährungsoptimierung. 1. Auflage, Kindle Edition edn, Amazon Media EU
[3] VLamax – glyoclytic power – the secret weapon of elite endurance performance coaches, Whitepaper, INSCYD
[4] Mader A: Energiestoffwechselregulation, Erweiterungen des theoretischen Konzepts und seiner Begründungen – Nachweis der praktischen Nützlichkeit der Simulation des Energiestoffwechsels. In: Mader A, Allmer, H: Computersimulation. Möglichkeiten zur Theoriebildung und Ergebnisinterpretation. Brennpunkte der Sportwissenschaft 8 (1994) 124-162.
[5] Hauser, T., Untersuchungen zur Validität und Praktikabilität des mathematisch bestimmten maximalen Laktat-steady-states bei radergometrischen Belastungen, Technische Universität Chemnitz, Technische Universität Chemnitz, 2013
[6] Bleicher A, Mader A, Mester J., Zur Interpretation von Laktatleistungskurven – experimentelle Ergebnisse mit computergestützten Nachberechnungen, Teil 1., Spectrum der Sportwissenschaften 1998, 1: 92–104.
[7] Markworth, P., Sportmedizin, Rowohlt Taschenbuch, 2008
[8] Friel, J., Triathlon Science, HUMAN KINETICS PUB INC, 2013
[9] De Mareés, H. (2003). Sportphysiologie (9. vollst. überarb. Auflage). Köln: Sportverlag Strauß

2021-04-28T14:28:20+00:00

Leave A Comment