Einstein

Einstein-Praxisbericht exersciences

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Es ist aus vielen Studien bekannt, dass ein Training bei submaximaler Leistung während längerer Dauer (z.B. 1-stündiges Training an 5 Tagen pro Woche bei einer Leistung, die 65% der maximalen Sauerstoffaufnahme entspricht, über einen Zeitraum von mehreren Monaten) eine erfolgsversprechende Vorgehensweise zur Verbesserung der Ausdauerleistungsfähigkeit ist. Verschiedene neuere Studien haben jedoch gezeigt, dass mit Intervall-Trainingsformen, die durch eine sehr kurze Trainingsdauer und einen hohen Anstrengungsgrad charakterisiert sind, vergleichbare physiologische Anpassungen erzielt werden können. "High Intensity Training" (HIT) und Sprint-Intervallttraining (SIT) sind zwei Intervallformen, die sich in diesem Zusammenhang bereits als sehr effektiv und zeiteffizient erwiesen haben. Eine neuere Trainingsform ist das sogenannte Synthetische Training (SYN). Im Rahmen von "Einstein trainiert", dem Wissensmagazin des Schweizer Fernsehens (SF1), testeten die beiden Moderatoren (Nicole Ulrich und Mario Torriani) die Effektivität dieser Trainingsformen auf die Steigerung der Ausdauerkapazität. Sportphysiologen der ETH Zürich (Institut für Bewegungswissenschaften und Sport) und der exersciences gmbh erstellten unter Leitung von Dr. Marco Toigo den Test- und Trainingsplan und erfassten die physiologischen Veränderung, die mit dem Training einhergingen.

Vor dem Start des Experiments erfolgte eine gesundheitliche Risikoabklärung und beide Moderatoren stimmten der Teilnahme an Tests und Trainings zu. Danach erfolgte über 2 Wochen die erste Testphase, in der übliche Labortests wie Spiroergometrie, inerte Gasrückatmung, Zwei-Energie Röntgenabsorptiometrie, Dynamometrie und Mechanographie durchgeführt wurden. Diese Tests dienten der Erfassung verschiedener physiologischen Grössen: maximale Fahrradleistung (Stufenprotokoll), maximale Sauerstoffaufnahme, maximales Herzminutenvolumen, Ausdauerkapazität (Zeit bis zur Erschöpfung) bei 85% der maximalen Fahrradleistung, Ermüdungsresistenz resp. kritische Leistung (Critical Power) und maximale Leistung, Kraft und Geschwindigkeit beim Zwei-Bein-Sprung. In der darauffolgenden Woche wurden Nicole und Mario mit den Trainingsmethoden (HIT, SIT und SYN) erstmals vertraut gemacht. Die Nahrungs- resp. Energieaufnahme wurde weder protokolliert noch kontrolliert.

Training

Danach startete die eigentliche Trainingsphase, welche ca. 6 Wochen dauerte. Nicole und Mario trainierten regelmässig 3-mal pro Woche (Mo, Mi, Fr) unter Aufsicht von Thomas Mächler (cand. MSc ETH Bew.Wiss.) in den Labors der ETH Sportpyhsiologie (Toigo Lab). Das Training (Mo und Fr) von Mario war charakterisiert durch 28-minütige HIT-Einheiten auf dem Fahrradergometer (4 Blöcke à je 7 min, davon 4 min bei 90% der maximalen Fahrradleistung und 3 min bei 50% der maximalen Fahrradleistung). Mi absolvierte Mario jeweils SYN (Zeitaufwand 13.5 min pro Trainingseinheit, davon 4.5 min Muskelaktivität). Dabei führte er zweibeinige Kniebeugen mit Zusatzgewicht auf einer seitenalternierenden Vibrationsplatte (Galileo) aus, wobei die Blutzufuhr zu den Beinen mit Druckmanschetten um die Oberschenkel reduziert wurde. Nicole absolvierte Mo und Fr ebenfalls HIT (Zeitaufwand 25 min), allerdings unterschied sich dieses HIT dadurch, dass anstatt der 50%-Intervalle zwei Kraftübungen an speziellen Kraftmaschinen (MILON®) durchgeführt wurden. Am Mi absolvierte Nicole SIT, welches aus vier 30s-Sprints (zwischen den Sprints 4.5 min Pause) auf einem Wingate-Bike (drehzahlabhängiges Fahrradergometer) bestand (Zeitaufwand ca. 20 min pro Trainingseinheit). Bei allen Trainingsformen wurde die Leistung progressiv gesteigert. Nach der Trainingsphase fanden wiederum die gleichen Labortests unter gleichen Testbedingungen statt, um allfällige Veränderungen zu erfassen.

Resultate

Alle folgenden Resultate sind, wenn nicht anders erwähnt, signifikant. Der Begriff "signifikant" bedeutet, dass die beobachtete Veränderung grösser als der sogenannte "Least Significant Change" (LSC) ist. Der LSC berechnet sich aus dem Messfehler und der natürlichen physiologischen Variabilität der erfassten Messgrösse. Sind die gemessenen Veränderungen in einer Messgrösse für ein Individuum grösser als der LSC, so kann gesagt werden, dass es sich um eine wahre physiologische Veränderung handelt und dass folglich das Resultat physiologisch relevant ist.

Mario und Nicole konnten die maximale Fahrradleistung signifikant steigern (+ 12 resp. + 22%), ebenso die beim Stufentest ermittelte Ventilatorische Schwelle (+ 16 resp. + 28%). Eine Verbesserung der maximalen Sauerstoffaufnahme (+ 10%) konnte bei Nicole festgestellt werden. Diese Zunahme war aber nicht zentral (d.h. durch ein erhöhtes Herzminutenvolumen), sondern peripher (z.B. durch Veränderung der oxidativen Kapazität der trainierten Muskeln) bedingt.

Im Ausdauersport ist es aber entscheidend, eine möglichst hohe Leistung über eine möglichst lange Zeit aufrechterhalten zu können (anders gesagt: eine möglichst hohe Leistung erbringen, ohne dabei zu ermüden resp. dabei im metabolischen/respiratorischen Gleichgewicht zu sein). In diesem Zusammenhang haben beide Moderatoren die Ausdauerkapazität (Zeit bis zur Erschöpfung bei 85% der maximalen Leistung des 1. Tests) um sagenhafte 252 resp. 287% (!) steigern können. Parallel dazu war die Fettoxidation erhöht. Ein weiterer wissenschaftlicher Beweis für die erhöhte Ausdauerkapazität war die um ca. 12% verminderte Kraftabnahme (d.h. eine um 12% erhöhte lokale Ermüdungsresistenz) der vorderen Oberschenkelmuskeln nach wiederholten maximalen Kontraktionen bei Mario und Nicole.



Während bei Mario die Fettmasse um 2% abnahm, stieg diese bei Nicole um 4.6%. Bei beiden konnte keine Veränderung der Magermasse (Muskelmasse) festgestellt werden. Die maximale Leistung beim Zwei-Bein-Sprung mit Ausholbewegung nahm bei beiden zu (+ 14 resp. + 7%), wobei eine Zunahme der Kraft beim Zwei-Bein-Sprung nur bei Mario gemessen werden konnte.

Schlussfolgerungen

Nicole und Mario sind innert kurzer Zeit wesentlich fitter geworden. So sind neuere Trainingsformen wie HIT, SIT und auch SYN im Vergleich zu klassischem Ausdauertraining (60 min bei einer Leistung entsprechend 65% der maximalen Sauerstoffaufnahme and 5 Tagen pro Woche) sehr zeiteffizient (20-25% des herkömmlichen Trainingsaufwands), verlangen jedoch einen maximalen Effort während des Trainings. 
 
Bei Nicole und Mario haben sich die Trainingsmethoden hinsichtlich der Ausdauerkapazität als ausserordentlich effektiv erwiesen. Die Ausdauerkapazität konnte merklich gesteigert werden und diese Steigerung ging nur bei Nicole einher mit einer Steigerung der maximalen Sauerstoffaufnahme. In diesem Zusammenhang konnte in Studien gezeigt werden, dass die relative Veränderung in der Ausdauerkapazität nicht mit der relativen Veränderung in der maximalen Sauerstoffaufnahme korreliert, sodass die Ausdauerkapazität also unabhängig von der maximalen Sauerstoffaufnahme gesteigert werden kann. Dies ist insbesondere für Ausdauerathleten von Interesse, bei denen die maximale Sauerstoffaufnahme den individuellen Grenzwert erreicht hat. 
 
In wissenschaftlichen Studien mit angemessener statistischer Macht konnte gezeigt werden, dass HIT im Mittel nach 8 Wochen die maximale Sauerstoffaufnahme um 5-10% zu steigern vermochte und dass die Zunahme in der maximalen Sauerstoffaufnahme mit einer Zunahme des Herzschlagvolumens korrelierte. Bei Nicole nahm die Sauerstoffaufnahme um 10% innerhalb von 6 Wochen zu, jedoch ohne Zunahme des Herzminutenvolumens. Bei unveränderter maximaler Herzfrequenz deutet dies darauf hin, dass sich das Herzschlagvolumen nicht verändert hat und dass die Gründe für die erhöhte Sauerstoffaufnahme in einer erhöhten Sauerstoffextraktion durch die Muskelzellen zu suchen sind.
 
Da die Magermasse bei beiden in keinem Körpersegment zugenommen hat, ist es sehr wahrscheinlich, dass die beobachteten Zunahmen in maximaler Leistung und Kraft bei Sprüngen auf neuronale Mechanismen (bessere Koordination zwischen Agonisten und Antagonisten, erhöhte instantane Feuerungsrate der rekrutierten Motoneuronen etc.) zurückzuführen sind. 
 
Schliesslich bleibt festzuhalten, dass die hier dokumentierten Resultate aufgrund der grossen inter-individuellen Variabilität der Anpassung an Training keine Allgemeingültigkeit haben. Hierfür wären wissenschaftliche Studien mit grosser Stichprobenzahl notwendig.
 
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