Pilotstudie zur Beanspruchung beim Alpinen Skilauf

am 19.01.2006 - 10:47 Uhr

Pilotstudie zur kardiozirkulatorischen und zur kardiorespiratorischen Beanspruchung beim Alpinen Skilauf im Labor- und Feldversuch

Hans-Herbert Vater, Yvonne Röder, Klaus-Uwe Vater, Sascha Härtel, Rainer Neumann & Klaus Bös

1 Einleitung
Alpine Skiläufer sind in der Vergangenheit regelmäßig als Probanden im Rahmen sportwissenschaftlicher und sportmedizinischer Projekte untersucht worden. Bei leistungsphysiologischen Fragestellungen kamen überwiegend Laboruntersuchungen mit standardisierten spiroergometrischen Belastungsverfahren zur Anwendung. Neben den kardiorespiratorischen Parametern wurden regelmäßig die Laktatleistungskurven ermittelt. Infolgedessen liegen zahlreiche Publikationen zur körperlichen Leistungsfähigkeit alpiner Schneesportler im Laborversuch vor. In den vergangenen Jahren ist durch portable spirometrische Messapparaturen, EKG genaue Herzfrequenzmesser und verbesserte mobile Laktatmessgeräte die Aussagekraft der Feldstudien gestiegen.
In der vorliegenden Pilotstudie kann über kombinierte Labor- und Feldversuche die Aussagekraft der Laborergebnisse für die sportartspezifische Belastung im Feldversuch verifiziert werden.

2 Literaturbesprechung
Kipp und White (1996) haben in ihrer Studie den Energieaufwand zwischen Telemark und alpinem Skilauf verglichen. Als Probanden dienten drei Frauen und fünf Männer (28,3 Jahre), die beide Techniken auf gleichem Leistungsniveau ausübten. Beide Läufe wurden auf einem Kurs mit 12 Toren und 10 m Abstand zwischen den Toren durchgeführt. Der Laktatwert wurde in der ersten Erholungsminute bestimmt. Die Fahrzeit war beim Telemark mit 41,83 s langsamer als bei der Alpintechnik (35,44 s). Die Gasstoffwechselparameter unterschieden sich unter Benutzung der Douglas-Sack-Methode nicht signifikant. Jedoch lässt sich beim Telemark-Stil zwischen der maximalen Herzfrequenz mit 165,57 ± 11,24 S/min und dem Laktatwert mit 2,29 ± 0,58 mmol/l eine signifikante Differenz versus den Werten beim alpinen Skilauf mit 152,75 ± 7,03 S/min und 1,76 ± 0,35 mmol/l feststellen. Anhand dieser Untersuchung kann ein signifikanter Unterschied zwischen den beiden Skistilen festgestellt werden, wobei das Telemarken im Vergleich zur alpinen Technik eine größere Beanspruchung an die kardiozirkulatorische und metabolische Leistungsfähigkeit stellt.

Burtscher, Raschner, Zallinger, Schwameder und Müller (2000) verglichen unter standardisierten Bedingungen die kardiorespiratorischen und metabolischen Werte zwischen konventionellen Ski und Carving-Ski. Vier männliche Firmentestfahrer sollten 4-5 Fahrten in einem spezifischen Riesenslalom auf einer Höhe von 1.800 m absolvieren. Dabei erfolgte nach jedem Lauf ein Skiwechsel und während des Laufs wurden Zeit, Herzfrequenz, Spirometrie und EMG bestimmt. Blutdruck und Sauerstoffsättigung wurden direkt nach dem Lauf und die Blutlaktatkonzentration in der 3. Erholungsminute ermittelt.
Die Fahrzeit war bei nicht sehr eisigen Schneeverhältnissen mit dem Carving-Ski schneller (71.9 ± 3.7 vs. 75.5 ± 4.3 s). Die Herzfrequenz war mit 167 ± 17 S/min höher als mit dem konventionellen Ski, welche bei 165 ± 14 S/min lag. Der Blutdruck lag mit dem Carving-Ski bei 151 ± 19 / 100 ± 10 mmHg über den Werten von 149 ± 16 / 97 ± 11 mmHg mit dem traditionellen Gerät. Der Laktatwert war mit 5.9 ± 2 mmol/l ziemlich niedrig, jedoch gab es keine Unterschiede bezüglich des Materials. Die Sauerstoffsättigung lag beim Fahren mit dem Carving-Ski bei 93 ± 2 % und beim Alpin-Ski mit herkömmlicher Taillierung bei 94 ± 2 %.
Die Ergebnisse dokumentieren keine signifikanten Mittelwertdifferenzen zwischen dem Gebrauch von herkömmlichen Ski zu Carving-Ski.

Pühringer und Burtscher (2003) haben die Laktatwerte von alpinen Rennläufern beim Training unter Höhenbedingungen verglichen. Es wurden 16 Probanden in zwei Gruppen unterteilt, wobei sich eine Gruppe während der Läufe aktiv (G1) und die andere passiv (G2) erholten. Die Blutlaktatkonzentration wurde 1, 10 und 15 Minuten nach dem vierten und achten Lauf bestimmt. Die Ruhe-Laktatwerte lagen bei 2,6 ± 0,48 mmol/l (G2) und 2,3 ± 0,30 mmol/l (G1). 15 Minuten nach Ende des Trainings war die Laktatkonzentration für G1 mit 2,6 ± 0,41 mmol/l geringer im Vergleich zu G2 mit 4,6 ± 1,34 mmol/l. Somit führt eine aktive Erholung auch unter Höhenbedingungen zu niedrigeren Blulaktatwerten.

Vann, French, Seifert, Bacharach, Kipp, von Duvillard und Subudhi (2004) haben beim freien Skifahren Carving-Ski mit konventionellen Ski verglichen. Dabei hatten fünf Probanden zur Aufgabe an zwei Tagen mit je einem Skityp für drei Stunden zu fahren. Die mittleren Laktawerte, die nach der ersten und zweiten Sunde ermittelt wurden, unterschieden sich nicht signifikant und lagen beim Carving-Ski bei 2.8 ± 0.8 mmol/l und beim konventinellen Ski bei 2.7 ± 1.1 mmol/l.

Colombo, Buselli, Rosa und Roi (2000) haben anthropometrische Daten und Kraftparameter von italienischen Weltcup-Skirennläufern von 1982 (n = 25) und 1999 (n = 16) verglichen (Tab. 1).

Tab. 1. Anthropometrischer Vergleich italienischer Weltcup-Skirennläufer nach Colombo et al. (2000)
Probanden - Alter [Jahre] - Gewicht [kg] - Körperfett [%] - Größe [cm] - SJ [cm] - CMJ [cm]
1982 - 21,7 ± 2,3 - 79,0 ± 8,1 - 14,2 ± 3,8 - 178 ± 6,0 - 42,4 ± 4,3 - 44,0 ± 4,5
1999 - 24,8 ± 2,8 - 85,0 ± 7,4 - 9,6 ± 2,7 - 179 ± 4,0 - 44,9 ± 3,5 - 48,8 ± 3,6

Neumayr, Hörtnagl, Pfister, Koller, Eibl und Raas (2003) haben in ihrer Studie die körperlichen und physiologischen Faktoren, die zu einer erfolgreichen Karriere im alpinen Skisport beitragen, beschrieben. Dazu wurden Daten von Weltcup-Rennläufern (n = 48) des Österreichischen Skiverbandes von 1997 bis 2000 ausgewertet (Tab.2).

Tab. 2. Anthropometrische und Leistungsphysiologische Kenngrößen österreichischer Ski-Weltcup-Rennläufer nach Neumayer et al. (2003)
Geschlecht - Alter [Jahre] - Gewicht [kg] - Körperfett [%] - Größe [cm] - Wattstufe [W/kg] - VO2max [ml/kg/min] - Maximalkraft [Nm] - Arbeitsleistung [J]
Weiblich - 25,2 - 65,1 - 24,5 - 166 - 4,3 ± 0,4 - 55 ± 3,5 - 206 ± 21 - 2690 ± 364
Männlich - 27,6 - 87 - 15,8 - 181 - 4,7 ± 0,4 - 60 ± 4, - 334 ± 43 - 4414 ± 629

3 Material und Methoden
Die gesamte Pilotstudie bestand aus zwei Tests. In der Bad Wildunger Klinik am Homberg im Institut für Prävention und Sportmedizin wurde ein nach ICSPE-Kriterien standardisierter Stufenbelastungstest auf dem Fahrradergometer durchgeführt. Die Felduntersuchungen fanden im Oktober 2004 als Kooperationsprojekt mit dem Institut für Sport und Sportwissenschaft der Universität Karlsruhe (TH) statt. Bei den Probanden handelte es sich um 6 Breitensportler mit langjähriger alpiner Erfahrung, die alle die alpinen Skitechniken sicher beherrschten.

3.1 Versuchspersonen
Für die kombinierte Pilotstudie standen 6 Probanden zur Verfügung. Dabei handelte es sich um Breitensportler mit langjähriger alpiner Erfahrung, von denen 3 Staatlich geprüfte Skilehrer waren. Alle Probanden hatten in den vergangenen 10 Jahren mehr als 20 Skitage pro Jahr aufzuweisen. Des Weiteren verfügten alle Versuchspersonen alters entsprechend über eine gute bis sehr gute körperliche Leistungsfähigkeit gemäß den standardisierten Belastungsverfahren der ICSPE. Das Durchschnittsalter betrug 49 ± 9,9 Jahre (Tab. 3).

Tab. 3. Anthropometrische Daten der kombinierten Pilotstudie
Proband - Alter [Jahre] - Gewicht [kg] - Körpergröße [cm] - BMI [kg/m2]
1 - 45 - 76,1 - 177 - 24,3
2 - 37 - 83,8 - 183 - 25
3 - 43 - 85 - 183 - 25,4
4 - 70 - 69 - 177 - 22
5 - 40 - 84 - 187 - 24
6 - 59 - 69,3 - 181 - 21,4
x - 49 - 77,9 - 181,3 - 23,7
s_x - ± 9,9 - ± 4,8 - ± 2,8 - ± 2,1

3.2 Labortest
Die Laboruntersuchungen fanden im Juni 2004 im Bad Wildunger Institut für Prävention und Sportmedizin in der Klinik am Homberg statt.
Nach einer allgemeinen und sportmedizinischen Anamnese erfolgte die allgemeinmedizinisch-internistische und sportorthopädisch orientierte klinische Untersuchung. Im Anschluss an die Bioelektrische Impedanz-Analyse (BIA) und die Lungenfunktionsprüfung wurde eine erschöpfende Fahrradspiroergometrie im Sitzen nach der 1 Watt/kg KG-Methode nach Nowacki (1974) zur Bestimmung der körperlichen Leistungsfähigkeit und der Beurteilung des Trainingszustandes durchgeführt (Abb. 1). Der Belastungsabbruch erfolgte nach erschöpfender Vita maxima-Ausbelastung.
Die weiterführende Diagnostik bestand aus der Registrierung des Belastungs-EKGs über die Brustwandableitungen nach Wilson. Die respiratorischen sowie kardiorespiratorischen Parameter wurden mit der Oxycon Alpha 4.3 der Firma E. Jaeger mittels Breath by Breath-Technik über einen Triple-V Sensor im offenen System registriert.
Die Laktatbestimmung erfolgte über ein elektrochemisches Messprinzip mit einem Biosensor der Fa. Dr. Müller Gerätebau GmbH (Super G ambulance), wobei am Ende jeder Belastungsstufe zwischen der 90sten und 120sten Sekunde die Blutentnahme aus dem hyperämisierten Ohrläppchen erfolgte.
Die Bludruckmessung gemäß Riva/Rocci wurde ebenfalls am Ende jeder Belastungsstufe zeitgleich zur Laktatentnahme durchgeführt.

3.3 Feldtest
Die Felduntersuchung wurde als Kooperationsprojekt des Instituts für Sport und Sportwissenschaft der Universität Karlsruhe (TH) und des Instituts für Prävention und Sportmedizin im Oktober 2004 auf dem Hintertuxer Gletscher durchgeführt.
Die Probanden hatten die Aufgabe, im Umlaufbetrieb 4 Abfahrten am Schlepplift Gefrorene Wand zu absolvieren. Der Liftausstieg lag auf 3.229 m über NN. Nach einer kurzen Querpassage wurden auf 3.212 m über NN die kardiozirkulatorischen, spirometrischen und metabolischen Vorstartparameter erhoben. Nach einer einminütigen Vorlaufphase erfolgte der Start. Die Abfahrt fand jeweils parallel zum Schlepplift Gefrorene Wand im mittelsteilen und steilen Gelände statt. Die jeweilige Abfahrt wurde nicht unterbrochen und auf Höhe des Schlepplifteinstiegs Gefrorene Wand in 3.027 m über NN beendet. Unmittelbar nach dem Abschwingen wurden die Sofortwerte bestimmt.
In den ersten beiden Abfahrten hatten alle Probanden die Aufgabe, den Hang in kurzen Radien, großen Schwungwinkeln und mit gemäßigtem Tempo zu bewältigen. Die 3. und 4. Fahrt wurde mit kurzen und mittleren Radien, wechselnden Schwungwinkeln und im mittleren Tempo absolviert.
Die Pulsfrequenz wurde mittels des S 810iTM-Herzfrequenz-Messgerätes der Fa. Polar aufgezeichnet, das für eine Umgebungstemperatur von -10° C bis zu +50° C sowohl für den Sender als auch für den Empfänger zugelassen ist. Die Genauigkeit dieser Herzfrequenzmessung lag bei ± 1 Schlag * min-1.
Die spirometrische Datenerfassung erfolgte mit der mobilen Spiroergometrie MetaMax® 3 B der Fa. Cortex. Dabei handelt es sich um ein Messverfahren mit offenem System und Breath by Breath-Registrierung der Atemzüge.
Die Serum-Laktatspiegelkonzentrationen wurden mit dem Lactate Scout-Messgerät der Fa. SensLab ermittelt. Dabei kommt die enzymatisch-amperometrische Be­stimmung von Laktat in frischem Kapillarblut zur Anwendung. Der Messbereich lag bei 0,5 - 25 mmol/l bei einem konzentrationsabhängigen Variationskoeffizienten von 3 - 8%.
Die Herzfrequenzmessung sowie die spirometrische Datenaufzeichnung erfolgten kontinuierlich. Blutdruck und Laktat wurden jeweils als Vorstartwert, Sofortwert nach Belastungsende sowie in der 3. und 5. Erholungsminute nach Belastungsabbruch ermittelt.

4 Ergebnisse
4.1 Kardiozirkulatorische Leistungsfähigkeit
Im Vorfeld des Stufenbelastungstests wurde eine Herzfrequenz von 77 ± 16 Schlägen * min-1 registriert. Im submaximalen Bereich bei 2 W/kg KG konnte als mittlere Pulsfrequenz 134 ± 16 Schläge * min-1 ermittelt werden. Während der Körpergewichts bezogenen Belastung kam es zu einem weiteren Herzfrequenzanstieg bis zu maximal 182 ± 15 Schlägen * min-1. Sofort bei Belastungsabbruch nach erschöpfender Vita maxima-Belastung wurden 175 ± 16 Schläge * min-1 gemessen. Bis zur 5. Erholungsminute fiel die Herzfrequenz auf 104 ± 15 Schläge * min-1 ab.
Im Feldversuch lag die Vorstartfrequenz bei 97 ± 10 Schlägen * min-1. Während der skispezifischen Belastungssitutation stiegt die Herzfrequenz bis auf eine maximale mittlere Frequenz von 153 ± 15 Schläge * min-1 an. Als Sofortwert nach dem Abschwingen wurden 144 ± 9 Schläge * min-1 ermittelt. Innerhalb der 5 Minuten Erholungszeit fiel die Herzfrequenz auf 102 ± 12 Schläge * min-1 ab.

4.2 Kardiorespiratorische Leistungsfähigkeit
In körperlicher Ruhe sitzend auf dem Fahrradergometer wurde vor Beginn des Stufenbelastungstest eine relative Sauerstoffaufnahme von 5 ± 1,8 mlSTPD * kg-1 * min-1 registriert. Im submaximalen Belastungsbereich bei 2 W/kg KG stieg die relative VO2 max auf 26,7 ± 4,5 mlSTPD * kg-1 * min-1 an. Unter erschöpfender Ausbelastung wurde eine maximale relative Sauerstoffaufnahme von 54,6 ± 8,9 mlSTPD * kg-1 * min-1 berechnet, wobei als Sofortwert unmittelbar nach Belastungsabbruch 50,7 ± 9,6 mlSTPD * kg-1 * min-1 notiert wurden. Die relative Sauerstoffaufnahme fiel bis zur 5. Erholungsminute auf 9,8 ± 3,1 mlSTPD * kg-1 * min-1 ab.
Für die skispezifische Vorstartsituation konnte eine relative VO2 von 9,8 ± 2,2 mlSTPD * kg-1 * min-1 bestimmt werden. Während der Abfahrt an der Gefrorenen Wand stiegt die Sauerstoffaufnahme bis auf eine mittlere maximale VO2 von 36,2 ± 6,9 mlSTPD * kg-1 * min-1 an. Für den Sofortwert ergaben sich 29,3 ± 6,1 mlSTPD * kg-1 * min-1. Während der 5-minütigen Erholungszeit fiel die relative Sauerstoffaufnahme bis auf 11,8 ± 3,7 mlSTPD * kg-1 * min-1 ab.

4.3 Metabolische Leistungsfähigkeit
Vor der Stufenbelastung wurde ein Ruhe-Laktatwert von 1,32 ± 0,5 mmol * l-1 registriert, der unter submaximaler Belastung auf 2,86 ± 0,5 mmol * l-1 anstieg. Unmittelbar nach Belastungsabbruch wurden 12,7 ± 2,8 mmol * l-1 bestimmt. Während der 3. Erholungsminute stiegt das Laktat noch auf 14,5 ± 3,0 mmol * l-1 an und fiel bis zur 5. Erholungsminute auf 14,2 ± 2,9 mmol * l-1 ab.
Auf dem Hintertuxer Gletscher wurden Vorstart-Laktatkonzentrationen von 2,5 ± 0,8 mmol * l-1 ermittelt. Während der Abfahrten stieg die Laktatkonzentration auf 5,4 ± 2,3 mmol * l-1 an. Bis zur 5. Erholungsminute war der Laktatspiegel auf 3,3 ± 0,8 mmol * l-1 abgefallen.

5 Diskussion
Resümierend werden im Feldversuch die maximalen biologischen Leistungsdaten der erschöpfenden Vita maxima-Ausbelastung im Stufenbelastungstest nicht erreicht. Dies ist überwiegend durch den intervallartigen Charakter des alpinen Skisports bedingt, der während der Anstehzeiten im Lift und während der Liftfahrt zum Teil lohnende Pausen mit vollständiger Erholung gestattet. Eine sukzessive Ermüdungsaufstockung mit zunehmender Laktatakumulation ist nicht zu beobachten.
Hinsichtlich der Herzfrequenz werden gemäß den Richtlinien der Europäischen Gesellschaft für Kardiologie die Ausbelastungskriterien erfüllt, wobei die maximale Schlagfrequenz deutlich hinter der Vita maxima-Frequenz im Stufenbelastungstest zurück bleibt. Im Vergleich zu den Studien von Kipp und White (1996), Burtscher et al. (2000) und Röder (2002) werden in der skisportspezifischen Situation für die vorliegende Studie ähnliche Herzfrequenzbereiche ermittelt.
Die in dieser Studie zugrunde gelegte skisportspezifische Situation entsprach circa 67 % der im Stufenbelastungstest ermittelten VO2max. Damit liegt die kardiorespiratorische Leistung über dem submaximalen Belastungsbereich von 2 W/kg KG. Die benötigte relative Sauerstoffaufnahme ist vergleichbar mit dem relativen O2-Bedarf einer Wattstufe von 3 W/kg KG. Dies entspricht bei der vorliegenden Personenstichprobe der schwellennahen Ausdauerleistungsgrenze im Laktat-Steady-state.
Die Ruhe-Laktatwerte lagen im erwarteten Rahmen über den im Labor ermittelten Ruhewerten und sind mit den im Literaturteil zitierten Ergebnissen vergleichbar. Unmittelbar nach Belastung wurde im Mittel eine Serumlaktatkonzentration oberhalb der aerob-anaeroben Schwelle nachgewiesen, die höher als die Vergleichswerte war. Dies ist unter anderem mit dem skispezifischen Fertigkeitsniveau der Testpersonen sowie mit der Geländewahl zu begründen. Im steilen Gelände wurden auf harter Piste große vertikale Bodenreaktionskräfte aufgebaut, die während der reaktiven Muskelarbeit zu einem hohen Muskeltonus und zur Vasokonstriktion führten. Infolgedessen war eine anaerobe Energiebereitstellung erforderlich, die in Einzelfällen zu Laktatwerten > 10 mmol * l-1 führt.
Zusammenfassend erfordert ein breitensportlich orientierter Alpiner Skisport eine ausreichende bis befriedigende körperliche Leistungsfähigkeit, die einer relativen Wattstufe von 3 W/kg KG und einer relativen VO2max von 30 bis 40 mlSTPD * kg-1 * min-1 entspricht. Dabei wird die individuelle aerob-anarobe Schwelle überschritten. Metabolisch eine mittlere Azidosetoleranz erforderlich.

Literatur
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