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Anaerobe Schwelle

Verstehen und richtig anwenden: Die Anaerobe Schwelle erklärt

Vorweg: Vorsicht! Es folgt absolutes Brainfuck-Wissen: Wir starten mit der Frage „Was ist die Anaerobe Schwelle und wie funktioniert sie?“ seicht ins Thema. Später artet das Ganze in eine intensive sportwissenschaftliche Vorlesung aus. Also Concentración! P.S.: Ihr wollt es lieber im Video erklärt bekommen? Dann scrollt bis zum Ende des Beitrags!

Sebastian Zeller Pushing Limits
Dr. Zeller Im Dienste der Wissenschaft
07. Juni 2020 Training Wissenschaft

Wie ist das Prinzip der Anaeroben Schwelle entstanden?

Das Prinzip der Bestimmung eines submaximalen Parameters zur Bestimmung der Leistungsfähigkeit kommt ursprünglich aus der Sportmedizin. Das Ziel bestand daran, die Belastungsfähigkeit von Patienten zu überprüfen, jedoch ohne sie ausbelasten zu müssen. Anhand der bestimmten Ergebnisse sollte dann ein passendes Training erstellt werden. So konnte zum Beispiel der Fortschritt einer Reha-Maßnahme überprüft werden.

In Zuge dessen wurden viele Untersuchungen durchgeführt, um submaximal eine Aussage über die maximale Leistungsfähigkeit der Patienten treffen zu können. Also wenn eine Person eine gewisse Leistungsfähigkeit an einer gewissen Schwelle hat, lässt das Rückschlüsse auf die maximale Leistungsfähigkeit zu.

Patienten konnten dadurch bis zu einer gewissen Grenze belastet werden, ohne eine Maximalbelastung erreichen zu müssen. So konnte auch unnötiges Risiko mit Blick auf ihre Krankheit vermieden werden.

Aus dieser Überlegung wurde dann eine Relevanz für den Spitzen- und Leistungssport abgeleitet und an entsprechenden Methodiken weitergearbeitet. Zum Beispiel zu der Frage: Wie lange kann eine gewisse Schwelle aufrechterhalten werden? Auf drei der bekanntesten Schwellenmodelle wollen wir jetzt genauer eingehen. Wir haben diese außerdem in folgender Grafik aufbereitet.

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Drei Modelle der anaeroben Schwelle zusammengefasst

Das erste und wohl bekannteste Schwellenmodell nach Mader besagt, dass bei einer Laktatkonzentration von 4 mmol/l eine Dauerbelastung über eine gewisse Zeit aufrechterhalten werden kann. Allerdings handelt es sich bei diesem Wert um einen Mittelwert, zusammengesetzt aus den Werten aller teilnehmenden Probanden. Die Werte schwankten dabei zwischen 2,8 und 5,8 mmol/l. Was bedeutet, dass einige Athleten bei 4 mmol/l völlig überfordert, andere unterfordert sind.

Ungefähr dasselbe Modell, nur mit 3 mmol/l Laktat, gibt es auch noch von IAT in Leipzig. Dieses bezieht sich eher auf die Leichtathletik. Beim dritten Modell wurde die niedrigste Laktatkonzentration im Stufentest genutzt und plus 1,5 gerechnet (gaaanz individuell).

Wie du in der Grafik oben siehst, führen alle drei Modelle zu unterschiedlichen Belastungshöhen. So wird auch klar, weshalb Viele das Konzept der anaeroben Schwelle anzweifeln.

Unsere Lösungsmöglichkeiten zur Schwellen-Methodik

Vorweg noch mal kurz dazu, wie die Schwelle überhaupt getestet wird: Mit der anaeroben Schwelle versucht man ein maximales Laktat-Steady-State (MaxLaSS) zu bestimmen. Dieser Punkt ist dann erreicht, wenn der Laktataufbau und -abbau im Gleichgewicht ist. MaxLaSS testet man mithilfe mehrerer 30-minütiger Dauertests. Dabei untersucht man, ob in den letzten 20 Minuten kein Laktatanstieg um mehr als 1 mmol/l Laktat zu verzeichnen ist. Dann hat man ein MaxLaSS erreicht – hierfür benötigt man oft mehrere (2-4) Tests.

Dieser Wert ist aber absolut individuell. Wenn dir jemand sagt, du hast eine anaerobe Schwelle von 4 mmol, dann liegt er vermutlich eher falsch. Dazu kann man sagen, dass auch bei den oben beschriebenen Studien niemand gesagt hat: „Das ist jetzt genau die Schwelle!“, sondern das wurde hinterher daraus missinterpretiert. Es geht hier mehr um eine wissenschaftliche Mittelwertsorientierung.

Achtung, Brainfuck: Die anaerobe Schwelle komplett durchleuchtet

Wie man an der folgenden Grafik sieht: Das Thema ist nicht leicht zu verstehen, aber wir versuchen mal das so einfach wie möglich für euch runter zu brechen. Wenn ihr das verstanden habt, seid ihr in der sportwissenschaftlichen Liga auf jeden Fall einige Plätze aufgestiegen.

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Zunächst einmal die Achsen erklärt. Auf der x-Achse ist die Belastung (analog hierzu ADP – dazu gleich mehr), auf der primären y-Achse Prozent von VO2max und VLamax und auf der sekundären y-Achse findet sich der pH-Wert.

Was ist nun also ADP? Du siehst in der Grafik den Grafen zu Adenosintriphosphat (ATP). ATP ist der Stoff, den der Körper für jegliche Muskelkontraktion, u. Ä. am meisten braucht. Dabei wird ATP in Adenosindiphosphat (ADP) umgewandelt. Es fehlt also ein Phosphat. Diesen Prozess genauer zu beschreiben, würde den Rahmen sprengen, deshalb direkt weiter.

ADP steigt bei dauernder Belastung an und ATP sinkt. Ziel ist nun den ATP-Gehalt möglichst lange konstant zu halten.

Was hilft uns dabei unseren ATP-Gehalt konstant zu halten?

Zum einen hilft dabei die Sauerstoffaufnahme. Also unser aerober Stoffwechsel. Die Atmung wird gesteigert, wenn Energie umgesetzt wird. Das heißt bei einer höheren Belastung geht die Sauerstoffaufnahme hoch. Bei einem lockeren Lauf ist das noch mäßig, weil die Belastung noch nicht so hoch ist und folglich auch nicht so viel Laktat anfällt. Die Umwandlung von ATP zu ADP findet natürlich auch statt, aber noch gemäßigt (auf der Grafik sind wir bei Punkt 1). Belasten wir uns nun intensiver, passiert Folgendes:

Dadurch, dass wir mehr Energie in kürzerer Zeit brauchen, wird die Laktatbildungsrate getriggert (Punkt 2). Auch das passiert durch ADP. Man könnte jetzt vermuten, dass sich das immer weiter steigern lässt. Also je höher die Belastung, desto höher die Sauerstoffaufnahme und die Laktatbildungsrate. Es ist aber anders.

Wir sehen in der Grafik die zugehörigen Grafen steigen zunächst linear und flachen dann wieder ab (Punkt3). Um das zu erklären, müssen wir uns den pH-Wert genauer anschauen. Dieser bleibt erst mal konstant, aber mit zunehmendem anaerobem Anteil am Stoffwechsel kommen wir in ein „saures“ Milieu (Punkt 4). Kleiner Nebensatz dazu: Daran ist nicht das Laktat schuld, sondern die H+-Ionen. Das schauen wir uns vielleicht in einem der kommenden Videos und Artikel mal genauer an.

Laktat ist auf jeden Fall nicht immer nur „böse“.

Zurück zum pH-Wert. Bei einem niedrigeren pH-Wert wird die Phospho-Fructokinase (PFK), welche entscheidenden Anteil am Glukoseabbau hat, gehemmt. Somit ist also auch das Abflachen der VO2max- und VLamax-Kurve erklärt. Ansonsten könnten wir ja auch immer weiter und immer schneller laufen.

Nick meint dazu typischerweise: Das wär schön…

Klingt schön, ist es aber nicht. Denn wenn sich der pH-Wert nicht auf die PFK auswirken würde, würden wir so „sauer“ werden, dass wir unsere Proteinstrukturen zerstören und irgendwann – ohne Muskeln – einfach „wegfließen“ würden. Also wir würden uns selber verstoffwechseln. Dieser Prozess ist also eine wichtige Selbstschutzmaßnahme

Letzter Graph der erklärt werden muss: Kreatin-Phosphat (CP). Das brauchen wir, um über die Lohmann-Reaktion, aus ADP wieder ATP zu machen. Wie du im Graph siehst (Punkt 5), nimmt das CP bis zur VO2max (Punkt 4) ab. Wir können daher auch sagen, dass die VO2max dann erreicht ist, wenn die Lohmann-Reaktion abbricht und nicht mehr genügend CP vorhanden ist. Dadurch kann dann nämlich aus ADP kein ATP mehr werden.

Und noch ein Zusatz zum Laktat

Unterhalb der anaeroben Schwelle besitzt der Körper die Fähigkeit mehr Laktat abzubauen, als aufzubauen. Jetzt könnte man sich fragen: Wenn die Kapazität unterhalb der Schwelle höher ist, wieso bleibt dann die Konzentration nicht auf dem Ruhewert? Das erklärt sich dadurch, dass die Kapazität einfach nicht ständig maximal ist.

Bei einer etwas höheren Belastung ist die Sauerstoffaufnahme ja schon recht hoch. Wir müssen  schon intensiver atmen und die Laktatbildung ist parallel auch schon leicht angeregt. Es ergibt sich also immer ein Gleichgewicht (steady state). Der Körper hat zwar die Möglichkeit über die maximale Sauerstoffaufnahme mehr zu verstoffwechseln, aber nicht bei dieser gleichen Leistung. Deshalb kommt es also auch unterhalb der Schwelle zu einer gewissen Laktatkonzentration.

Schauen wir uns Laktataufbau und -abbau mal etwas genauer an

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Wir haben auf der x-Achse wieder die Belastung, auf der primären y-Achse die Laktatkonzentration und auf der sekundären y-Achse die Sauerstoffaufnahme. Der konstant ansteigende Graph beschreibt die Sauerstoffaufnahme (Punkt 1). Wie du auch noch mal in unserem Video zur Do-It-Yourself Leistungsdiagnostik nachschauen kannst, gibt es einen linearen Zusammenhang zwischen der Sauerstoffaufnahme und der Belastung.

Nach diesem Modell liegt das Äquivalent von Sauerstoff bei einem Watt bei 11,7 ml/min. Wir nehmen zum einfacheren rechnen mal 12 ml/min. Das heißt bei einer Belastung von 300 Watt müssten wir zusätzlich zum Ruheumsatz 3600 ml/min Sauerstoff mehr aufnehmen.

Wir wissen aus der letzten Grafik, dass der Laktatabbau bzw. die Pyruvataufnahme abhängig ist von der Sauerstoffaufnahme. Deshalb ist der Laktatabbau (Punkt 2) im Mitochondrium auch linear abhängig von der Sauerstoffaufnahme.

Im Gegensatz zur Sauerstoffaufnahme und Laktatabbau steigt der Laktataufbau nicht linear, sondern exponentiell. Wenn man die beiden laktatrelevanten Graphen im Zusammenhang sieht, liegt an Punkt 3 eine Dauerleistungsgrenze vor (bzw. MaxLaSS bzw. das was eigentlich überhaupt der Sinn dieses Artikels ist).

Was wir mit der Bestimmung des MaxLaSS machen können

Gleich kommt die letzte Grafik, versprochen! Was wir bisher durch die letzten Grafiken schon gesehen haben ist, dass der physiologische Hintergrund einer Schwellenmethodik nicht so einfach, wie z. B. Stufentest ist, wo einfach 4 mmol (oder 3 oder Senke + 1,5) reingelegt werden. Das wird nur aus einem Grund weiterhin gemacht: Es ist einfacher!

Die zwei Größen, die ihr für die Messung der Schwelle haben müsst, ist VLamax und VO2max. Denn im Grunde ist es eine Simulation des Stoffwechsels abhängig von diesen beiden Komponenten.

Wir schauen uns abschließend noch mal die Laktatbildung (y-Achse) in Abhängigkeit von der Belastung (x-Achse) an. Der erste Teil der Kurve (Punkt 1) ist der Laktatabbau. Der Höhepunkt dieser Kurve ist übrigens dein FatMax (Punkt 2). Der Punkt der maximalen Fettoxidation – also der Punkt des maximalen Pyruvat-Defizits.

Man hat erst eine hohe Kapazität Laktat abzubauen und ab Punkt 3 beginnt netto der Laktatabbau. Die Schwelle ist, wie jetzt schon ein paar Mal erwähnt, dort wo Laktatabbau und -aufbau gleich sind. Also null – also genau an diesem Punkt. Dies ist zumindest in der Theorie so und man wird in der Praxis dennoch eher einen Bereich angeben, um eine Umsetzung in der Trainingspraxis einfacher zu gestalten.

Was haben wir zusammenfassend über die anaerobe Schwelle gelernt?

Abschließend bleibt zu sagen: Wenn Du eine Leistungsdiagnostik machen möchtest, achte unbedingt darauf, dass nicht einfach irgendeine Laktatschwelle als Grundlage genutzt wird, sondern auf jeden Fall auch oben beschriebene Stoffwechselsimulation stattfindet oder zumindest die Parameter bestimmt werden.

Darauf aufbauend kannst Du dann eine Trainingsstrategie für die kommenden Wochen und Monate aufbauen. Die Schwelle bzw. MaxLass ist am Ende nur ein Punkt und sagt nicht allzu viel über die eigentliche Leistungsfähigkeit aus. Der Stoffwechsel ist deutlich komplexer und dies sollte auch eine Diagnostik abbilden.

Video: Die Anaerobe Schwelle richtig verstehen

Weiterführende Links:

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