Sauerstoffverbrauch und aerobe Kapazität

Der Sauerstoffverbrauch (VO2) ist die Rate, mit der der Körper Sauerstoff aufnimmt und verwertet. Während des Trainings steigt er proportional zum Energiebedarf der arbeitenden Muskulatur. Die höchste Rate, die eine Person erreichen kann, die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max), ist ein Schlüsselmaß für die aerobe Kapazität und spiegelt die integrierte Funktion von Lunge, Herz, Blut und Muskel wider.

Definition

Der Sauerstoffverbrauch ist die Rate der Sauerstoffaufnahme des gesamten Körpers, und die aerobe Kapazität (maximale Sauerstoffaufnahme, VO2max) ist die höchste erreichbare Sauerstoffaufnahmerate während des Trainings, bestimmt durch die integrierte Fähigkeit, Sauerstoff zu den arbeitenden Muskeln zu liefern und dort zu extrahieren.

Scope

Dieses Thema behandelt den Sauerstoffverbrauch als Marker des aeroben Energieumsatzes, die Determinanten der maximalen Sauerstoffaufnahme, die Sauerstofftransport- und -verwertungskette, ausgedrückt durch das Fick-Prinzip, sowie die Verwendung des Gasaustauschs zur Charakterisierung der aeroben Kapazität. Es handelt sich um eine Referenzbehandlung und bietet keine individualisierten Fitnesstests oder Trainingsvorschriften.

Core questions

• Warum steigt der Sauerstoffverbrauch mit der Trainingsintensität?
• Was bestimmt die maximale Sauerstoffaufnahme, und wird sie hauptsächlich durch die Zufuhr oder durch die Extraktion begrenzt?
• Wie wird die Sauerstofftransportkette durch das Fick-Prinzip zusammengefasst?

Key concepts

• Sauerstoffverbrauch (VO2)
• Maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max)
• Fick-Prinzip (Herzzeitvolumen x arteriovenöse Sauerstoffdifferenz)
• Zentrale Sauerstoffzufuhr versus periphere Extraktion
• Herzzeitvolumen und Sauerstofftransportkapazität
• Gasaustauschmessung der aeroben Kapazität

Mechanisms

Der Sauerstoffverbrauch steigt mit körperlicher Anstrengung, da die oxidative Phosphorylierung in den Muskelmitochondrien, der Hauptquelle für ATP bei anhaltender Arbeit, Sauerstoff proportional zum Energiebedarf verbraucht. Die Rate der Sauerstoffaufnahme kann nach dem Fick-Prinzip als Produkt aus Herzzeitvolumen und arteriovenöser Sauerstoffdifferenz ausgedrückt werden, wodurch die Sauerstoffzufuhr mit der Extraktion verknüpft wird. Die maximale Sauerstoffaufnahme stellt die Obergrenze dieses Systems dar; die Beweislage deutet darauf hin, dass sie hauptsächlich durch die Sauerstoffzufuhr, das Produkt aus maximalem Herzzeitvolumen und arteriellem Sauerstoffgehalt, und nicht durch die Fähigkeit des Muskels zur Sauerstoffextraktion begrenzt wird (Bassett, 2000). Da sowohl die Oxidation von Kohlenhydraten als auch von Fetten Sauerstoff verbraucht, integriert die Sauerstoffaufnahme die in verwandten Themen beschriebene Brennstoffnutzung (Romijn, 1993). Gasaustauschmessungen während inkrementeller Belastung quantifizieren die Sauerstoffaufnahme und identifizieren Schwellenwerte in der Reaktion (Beaver, 1986; McArdle, 2015).

Clinical relevance

Die Sauerstoffaufnahme und ihr Maximum sind zentrale Messgrößen in der kardiopulmonalen Belastungsdiagnostik und bei der Beschreibung der aeroben Kapazität in Gesundheit und Krankheit. Dieser Eintrag erläutert die zugrunde liegende Physiologie als Referenzhintergrund und ist keine Grundlage für individuelle Diagnosen, Fitnessvorschriften oder Behandlungsentscheidungen.

Evidence & guidelines

Die Beschreibungen basieren auf physiologischen Übersichten über die Determinanten der maximalen Sauerstoffaufnahme und primären Gasaustauschmethoden und nicht auf klinischen Leitlinien; die Messansätze stammen aus kontrollierten Labortests (Bassett, 2000; Beaver, 1986).

History

Das Konzept einer maximalen Sauerstoffaufnahme geht auf die Arbeiten von A. V. Hill und Kollegen im frühen 20. Jahrhundert zurück; in den folgenden Jahrzehnten wurden ihre Messung und die lange Debatte darüber verfeinert, ob die zentrale Sauerstoffzufuhr oder die periphere Extraktion ihre Obergrenze bestimmt, wobei die Zufuhr unter den meisten Bedingungen als der primäre limitierende Faktor hervorging (Bassett, 2000; McArdle, 2015).

Debates

Wird die VO2max durch die Sauerstoffzufuhr oder durch die Muskelextraktion begrenzt?

Ob die maximale Sauerstoffaufnahme hauptsächlich durch die zentrale Sauerstoffzufuhr (maximales Herzzeitvolumen und Sauerstofftransportkapazität) oder durch die Fähigkeit des arbeitenden Muskels, Sauerstoff zu extrahieren, bestimmt wird, wird seit Jahrzehnten diskutiert, wobei die Beweislage unter den meisten Umständen die Sauerstoffzufuhr favorisiert.

Key figures

• David R. Bassett
• Edward T. Howley
• Karlman Wasserman
• A. V. Hill

Seminal works

• bassett-2000
• beaver-1986

Frequently asked questions

Was ist VO2max?

Es ist die maximale Rate, mit der der Körper während des Trainings Sauerstoff aufnehmen und verwerten kann, ein Schlüsselmaß für die aerobe Kapazität, das die kombinierte Funktion von Lunge, Herz, Blut und Muskel widerspiegelt.

Was begrenzt hauptsächlich die maximale Sauerstoffaufnahme?

Die Beweislage deutet darauf hin, dass sie hauptsächlich durch die Sauerstoffzufuhr zum Muskel begrenzt wird, das Produkt aus maximalem Herzzeitvolumen und dem Sauerstoffgehalt des arteriellen Blutes, und nicht durch die Fähigkeit des Muskels, Sauerstoff zu extrahieren.