Trainingsinduziert Anpassungen des Herz-Kreislaufsystems durch Herz-Kreislauftraining

Wie bereits dargelegt, führt ein regelmässiges und systematisch absolviertes Herz-Kreislauftraining zu einer Erhöhung der körperlichen Leistungsfähigkeit und bewirkt deutliche Anpassungen im Herz-Kreislaufsystem und in der Arbeitsmuskulatur. Dabei erfolgt die Deckung des bei körperlicher Arbeit ansteigenden Sauerstoffbedarfs über ein ausgeklügeltes Sauerstofftransportsystem. Dieses besitzt mehrere Stufen, wobei auf jeder Stufe unterschiedliche Mechanismen ablaufen und den Sauerstofftransport limitieren können. Ohne hier allzu stark ins Detail zu gehen, sind diese Stufen

  1. die Lunge, respektive der pulmonale Gasaustausch,
  2. das Herz und das Blut,
  3. die Muskelkapillaren und schlussendlich
  4. die Mitochondrien.

Komponenten der Sauerstoffaufnahme (Bassett und Howley 2000)

Vereinfacht kann man die Determinanten der Sauerstoffversorgung in eine zentrale und eine periphere Komponente unterteilen (wobei man die erste Determinante, also den pulmonalen Gasaustausch, weglässt, da er bei Gesunden und „auf Meereshöhe“ die Sauerstoffversorgung nicht limitiert). Gemäss dem bereits 1870 von Adolf Fick postulierten Gesetz gilt als zentrale Komponente des Sauerstoffverbrauchs die Herzpumpleistung (wie viele Liter Blut pumpt das Herz pro Minute) und als periphere Komponente die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz (wie gross ist der Sauerstoffkonzentrationsunterschied zwischen arteriellem und venösem Blut, oder einfacher: wie viel Sauerstoff „nimmt das Organ aus dem Blut heraus“).

Die Fick’sche Formel lautet folgendermassen (in Klammern die Abkürzungen und Masseinheiten):

Sauerstoffverbrauch (VO2 in ml/min) = Herzminutenvolumen (Q in l/min) x arteriovenöse Sauerstoffdifferenz (avDO2 in ml/dl)

Das Herzminutenvolumen wiederum errechnet sich als Produkt aus Schlagvolumen (Vs in ml) und Herzfrequenz (fH in Schlägen pro Minute).
Also: wie viel Blut wirft das Herz pro Herzschlag aus x wie häufig schlägt das Herz pro Minute.

Zentral vs. peripher (Fick 1870)

Fassen wir zusammen: Die zentrale Komponente des Sauerstoffverbrauchs hängt von der Herzfrequenz und dem Schlagvolumen ab, die periphere Komponente von der Sauerstoffausschöpfung.

Da sich das Schlagvolumen mit spezifischem Training vergrössert, das Herzminutenvolumen (und auch der Sauerstoffbedarf) aber bei submaximaler Leistung in etwa gleich bleiben, messen wir nach einer Trainingsphase bei gleicher Leistung eine tiefere Herzfrequenz. Es ist somit das Schlagvolumen, welches sich durch Training erhöht (verbesserte Funktionalität der Herzkontraktion und grösserer Herzmuskel). Bei gleich bleibender maximaler Herzfrequenz steigt somit die maximale Blutförderkapazität des Herzens (das maximale Herzminutenvolumen) an. Gleichzeitig sinkt die Ruheherzfrequenz, weil das Herz für den Transport derselben Menge Blut aufgrund des grösseren Schlagvolumens weniger häufig schlagen muss.

Mit Training verbessert sich jedoch nicht nur die zentrale Komponente, sondern auch die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz und somit die Sauerstoffausschöpfung aus dem Blut. Diese Verbesserung findet v.a. aufgrund der verbesserten Kapillarisierung (höheres Kapillarvolumen im Gewebe, z.B. mehr Kapillaren pro Muskelfaser) und des erhöhten mitochondrialen Volumens statt (mehr oder grössere Mitochondrien). In der Peripherie verbessert sich somit die Feinverteilung des Sauerstoffs sowie auch dessen Nutzung.

Interessanterweise können nun die zentrale und die periphere Komponente der Sauerstoffaufnahme mehr oder weniger spezifisch trainiert werden. Anders gesagt existieren Trainingsmethoden, welche die beiden Komponenten relativ selektiv beanspruchen und in der Folge verbessern. Vor diesem Hintergrund ist auch die anfangs gemachte Aussage über den Nutzen von HIIT zu sehen. Um die Trainingsanwendung dieser physiologischen Fakten zu vereinfachen, haben wir das 3-Komponentenmodell der Herz-Kreislaufleistungsfähigkeit entwickelt. Dieses besteht aus den Komponenten Potenzial, Ausschöpfung und Ermüdungsresistenz und ist im Folgenden dargestellt.

Fassen wir zusammen: Die zentrale Komponente des Sauerstoffverbrauchs hängt von der Herzfrequenz und dem Schlagvolumen ab, die periphere Komponente von der Sauerstoffausschöpfung.

Da sich das Schlagvolumen mit spezifischem Training vergrössert, das Herzminutenvolumen (und auch der Sauerstoffbedarf) aber bei submaximaler Leistung in etwa gleich bleiben, messen wir nach einer Trainingsphase bei gleicher Leistung eine tiefere Herzfrequenz. Es ist somit das Schlagvolumen, welches sich durch Training erhöht (verbesserte Funktionalität der Herzkontraktion und grösserer Herzmuskel). Bei gleich bleibender maximaler Herzfrequenz steigt somit die maximale Blutförderkapazität des Herzens (das maximale Herzminutenvolumen) an. Gleichzeitig sinkt die Ruheherzfrequenz, weil das Herz für den Transport derselben Menge Blut aufgrund des grösseren Schlagvolumens weniger häufig schlagen muss.

Mit Training verbessert sich jedoch nicht nur die zentrale Komponente, sondern auch die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz und somit die Sauerstoffausschöpfung aus dem Blut. Diese Verbesserung findet v.a. aufgrund der verbesserten Kapillarisierung (höheres Kapillarvolumen im Gewebe, z.B. mehr Kapillaren pro Muskelfaser) und des erhöhten mitochondrialen Volumens statt (mehr oder grössere Mitochondrien). In der Peripherie verbessert sich somit die Feinverteilung des Sauerstoffs sowie auch dessen Nutzung.

Interessanterweise können nun die zentrale und die periphere Komponente der Sauerstoffaufnahme mehr oder weniger spezifisch trainiert werden. Anders gesagt existieren Trainingsmethoden, welche die beiden Komponenten relativ selektiv beanspruchen und in der Folge verbessern. Vor diesem Hintergrund ist auch die anfangs gemachte Aussage über den Nutzen von HIIT zu sehen. Um die Trainingsanwendung dieser physiologischen Fakten zu vereinfachen, haben wir das 3-Komponentenmodell der Herz-Kreislaufleistungsfähigkeit entwickelt. Dieses besteht aus den Komponenten Potenzial, Ausschöpfung und Ermüdungsresistenz und ist im Folgenden dargestellt.

Fassen wir zusammen: Die zentrale Komponente des Sauerstoffverbrauchs hängt von der Herzfrequenz und dem Schlagvolumen ab, die periphere Komponente von der Sauerstoffausschöpfung.

Da sich das Schlagvolumen mit spezifischem Training vergrössert, das Herzminutenvolumen (und auch der Sauerstoffbedarf) aber bei submaximaler Leistung in etwa gleich bleiben, messen wir nach einer Trainingsphase bei gleicher Leistung eine tiefere Herzfrequenz. Es ist somit das Schlagvolumen, welches sich durch Training erhöht (verbesserte Funktionalität der Herzkontraktion und grösserer Herzmuskel). Bei gleich bleibender maximaler Herzfrequenz steigt somit die maximale Blutförderkapazität des Herzens (das maximale Herzminutenvolumen) an. Gleichzeitig sinkt die Ruheherzfrequenz, weil das Herz für den Transport derselben Menge Blut aufgrund des grösseren Schlagvolumens weniger häufig schlagen muss.

Mit Training verbessert sich jedoch nicht nur die zentrale Komponente, sondern auch die arteriovenöse Sauerstoffdifferenz und somit die Sauerstoffausschöpfung aus dem Blut. Diese Verbesserung findet v.a. aufgrund der verbesserten Kapillarisierung (höheres Kapillarvolumen im Gewebe, z.B. mehr Kapillaren pro Muskelfaser) und des erhöhten mitochondrialen Volumens statt (mehr oder grössere Mitochondrien). In der Peripherie verbessert sich somit die Feinverteilung des Sauerstoffs sowie auch dessen Nutzung.

Interessanterweise können nun die zentrale und die periphere Komponente der Sauerstoffaufnahme mehr oder weniger spezifisch trainiert werden. Anders gesagt existieren Trainingsmethoden, welche die beiden Komponenten relativ selektiv beanspruchen und in der Folge verbessern. Vor diesem Hintergrund ist auch die anfangs gemachte Aussage über den Nutzen von HIIT zu sehen. Um die Trainingsanwendung dieser physiologischen Fakten zu vereinfachen, haben wir das 3-Komponentenmodell der Herz-Kreislaufleistungsfähigkeit entwickelt. Dieses besteht aus den Komponenten Potenzial, Ausschöpfung und Ermüdungsresistenz und ist im Folgenden dargestellt.

Das Potential

Als Potenzial wird die maximale Menge an Sauerstoff bezeichnet, welche der menschliche Körper zu verwerten vermag (VO2max). Der Sauerstoff wird in den Lungen aus der Umgebungsluft ins Blut aufgenommen. Das sauerstoffreiche Blut versorgt dann über das Herz-Kreislauf-System sämtliche Organe mit Sauerstoff. In der Skelettmuskulatur wird in der Folge der Sauerstoff für die Energiebereitstellung in die Muskelzelle aufgenommen. Der Blutfluss im Herz-Kreislauf-System wird massgeblich durch die Pumpleistung des Herzens bestimmt. Diese ergibt sich aus dem Produkt der Herzfrequenz und des Schlagvolumens (Blutvolumen, welches durch einen einzelnen Herzschlag ausgeworfen werden kann). Regelmässiges, intensives Intervalltraining führt zu einer Erhöhung des Schlagvolumens und somit zur Steigerung der Herz-Pumpleistung, wodurch die Herzfrequenz bei submaximalen Belastungen und in Ruhe erniedrigt wird (tiefere Ruheherzfrequenz). In der Folge an diese Anpassung steigt auch VO2max an.

Die Ausschöpfung

Die Ausschöpfung gibt diejenige Intensität an, welche gerade noch als Ausdauerleistung erbracht werden kann. Gemäss Definition müssen bei dieser Leistung nach einem 10 minütigen Aufwärmen 20 Minuten bei „konstanter Blutlaktatkonzentration“ geleistet werden können (max. Laktat-Steady-State). Die Ausschöpfung bestimmt also, wie stark das Potenzial im Ausdauerbereich ausgeschöpft werden kann (%VO2max). Sie wird oft auch als “anaerobe Schwelle” bezeichnet. Je besser die aerobe Energiebereitstellung (höheres mitochondriales Volumen, bessere Kapillarisierung) ausgebildet ist, desto höher ist die Ausschöpfung.  Eine Verbesserung der Ausschöpfung äussert sich dadurch, dass höhere Intensitäten im Ausdauerbereich erbracht werden können.    

Die Ermüdungsresistenz

Die Ermüdungsresistenz definiert, wie lange eine beliebige Ausdauerleistung erbracht werden kann (tlim). Verschiedene Faktoren spielen dabei eine wichtige Rolle:

  • Ein gut trainierter aerober Stoffwechsel stellt die langfristige Energiebereitstellung sicher.    
  • Eine effiziente Thermoregulation verhindert, dass die Körpertemperatur während dem Training zu stark ansteigt und die Leistungsfähigkeit limitiert.
  • Je grösser die Glykogenspeicher in der Muskulatur sind, desto länger können intensive Ausdauerbelastungen ausgeführt werden.
  • Je besser die Atmungsmuskulatur trainiert ist, desto weniger schnell ermüdet sie während intensiven Ausdauerbelastungen.
  • Mentale Aspekte spielen ebenfalls eine mitentscheidende Rolle (wie lange der Belastungsabbruch bei einer ermüdenden Ausdauerbelastung hinausgezögert werden kann).

 

Trainingsanpassungen in allen erwähnten Punkten führen dazu, dass die Dauer, während der eine submaximale Leistung erbracht werden kann, verlängert wird.

 

Mit dem Meta Training trainierst du diese 3 leistungslimitierenden Komponenten der Ausdauerleistungsfähigkeit gezielt. Lass dich von deinem COACH beraten.