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Original article Swiss Sports & Exercise Medicine, 66 (2), 41–43, 2018 Labor- versus Feldstufentestverfahren: Laktat-Ausdauerdiagnostik und Trainingssteuerung Laboratory versus outdoor testing: Lactate endurance diagnostics and training management Föhrenbach R1, Mücke St2 1 Institut für Sportdiagnostik, Offenbach, Deutschland 2 Mücke, St.: Institut für medizinische Leistungsoptimierung (IM-LOT) Deutschland Zusammenfassung Abstract Die Registrierung der Laktatkonzentration bei Belastung gilt Recording the endurance lactate concentration has for some seit nunmehr über 40 Jahren als sensibelster Parameter zur 40 years now been considered the most sensitive parameter Erfassung und Differenzierung der aeroben Kapazität des for identifying and differentiating the aerobic capacity in Muskelstoffwechsels. Das Laktatverhalten, bzw. die Lak- muscle metabolism. Lactate behavior or the lactate-run- tat-Laufgeschwindigkeits-Beziehung wird technisch im La- ning-speed ratio is influenced under lab conditions both by bor von der Dämpfung des Laufbandtyps, des Anstiegswin- the shock absorption of the specific treadmill type, the tread- kels und im Feld von der Bodenbeschaffenheit beeinflusst. mill angle of inclination, and outdoors by the ground condi- Entscheidend wirkt sich jedoch das integrative Laktatverhal- tions. What is decisive for both indoor and outdoor measure- ten für beide Methoden aus. ments is the integrative lactate behavior. Aus einer rund dreimal so langen Stufen-Belastungsdau- For outdoor testing, a staggered stress/endurance duration er in Felduntersuchungen im Vergleich zum Labor resultieren that was about three times as long as the duration period used signifikant niedrigere Schwellenwerte (Laufgeschwindigkeit for indoor lab tests resulted in significantly lower threshold bezogen auf eine Laktatkonzentration von 4 mmol/l bzw. values (running speed related to a lactate concentration of anaerobe Schwelle). Die o.a. methodischen Einflüsse spielen 4 mmol/l or anaerobic threshold, respectively). The above keine wesentliche Rolle, wenn lediglich die Frage beantwor- methodological influences play no substantive role if the sole tet werden soll, ob sich die Ausdauer eines Sportlers verbes- intention is to answer whether the athlete’s endurance has sert oder verschlechtert hat, bzw. persistiert. improved, deteriorated or been maintained. Wenn jedoch laktat-optimierte Trainings-Dauerlaufge- However, if the goal is to identify lactate-optimized train- schwindigkeiten für den Sportler erteilt werden sollen, müss- ing speeds for endurance runs, then the type of treadmill te eine biologische Kalibrierung des Laufbandtyps mit dem needs to be calibrated biologically to match the surfaces on vom Sportler dominierend bevorzugten Trainingsuntergrund which the athlete in question predominantly trains. More- erfolgen. Ab einer Belastungsintensität, die zu einer deutli- over, increasing the staggered stress period from 3 to 8–9 min chen Laktatbildung führt, ist es sinnvoll, die Stufenbelas- as of the intensity that triggers a significant lactate accumu- tungsdauer von 3 auf 8–9 min anzuheben. lation is also meaningful. Bei normalen klimatischen Bedingungen durchgeführte Results achieved with field tests conducted under normal Ergebnisse aus Felduntersuchungen bieten direkt präzise An- climatic conditions, by contrast, offer direct and precise in- haltspunkte für die Trainingssteuerung und ökonomische dications for training adjustments and economic benefits, as Vorteile, da acht Personen gleichzeitig in 45 Minuten unter- up to eight persons can be evaluated at one and the same time sucht werden können. in the course of 45 minutes. Schlüsselwörter: Keywords: Laktatdiagnostik, gerätetechnische Einflüsse, Stufenbelas- lactate-diagnostics, influence of testing pattern, load dura- tungsdauer, Trainingssteuerung tion, regulation of training Labor- versus Feldstufentestverfahren: Laktat-Ausdauerdiagnostik und Trainingssteuerung 41
Einleitung Introduction Alois Mader entwickelte u.a. die Grundlagen zur Theorie der Among other things, Alois Mader developed the fundamen- aerob-anaeroben Schwelle anhand des Laktatverhaltens bei tals of the theory of aerobic/anaerobic threshold on the basis Belastung. Er definiert den «Bereich des Übergangs zwi- of the behavior of lactate during exercise. He defines the schen der rein aeroben zur partiell anaerob-laktazid gedeck- “transition area from the purely aerobic to the partially lac- ten muskulären Energiestoffwechselleistung als ae- tate anaerobic muscular energy metabolism as the aerobic/ rob-anaerobe Schwelle der Arbeitsmuskulatur…» Die anaerobic threshold of the work muscles…” The perfor- Leistung: Watt oder Laufgeschwindigkeit (m/s bzw. km/h), mance: Watt and running speed (m/s or km/h), in relation to bezogen auf eine Blutlaktatkonzentration von 4 mmol/l eig- a blood-lactate concentration of 4 mmol/l was suitable as a nete sich als valides diagnostisches Beurteilungskriterium valid diagnostic criterion for assessing maximum aerobic einer maximal abgedeckten aeroben Leistung [1]. performance [1]. Auch zur Belastungs-/Trainingssteuerung der Ausdauer With regard to managing exercise and training focusing (< 4 mmol/l) überflügelte der Parameter Laktat die Registrie- on developing endurance (< 4 mmol/l) lactate as a parameter rung der Sauerstoffaufnahme, u.a. eingedenk der Tatsache, outperformed that of registering oxygen uptake, among oth- dass ein hoher Anteil aller Trainingsanpassungen in der je- er things in view of the fact that a large proportion of all weiligen Sportart hauptsächlich beanspruchten Muskulatur adjustments to training relate to the muscles used in the rel- stattfindet, deren Änderungen wesentlich schneller mit die- evant type of sport, changes which could be proven to occur sem sensiblen Parameter nachzuweisen waren [1,2]. far more accurately with this sensitive parameter [1,2]. Methodische Einflüsse Methodical influences in treadmill tests bei Laufbanduntersuchungen It has subsequently emerged, however, that on account of the In der Folge stellte sich jedoch heraus, dass die aus Lauf- characteristics caused by and the method employed for the banduntersuchungen erhaltenen Ergebnisse zur Übertragung treadmills, results from exercise/tests conducted on them can auf ein Lauftraining unter realistischen Bedingungen auf- only to a limited extent be applied to running training under grund der gerätebedingten Charakteristik und Methodik nur realistic conditions. For this reason, from as early as 1978 bedingt verwendbar waren. Daher wurden bereits ab 1978 initial outdoor tests were conducted and, subsequently, out- erste Felduntersuchungen durchgeführt sowie nachfolgend door running diagnostics and an outdoor running method for eine sportartspezifische aerobe Feldlaufdiagnostik und -Me- specific types of sport presented [3,4]. thodik vorgestellt [3,4]. Reference must first be made to the biomechanical char- Es soll zunächst auf die biomechanischen Besonderheiten acteristics of treadmills which have a considerable influence des Laufbands mit erheblichem Einfluss auf den Energiebe- on energy requirements: darf hingewiesen werden: 1. When running on a treadmill, the leg does not actively 1. Beim Laufbandlaufen entfällt zunächst der aktive Bein- move forwards and upwards from the ankle. Rather, the abstoss aus dem Sprunggelenk nach vorne-oben. Die Bei- legs are passively drawn backwards by the treadmill. The ne werden vielmehr vom Band passiv nach hinten gezogen. cerebellum has to adjust to this coordinative change in Im Kleinhirn muss diese koordinative Änderung des Be- movement, which not all athletes succeed in doing; often wegungsablaufs nachjustiert werden, was nicht allen Sport- they only do so by using additional muscles that are not lern gelingt und oft nur unter Einbezug zusätzlicher nicht customarily associated with normal movement and entail zum normalen Bewegungsablauf gehörender Muskeln und the production of additional lactate. This is a hindrance to mit einer zusätzlichen Laktatproduktion gelingt. Diese an unequivocal interpretation of lactate production. stört eine saubere Interpretation des Laktatverhaltens. 2. As the treadmill offers no other resistance, the increase to 2. Da der Windwiderstand entfällt, muss der besonders bei the third power in energy requirement, particularly at high höheren Laufgeschwindigkeiten in der 3. Potenz zuneh- running speeds, has to be adapted through a rise in the mende Energiebedarf durch einen Anstieg des Laufbands inclination of the tread mill [5,6]. In this context the Co- angeglichen werden [5,6]. Im Kölner Arbeitskreis wurden logne working group conducted extensive studies which hierzu umfangreiche Untersuchungen durchgeführt, die reveal the influence of different treadmill inclines (0–6%) den Einfluss unterschiedlicher Laufbandanstiege (0–6%) and different running surfaces (grass, Rekortan®, cinder, und verschiedener Laufböden (Gras, Rekortan®, Asche, solid loamy ground) on lactate output at different running fester lehmiger Boden) auf die Laktat-Laufgeschwindig- speeds (fig. 1), [7]. keit zeigen (Abb. 1), [7]. 3. For identical running speed levels, differences of up 3. Für identische Laufgeschwindigkeitsstufen werden für 0.5 m/s in the aerobic/anaerobic threshold were measured Laufbänder unterschiedlicher Hersteller mit entsprechend using treadmills by different manufacturers with corre- unterschiedlichem Dämpfungsverhalten Unterschiede von spondingly different cushioning [7]. For this reason, bio- bis zu 0,5m/s an der aerob-anaeroben Schwelle gemessen logical calibration of the type of treadmill used with the [7]. Daher ist eine biologische Kalibrierung des verwen- preferred training surface (woodland trails, artificial sur- deten Laufbandtyps mit dem bevorzugten Trainingsunter- face, asphalt) is necessary in order to be able to provide grund (Wald-, Kunststoff-, Asphaltboden) notwendig, um lactate-optimized data for endurance runs (fig. 2). laktat-optimierte Geschwindigkeitsangaben für Dauerläu- 4. The duration of the running levels and the extent to which fe vornehmen zu können (Abb. 2). the effort levels are staggered have the greatest influence 4. Den grössten Einfluss auf das Laktatverhalten hat jedoch on lactate behavior. Lactate is an integrated entity; in die Zeitdauer der Laufstufen und die Dimension der Be- other words, from the point in time when lactate begins to 42 Föhrenbach, Mücke
lastungsabstufung. Laktat ist eine integrative Grösse; form there is, to a greater or lesser extent, strong accumu- d.h., dass es ab dem Zeitpunkt, bei dem Laktat gebildet lation of lactate (increase in glucose and the lactate forma- wird, in Abhängigkeit von der Arbeitsintensität und der tion rate) depending on the intensity of effort and the du- Belastungsdauer zu einer mehr oder weniger starken Lak- ration of the stress. In 1985, Heck et al. studied the tatakkumulation (Zunahme der Glykolyse bzw. Laktatbil- influence of 3.5, 5.5, and 7.5-minute work load on the lac- dungsrate) kommt. Der Einfluss einer 3,5, 5,5, und 7,5 tate behavior of nine test persons [7]. It can be clearly seen min-dauernden Stufenbelastung auf das Laktatverhalten from fig. 3 that the differences in the aerobic/anaerobic bei 9 Probanden wurde 1985 von Heck et al. [7] unter- threshold between 3.5 and 5.5, as well as between 5.5 and sucht. In Abb. 3 ist deutlich erkennbar, dass die Unter- 7.5-minute work load is 0.16 m/s in each instance. This schiede an der aerob-anaeroben Schwelle zwischen 3,5 makes the total difference between 3.5 and 7.5-minute und 5,5 sowie 5,5- und 7,5-minütiger Belastungsdauer je- stress 0.32 m/s – i.e., almost an entire stress level. weils 0,16 m/s betragen. Somit beträgt die Gesamtdiffe- renz zwischen der 3,5 und 7,5 min-Stufendauer 0,32 m/s – also fast einer ganzen Belastungsstufe. Fig. 1: Square regression curves of lactate in dependance on Fig. 2: Means (n=6) of lactate in running work loads of two running speed on the treadmill at an angle of inclination of different treadmills (Woodway, Jäger) and on an artificially 0%, 2%, 4%, and 6%, and on four different running surfaces Surface track (Rekortan) Fig. 4: Comparative lab/outdoor work load test (circle/star symbols) by a U19 football player; heart rate changes: above, Fig. 3: Mean and standard deviation values of lactate in running lactate concentration changes: below. The running speed dif- work loads for load durations of 3.5, 5.5, and 7.5 min (n = 9) ference (Δ m/s) at the aerobic/anaerobic threshold is 0.28 m/s Labor- versus Feldstufentestverfahren: Laktat-Ausdauerdiagnostik und Trainingssteuerung 43
Anfang der 80er-Jahre wurde versucht, in den sportmedi- In the early 1980s attempts were made to standardize studies zinischen Instituten eine Standardisierung leistungsdiag- of performance diagnostics on treadmills at sports medical nostischer Untersuchungen auf dem Laufband, u.a. zuguns- institutes, among other things to improve comparability ten einer besseren Vergleichbarkeit einzuführen (Heck et (Heck et al. [8]). Since then, almost all institutes of sports al. [8]). medicine and private sports institutes have for economic rea- Seither orientieren sich nahezu alle sportmedizinischen Ins- sons adopted a 3-minute work load period and increase the titute und auch private Untersuchungsstätten aus ökonomi- period by increments of 0.5 m/s or 2 km/h (= 0.55 m/s). The schen Gründen an der Belastungs-Stufendauer von 3 min und test results then systematically in all such studies propose an der Abstufung von 0,5 m/s bzw. 2 km/h (= 0,55 m/s). Das endurance level that was too high, as can be seen from the Testresultat gaukelt dann systematisch in allen Untersuchun- single example of a U19 football player in a comparative gen eine zu gute Ausdauerleistung vor, wie an einem Einzel- study (fig. 4). beispiel eines U19-Fussballers in einer vergleichenden Un- The player was initially put through an outdoor work load tersuchung aufgezeigt werden soll (Abb. 4). test involving four work load levels (3.03, 3.33, 3.7 and 4 m/s) Der Spieler wurde zunächst im Feldstufentest in 4 Stufen with a work load duration of 8–9 min (staggered increase: (3,03, 3,33, 3,7 und 4,0 m/s) mit einer Stufendauer von 8–9 0.3 m/s; total duration: 34:08 min). The aerobic/anaerobic min belastet (Abstufung: 0,3 m/s; Gesamtdauer: 32 min). Die threshold was identified as being 3.73 m/s. Four days later, aerob-anaerobe Schwelle betrug 3,73 m/s. Vier Tage später as part of a sport medical examination a treadmill test was erfolgte im Rahmen einer sportmedizinischen Untersuchung conducted with nine 3-minute work load periods extending der Laufbandtest mit neun 3-minütigen Stufen von 2,0 bis from 2.0 to 4.0 m/s (staggered increase: 0.25 m/s). The aero- 4,0 m/s (Abstufung: 0,25 m/s). Die Schwelle wurde um bic/anaerobic threshold was calculated as being 4.01 m/s or 0,28 m/s höher bei 4,01 m/s berechnet. 0.28 m/s higher. Ebenso, wie in der Abb. 3 dargestellt, führte die Feldun- As presented in fig. 3 the outdoor work load test with a tersuchung mit einer dreimal so langen Belastungsdauer ab total work load period three times as long leads as of a run- einer Laufgeschwindigkeit von > 3,4 m/s zu einem deutlich ning speed of > 3.4 m/s to a significantly different result. anderen Ergebnis. Diskussion Discussion Falls in leistungsdiagnostischen Untersuchungen lediglich Should the performance diagnostic test simply be intended die Frage beantwortet werden soll, ob sich die Ausdauer ei- to answer whether an athlete’s endurance has improved, de- nes Sportlers verbessert oder verschlechtert hat, bzw. gleich teriorated or remained unchanged, then the method used is geblieben ist, spielt die Methodik keine Rolle. of no consequence. Werden hingegen laktatbezogene Trainingshinweise er- However, if by contrast the intention is to obtain lac- wartet, sollten die o.a. methodischen Einflüsse beachtet wer- tate-based information for training management then the den und die Gesamtdauer einer Leistungsdiagnostik einer above-mentioned methodological influences should be borne kleinen Dauerlaufeinheit von 35–45 min entsprechen. in mind and the total duration of the exercise work load test Üblicherweise vermittelt der Diagnostiker konkrete Trai- used for diagnostic purposes correspond to the duration of a ningsvorschläge für ein Grundlagenausdauertraining (GA1), minor endurance run of 35–45 min. z.B. Dauerlaufgeschwindigkeiten entsprechend einer Laktat- Typically, the diagnostic information thus obtained pro- konzentration von 2 mmol/l für den Trainer bzw. Spieler. vides the basis for the coach to provide the athlete/player with Während dies durchaus aus der Felduntersuchung möglich objective training suggestions for base endurance training ist, führt eine aus der Laboruntersuchung abgeleitete (BET1), e.g., endurance run speeds in line with a lactate con- 2 mmol/l-Empfehlung zu anaeroben Energieverhältnissen centration of 2 mmol/l. While this is definitely possible on the ≥ 4 mmol/l (vgl. vertikaler Pfeil in Abb. 4). basis of an outdoor work load test, if the 2 mmol/l level is Eine solche intensive anaerobe Trainingsbelastung im derived from a lab test, it actually results in anaerobic energy Dauerlauf kann jedoch eine Stagnation der aeroben Leis- utilization of ≥ 4mmol/l (see the vertical arrow in fig. 4). tungsfähigkeit nach sich ziehen [9,10], besonders in Verbin- An anaerobic training work load of such an intensity as an dung mit anderen intensiven Trainingseinheiten im Fussball- endurance run can potentially lead to stagnation of the aerobic training. performance capacity [9,10], especially in connection with Laboruntersuchungen bieten in der Regel standardisierte other intensive training sessions as part of football training. und gut reproduzierbare technische und klimatische Bedin- Lab tests as a rule provide standardized and easily repli- gungen, die gute Vergleiche der Testresultate erlauben. Auch cated technical and climatic conditions that deliver test re- aus Laufbanduntersuchungen können unter der Vorausset- sults that can be easily compared. Moreover, treadmill tests zung einer langen Stufenbelastung von 7–9 min ab einer In- can, assuming that the work load period is sufficiently long, tensität, bei der eine Laktatakkumulation eintritt bzw. Kennt- namely 7–9 min., and as of an intensity in which lactate ac- nis und Korrektur der erhaltenen Daten aus Ergebnissen einer cumulates in the muscles, provide information on which 3-minütigen Stufendauer, Trainingshinweise gegeben werden. training proposals can be given and or information on how Laufspezifischere Feldstufentests bieten bei normalen kli- the data from the results of a 3-minute work load period matischen Bedingungen seit 40 Jahren direkt präzise und needs to be corrected. realistische Ergebnisse zur aeroben Trainingssteuerung, so- Assuming normal climatic conditions, running-specific dass wir in Übereinstimmung mit den Vorgaben des Deut- outdoor work load tests have for 40 years now provided di- schen Fussball-Bundes (Sammer M, A. Schlumberger, J. rect, precise and realistic results on which to base aerobic Wieber) [11] diese Methodik, wie sie auch im Hockey, Hand- training management, and we therefore favor this method, in 44 Föhrenbach, Mücke
ball und in den Individual-Ausdauersportarten weltweit keeping with the German Football Association DFB recom- durchgeführt wird, favorisieren [3,12,13] u.a. mendations (Sammer, M. A. Schlumberger, J. Wieber) [11]; Zusätzlich liegen erhebliche ökonomische Vorteile vor, da in indeed, the method is used in hockey, handball and the var- Abhängigkeit von der Methodik bzw. Untersucherzahl in 45 ious individual endurance sports disciplines the world over min leicht 8–12 Personen getestet werden können. [3,12,13], etc. Moreover, there are considerable economic advantages, as depending on the methodology and/or number of test par- ticipants in the space of 45 min 8–12 persons can easily be tested. Korrespondenzadresse Dr. sportwiss. Reiner Föhrenbach Arbeitsschwerpunkt: Ausdauerdiagnostik, Trainingssteuerung Institut für Sportdiagnostik Sprendlinger Landstraße 181c, 63069 Offenbach info@sportdiagnostik.de www.sportdiagnostik.de Literaturverzeichnis 1. Mader, A., H. Liesen, H. Heck, H. Philippi, R. Rost, P. Schürch, W. Hollmann: Zur Beurteilung der sportartspezifischen Ausdauerleis- tungsfähigkeit im Labor. Sportarzt u. Sportmedizin 27:80,112,1976. 2. Buhl, H., K.-P. Löffler, R. Häcker: Stoffwechselverhalten im ae- rob-anaeroben Übergangsbereich (AANÜB) im Mehrjahresaufbau von Nachwuchssportlerinnen im Mittelstreckenlauf unter dem Aspekt der anaeroben Leistungsfähigkeit In: Die trainingsphysiologische und klinische Bedeutung der anaeroben Kapazität. Hrsg. N. Bachl, P. Baumgartl, G. Huber, j. Keul. ATK-Kongress, St. Johann, 1985. 3. Föhrenbach, R. A. Mader, W. Hollmann: Umfang und Intensität im Dauerlauftraining von Mittelstreckenläuferinnen des DLV und Mass- nahmen zur individuellen Trainings- und Wettkampfoptimierung, Leistungssport 6, 467 (1981). 4. Föhrenbach, R.: Leistungsdiagnostik, Trainingsanalyse und -steue- rung bei Läuferinnen und Läufern verschiedener Laufdisziplinen. Hartung-Gorre, Konstanz 1986 (Dissertation). 5. Margaria, R.,P. Ceretelli, P. Aghemo, G. Sassi: Energy cost of running. J. Appl. Physiol, 18:367-370 (1963) 6. Pugh, L.G.C.E.: Oxygen intake in track and treadmill running with observations on the effect of air resistance. J. Physiol. 207:823-835 (1970). 7. Heck, H., A. Mader, G. Hess, S. Mücke, R. Müller, W. Hollmann: Justification of the 4-mmol/l Lactate Threshold. Int. J. Sports. Med. 6 (1985) 117-130, Georg Thieme Verlag Stuttgart N.Y. 8. Heck, H.,A. Mader, H. Liesen, W. Hollmann: Vorschlag zur Standardi- sierung leistungsdiagnostischer Untersuchungen auf dem Laufband. D. Ztschr. Sportmed. 33, Heft 9 (1982) 304-307). 9. Kunze, Norbert: Verhalten der Ausdauerleistungsfähigkeit während der Trainingsperioden eines Jahreszyklus bei Nachwuchsmittelstreck- lerinnen, Dipl.-Arbeit, DSHS Köln 1981. 10. Heck, H.; M. Noack, N. Kunze; , B. Büngener, W. Hollmann: Verän- derungen der Ausdauerleistungsfähigkeit in Abhängigkeit von der Trainingsintensität bei Nachwuchsmittelstrecklerinnen. In: Die trai- ningsphysiologische und klinische Bedeutung der anaeroben Kapa- zität. Hrsg. N. Bachl, P. Baumgartl, G. Huber, J. Keul. ATK-Kongress, St. Johann, 1985 11. Sammer, M., A. Schlumberger, J. Wieber: Basis-Testbatterie zur Leis- tungsdiagnostik und Trainingssteuerung im Fußball, Deutscher Fuß- ballbund, 2010 12. Föhrenbach, R., J. Buschmann, A. Mader, W. Hollmann: Speed and Endurance in soccer: A Comparison of professional and amateur play- ers. Science & Football, p. 24-30 (1993). 13. Föhrenbach R., U. Frick, M. Göbel, P. Nagel, R. Stutz, D. Schmidt- bleicher, D. Böhmer: Dauerlauf – versus Intervalltraining bei Fußball- spielern. (Der Einfluss eines metabolisch gesteuerten Dauerlauf bzw. Schnelligkeitsausdauertrainings auf die aerobe Kapazität von Fußball- spielern.) Dtsch. Z. Sportmed. 4 (1991). Labor- versus Feldstufentestverfahren: Laktat-Ausdauerdiagnostik und Trainingssteuerung 45
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