Ausdauersportler sind auf ein effizientes Gleichgewicht zwischen Sauerstoffzufuhr und -aufnahme angewiesen, um hochintensives Training aufrechtzuerhalten und ihre sportliche Leistung zu verbessern 1,2. Der Test der maximalen Sauerstoffaufnahme (VO2-max) ist eine wichtige physiologische Bewertung, die die sportliche Leistung durch Analyse der ausgeatmeten Gase und kardiorespiratorischen Variablen während der inkrementellen Trainingsintensitätbestimmt 1. Diese Bewertung, die als Ergospirometrie oder kardiopulmonaler Belastungstest (CPET) bekannt ist, spiegelt die Belastungsreaktion des Herz-Kreislauf-, Atemwegs- und Muskelsystemswider 3. In diesem Sinne erhöhen die erhöhten Energiekosten, die mit der Atmung verbunden sind, die als Kosten der Atmung (COB) bezeichnet werden, den Bedarf an Nährstoffen und Sauerstoff im umgebenden Gewebe. Es wurde dokumentiert, dass dieses Phänomen möglicherweise die Durchblutung der Muskeln reduziert, die an aktiven Bewegungen beteiligt sind, was zu einer verminderten Toleranz gegenüber körperlicher Anstrengung und einer vorzeitigen Beendigung des Trainingsfortschritts aufgrund des metabolischen Reflexes führt4.
Bei einem VO2–max-Test ist es auch möglich, die Beatmungsschwellen (VTs) zu identifizieren, die den spezifischen Belastungsintensitäten entsprechen, die den Übergang vom aeroben zum anaeroben Stoffwechsel markieren (aerobe Schwelle oder Beatmungsschwelle 1 [VT1] und anaerobe Schwelle oder respiratorischer Kompensationspunkt [RCP] oder Beatmungsschwelle 2 [VT2])5. Die VTs spiegeln die Beatmungsreaktionen wider, die metabolische Veränderungen während des inkrementellen Trainings kompensieren6. Durch die Identifizierung dieser Schwellenwerte bietet CPET eine umfassende Bewertung, indem es die Reaktionen mehrerer biologischer Systeme integriert, die während eines hochintensiven Trainings kritisch beteiligt sind.
Obwohl die Ergospirometrie weithin als Goldstandard für die Beurteilung von CPET gilt, erfasst sie keine metabolischen Veränderungen, die auf Muskelebene auftreten. Diese Veränderungen sind entscheidend für das Verständnis der physiologischen limitierenden Faktoren, die mit der mangelnden Progression während hochintensiver Übungen bei Ausdauersportlern verbunden sind. In diesem Zusammenhang hat sich die NIRS-Technologie zu einem wertvollen Werkzeug in der Trainingswissenschaft entwickelt, das bei der Analyse hämodynamischer Variablen auf der mikrovaskulären Muskelebenehilft 7.
In den letzten Jahren haben Sportprofis und Forscher eine breite Palette kommerzieller Wearables verwendet, die mit NIRS-Technologie ausgestattet sind, um nicht-invasive Muskelveränderungen während des Trainings zu erforschen und mit dieser Technologie VT1 und VT2 zu bestimmen8. Die integrative Analyse von Daten aus NIRS und CPET bietet somit ein umfassendes Verständnis der physiologischen Reaktionen auf Bewegung.
Die NIRS-Technologie nutzt das modifizierte Beer-Lambert-Gesetz, um Veränderungen (D) in den Konzentrationen von Oxyhämoglobin (O 2-Hb) und Desoxyhämoglobin (H-Hb) während der Belastungzu quantifizieren 7. Auf lokaler Gewebeebene spiegelt eine Abnahmevon O2-Hb einen Anstieg des lokalen Stoffwechselbedarfs wider, während ein Anstieg von H-Hb eine Zunahme der Sauerstoffextraktion widerspiegelt. Das Gesamthämoglobin (tHb), die Summeaus O2-Hb und H-Hb, wird als Index für den lokalen Blutfluss des Gewebes verwendet. Umgekehrt ergibt sich aus der Differenz zwischen O2-Hb und H-Hb (Hb diff) ein Index für die Sauerstoffextraktion des Gewebes9. Der Tissuläre Sättigungsindex (TSI), berechnet als Verhältnis von O2-Hb zu tHb, spiegelt den Sauerstoffsättigungsgrad des Gewebes wider und gibt das Gleichgewicht zwischen lokaler Sauerstoffzufuhr und -aufnahmean 10,11. Daher geben NIRS-Daten wichtige Einblicke in den physiologischen Status auf mikrovaskulärer Ebene und liefern ein detailliertes Verständnis der Gewebesauerstoffversorgung und Hämodynamik, das die aus CPET gewonnenen Informationen ergänzt.
Dieses detaillierte Verständnis der NIRS-Technologie erstreckt sich auf viele praktische Anwendungen. Jüngste Forschungen unterstreichen die Vielseitigkeit von NIRS und zeigen seine praktische Anwendung bei der Überwachung der Atemmuskulatur12,13 und der Bewegungsmuskulatur7 sowie von Hirnregionen, die an der Vorstellung motorischer Handlungen beteiligt sind, wie z. B. der präfrontale Kortex (PFC)14,15. Diese breite Anwendbarkeit unterstreicht die Fähigkeit von NIRS, einen umfassenden Einblick in die physiologischen Reaktionen auf verschiedene Arten von Muskelkontraktionen (konzentrische oder exzentrische oder isometrische Kontraktionen) und Bewegung zu liefern.
Durch die Analyse des trainingsinduzierten DTSI sowohl auf muskulärer als auch auf zerebraler Ebene bietet NIRS ein wertvolles Potenzial für die Identifizierung von Assoziationen zwischen peripheren und zentralen limitierenden Faktoren, die den Verlauf des Trainings beeinflussen16,17. Unter den zentralen limitierenden Faktoren trägt beispielsweise eine verminderte Durchblutung infolge einer zerebralen Vasokonstriktion, die durch kompensatorische Hyperventilation aufgrund erhöhter Wasserstoffspiegel aus dem anaeroben Stoffwechsel und erhöhtes Blutlaktat während hochintensiver körperlicher Betätigung verursacht wird, wesentlich zur Verringerung des TSI im präfrontalen Kortex bei17,18. Im Gegensatz dazu sind periphere limitierende Faktoren durch ein Ungleichgewicht zwischen Sauerstoffangebot und -bedarf in der trainierenden Muskulaturgekennzeichnet 19. Eine verminderte lokale Sauerstoffzufuhr und ein erhöhter Sauerstoffverbrauch können zu einer Desoxygenierung des Gewebes führen, was sich in einem verringerten TSI20 zeigt. Diese Unterscheidung unterstreicht die Vielschichtigkeit von Leistungseinschränkungen bei hochintensiven Übungen, bei denen sowohl zentrale als auch periphere Mechanismen entscheidend sind. Dieses Verständnis deutet darauf hin, dass das Verzögern des Auftretens dieser limitierenden Faktoren während des Trainings zu einer verbesserten sportlichen Leistung beitragen kann.
Um das Potenzial der NIRS-Technologie bei der Identifizierung dieser Einschränkungen voll auszuschöpfen, sind standardisierte Verfahren unerlässlich, um eine qualitativ hochwertige Datenerfassung und -analyse zu gewährleisten. Dieses Dokument beschreibt Methoden zur Durchführung von Tests mit maximaler Ausdauerbelastung unter Verwendung der NIRS-Technologie, um physiologische Daten zu sammeln und die Beziehung zwischen zentralen und peripheren limitierenden Faktoren während hochintensiver körperlicher Betätigung bei Ausdauersportlern aufzuklären. Das vorgeschlagene Protokoll bietet einen standardisierten Ansatz, um Konsistenz und Genauigkeit bei der Bewertung der physiologischen Phänomene zu gewährleisten, die diesen limitierenden Faktoren zugrunde liegen.