Bei körperlicher Belastung wird Energie durch drei verschiedene Stoffwechselwege zur Verfügung gestellt. Durch den anaeroben Abbau von Kreatinphosphat aus der Muskelzelle können hohe Energiemengen in kurzer Zeit umgesetzt werden. Ebenfalls anaerob werden hohe Energieumsatzraten unter Laktatproduktion mittels anaerober Glykolyse erreicht. Die hohen Umsatzraten sind bei den anaeroben Stoffwechselwegen auf einen kurzen Zeitraum beschränkt. Aerob werden Kohlenhydrate und Fettsäuren unter Sauerstoffverbrauch abgebaut. Dieser Stoffwechselweg weist eine hohe Kapazität auf, die Umsatzraten sind geringer als beim anaeroben Stoffwechsel. Im Gegensatz zur Messung des aeroben Stoffwechsels konnte für die Messung des anaeroben Stoffwechsels in der Sportphysiologie kein Goldstandard etabliert werden. Verschiedene Methoden wurden in den letzten Jahrzehnten verwendet, um Teilbereiche der anaeroben Kapazität und Leistungsfähigkeit bei kurzen und intensiven Belastungen quantitativ zu bestimmen. In der vorliegenden Arbeit wurden häufig angewendete fahrradergometrische Methoden zur Messung des anaeroben Stoffwechsels untersucht. Der „Wingate Anaerobic Test“ (WAnT) führt zu einer hohen Beanspruchung des anaeroben Stoffwechsels und gilt als gut evaluierter Test zur Bestimmung der maximalen anaeroben Leistungsfähigkeit. In der vorliegenden Arbeit wurde der WAnT bei einer Dauer von 30 Sekunden und ein auf 10 Sekunden reduzierter Test (kurzer anaerober Test, kAnT) durchgeführt. Die Messung des Maximal Akkumulierten Sauerstoffdefizits (MAOD) erfolgte zur Bestimmung der maximalen anaerob bereitstellbaren Energiemenge. Das komplexe Testverfahren, mit verschieden intensiven submaximalen Belastun-gen und einer supramaximalen Belastung von etwa 180 Sekunden Dauer, wurde nachvollzogen und vor dem Hintergrund der in der Literatur geäußerten Kritik untersucht. Bei den verschiedenen Belastungen (10, 30 und etwa 180 Sekunden) wurde eine Bestimmung der metabolisch freigesetzten Energie vorgenommen. Der anaerob-alaktazide Stoffwechsel wurde durch die Menge an Kreatinphosphat, welches im Anschluss an die Belastung rephosphoryliert wurde, bestimmt. Dazu wurde die Sauerstoffmenge ermittelt, die zur Wiederauffüllung der während der Belastung entleerten Muskelspeicher diente. Der anaerob-laktazide Stoffwechsel wurde durch die Bestimmung der maximalen Laktatproduktion, basierend auf Blutlaktatwerten nach der Belastung, ermittelt. Der aerobe Stoffwechsel konnte durch die Messung der aufgenommenen Sauerstoffmenge quantifiziert werden. Die Auswertung der mechanischen Leistung im WAnT und kAnT ergab, dass sich die Spitzenleistung nicht signifikant unterschied. Die Bestimmung der metabolischen Energie ergab signifikant von der Intensität und Belastungsdauer abhängige Ergebnisse. Der Energieumsatz im kAnT war signifikant höher als im WAnT. Dabei war im kAnT der prozentuale Anteil der anaerob bereitgestellten Energie mit 95% höher als im WanT mit 80%. Der prozentuale Anteil der anaerob-laktaziden Leistung war nicht unterschiedlich. Die Varianz der durchschnittlichen Leistung im WAnT konnte zu 83% durch den anaerob-laktaziden Stoffwechsel erklärt werden, im kAnT zu 69%. Die gezeigten Ergebnisse für den anaerob-laktaziden Stoffwechsel im kAnT sprechen für eine zeitlich frühe Aktivierung des anaerob-laktaziden Stoffwechsels und damit gegen eine sequenzielle Aktivierung der Stoffwechselwege bei intensiven Belastungen. Bei der etwa 180 Sekunden andauernden Belastung lag der prozentuale Anteil des anaeroben Stoffwechsels unter 40% und damit signifikant niedriger als im kAnT und WAnT. Die anaerob- alaktazide Energiemenge war dabei nicht unterschiedlich zum WAnT. Wurde die anaerobe Energiemenge durch das MAOD-Verfahren ermittelt, ergab sich im Vergleich zur Summe der Energiebeträge aus dem anaerob-alaktaziden und anaerob-laktaziden Stoffwechsel im etwa 180 Sekunden andauernden Test eine signifikant geringe Energiemenge. Durch das MAOD-Verfahren kam es damit zu einer Unterbewertung der anaeroben Kapazität, diese erklärt sich durch einen zu gering ermittelten Energiebedarf durch die MAOD-Originalmethode. Im Gegensatz zum MAOD war die Summe der anaerob-laktaziden und anaerob- alaktaziden Energiemenge dazu geeignet, zwischen männlichen und weiblichen Probanden zu unterscheiden. Die aufgeführten Methoden zur Bestimmung des anaerob-laktaziden und anaerob-alaktaziden Stoffwechsels sollten weiterhin validiert werden. Eine Verwendung dieser Verfahren zur Bestimmung der metabolisch bereit gestellten anaeroben Energie erscheint sinnvoll, da mit dem WAnT nur ein Teilbereich des anaeroben Stoffwechsels gemessen wird und mit dem MAOD-Verfahren keine verlässlichen Aussagen zur anaeroben Kapazität gemacht werden können. Vor dem Hintergrund der erhobenen Daten und der aktuellen Literatur ist eine Anwendung der MAOD-Methode nicht zu empfehlen.
During physical exercise, energy is supplied via three different metabolic pathways. Anaerobic degradation of phosphocreatine in muscle cells can rapidly generate large amounts of energy. High energy turnover rates are also anaerobically achieved by anaerobic glycolysis with lactate production. The high turnover rates in anaerobic metabolic pathways are limited to a short period of time. Carbohydrates and fatty acids undergo aerobic degradation in conjunction with oxygen consumption. This metabolic pathway shows a high capacity; turnover rates are lower than in anaerobic metabolism. In contrast to the measurement of aerobic metabolism, no gold standard could be established in sport medicine for measuring anaerobic metabolism. In the past decades, various methods have been used to quantitatively determine some aspects of the anaerobic capacity and power for short and intensive physical exercises. This study investigated commonly applied bicycle ergometer methods for measuring anaerobic metabolism. The Wingate anaerobic test (WAnT) places high demands on the anaerobic metabolism and is regarded as a readily assessable test for assessing the maximum anaerobic power. In this study, the WAnT was carried out for 30 seconds and for a reduced test period of 10 seconds (short-term anaerobic test, kurzer anaerober Test, kAnT). The maximum accumulated oxygen deficit (MAOD) was measured to determine the maximum anaerobic energy production. The complex test procedure with various intensive submaximal exercises and a supramaximal exercise lasting approximately 180 s was reproduced and investigated within the context of criticism expressed in the literature. The metabolic energy release was assessed for the various exercises (10, 30 and approx. 180 s). The anaerobic alactic metabolism was determined from the amount of phosphocreatine rephosphorylated directly after the exercise. This involved ascertaining the amount of oxygen needed to refill the muscle stores emptied during exercise. The anaerobic lactic metabolism was assessed by measuring the maximum lactate production based on blood lactate values after exercise. The aerobic metabolism could be quantified by measuring the oxygen uptake. Assessment of the mechanical power in the WAnT and kAnT showed no significant difference in the peak power. Determination of the metabolic energy yielded results that correlated significantly with exercise intensity and duration. The energy turnover was significantly higher in the kAnT than in the WAnT. At the same time, the percentage of anaerobic energy production was higher in the kAnT (95%) than in the WAnT (80%). The percentage of anaerobic lactic power did not differ. The anaerobic lactic metabolism could explain 83% of the variance of mean power in the WAnT and 69% of that in the kAnT. The kAnT results for the anaerobic lactic metabolism argue in favor of early activation of the anaerobic lactic metabolism and thus against sequential activation of the metabolic pathways during intensive exercises. In the 180 s exercise, the proportion of anaerobic metabolism was below 40% and thus significantly lower than in the kAnT and WAnT. The anaerobic alactic energy yield did not differ from that in the WAnT. When determined by the MAOD procedure, the anaerobic energy yield was significantly lower than the sum of energy generated by anaerobic alactic and anaerobic lactic metabolism in the 180 s test. Thus the MAOD procedure underestimated the anaerobic capacity because the energy requirement determined by the MAOD method was too low. In contrast to MAOD, the sum of anaerobic lactic and anaerobic alactic energy was suitable for distinguishing between male and female subjects. The methods presented for determining anaerobic lactic and anaerobic alactic metabolism require further validation. Applying these procedures to determine the production of anaerobic metabolic energy seems useful, since the WAnT measures only one aspect of anaerobic metabolism, and the MAOD procedure does not yield reliable data on the anaerobic capacity. Application of the MAOD method cannot be recommended in view of the present results and the current literature.
