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Training der Atmungsmuskulatur betreiben Lungenkranke schon lange. Gesunde und vor allem Sportler haben das aber nicht nötig. Irrtum! Auch Gesunde können von einem Training der Atmungsmuskulatur profitieren: Die Ausdauerleistung verbessert sich, und bei gleicher Leistung steigt die Blutlaktatkonzentration weniger hoch an.
VON URS BOUTELLIER
Glaubt man den Lehrbüchern, hat die Lunge genügend Leistungsreserven, so dass sie bei Gesunden nicht leistungslimitierend wirkt. Dies im Gegensatz zu Herz, Kreislauf und Skelettmuskeln. Vor einigen Jahren haben wir untersucht, ob die Atmung die körperliche Leistung von Gesunden tatsächlich nie limitiert. Das Ergebnis: Bei unsportlichen Versuchspersonen haben wir nach einem vierwöchigen, isolierten Training der Atmungsmuskulatur eine fünfzigprozentige Verlängerung der Ausdauerzeit auf dem Fahrradergometer von 26 auf 40 Minuten und einen deutlich kleineren Anstieg der Blutlaktatkonzentration (2,9 anstatt 5,4 mmol/l) festgestellt, obwohl ausser der Atmungsmuskulatur nichts weiter trainiert wurde1. Nach 18 Monaten ohne Atmungstraining waren diese Effekte wieder verschwunden.
Wie hat man sich ein Training der Atmungsmuskulatur vorzustellen? Grundsätzlich kann man mit der Atmungsmuskulatur ein Ausdauer- oder ein Krafttraining durchführen. Aus technischer Sicht am einfachsten ist das Krafttraining der Ausatmungsmuskulatur: Der Proband atmet gegen einen Widerstand aus. Beim Krafttraining der Einatmungsmuskulatur muss der Proband gegen einen Widerstand einatmen, was technisch schon etwas schwieriger zu bewerkstelligen ist. Am kompliziertesten ist das Ausdauertraining, also eine willkürliche Mehratmung ohne erhöhte Widerstände.

Bald auf dem Markt? Testperson beim
Atmungstraining mit dem neu entwickelten, handlichen
Trainingsgerät-Prototypen.
Wenn Sie das einmal probieren, indem Sie möglichst rasch und möglichst tief ein- und ausatmen, wird es Ihnen nach rund 15 Sekunden schwindlig, ein eher unangenehmes Gefühl. Der Schwindel kommt daher, dass man während der willkürlich erhöhten Atmung zuviel Kohlensäure (CO2) abgibt. Man nennt diese Art der Atmung «Hyperventilation». Damit aus der unangenehmen Hyperventilation eine Mehratmung ohne Kohlensäure-Verarmung wird, fügt man der Einatmungsluft soviel Kohlensäure bei, dass die Kohlensäure-Konzentration in der Lunge und damit auch im arteriellen Blut trotz Mehratmung nicht ändert. Das bedeutet, dass man eine Flasche mit Kohlensäure braucht und überdies die Kohlensäure-Konzentration der Ausatmungsluft messen muss, um der Einatmungsluft die richtige Menge Kohlensäure beimischen zu können.
Damit die Versuchspersonen das Atmungstraining ohne diese aufwendigen Einrichtungen durchführen können, haben wir handliche Trainingsgeräte entwickelt, die auf dem Prinzip der Rückatmung basieren. Die kohlensäurehaltige Ausatmungsluft wird in einem Ballon aufgefangen und bei der nächsten Einatmung nach automatisch korrekter Anreicherung mit Frischluft wiederverwendet. Nachdem wir kürzlich zusammen mit Forschern der Universität Buffalo, NY, einen Prototyp patentiert haben, wird nun an der Produktion und der Vermarktung des Geräts gearbeitet, was wahrscheinlich noch viel Zeit in Anspruch nehmen wird.
Was geschieht nun, wenn man die Atmungsmuskulatur regelmässig trainiert, indem man mehrmals pro Woche während 30 Minuten mit dem beschriebenen Trainingsgerät intensiv atmet? Das Zwerchfell und die Atmungshilfsmuskeln (Bauch-, Zwischenrippen-, Brust-, Schulter-, Hals- und obere Rückenmuskeln) werden dadurch ausdauernder. Das kann man anhand eines Atmungsausdauertests beweisen: Eine willkürliche, intensive Atmung, die vor dem Atmungstraining keine 10 Minuten durchgehalten werden kann, wird nachher meist problemlos 30 bis 40 Minuten bewältigt. Zusätzlich kann der Atemgrenzwert gesteigert werden, das heisst, die während 10 bis 20 Sekunden maximal mögliche Atmung nimmt bis zu 20 Prozent zu! Diese Effekte haben wir bei allen Versuchspersonen, also nicht nur bei Untrainierten, sondern auch bei Guttrainierten2 und Spitzensportlern beobachtet.
Wie hilft nun eine bessere Ausdauer der Atmungsmuskulatur der körperlichen Leistungsfähigkeit? Wir haben festgestellt, dass viele Versuchspersonen nach einem Atmungstraining eine bestimmte, intensive Leistung auf dem Fahrradergometer länger durchhalten, obwohl sich die maximale Sauerstoffaufnahme und die anaerobe Schwelle nicht verbessern. Wir vermuten, dass der Grund der längeren Fahrzeit darin zu suchen ist, dass die Probanden nach dem Atmungstraining weniger rasch ausser Atem kommen. Das heisst, dass es nicht oder erst später zu einer Steigerung der Atmungsfrequenz bei gleichbleibender Atemzugtiefe kommt. Ausgelöst wird diese Atmungsfrequenzsteigerung entweder durch ermüdete Atmungsmuskeln oder dadurch, dass die Atmungsarbeit als zu anstrengend empfunden wird. Dass die Atmung bei zu intensiver Belastung mit einer gewissermassen kontraproduktiven Frequenzsteigerung reagiert, überrascht. Die Überraschung kommt wohl auch daher, dass wir diese Regulierung der Atmung weder erklären können, noch deren Sinn verstehen.
Neben den Auswirkungen auf die Atmung findet man nach einem korrekt durchgeführten Atmungstraining bei gleicher Leistung tiefere Blutlaktatspiegel. Da die Blutlaktatspiegel auch während eines Stufentests zur Bestimmung der maximalen Sauerstoffaufnahme tiefer waren, aber weder letztere noch die Leistung zunahmen, scheint die Höhe der Blutlaktatkonzentration im besprochenen Zusammenhang nicht leistungsbestimmend zu sein. Deshalb vermuten wir zurzeit, dass die Verlängerung der Ausdauer bei gleicher Leistung nach einem Atmungstraining eher mit der kleineren Atmungssteigerung, als mit tieferen Blutlaktatkonzentrationen zusammenhängt.
Dass wir die angesprochenen, noch ungelösten Fragen im Zusammenhang mit der Regulierung der Atmung bei intensiven Ausdauerleistungen weiter erforschen können, verdanken wir nicht zuletzt auch der finanziellen Hilfe des Nationalfonds (Gesuch Nr. 32-43391.95). Zusätzlich wollen wir in Zusammenarbeit mit dem Paraplegikerzentrum Nottwil, der Medizinischen Klinik des Stadtspitals Triemli, der Kardiologie des Universitätsspitals Zürich und dem Lindenhofspital Bern herausfinden, welche Patienten von diesem neuen Training der Ausdauer der Atmungsmuskulatur profitieren können.
Literatur
1 U. Boutellier and P. Piwko: The respiratory system as an exercise limiting factor in normal sedentary subjects. Eur. J. Appl. Physiol. 64: 145152, 1992.
2 U. Boutellier, R. Büchel, A. Kundert and C. Spengler: The respiratory system as an exercise limiting factor in normal trained subjects. Eur. J. Appl. Physiol. 65: 347353, 1992.
Dr. Urs Boutellier (<email-pii>)ist ausserordentlicher Professor für Sport- und Humanphysiologie an der ETH und der Universität Zürich.
unipressedienst
Pressestelle der Universität Zürich
Nicolas Jene (<email-pii>)
http://www.unizh.ch/upd/magazin/4-96/
Last update: 09.07.97