Validierung der Borg Skala zur subjektiven Belastungseinschätzung ...
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Die Borg-Skala zur subjektiven Belastungseinschätzung in mittlerer und großer Höhe – Validierung des Verfahrens und Analyse der Einflussfaktoren Der Medizinischen Fakultät der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen vorgelegte Dissertation zur Erlangung des akademischen Grades einer Doktorin der Medizin von Beate Meier, geb. Gronimus aus Düren
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Die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> <strong>zur</strong> <strong>subjektiven</strong> Belastungseinschätzung in<br />
mittlerer und großer Höhe –<br />
<strong>Validierung</strong> des Verfahrens und Analyse <strong>der</strong> Einflussfaktoren<br />
Der Medizinischen Fakultät <strong>der</strong> Rheinisch-Westfälischen Technischen<br />
Hochschule Aachen vorgelegte Dissertation <strong>zur</strong> Erlangung des<br />
akademischen Grades einer Doktorin <strong>der</strong> Medizin<br />
von<br />
Beate Meier, geb. Gronimus<br />
aus Düren
I Inhaltsverzeichnis<br />
i<br />
I Inhaltsverzeichnis<br />
I<br />
II<br />
INHALTSVERZEICHNIS .......................................................................... I<br />
ABKÜRZUNGSVERZEICHNIS .............................................................. III<br />
1 EINFÜHRUNG ......................................................................................... 1<br />
1.1 Skalierung subjektiver Belastungseinschätzung ............................... 1<br />
1.2 Körperliche Belastbarkeit in <strong>der</strong> Höhe .............................................. 3<br />
1.3 Fragestellungen <strong>der</strong> vorliegenden Arbeit ........................................ 12<br />
2 MATERIAL UND METHODEN .............................................................. 13<br />
2.1 Kollektiv und Messorte .................................................................... 13<br />
2.2 Messverfahren und Datenerfassung ............................................... 16<br />
2.3 Auswertung/ Statistik ...................................................................... 25<br />
3 ERGEBNISSE ....................................................................................... 27<br />
3.1 Kollektiv .......................................................................................... 27<br />
3.2 Leistungsphysiologische Ergebnisse .............................................. 31<br />
3.3 Statistische Überprüfung <strong>der</strong> Fragestellungen ................................ 41<br />
4 DISKUSSION ........................................................................................ 50<br />
4.1 Die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in <strong>der</strong> Höhe ............................................................ 50<br />
4.2 Determinierende Faktoren für die subjektive<br />
Belastungseinschätzung ................................................................ 63<br />
4.3 Fazit und Ausblick .......................................................................... 64<br />
5 ZUSAMMENFASSUNG......................................................................... 68<br />
6 LITERATURVERZEICHNIS .................................................................. 70<br />
III<br />
IV<br />
TABELLENVERZEICHNIS ................................................................... VII<br />
ABBILDUNGSVERZEICHNIS ............................................................. VIII
I Inhaltsverzeichnis<br />
ii<br />
V<br />
VI<br />
DANKSAGUNG ...................................................................................... X<br />
ERKLÄRUNG ZUR DATENAUFBEWAHRUNG ................................... XI<br />
VII LEBENSLAUF ...................................................................................... XII
II Abkürzungsverzeichnis<br />
iii<br />
II Abkürzungsverzeichnis<br />
µl Mikroliter<br />
a/ApO 2e<br />
AaDpO 2 e<br />
ABE c<br />
Abw<br />
ADH<br />
AMS<br />
avDO 2c<br />
bpm<br />
cm<br />
cmH 2 O<br />
CO 2<br />
COHb<br />
c x<br />
d<br />
dl<br />
EKG<br />
FeCO 2<br />
FeO 2<br />
g<br />
HAPE<br />
HACE<br />
Arterio-alveolärer Sauerstoff-Partialdruckquotient<br />
Alveolo-arterieller Sauerstoff-Gradient<br />
Aktueller Basenüberschuss<br />
Abweichung<br />
Anti-diuretisches Hormon<br />
Acute mountain sickness<br />
Arterio-gemischtvenöser Gesamtsauerstoffgradient<br />
Beats per minute<br />
Zentimeter<br />
Zentimeter Wassersäule<br />
Kohlendioxid<br />
CO-Hämoglobin in % des Gesamthämoglobins<br />
„Concentration of extractable oxygen“<br />
Arithmetrisches Mittel<br />
Deziliter<br />
Elektrokardiogramm<br />
CO 2 – Konzentration in <strong>der</strong> Expirationsluft (trocken)<br />
O 2 – Konzentration in <strong>der</strong> Expirationsluft (trocken)<br />
Gramm<br />
Höhenlungenödem<br />
Höhenhirnödem<br />
HCO 3<br />
-c Aktuelle Bikarbonatkonzentration im Plasma<br />
Hct c<br />
HKT<br />
Hämatokrit<br />
Hämatokrit
II Abkürzungsverzeichnis<br />
iv<br />
hm<br />
HMV<br />
HR<br />
HRR<br />
kg<br />
KG<br />
l<br />
LDH<br />
LT<br />
m<br />
max<br />
MDH<br />
MetHb<br />
min<br />
mmHg<br />
MW<br />
N<br />
O 2<br />
O 2 CAP c<br />
O 2 Hb<br />
P50(act) e<br />
P50(st) c<br />
pCO 2<br />
pH<br />
pH(st)<br />
PK<br />
Pmax<br />
Höhenmeter<br />
Herzminutenvolumen<br />
Heart Rate (Herzfrequenz)<br />
Heart Rate Reserve<br />
Kilogramm<br />
Körpergewicht<br />
Liter<br />
Laktatdehydrogenase<br />
Lactate Threshold (Anaerobe Schwelle)<br />
Median<br />
Maximum<br />
Malatdehydrogenase<br />
Methämoglobin in % des Gesamthämoglobin<br />
Minimum<br />
Millimeter Quecksilbersäule<br />
Mittelwert<br />
Anzahl<br />
Sauerstoff<br />
Hämoglobin-Sauerstoffgehalt<br />
Oxyhämoglobin in % des Gesamthämoglobin<br />
Sauerstoff-Partialdruck im Blut bei Halbsättigung unter aktuellen<br />
Bedingungen<br />
Sauerstoff-Partialdruck im Blut bei Halbsättigung unter<br />
Standardbedingungen<br />
Kohlenstoffdioxid-Partialdruck<br />
H+-Ionenkonzentration im Plasma<br />
pH im Blut mit pCO 2 = 5,33 kPa (Standard-pH)<br />
Pyruvatkinase<br />
Maximaler Druck
II Abkürzungsverzeichnis<br />
v<br />
pO 2<br />
paO 2<br />
pO 2 (A) e<br />
p x<br />
Q x<br />
RF<br />
RHb<br />
RI e<br />
RPE<br />
RQ<br />
SBC c<br />
SBE c<br />
SD<br />
shunt e<br />
sO 2<br />
saO 2<br />
Sx<br />
tCO 2 (B) c<br />
tCO 2 (P) c<br />
tHb<br />
tO 2c<br />
ü.NN<br />
VCO 2<br />
VE<br />
Sauerstoffpartialdruck<br />
Arterieller Sauerstoffpartialdruck<br />
Alveolärer Sauerstoffpartialdruck<br />
„Oxygen extraction tension“<br />
„Cardiac oxygen compensation factor“<br />
Respiratory Frequency (Atemfrequenz)<br />
Desoxyhämoglobin in % des Gesamthämoglobins<br />
Respiratorischer Index<br />
Ratings of Perceived Exertion<br />
Respiratorischer Quotient<br />
Standard-Bikarbonat<br />
Standard-Basenüberschuss<br />
Standartabweichung<br />
Relativer physiologischer shunt (Volumen des geshunteten<br />
venösen Blutes in % des arteriellen Blutes)<br />
Sauerstoffsättigung des Hämoglobins im Blut<br />
Arterielle Sauerstoffsättigung des Hämoglobins im Blut<br />
Standardabweichung<br />
Gesamt-CO 2 -Konzentration im Blut<br />
Gesamt-CO 2 -Konzentration im Plasma<br />
Gesamthämoglobin(fe)-Konzentration im Blut<br />
Gesamtsauerstoffkonzentration im Blut (Sauerstoffgehalt)<br />
Über Normal Null<br />
Kohlendioxidabatmung<br />
Ventilation<br />
VE / VCO 2 Atemäquivalent für CO 2<br />
VE / VO 2 Atemäquivalent für O 2<br />
Vemax<br />
Atemgrenzwert
II Abkürzungsverzeichnis<br />
vi<br />
VO 2<br />
VO 2 / HR<br />
VO 2 / Hrmax<br />
VO 2 / kg<br />
VO 2 peak<br />
Vt<br />
W<br />
Sauerstoffaufnahme<br />
Sauerstoffpuls<br />
Maximale Sauerstoffaufnahme / maximale Herzfrequenz<br />
Sauerstoffaufnahme pro kg Körpergewicht<br />
Maximale Sauerstoffaufnahme<br />
Atemzugvolumen (tidal volume)<br />
Watt
1 Einführung 1<br />
1 Einführung<br />
1.1 Skalierung subjektiver Belastungseinschätzung<br />
Je<strong>der</strong> hat sich selbst schon einmal die Frage gestellt, wie viel Sport er o<strong>der</strong><br />
sie treiben sollte, wie lange eine einzelne Trainingseinheit dabei sein sollte<br />
und mit welcher Intensität er o<strong>der</strong> sie diese am besten ausüben sollte. Mit<br />
diesen spezifischen Fragen beschäftigen sich nicht nur Leistungssportler,<br />
son<strong>der</strong>n auch Breitensportler und Patienten während ihrer Rehabilitation.<br />
Nach einer Erkrankung sollten sie sich ganz genau überlegen, welcher Sport<br />
und wie viel davon gut für sie ist.<br />
So stellt sich die Frage, wie man die Intensität einer Trainingseinheit am<br />
besten messen kann. Wichtig dabei ist, dass die Messmethode für<br />
je<strong>der</strong>mann verständlich und einfach anwendbar ist.<br />
Weit verbreitet sind physiologische Messgrößen wie Herzfrequenz,<br />
Blutdruck, O 2 -Sättigung und <strong>der</strong> Laktat-Wert. Die pulsgesteuerte<br />
Überwachung kommt vor allem Herzpatienten zu Nutze, die ganz<br />
beson<strong>der</strong>en Wert darauf legen müssen, ihre Herzfunktion nicht zu stark zu<br />
beanspruchen. Durch das Tragen von Pulsuhren sehen sie je<strong>der</strong>zeit, ob sie<br />
sich im optimalen Trainingsbereich befinden, o<strong>der</strong> ob sie ihr Herz bereits zu<br />
sehr belasten. Ein beson<strong>der</strong>er Vorteil im Sinne <strong>der</strong> Sicherheit ist, dass sich<br />
bei diesen Uhren Alarmgrenzen einstellen lassen, die ein Überschreiten <strong>der</strong><br />
individuellen ischämischen Schwelle rechtzeitig signalisieren. Im Gegensatz<br />
dazu haben Patienten mit pulmonalen Beschwerden kaum einen Nutzen von<br />
einer pulsgesteuerten Trainingsüberwachung. Bei ihnen steht die Luftnot und<br />
somit die allgemeine Belastung im Vor<strong>der</strong>grund. Wie an diesen beiden<br />
Beispielen deutlich wird, benötigt man für verschiedene Zielgruppen<br />
durchaus unterschiedliche Messverfahren. So entwickelten <strong>Borg</strong> und<br />
Dahlström in den 1950er Jahren das Konzept des <strong>subjektiven</strong>
1 Einführung 2<br />
Anstrengungsempfindens (<strong>Borg</strong> 1998). Hierbei beschreibt je<strong>der</strong> wie<br />
anstrengend er o<strong>der</strong> sie ein bestimmtes Training zu einem bestimmten<br />
Zeitpunkt (z.B. am Ende eines Intervalls) empfindet. Um dieses Empfinden<br />
besser dokumentieren und vergleichen zu können, entwickelte <strong>Borg</strong> 1970 die<br />
RPE-<strong>Skala</strong> (RPE: „ratings of perceived exertion“) (<strong>Borg</strong> 1998). Diese <strong>Skala</strong><br />
soll als Instrument für die Schätzung des persönlichen, <strong>subjektiven</strong><br />
Anstrengungsempfindens dienen. Sie wurde so entwickelt, dass die Werte<br />
bei einem gesunden Menschen annähernd linear mit <strong>der</strong> erbrachten Leistung<br />
ansteigen und multipliziert mit zehn die aktuelle Pulsfrequenz wie<strong>der</strong>geben,<br />
wenn die Belastungseinschätzung einigermaßen realistisch ist. Dies erlaubt<br />
dem Betreuer eine Plausibilitätskontrolle <strong>der</strong> <strong>subjektiven</strong> Angabe des<br />
Probanden.<br />
Der erste Entwurf war eine symmetrische 7-Punkte-<strong>Skala</strong>. Um den<br />
Probanden bei unterschiedlichen Belastungsniveaus jedoch mehrere Punkte<br />
<strong>zur</strong> Auswahl geben zu können, wurde die <strong>Skala</strong> auf 21 Punkte erweitert. Bei<br />
dieser <strong>Skala</strong> war die Korrelation <strong>der</strong> Herzfrequenz wesentlich höher als bei<br />
<strong>der</strong> vorherigen 7-Punkte-<strong>Skala</strong> (<strong>Borg</strong> 1998). Nach zahlreichen Tests mit<br />
dieser <strong>Skala</strong> in den 1960er Jahren in Schweden entwickelte <strong>Borg</strong> über<br />
mehrere Jahre hinweg die heute bekannte und angewandte RPE-<strong>Skala</strong><br />
(Tabelle 1).<br />
Die <strong>Skala</strong> reicht von 6 bis 20, wobei 6 einer Intensität von „überhaupt nicht<br />
anstrengend“ und 20 <strong>der</strong> „maximalen Anstrengung“ die man sich vorstellen<br />
kann entspricht. Der optimale Trainingsbereich liegt dabei zwischen 11 und<br />
14, was einer Pulsfrequenz von 110 bis 140 Schlägen pro Minute entspricht.<br />
Eine Dauerbelastung sollte maximal im Skalenbereich 10 – 11 liegen.<br />
Vor dem Training bzw. <strong>der</strong> Rehabilitation muss jedem <strong>der</strong> richtige Gebrauch<br />
<strong>der</strong> <strong>Skala</strong> vermittelt werden. Den Trainierenden muss deutlich gemacht<br />
werden, dass sie die Angaben so ehrlich und spontan wie möglich nach<br />
ihrem <strong>subjektiven</strong> Empfinden angeben sollen. Dazu sollen sie sich die kurzen<br />
Beschreibungen neben den Ziffern anschauen und dann eine Zahl nennen.<br />
Dabei ist unbedingt darauf zu achten, dass sie sich nicht mit an<strong>der</strong>en
1 Einführung 3<br />
vergleichen o<strong>der</strong> sich Gedanken darüber machen, ob sie nun trainiert o<strong>der</strong><br />
untrainiert sind. Denn nur mit den ehrlichen Angaben kann man<br />
Empfehlungen aussprechen, in welchem Belastungsbereich die Personen<br />
trainieren sollten.<br />
Tabelle 1:<br />
<strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> <strong>zur</strong> <strong>subjektiven</strong> Einschätzung <strong>der</strong> aktuellen körperlichen<br />
Belastung (<strong>Borg</strong> 2004)<br />
6 Überhaupt nicht anstrengend<br />
7 Extrem leicht<br />
8<br />
9 Sehr leicht<br />
10<br />
11 Leicht<br />
12<br />
13 Etwas anstrengend<br />
14<br />
15 Anstrengend<br />
16<br />
17 Sehr anstrengend<br />
18<br />
19 Extrem anstrengend<br />
20 Maximale Anstrengung<br />
1.2 Körperliche Belastbarkeit in <strong>der</strong> Höhe<br />
Begibt man sich in große o<strong>der</strong> extreme Höhe, so unterliegt <strong>der</strong> Körper<br />
Umweltbedingungen, welche er nicht gewöhnt ist. Diese Umstände enden<br />
nicht selten in einer <strong>der</strong> bekannten Höhenkrankheiten wie <strong>der</strong> akuten<br />
Bergkrankheit (AMS), dem Höhenlungenödem (HAPE) o<strong>der</strong> in extremen<br />
Höhen dem Höhenhirnödem (HACE).<br />
Jedoch völlig unabhängig von den akklimatisationsabhängigen Höhenerkrankungen,<br />
welche häufig bei gesunden, trainierten Menschen auftreten,<br />
limitieren zahlreiche Faktoren die maximale Leistung in <strong>der</strong> Höhe. Beispiele
1 Einführung 4<br />
hierfür sind pulmonale und kardiale Vorerkrankungen sowie Anämien<br />
unterschiedlichster Ursache.<br />
Besteigt man den Mount Everest, so wird <strong>der</strong> Sauerstoffpartialdruck in <strong>der</strong><br />
Umgebungsluft kontinuierlich geringer. Dieser massive Abfall des pO 2 muss<br />
durch eine erhöhte Atemfrequenz ausgeglichen werden. Die Hyperventilation<br />
sorgt nicht nur für eine Senkung des pCO 2 , son<strong>der</strong>n in Folge bleibt auch <strong>der</strong><br />
alveoläre pO 2 ab einer Höhe von 7000 m ü.NN konstant (West 1990).<br />
Dennoch liegen die arteriellen pO 2 Werte bereits in Ruhe tiefer und fallen bei<br />
Anstrengung nochmals ab (West et al. 1983). Der Grund dafür ist die<br />
Limitierung <strong>der</strong> Sauerstoffdiffusion entlang <strong>der</strong> pulmonalen Blut-Gas-<br />
Schranke, welche zum einen an <strong>der</strong> Sauerstoffbindungskurve (Abbildung 2)<br />
und zum an<strong>der</strong>en an <strong>der</strong> bestehenden Polycythämie liegt (Piiper 1980).<br />
Zunächst ist die O 2 -Diffusion unmittelbar von dem alveolär-kapillären<br />
Druckgradienten abhängig. Dieser nimmt mit <strong>der</strong> Höhe signifikant ab<br />
(Abbildung 1).
1 Einführung 5<br />
pO 2<br />
[mm Hg]<br />
Einatemluft<br />
Alveolarluft<br />
Arterie Kapillaren gemischt<br />
-venös<br />
160<br />
149<br />
140<br />
z.T. aktiv beeinflußbar<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
57<br />
Mittel<br />
40<br />
20<br />
Mittel<br />
37 mmHg<br />
24 mmHg<br />
0<br />
Meereshöhe<br />
6710 m ü.NN<br />
Hypothetischer Verlauf in<br />
1.500 m Höhe ü.NN ohne<br />
Anpassungsmechanismen<br />
Abbildung 1: pO 2 -Kaskaden in unterschiedlichen Höhen (Hultgren 1997)<br />
Dies bedeutet, dass die Erythrozyten, welche normalerweise nur einen<br />
Bruchteil <strong>der</strong> Lungenkapillarstrombahn benötigen um mit O 2 gesättigt zu<br />
werden, wesentlich länger <strong>zur</strong> O 2 -Aufladung brauchen. Durch die Verkürzung<br />
<strong>der</strong> Kreislaufzeit (erhöhtes HMV bei erhöhter Pulsfrequenz in <strong>der</strong> Höhe) ist<br />
aber genau dies nicht <strong>der</strong> Fall: Die Passage des Lungenkapillarbettes ist<br />
deutlich schneller und schließlich steht nicht mehr genug Zeit <strong>zur</strong> O 2 -<br />
Sättigung <strong>der</strong> Erythrozyten <strong>zur</strong> Verfügung. Dann fließt gemischt-venöses Blut<br />
durch das arterielle System. Dieser Effekt wird dadurch beson<strong>der</strong>s relevant,<br />
weil man sich gleichzeitig im steilen Abschnitt <strong>der</strong> O 2 -Bindungskurve befindet<br />
(Abbildung 2). Hier haben bereits geringe Verän<strong>der</strong>ungen des pO 2 erhebliche<br />
Auswirkungen auf die nutzbare O 2 -Menge (Abbildung 2).
1 Einführung 6<br />
Abbildung 2: Sauerstoffbindungskurve (Während in Meereshöhe eine arterio-venöse<br />
O 2 -Differenz von etwa 50mmHg <strong>zur</strong> Leistungserbringung <strong>zur</strong> Verfügung<br />
steht, sind dies in 5791 m ü.NN nur noch 14mmHg)<br />
Ein weiterer Aspekt <strong>der</strong> Hyperventilation ist die daraus resultierende massive<br />
respiratorische Alkalose, welche eine erhöhte Affinität des Sauerstoffs zum<br />
Hämoglobin <strong>zur</strong> Folge hat (Linksverschiebung <strong>der</strong> O 2 -Bindungskurve). Diese<br />
wie<strong>der</strong>um för<strong>der</strong>t den Sauerstofftransport auf seinem Weg von <strong>der</strong><br />
eingeatmeten Luft bis hin zum Gewebe. Unterstützt wird dieser<br />
Mechanismus durch eine Erhöhung des 2,3 Diphosphoglycerats, welches<br />
ebenfalls zu einer Linksverschiebung <strong>der</strong> O 2 -Bindungskurve führt.<br />
In großen Höhen hat <strong>der</strong> Körper ständig gegen eine drohende Dehydratation<br />
zu kämpfen. Diese ergibt sich nicht nur aus <strong>der</strong> zu geringen<br />
Flüssigkeitszufuhr, son<strong>der</strong>n auch aus dem konstanten Flüssigkeitsverlust<br />
beim Anfeuchten <strong>der</strong> kalten, trockenen Außenluft während <strong>der</strong> Atmung. Zu<br />
diesen beiden Ursachen kommt noch ein Absinken des ADH, so dass es zu<br />
einer vermehrten Urinproduktion und somit zu einem weiteren<br />
Flüssigkeitsverlust kommt. Dieser bestehende Volumenmangel bei in großen<br />
Höhen lebenden Menschen (Blume et al. 1984) scheint dabei einer <strong>der</strong>
1 Einführung 7<br />
Gründe zu sein, warum die Nieren die respiratorische Alkalose nicht<br />
ausgleichen. Dazu müssten sie nämlich Kationen ausscheiden, was einen<br />
weiteren Volumenmangel <strong>zur</strong> Folge hätte (West 1990). Der Volumenmangel<br />
resultiert schließlich in einem Hämatokritanstieg. Dieser ist in geringem<br />
Umfang tolerabel bzw. sogar sinnvoll, da dadurch mehr Sauerstoffträger pro<br />
Liter Blut vorhanden sind. Ab einem Hämatokritwert von > 55 % wird <strong>der</strong><br />
Viskositätsanstieg jedoch kritisch. Neben einem erhöhten Risiko thromboembolischer<br />
Ereignisse und Höhenhusten, steigt die Gefahr an Erfrierungen.<br />
Zudem resultiert pro Prozent an Flüssigkeitsverlust ein höhenphysiologischer<br />
Effekt eines Aufstiegs um weitere 500 Höhenmeter. Übersicht in: (Küpper<br />
2010d).<br />
Weitere Untersuchungen haben gezeigt, dass <strong>der</strong> extreme Sauerstoffmangel<br />
zu einem erheblichen Verlust <strong>der</strong> aeroben Leistung führt. Unter Gabe von<br />
14 % Sauerstoff zeigte sich bei den gut trainierten und akklimatisierten<br />
Bergsteigern in 6300 m Höhe ü.NN bei einem dem Gipfel des Mount Everest<br />
angepassten inspiratorischen pO 2 von 42 mmHg eine um 20 – 25 %<br />
reduzierte maximale Sauerstoffaufnahme im Vergleich zu Meereshöhe (West<br />
et al. 1983). Wesentliche Ursache für dieses Phänomen dürfte die bereits<br />
geschil<strong>der</strong>te Limitierung <strong>der</strong> pulmonalen O 2 -Diffusion sein.<br />
Neben dem stets konstanten Sauerstoffgehalt ist <strong>der</strong> vorherrschende<br />
Barometerdruck ein extrem sensitiver Parameter für die maximale<br />
Sauerstoffaufnahme. Mit fallendem Barometerdruck nimmt in großer Höhe<br />
auch die maximale Sauerstoffaufnahme ab. Da <strong>der</strong> Barometerdruck zudem<br />
saisonabhängig schwankt, sind auch die Umstände für Bergsteiger im Winter<br />
und Sommer unterschiedlich. Wie man Abbildung 3 entnehmen kann, liegt<br />
<strong>der</strong> durchschnittliche Barometerdruck im Winter etwa 12 mmHg tiefer als im<br />
Sommer. Dies entspricht einem Abfall <strong>der</strong> maximalen Sauerstoffaufnahme im<br />
Winter um 15 % (West 1990).
1 Einführung 8<br />
Abbildung 3: Mittlerer Luftdruck am Gipfel des Mount Everest (8848 m ü.NN) in<br />
Abhängigkeit von <strong>der</strong> Jahreszeit. nach: (West 1990)<br />
Während also in Meereshöhe und mittlerer Höhe die Laktatbildung den<br />
leistungslimitierenden Faktor darstellt, so ist dies in großer Höhe die<br />
reduzierte maximale Sauerstoffaufnahme. Diese wird neben <strong>der</strong> sinkenden<br />
O 2 -Diffusion in den Lungen auch durch eine vermin<strong>der</strong>te Sauerstoffdiffusion<br />
von den peripheren Kapillaren zu den Mitochondrien limitiert (West 1983).<br />
Wie bereits beschrieben, sorgt eine erhöhte Atemfrequenz in großen Höhen<br />
für einen Anstieg des alveolären und arteriellen pO 2 , was den<br />
Sauerstofftransport zu den Geweben verbessert. Im Gegensatz dazu ist das<br />
Herzminutenvolumen bei akklimatisierten Personen in großen Höhen im<br />
Vergleich <strong>zur</strong> Meereshöhe nicht gesteigert (Reeves et al. 1987). Obwohl<br />
bekannt ist, dass das Herzminutenvolumen unter Belastung bei akuter<br />
Hypoxie ansteigt (Vogel & Harris 1967), kann man sich noch nicht erklären,<br />
warum dies bei akklimatisierten Personen nicht <strong>der</strong> Fall ist. Denn durch die<br />
bei Akklimatisation entstehende Polycythämie besteht ein gesteigerter<br />
Hämoglobinfluss, wodurch <strong>der</strong> Körper bei gesteigertem Herzminutenvolumen<br />
den Sauerstofftransport erhöhen könnte – dies jedoch nicht tut. Dies könnte<br />
ein Hinweis auf eine optimierte periphere O 2 -Utilisation sein. Am ehesten ist<br />
dies auf mitochondrialer Ebene anzunehmen, wissenschaftliche Daten liegen<br />
hierzu allerdings bislang nicht vor.
Puls/min<br />
1 Einführung 9<br />
Auch wenn das Herzminutenvolumen konstant bleibt, so ist die Herzfrequenz<br />
erhöht (Abbildung 4) und das Schlagvolumen dementsprechend erniedrigt<br />
(Pugh et al. 1964). Dies liegt jedoch nicht an einer vermin<strong>der</strong>ten Kontraktilität<br />
des Myokards (Reeves et al. 1987), welches im Gegensatz zu vielen<br />
an<strong>der</strong>en Organsystemen bezüglich einer extremen Hypoxie sehr tolerabel ist.<br />
Mögliche Ursachen hierfür wären unter an<strong>der</strong>em eine bestehende Exsikkose.<br />
Als Folge <strong>der</strong> körperlichen Anstrengung mit erhöhtem Flüssigkeitsbedarf,<br />
vermin<strong>der</strong>ter Zufuhr sowie gesteigerter Diurese kommt es bei einem<br />
Höhenaufstieg zu einer Abnahme des Flüssigkeitshaushaltes mit reduziertem<br />
venösem Rückstrom zum Herzen und somit auf Grund des Frank-Starling-<br />
Mechanismus zu einer Abnahme des Schlagvolumens und einem Anstieg<br />
<strong>der</strong> Herzfrequenz. Letzteres wurde bereits in <strong>der</strong> Frühzeit <strong>der</strong> Höhenmedizin<br />
und auch <strong>der</strong> Flugmedizin beobachtet (Meyer-Ahrens 1854, Glaisher 1862,<br />
Bert 1878, Mosso 1899, Zuntz et al. 1906).<br />
140<br />
120<br />
100<br />
80<br />
60<br />
40<br />
20<br />
0<br />
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10<br />
Höhe [km]<br />
Abbildung 4: Ruhepuls bei Höhenaufstieg (Müller 1967)<br />
Zuletzt sei <strong>der</strong> fehlende Laktat-Anstieg in großer bzw. extremer Höhe zu<br />
erwähnen. Normalerweise würde man ebenso wie unter akuter Hypoxie auch<br />
in großer Höhe bei Belastung einen Anstieg <strong>der</strong> anaeroben Leistung
1 Einführung 10<br />
erwarten. Paradoxerweise kommt es genau zum Gegenteil. Bei<br />
unterschiedlichen Untersuchungen wurde festgestellt, dass mit steigen<strong>der</strong><br />
Höhe <strong>der</strong> Blut-Laktatspiegel bei Belastung sinkt (Cerretelli et al. 1982). Ab<br />
einer Höhe von 7500 m ü.NN kommt es bei körperlicher Belastung sogar zu<br />
überhaupt keinem Blut-Laktat-Anstieg mehr (West 1990). Trotz aller<br />
Anstrengung werden die höchsten Berge <strong>der</strong> Welt also mit Blut-Laktat-<br />
Konzentrationen bestiegen, die Ruhewerten entsprechen. Für dieses so<br />
genannte „Laktatparadoxon“ gibt es in <strong>der</strong> Literatur bislang unterschiedliche<br />
Erklärungen. Eine mögliche beschreibt eine Dysfunktion des Enzyms<br />
Phosphofruktokinase. Während <strong>der</strong> Akklimatisation kommt es zu einem<br />
Abfall des Plasma-Bicarbonats, so dass eine Pufferung von anfallenden H + -<br />
Ionen im Muskel nicht mehr gewährleistet wird und es somit zu einem<br />
raschen intrazellulären pH-Abfall kommt. Diese Übersäuerung könnte<br />
wie<strong>der</strong>um das Enzym Phosphofruktokinase (Danforth 1965) und somit die<br />
Glykolyse hemmen (West 1986, West 1990).<br />
Eine weitere Erklärung sucht den Grund für das Laktatparadoxon gleich an<br />
drei Stellen <strong>der</strong> anaeroben Glykolyse: bei einer Reduktion <strong>der</strong> anaeroben<br />
Glykolyse, einem erhöhten Pyruvatkinase (PK) / Laktatdehydrogenase<br />
(LDH)-Verhältnis sowie einem erhöhten Malatdehydrogenase (MDH) / LDH-<br />
Verhältnis (Schneeweiss 1993). Während <strong>der</strong> Akklimatisation kommt es zu<br />
einer Anpassung <strong>der</strong> aeroben ATP-Produktion und <strong>der</strong> ATP-Verbrauchsrate.<br />
Durch diese Steigerung <strong>der</strong> energetischen Koppelung kann die anaerobe<br />
Glykolyse reduziert werden (Hochachka et al. 1992). Des Weiteren wird die<br />
Laktatproduktion durch eine erhöhte Aktivität zweier Enzyme unterdrückt: die<br />
PK sorgt für einen leichteren Abbau des Pyruvat im Zitronensäurezyklus und<br />
die erhöhte Aktivität <strong>der</strong> MDH sorgt für die Oxidation von NADH, welches<br />
folglich nicht mehr für die Laktatproduktion <strong>zur</strong> Verfügung steht.<br />
Diese beiden Erklärungen stehen stellvertretend für viele Untersuchungen<br />
des Laktatparadoxons. Allen ähnlich ist die Idee, dass die anaerobe<br />
Glykolyse gehemmt wird, um während <strong>der</strong> chronischen Hypoxie eine<br />
Substratverarmung sowie eine Anhäufung von Endprodukten mit <strong>der</strong>en<br />
Folgen zu vermeiden.
1 Einführung 11<br />
Durch die Verän<strong>der</strong>ung <strong>der</strong> physiologischen Parameter kommt es beim<br />
Aufstieg in die Höhe zu einem generellen Abfall <strong>der</strong> körperlichen<br />
Leistungsfähigkeit. Ab einer Höhe von 1500 m ü.NN („Schwellenhöhe“)<br />
kommt es zu einer Abnahme von 10 – 15 % pro 1000 Höhenmeter<br />
(Abbildung 5) (Buskirk et al. 1966, Buskirk et al. 1967, Jackson & Sharkey<br />
1988, West 1990). Diese Abnahme ist unabhängig vom Trainingszustand<br />
(Rupwate et al. 1990). Somit hat man auf dem Gipfel des Mount Everest<br />
allein durch die Höhe eine verbleibende körperliche Leistungsfähigkeit von<br />
30 – 46 %.<br />
Schwellenhöhe<br />
Dauerakklimatisationsgrenze<br />
Abbildung 5: Körperlicher Leistungsabfall in <strong>der</strong> Höhe<br />
Es sollte beachtet werden, dass diese Zahlen sich lediglich auf gesunde<br />
Personen beziehen. Leiden Personen allerdings unter kardio-pulmonalen,<br />
insbeson<strong>der</strong>e pulmonalen Erkrankungen wie zum Beispiel einer COPD o<strong>der</strong><br />
einer kardialen Insuffizienz, so ist ihr höhenbedingter Leistungsabfall<br />
signifikant größer gegenüber dem gesun<strong>der</strong> Personen. Außerdem<br />
unterliegen diese Patienten einem erhöhten Risiko an einem HAPE zu<br />
erkranken. Bei diesen und vielen weiteren Vorerkrankungen sollte daher<br />
immer genau abgewogen werden, ob man <strong>der</strong> Situation gewachsen ist, o<strong>der</strong>
1 Einführung 12<br />
ob man durch einen Höhenaufenthalt sowohl sich selbst als auch die<br />
Mitreisenden in Gefahr bringen könnte (Milledge 2008).<br />
1.3 Fragestellungen <strong>der</strong> vorliegenden Arbeit<br />
Seit <strong>der</strong> Einführung <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> <strong>zur</strong> Beschreibung des <strong>subjektiven</strong><br />
Anstrengungsempfindens durch Gunnar <strong>Borg</strong> wird diese <strong>Skala</strong> von<br />
zahlreichen Sportlern, unter an<strong>der</strong>em auch Bergsteigern, aus sämtlichen<br />
Leistungsstufen angewendet. Jedoch wurde bislang noch nicht untersucht,<br />
ob sich die <strong>Skala</strong> auch adäquat in mittlerer und großer Höhe anwenden lässt,<br />
ohne dabei in ihrer Aussage eingeschränkt zu sein. Wie oben beschrieben,<br />
verän<strong>der</strong>n sich die physiologischen Bedingungen mit steigen<strong>der</strong> Höhe<br />
enorm, so dass fraglich ist, ob nicht auch das subjektive<br />
Anstrengungsempfinden dadurch beeinflusst wird. In <strong>der</strong> vorliegenden Arbeit<br />
wird untersucht, ob die Belastungseinschätzung im Tal, in mittlerer sowie in<br />
großer Höhe gleichermaßen valide ist.<br />
Wie man sich leicht vorstellen kann, setzt sich das subjektive<br />
Anstrengungsempfinden aus vielen Faktoren zusammen. Dabei ist noch<br />
nicht geklärt, welcher dieser Faktoren welchen Stellenwert einnimmt. Aus<br />
genau diesem Grunde wird in dieser Arbeit außerdem <strong>der</strong>jenige Parameter<br />
ermittelt, welcher den größten Einfluss auf das subjektive<br />
Belastungsempfinden hat. Dies ist übrigens, wie eine aktuelle<br />
Literaturrecherche ergeben hat, trotz <strong>der</strong> intensiven Nutzung <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong><br />
seit etwa 50 Jahren bislang auch für die übliche Nutzung des Verfahrens in<br />
niedrigen Höhen nie durchgeführt worden.
2 Material und Methoden 13<br />
2 Material und Methoden<br />
2.1 Kollektiv und Messorte<br />
Zur Durchführung <strong>der</strong> Studie stand ein Kollektiv von 16 Versuchspersonen<br />
<strong>zur</strong> Verfügung. Dabei handelte es sich ausschließlich um gesunde, erfahrene<br />
Bergsteiger zwischen 19 und 49 Jahren (Tabelle 4). Voraussetzung war,<br />
dass die Probanden sich vor Versuchsbeginn keinem Akklimatisationsreiz<br />
aussetzten. Dazu waren lediglich kurze Tageswan<strong>der</strong>ungen bis 2000 m ü.NN<br />
Höhe erlaubt und mindestens vier Wochen vor Versuchsbeginn alle<br />
Wan<strong>der</strong>ungen über 3000 m ü.NN Höhe untersagt. Des Weiteren sollte ihre<br />
körperliche Aktivität und Ernährung wie gewohnt beibehalten werden. Die<br />
Einnahme von Medikamenten musste mit dem Versuchsleiter abgesprochen<br />
werden. Jegliche Medikation, die leistungsbeeinflussend sein könnte, war ein<br />
Ausschlusskriterium von <strong>der</strong> Studie. Außerdem bestand mindestens 24<br />
Stunden vor Versuchsbeginn absolutes Alkoholverbot. Koffeinhaltige<br />
Getränke waren in geringem Ausmaß erlaubt (z.B. Frühstück), sollten jedoch<br />
das individuell übliche Maß nicht übersteigen.<br />
Insgesamt wurde in drei verschiedenen Höhenstufen gemessen:<br />
1. Tal: Düsseldorf, 40 m ü.NN<br />
2. Mittlere Höhe: Seilbahnstation „Trockener Steg“ (Walliser Alpen),<br />
2950 m ü.NN (Abbildung 6)<br />
3. Große Höhe: Capanna Regina Margherita (Signalkuppe / Monte<br />
Rosa), 4556 m ü.NN (Abbildung 7; Abbildung 8)
2 Material und Methoden 14<br />
Abbildung 6: Versuchsgelände in mittlerer Höhe, im Hintergrund das Matterhorn<br />
(4472 m ü.NN, links) und die Dente Blanche (4357 m ü.NN, rechts).<br />
Abbildung 7: Lage des Höhenlaboratoriums Capanna Regina Margherita (Pfeil) auf<br />
dem Gipfel <strong>der</strong> Signalkuppe, Monte Rosa (Walliser Alpen, 4556m ü.NN),<br />
aufgenommen vom Gipfel <strong>der</strong> Parrotspitze (4432 m ü.NN).
2 Material und Methoden 15<br />
Abbildung 8: Capanna Regina Margherita (4556 m ü.NN), im Hintergrund <strong>der</strong><br />
Lyskamm (4527 m ü.NN)<br />
Die Probanden wurden dazu randomisiert auf zwei Gruppen verteilt. Die eine<br />
Gruppe wurde zuerst in mittlerer Höhe und dann in großer Höhe gemessen<br />
und die an<strong>der</strong>e Gruppe genau umgekehrt („randomisiertes cross-over<br />
design“). Vor Höhenexposition waren die Talmessungen bereits durchgeführt<br />
worden. Zwischen den Höhenmessungen sowie nach diesen wurde das Tal-<br />
Messprogramm erneut durchgeführt, um einen eventuellen Drift <strong>der</strong><br />
Messwerte durch (Kurzzeit-) Akklimatisationseffekte zu detektieren. Das<br />
Höhenprofil bei<strong>der</strong> Kollektive ist in Abbildung 9 dargestellt.
2 Material und Methoden 16<br />
Abbildung 9: Höhenprofil<br />
2.2 Messverfahren und Datenerfassung<br />
Die Spiroergometrie wurde nach <strong>der</strong> Standardtest-Methode nach Hollmann<br />
(Hollmann & Hettinger 2000) durchgeführt. Es wurde mit einer<br />
Belastungsstufe von 40 Watt begonnen. Die Belastungsintensität wurde dann<br />
alle 3 Minuten bis <strong>zur</strong> Überschreitung <strong>der</strong> anaeroben Schwelle um jeweils<br />
40 Watt gesteigert. Das Erreichen <strong>der</strong> aerob-anaeroben Schwelle (4 mmol-<br />
Schwelle nach Ma<strong>der</strong>) wurde als gegeben angesehen, sobald die<br />
gemessene Laktatkonzentration im arterialisierten Kapillarblut ≥ 4,0 mmol/l<br />
betrug (Ma<strong>der</strong> et al. 1976, Heck 1990). Anschließend wurde das Hollmann-<br />
Schema verlassen und die Belastungsstufen bereits nach jeweils einer<br />
Minute gesteigert. Dies wurde bis <strong>zur</strong> maximalen Ausbelastung <strong>der</strong><br />
Versuchspersonen fortgeführt. Diese kürzeren Zeitintervalle in den höheren<br />
Belastungsstufen sollten durch Limitierung <strong>der</strong> Gesamtbelastung auf 10 – 12<br />
Minuten vorzeitigen Ermüdungseffekten vorbeugen, um somit die Messung<br />
<strong>der</strong> maximalen Leistungsfähigkeit nicht zu beeinflussen.
2 Material und Methoden 17<br />
Der maximalen Belastung folgte eine Erholungsphase, in welcher die Last<br />
stufenweise jede Minute reduziert wurde. Die Höhe <strong>der</strong> Belastung wurde von<br />
den Versuchspersonen jeweils selbst festgelegt, musste jedoch in <strong>der</strong> ersten<br />
Minute mindestens 50 Watt und maximal 100 Watt betragen. Ab <strong>der</strong> 4.<br />
Minute gab es keine Belastung mehr.<br />
Vor Belastungsbeginn sowie am Ende je<strong>der</strong> Belastungsstufe (Lollgen &<br />
Ulmer 1985) wurde <strong>der</strong> Blutdruck nach Riva Rocci gemessen. Gleichzeitig<br />
musste <strong>der</strong> Proband seine aktuelle Belastungshöhe mittels <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong><br />
(Tabelle 1) abschätzen (<strong>Borg</strong> & Noble 1974, <strong>Borg</strong> 1998). Die Probanden<br />
bekamen zuvor eine Einweisung in die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> und waren in ihrem<br />
Umgang geübt.<br />
Ebenfalls vor <strong>der</strong> Belastung und in den letzten 45 - 60 Sekunden je<strong>der</strong><br />
Belastungsstufe (Lollgen & Ulmer 1985) wurde <strong>der</strong> Laktatwert sowie eine<br />
Blutgasanalyse ermittelt. Während <strong>der</strong> kürzeren Zeitintervalle wurde das<br />
Laktat sowohl am Ende je<strong>der</strong> Belastungsstufe als auch eine Minute nach<br />
Maximalbelastung bestimmt („maximales Laktat“ (Stegmann & Kin<strong>der</strong>mann<br />
1981)). Die Blutgasanalyse wurde nur noch am Ende <strong>der</strong> Maximalbelastung<br />
durchgeführt. Die übrigen Messungen blieben auch während <strong>der</strong> kürzeren<br />
Zeitintervalle unverän<strong>der</strong>t.<br />
Zur Bestimmung <strong>der</strong> arterio-venösen Sauerstoffdifferenz (avDO 2 ) wurde vor<br />
Belastungsbeginn sowie nach maximaler Belastung venöses Blut<br />
entnommen. Sowohl die Sauerstoffaufnahme als auch die Kohlendioxidabgabe<br />
wurden zunächst einige Minuten vor Belastung als Ausgangswert<br />
und dann kontinuierlich während <strong>der</strong> gesamten Belastung und<br />
Erholungsphase mittels Cosmed K4 RQ (Fa. Cosmed, Rom / Italien)<br />
gemessen. Für die spätere Auswertung wurden jeweils die Daten <strong>der</strong> letzten<br />
Minute je<strong>der</strong> Belastungsstufe bzw. <strong>der</strong> zweiten Hälfte bei den kurzen<br />
Intervallen verwendet.<br />
Für alle Messungen wurde das drehzahlunabhängige Fahrra<strong>der</strong>gometer<br />
Ergomed 840 (Fa. Siemens) verwendet. Um Abweichungen in <strong>der</strong><br />
Kalibrierung etc. zu vermeiden (Lollgen & Ulmer 1985, Heck 1990), wurde an
2 Material und Methoden 18<br />
allen drei Messorten dasselbe Ergometer verwendet. Dazu wurde es durch<br />
einen Unterlasttransport mit einem Helikopter zu den Messorten geflogen.<br />
Vor <strong>der</strong> jeweils ersten Messung wurde das Gerät über mindestens acht<br />
Stunden <strong>der</strong> Raumtemperatur angepasst. Während <strong>der</strong> Messungen, welche<br />
im Sitzen erfolgten, hatten die Versuchspersonen die Vorgabe, die Drehzahl<br />
zwischen 60/min und 80/min zu halten.<br />
Abbildung 10: Fahrra<strong>der</strong>gometer Ergomed 840 bei <strong>der</strong> Messung in 4560 m Höhe ü.NN<br />
Parallel dazu wurde eine On-line Ableitung eines 12-Kanal-EKGs mit Corina<br />
(Cord Integrated Amplifier, Fa. Marquette-Hellige Medical Systems, Freiburg)<br />
und <strong>der</strong> entsprechenden Software (CardioSoft V.2.1) durchgeführt. Während<br />
die Elektroden <strong>der</strong> Brustwandableitungen in üblicher Position angebracht<br />
werden konnten, mussten bei den Extremitätenableitungen ein paar
2 Material und Methoden 19<br />
Än<strong>der</strong>ungen vorgenommen werden, um möglichst artefaktfreie Ableitungen<br />
zu erhalten. Dazu wurden die Elektroden <strong>der</strong> Fußgelenke auf dem Rücken<br />
unter die Mitte <strong>der</strong> Rippenbögen und die Elektroden <strong>der</strong> Handgelenke auf<br />
den Schulterblättern angebracht. Mittels <strong>der</strong> Ableitungen konnte die jeweilige<br />
Arbeit bei einer Herzfrequenz von 100/min, 130/min, 150/min und 170/min in<br />
Watt/kg Körpergewicht (PWC100, PWC130, PWC150, PWC170) ermittelt<br />
werden. Zudem wurde bei jedem Messlauf die maximale Herzfrequenz<br />
HR max und die maximale Arbeit W max notiert.<br />
Zur Untersuchung <strong>der</strong> kardiorespiratorischen Parameter wurde das<br />
telemetrische Spirometriesystem Cosmed K4 RQ verwendet. Es besteht aus<br />
einer Gesichtsmaske mit Messturbine, einem Samplingschlauch, einer<br />
Übertragungseinheit, einer Batterieeinheit sowie einer Receiver- Einheit mit<br />
RS 232-Schnittstelle (Abbildung 11).<br />
Abbildung 11: Spirometriesystem Cosmed K4 RQ
2 Material und Methoden 20<br />
Die Maske mit <strong>der</strong> angeschlossenen bidirektionalen Turbine soll dem Gesicht<br />
des Probanden dicht anliegen. Die Turbine ist durch ihr Turbinenkabel und<br />
den Samplingschlauch mit <strong>der</strong> Übertragungseinheit verbunden. Diese wird<br />
vorne so am Rumpf <strong>der</strong> Versuchsperson befestigt, dass es zu keiner<br />
Einschränkung <strong>der</strong> Beweglichkeit kommt (Abbildung 12).<br />
Abbildung 12: Spirometriesystem Cosmed K4 RQ im Einsatz in großer Höhe<br />
Alle ermittelten Daten werden kontinuierlich in dieser Einheit gespeichert.<br />
Zudem können die Daten mit Funk an eine maximal 800 m entfernte<br />
Receiver-Einheit gesendet werden, welche dem Versuchsleiter in Direktzeit<br />
die aktuellen Messdaten anzeigt. Die Daten werden für eine spätere<br />
Auswertung in dieser Receiver-Einheit gespeichert, können aber auch <strong>zur</strong><br />
graphischen Darstellung <strong>der</strong> Messdaten direkt mit <strong>der</strong> RS 232-Schnittstelle
2 Material und Methoden 21<br />
an einen weiteren Computer übertragen werden. Mittels <strong>der</strong> Software<br />
Cosmed K4 Win/EE werden die in Tabelle 2 aufgeführten Parameter<br />
standardmäßig ermittelt. Neben diesen Parametern kann man weitere<br />
Kenngrößen mit eigens eingegebenen Formeln berechnen lassen.<br />
Außerdem ermöglicht das System für die weitere Bearbeitung einen Export<br />
<strong>der</strong> Daten in Standardformaten wie z.B. ASCII.<br />
Der expiratorische Sauerstoff und das Kohlendioxid werden in einer<br />
Mikrogasmischzelle, welche sich in <strong>der</strong> Übertragungseinheit befindet,<br />
gemessen. Der Sauerstoffgehalt wird elektrochemisch, <strong>der</strong> CO 2 -Gehalt durch<br />
eine Infrarotsonde im Messkopf gemessen. Zusätzlich werden die<br />
Bewegungen <strong>der</strong> Turbine mittels einer Photozelle im Messkopf registriert.<br />
Eine signifikante Beeinträchtigung <strong>der</strong> Messung <strong>der</strong> Atemvolumina durch die<br />
Turbine besteht nicht, da diese mit ultra-leicht-läufigen Lagern fast<br />
trägheitsfrei läuft und eine Druckdifferenz von < 0,2 cmH 2 O erzeugt.<br />
Um die Vergleichbarkeit <strong>der</strong> Daten gewährleisten zu können, wurde sowohl<br />
die Turbine als auch alle Sensoren vor je<strong>der</strong> Messung kalibriert. Die<br />
Sensoren sind zudem konstant temperiert. Ein in das System integriertes<br />
Barometer sorgt für die konstante Anpassung bezüglich des<br />
Barometerdrucks und <strong>der</strong> Luftfeuchtigkeit. Die Mikrogasmischzelle wurde alle<br />
5 Sekunden gesampelt.
2 Material und Methoden 22<br />
Tabelle 2:<br />
Standardmäßig errechnete Parameter des Cosmed K4 RQ-Systems<br />
Symbol<br />
VE<br />
RF<br />
Vt<br />
VO 2<br />
VCO 2<br />
FeO 2<br />
FeCO 2<br />
HR<br />
RQ<br />
Parameter<br />
Ventilation (BTPS)<br />
Atemfrequenz (Respiratory frequency)<br />
Atemzugvolumen (tidal volume) (BTPS)<br />
Sauerstoffaufnahme (STPD)<br />
Kohlendioxidabatmung (STPD)<br />
O 2 – Konzentration in <strong>der</strong> Expirationsluft (trocken)<br />
CO 2 – Konzentration in <strong>der</strong> Expirationsluft (trocken)<br />
Herzfrequenz<br />
Respiratorischer Quotient<br />
VE / VO 2 Atemäquivalent für O 2<br />
VE / VCO 2 Atemäquivalent für CO 2<br />
VO 2 / HR<br />
VO 2 / kg<br />
VO 2 peak<br />
VEmax<br />
Hrmax<br />
VO 2 / Hrmax<br />
Rfmax<br />
LT<br />
HRR<br />
Steady state<br />
Sauerstoffpuls<br />
Sauerstoffaufnahme pro kg Körpergewicht<br />
Maximale Sauerstoffaufnahme<br />
Atemgrenzwert<br />
Maximale Herzfrequenz<br />
Max. O 2 – Aufnahme / max. Herzfrequenz<br />
Maximale Atemfrequenz<br />
Anaerobe Schwelle (lactate threshold)<br />
Heart rate reserve<br />
Programmable automatic detection<br />
Die Messung <strong>der</strong> Herzfrequenz wurde mit einem Polar ® -Pulsmeter<br />
durchgeführt. Dazu trugen die Probanden einen in Herznähe angebrachten<br />
Brustgurt, welcher die Herzfrequenz telemetrisch an das Spirometriesystem<br />
übertrug.
2 Material und Methoden 23<br />
Die Laktatmessung erfolgte enzymatisch mittels Reflexionsphotometrie bei<br />
660 nm mit einem netzunabhängigen Akkusport-Messgerät (Fa. Hestia /<br />
Boehringer Mannheim). Dazu wurden jeweils 15 – 50 µl arterialisiertes<br />
Kapillarblut aus dem Ohrläppchen des Probanden entnommen, wobei<br />
genauestens darauf geachtet wurde, den Körperschweiss zuvor vom<br />
Ohrläppchen zu wischen sowie ein ausreichendes Probenvolumen in einem<br />
Tropfen zu erhalten. Außerdem wurde das Gerät <strong>zur</strong> Gewährleistung <strong>der</strong><br />
Messgenauigkeit und Vergleichbarkeit <strong>der</strong> Werte täglich mit standardisierter<br />
Laktatlösung kalibriert. Studien (Lormes et al. 1995) belegen die<br />
Anwendbarkeit des reflexionsphotometrischen Verfahrens im Vergleich zu<br />
nasschemischen Verfahren. Da <strong>der</strong> Hersteller eine korrekte Funktion des<br />
Gerätes nur bis 3200 m ü.NN garantiert, wurde bei <strong>der</strong> Auswertung <strong>der</strong><br />
Daten aus großer Höhe beson<strong>der</strong>s auf Abweichungen geachtet. Diese<br />
betrugen bei Raumtemperatur maximal 0,1 mmol, was im Rahmen <strong>der</strong><br />
Messgenauigkeit liegt, so dass keine Justierung <strong>der</strong> Ergebnisse durchgeführt<br />
werden musste. Mit dem EDV-Programm „Lactat 4.5“ (Sport-Software CT<br />
Hille, Clausthal-Zellerfeld) wurden anschließend die Laktat-Leistungskurven<br />
erstellt. Die Auswertung erfolgte nach dem 4 mMol-Modell nach Ma<strong>der</strong><br />
(Ma<strong>der</strong> et al. 1976, Ma<strong>der</strong> et al. 1976). Untersuchungen zeigten bei <strong>der</strong><br />
Bestimmung des „maximalen Laktat-steady states“ keine relevanten Vorteile<br />
<strong>der</strong> „individuellen Schwelle“ gegenüber <strong>der</strong> Ma<strong>der</strong>’schen Schwelle (Heck et<br />
al. 1985, Heck 1990). Einflussgrößen wie die Standardisierung <strong>der</strong> Belastung<br />
und die Füllung <strong>der</strong> körpereigenen Glykogenspeicher (Ivy et al. 1981, Busse<br />
et al. 1986, Heck 1990) wurden dabei weitestgehend konstant gehalten.<br />
Zur Durchführung sämtlicher Blutgasanalysen wurde das System ABL 520<br />
(Fa. Radiometer, Kopenhagen) verwendet. Es wurden die in Tabelle 3<br />
aufgeführten Parameter ermittelt, welche außerdem sowohl regelmäßig als<br />
auch automatisch vom System kalibriert wurden. Ein integriertes kalibriertes<br />
Barometer misst dabei jeweils den aktuellen Luftdruck.
2 Material und Methoden 24<br />
Tabelle 3:<br />
Gemessene und abgeleitete Parameter <strong>der</strong> Blutgasanalyse, <strong>der</strong> Oxymetrie<br />
und des Säure-Basen-Status<br />
Bereich Symbol Parameter Einheit<br />
Blutgase pH H+-Ionenkonzentration im Plasma -<br />
pCO 2 CO 2 -Partialdruck im Blut mmHg<br />
pO 2 O 2 -Partialdruck im Blut mmHg<br />
Oxymetrie tHb Gesamthämoglobin(fe)-Konzentration im Blut g/dl<br />
O 2 Hb Oxyhämoglobin in % des Gesamthämoglobin %<br />
sO 2 Sauerstoffsättigung des Hämoglobins im Blut %<br />
COHb CO-Hämoglobin in % des Gesamthämoglobins %<br />
MetHb Methämoglobin in % des Gesamthämoglobin %<br />
RHb Desoxyhämoglobin in % des Gesamthämoglobins %<br />
Hct c Hämatokrit %<br />
Sauerstoff-<br />
Status<br />
tO 2c<br />
Gesamtsauerstoffkonzentration im Blut<br />
(Sauerstoffgehalt)<br />
Vol%<br />
P50(act) e<br />
Sauerstoff-Partialdruck im Blut bei Halbsättigung<br />
unter aktuellen Bedingungen. T=37,0°C<br />
mmHg<br />
P50(st) c<br />
Sauerstoff-Partialdruck im Blut bei Halbsättigung<br />
unter Standardbedingungen<br />
mmHg<br />
p x „Oxygen extraction tension“ mmHg<br />
c x „Concentration of extractable oxygen“ Vol%<br />
Q x „Cardiac oxygen compensation factor“ -<br />
shunt e<br />
Relativer physiologischer shunt (Volumen des<br />
geshunteten venösen Blutes in % des arteriellen<br />
Blutes)<br />
%<br />
Säure-<br />
Basen-<br />
Status<br />
HCO 3<br />
-c Aktuelle Bikarbonatkonzentration im Plasma mmol/l<br />
SBC c Standard-Bikarbonat mmol/l<br />
tCO 2 (P) c Gesamt-CO 2 -Konzentration im Plasma Vol%<br />
ABE c Aktueller Basenüberschuss mmol/l<br />
SBE c Standard-Basenüberschuss mmol/l<br />
pH(st) pH im Blut mit pCO 2 = 5,33 kPa (Standard-pH) -
2 Material und Methoden 25<br />
Abgeleitete<br />
Parameter<br />
tCO 2 (B) c Gesamt-CO 2 -Konzentration im Blut Vol%<br />
O 2 CAP c Hämoglobin-Sauerstoffgehalt Vol%<br />
avDO 2c<br />
Arterio-gemischtvenöser<br />
Gesamtsauerstoffgradient<br />
Vol%<br />
pO 2 (A) e Alveolärer Sauerstoffpartialdruck mmHg<br />
AaDpO 2 e Alveolo-arterieller Sauerstoff-Gradient mmHg<br />
a/ApO 2e Arterio-alveolärer Sauerstoff-Partialdruckquotient %<br />
RI e Respiratorischer Index %<br />
2.3 Auswertung/ Statistik<br />
Ziel dieser Studie war die Untersuchung <strong>der</strong> Vergleichbarkeit von<br />
Belastungseinschätzungen anhand <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in verschiedenen Höhen.<br />
Zur Beschreibung <strong>der</strong> Daten wurden für die Werte <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> sowie für<br />
die verschiedenen Parameter, die die Belastungseinschätzung<br />
möglicherweise beeinflussen, Mittelwerte (MW) und Standardabweichungen<br />
(SD) berechnet.<br />
Zur Überprüfung, ob signifikante Abweichungen in <strong>der</strong> Validität zwischen den<br />
<strong>Borg</strong>-Werten zweier Höhen existieren, wurde zum einen <strong>der</strong> p-Wert zum<br />
verbundenen t-Test berechnet. Ist dieser kleiner als 0,05, so zeigt dies einen<br />
statistisch signifikanten Unterschied in <strong>der</strong> Accuracy bei<strong>der</strong> Messungen. Zum<br />
an<strong>der</strong>en wurde das 95 %-Konfidenzintervall für die mittlere Differenz <strong>der</strong><br />
Messwerte zweier Höhen bestimmt. Dies zeigt, ob die Abweichungen <strong>der</strong><br />
Messwerte nicht nur statistisch signifikant, son<strong>der</strong>n auch klinisch relevant<br />
sind.<br />
Weiterhin wurde <strong>zur</strong> Beantwortung <strong>der</strong> Fragestellung, ob sich die Reliabilität<br />
zwischen den <strong>Borg</strong>-Werten zweier Höhen unterscheidet, <strong>der</strong> p-Wert zum<br />
Maloney-Rastogi-Test (MR-Test) berechnet. Dieser Test untersucht, ob sich<br />
die Messungen in diesen zwei Höhen bezüglich ihrer Reproduzierbarkeit<br />
unterscheiden.
2 Material und Methoden 26<br />
Anhand von Bland-Altman-plots wird dargestellt, ob die Belastungseinschätzung<br />
anhand <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> im Tal wie in <strong>der</strong> Höhe gleichermaßen<br />
durchgeführt werden kann. Diese Boxplots zeigen den intraindividuellen<br />
Mittelwert zweier Messwerte gegen die Differenz dieser beiden Messwerte<br />
auf. Dabei werden die Limits of agreement anhand <strong>der</strong> 1,96-fachen<br />
Standardabweichung <strong>der</strong> Differenzen auf <strong>der</strong> y-Achse festgelegt (Koch &<br />
Sporl 2007). Werte außerhalb dieser Grenzlinien stellen somit Ausreißer dar.<br />
Zur Klärung <strong>der</strong> Frage, von welchem Parameter die Belastungseinschätzung<br />
am meisten geprägt wird, wurde <strong>der</strong> Einfluss jedes Parameters auf den<br />
<strong>Borg</strong>wert separat in einem kovarianzanalytischen Modell betrachtet. Um die<br />
Messwie<strong>der</strong>holungen an einem Probanden in verschiedenen Höhen und<br />
unter verschiedenen Konditionen adäquat zu berücksichtigen, wurden die<br />
Probanden als zufällige Faktoren, die Höhe sowie die Belastungsstufen<br />
jedoch als feste Faktoren neben dem interessierenden Parameter in das<br />
Modell mit aufgenommen. Zur Beurteilung <strong>der</strong> Korrelation <strong>der</strong><br />
Parameterwerte untereinan<strong>der</strong> wurden paarweise Interklass-<br />
Korrelationskoeffizienten ermittelt. Aufgrund <strong>der</strong> hohen Korrelation <strong>der</strong> Werte<br />
untereinan<strong>der</strong>, wurde auf die Anpassung eines multivariaten Modells<br />
verzichtet.<br />
Alle Tests wurden zweiseitig zu einem Signifikanzniveau von 5%<br />
durchgeführt. Angesichts des explorativen Charakters <strong>der</strong> Fragestellungen<br />
<strong>der</strong> Studie erfolgte keine Adjustierung des Signifikanzniveaus. Ein p-Wert<br />
< 0,05 wird somit als Indikator einer lokalen statistischen Signifikanz<br />
betrachtet.
3 Ergebnisse 27<br />
3 Ergebnisse<br />
3.1 Kollektiv<br />
Das Kollektiv <strong>zur</strong> Durchführung <strong>der</strong> Studie bestand aus insgesamt 16<br />
Probanden im Alter zwischen 19 und 49 Jahren, wovon 5 weiblich und 11<br />
männlich waren. 3 Versuchspersonen waren Raucher. Die gesamten<br />
Kollektivdaten sind in Tabelle 4 dargestellt.<br />
Tabelle 4:<br />
Morphometrische Kollektivdaten<br />
VP-Nr. Alter M / W Grösse<br />
[cm]<br />
Gewicht<br />
[kg]<br />
Bodymass-<br />
Index<br />
Broka-<br />
Index [%]<br />
(Nicht-)<br />
Raucher<br />
1 26 M 186 81 23,4 94,0 N<br />
2 22 W 166 54 19,6 81,8 N<br />
3 25 W 163 60 22,2 95,0 N<br />
4 24 M 176 71 22,9 93,4 N<br />
5 43 M 178 69 21,8 88,5 R<br />
6 42 W 172 61 20,6 84,7 N<br />
7 32 W 168 57 20,2 83,8 N<br />
8 41 M 178 70 22,1 89,7 N<br />
9 19 W 175 71 23,2 94,7 N<br />
10 26 M 190 93 25,8 103,0 R<br />
11 25 M 191 90 24,7 98,9 N<br />
12 22 M 182 80 24,2 97,6 N<br />
13 37 M 192 82 22,2 89,1 N<br />
14 49 M 178 78 24,6 100,0 N<br />
15 42 M 193 120 32,2 129,0 N<br />
16 23 M 175 64 20,1 85,3 R
3 Ergebnisse 28<br />
Tabelle 5: Statistische Auswertung <strong>der</strong> Kollektivdaten aus Tabelle 4<br />
Alter M / W Grösse<br />
[cm]<br />
Gewicht<br />
[kg]<br />
Bodymass-<br />
Index<br />
Broka-<br />
Index<br />
[%]<br />
(Nicht-)<br />
Raucher<br />
d 31,1 - 179 75,1 22,6 94,3 -<br />
Sx 9,6 - 9,4 19,1 9,9 11,2 -<br />
median 26 - 178 71 23,7 93,7 -<br />
min 19 - 163 54 19,6 81,8 -<br />
max 49 - 193 120 32,2 129,0 -<br />
Für die Durchführung <strong>der</strong> leistungsphysiologischen Messungen mussten<br />
einige Parameter kontrolliert werden, die einen potentiellen äußeren Einfluss<br />
auf die Ergebnisse haben könnten. Dazu zählte unter an<strong>der</strong>em ein<br />
eingeschränktes Allgemeinbefinden bedingt durch eine Akute<br />
Höhenkrankheit (Acute Mountain Sickness, AMS) o<strong>der</strong> klimatische<br />
Unannehmlichkeiten. Letztere traten auf Grund von adäquater Bekleidung,<br />
welche den Probanden freigestellt war, nicht auf. Bei den Probanden bestand<br />
zu je<strong>der</strong> Zeit während den Messungen subjektives Wohlbefinden. Zudem<br />
wurde anhand von Selbsteinschätzungen sowie nach klinischem Aspekt und<br />
unter Ausschluss <strong>der</strong> Differentialdiagnosen <strong>der</strong> AMS-Score ermittelt<br />
(Übersicht in: (Küpper 2010d)). Sowohl in Tallage als auch in mittlerer Höhe<br />
fühlte sich kein Proband hinsichtlich seiner körperlichen Leistungsfähigkeit<br />
eingeschränkt. Lediglich in großer Höhe trat bei einer Versuchsperson das<br />
Vollbild einer akuten Höhenkrankheit auf, so dass dieser Proband<br />
zwischenzeitlich aus dem Versuchsablauf ausschied. Alle an<strong>der</strong>en<br />
Probanden fühlten sich jedoch auch in großer Höhe voll leistungsfähig.<br />
Demnach kam es, abgesehen von dem einen kranken Probanden, vor und<br />
während <strong>der</strong> Messungen zu keinerlei Medikamenteneinnahmen. Auch die<br />
Essgewohnheiten und <strong>der</strong> Konsum von Genussmitteln wurden im Rahmen<br />
üblicher Gewohnheiten beibehalten.
3 Ergebnisse 29<br />
Des Weiteren wurden Faktoren untersucht, die die Leistungsfähigkeit <strong>der</strong><br />
Versuchspersonen durch Einschränkung <strong>der</strong> Sauerstoffversorgung min<strong>der</strong>n<br />
könnten, wie Exsikkose o<strong>der</strong> ein erhöhtes CO-Hb durch starkes Rauchen.<br />
Hierzu lässt sich sagen, dass das Körpergewicht <strong>der</strong> Probanden an den<br />
Versuchstagen nur um maximal 2,0 % schwankte. Ebenso gab es an den<br />
verschiedenen Messorten keine signifikanten Unterschiede für den<br />
Hämatokrit (HKT). Die maximale intraindividuelle Abweichung betrug im<br />
Längsschnitt durchschnittlich 4,0 %. Das gegenläufige Höhenprofil <strong>der</strong><br />
beiden Teilkollektive zeigte dabei keinerlei Einfluss auf das Verhalten des<br />
Körpergewichtes und den HKT.
3 Ergebnisse 30<br />
Tabelle 6:<br />
Hämatokrit <strong>der</strong> Probanden und des Gesamtkollektivs an den Messorten<br />
Messwerte<br />
Personenbezogene Auswertung<br />
VP-Nr.<br />
T1<br />
[%]<br />
T2<br />
[%]<br />
T3<br />
[%]<br />
MH<br />
[%]<br />
GH<br />
[%]<br />
d<br />
[%]<br />
min<br />
[%]<br />
max<br />
[%]<br />
Sx<br />
Sx<br />
[%]<br />
Abw<br />
[%]<br />
1 50,8 51,5 48,9 49,0 48,1 49,7 48,1 51,5 1,43 2,87 3,6<br />
2 44,5 43,4 43,6 44,3 43,8 43,9 43,4 44,5 0,47 1,06 1,4<br />
3 43,4 43,0 44,3 42,8 47,4 44,2 42,8 47,4 1,89 4,28 7,2<br />
4 53,9 51,8 53,2 52,7 50,9 52,5 50,9 53,9 1,18 2,24 2,7<br />
5 45,2 45,9 48,2 45,8 45,1 46,0 45,1 48,2 1,26 2,73 4,8<br />
6 40,1 41,2 42,1 41,9 44,4 41,9 40,1 44,4 1,58 3,77 6,0<br />
7 46,8 44,8 45,4 44,5 45,8 45,5 44,5 46,8 0,90 1,99 2,9<br />
8 49,3 48,4 43,9 48,7 47,2 47,5 43,9 49,3 2,15 4,53 7,6<br />
9 44,0 43,2 45,3 42,6 44,4 43,9 42,6 45,3 1,05 2,39 3,2<br />
10 51,0 53,8 52,1 52,7 52,7 52,5 51,0 53,8 1,02 1,95 2,9<br />
11 48,5 50,0 48,0 48,5 52,7 49,5 48,0 52,7 1,91 3,85 6,5<br />
12 43,3 44,0 42,4 40,8 -- 42,6 40,8 52,7 1,91 3,85 6,5<br />
13 44,1 42,7 43,3 43,5 43,0 43,3 42,7 44,1 0,53 1,23 1,8<br />
14 47,9 48,8 48,7 49,2 48,7 48,7 48,7 49,2 0,47 0,97 1,6<br />
15 50,1 50,9 46,9 50,2 48,5 49,3 46,9 50,9 1,61 3,27 4,9<br />
16 48,9 50,4 48,6 50,5 51,7 50,0 48,6 51,7 1,27 2,54 3,4<br />
Messortbezogene Auswertung<br />
d 47,0 47,1 46,6 46,7 47,6<br />
m 47,4 47,1 46,2 47,2 47,4<br />
Sx 3,66 4,00 3,32 3,91 3,25<br />
Sx [%] 7,79 8,49 7,12 8,37 6,83<br />
min 40,1 41,2 42,1 40,8 43,0<br />
max 53,9 53,8 53,2 52,7 52,7
3 Ergebnisse 31<br />
Mit Ausnahme zweier Werte (CO-Hb 2,0 % bei zwei Probanden im Tal) lagen<br />
außerdem alle CO-Hb-Werte unter 1 %. In mittlerer Höhe lag bei einem<br />
(befristeten) Nichtraucherkollektiv ein durchschnittlicher CO-Hb-Wert von<br />
0,475 % und in großer Höhe von 0,327 % vor.<br />
3.2 Leistungsphysiologische Ergebnisse<br />
Im Tal lag <strong>der</strong> durchschnittliche Ruhepuls <strong>der</strong> Versuchspersonen bei<br />
76,9/min (± 9,2). Wie erwartet kam es mit steigen<strong>der</strong> Höhe zu einem Anstieg<br />
auf 83,4/min (± 11,3; p < 0,01) in mittlerer Höhe und auf 97,7/min (± 12,3;<br />
p < 0,0001) in großer Höhe. Dies entspricht einer Zunahme um 8,5 % von<br />
Tallage auf mittlere Höhe und um 27,0 % von Tallage auf große Höhe.<br />
Zwischen mittlerer und großer Höhe beträgt <strong>der</strong> Anstieg 17,1 %. Der<br />
Ruhepuls erhöht sich somit beim Aufstieg von Tallage in mittlere Höhe pro<br />
1000 hm um 2,2/min bzw. 2,8 %. Bei einem weiteren Aufstieg von mittlerer<br />
Höhe auf große Höhe kommt es pro 1000 hm zu einer Zunahme von 9,5/min<br />
bzw. 11,4 %. Dabei gab es keinen signifikanten Unterschied zwischen den<br />
beiden Teilkollektiven G1 und G2 an allen Messorten.<br />
Die maximale Herzfrequenz (HR max ) <strong>der</strong> Probanden lag während den<br />
Ergometrien in Tallage im Durchschnitt bei 182,3/min (± 12,5). Dies<br />
entsprach 96,5 % (± 3,6) <strong>der</strong> Vorhersagewerte und ist somit als ein<br />
statistisch signifikanter Unterschied im Vergleich zum theoretisch erwarteten<br />
Maximalwert (p < 0,001) anzusehen. Jedoch lässt sich feststellen, dass die<br />
Versuchspersonen unter Berücksichtigung des in <strong>der</strong> Höhe erhöhten<br />
Vagotonus während <strong>der</strong> Ergometrie bezüglich dieses Parameters vollständig<br />
ausbelastet wurden. Mit den steigenden Höhenstufen war ein Abfall <strong>der</strong><br />
HR max zu verzeichnen. In mittlerer Höhe fiel die durchschnittliche HR max um<br />
6,0 % auf 171,4/min (± 11,7; p < 0,002). Dabei erreichten die Probanden nur<br />
91,2 % des Vorhersagewertes ihrer individuellen HR max . Fast identisch waren<br />
die Werte in großer Höhe. Im Vergleich <strong>zur</strong> Tallage fiel <strong>der</strong> Mittelwert hier um<br />
5,9 % auf 171,6/min (± 13,9; p < 0,003). Es wurden nur 90,5 % des<br />
individuellen Vorhersagewertes <strong>der</strong> HR max erreicht. Auch bei diesem
3 Ergebnisse 32<br />
Parameter bestand sowohl zwischen mittlerer und großer Höhe, als auch<br />
zwischen den Teilkollektiven G1 und G2, kein signifikanter Unterschied.<br />
Wie erwartet zeigte sich in <strong>der</strong> Ergometrie eine Abnahme <strong>der</strong> maximalen<br />
Leistungsfähigkeit (W max ) mit steigen<strong>der</strong> Höhe. In Tallage betrug die<br />
durchschnittliche W max des Kollektivs 297,1 W (± 58,6), in mittlerer Höhe<br />
265,0 W (± 52,4; p < 0,002) und in großer Höhe nur noch 232,0 W (± 48,3;<br />
p < 0,001). Die prozentuale Abnahme beträgt somit 10,8 % in mittlerer Höhe<br />
und 21,9 % in großer Höhe. Auch zwischen mittlerer und großer Höhe<br />
besteht ein signifikanter Abfall <strong>der</strong> W max von 12,5 % (p < 0,002). Dies<br />
entspricht einer Abnahme <strong>der</strong> W max beim Aufstieg in mittlere Höhe von<br />
10,7 W bzw. 3,6 % pro 1000 hm. Geht man vom Konzept <strong>der</strong> Schwellenhöhe<br />
(1500 m ü.NN) aus, so betrug <strong>der</strong> Leistungsabfall im Höhenbereich von<br />
1500 m ü.NN auf 3000 m ü.NN 7,2 % pro 1000 hm. Bei einem weiteren<br />
Aufstieg von mittlerer auf große Höhe kommt es sogar zu einem Abfall <strong>der</strong><br />
W max um 22,0 W bzw. 8,3 % pro 1000 hm. Dabei bestand zwischen den<br />
beiden Teilkollektiven G1 und G2 mit ihrem unterschiedlichen Höhenprofil an<br />
keinem Messort ein signifikanter Unterschied.<br />
Voraussetzung für eine Interpolation <strong>zur</strong> Ermittlung von PWC-Werten („pulse<br />
work capacity“) ist eine Korrelation zwischen <strong>der</strong> Herzfrequenz und <strong>der</strong><br />
Belastung. Bei unserem Kollektiv bestand eine hochgradige lineare<br />
Korrelation mit durchschnittlichen Korrelationskoeffizienten von 0,995<br />
(0,989 – 0,999) in Tallage, von 0,991 (0,945 – 0,999) in mittlerer Höhe und<br />
von 0,983 (0,909 – 0,999) in großer Höhe. Somit konnten die PWC100,<br />
PWC130, PWC150 und PWC170, also die Leistungsfähigkeit in Watt bei<br />
einer Herzfrequenz von 100, 130, 150 und 170 pro Minute, im steady state<br />
exakt ermittelt werden. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 dargestellt.
3 Ergebnisse 33<br />
Tabelle 7:<br />
PWC-Werte des Kollektivs an den verschiedenen Messorten<br />
Messort<br />
PWC100<br />
[W/kg KG]<br />
PWC130<br />
[W/kg KG]<br />
PWC150<br />
[W/kg KG]<br />
PWC170<br />
[W/kg KG]<br />
Tallage 0,8 (± 0,3) 1,8 (± 0,3) 2,4 (± 0,4) 3,1 (± 0,5)<br />
Mittlere Höhe 0,5 (± 0,4) 1,5 (± 0,4) 2,2 (± 0,5) 2,8 (± 0,6)<br />
Große Höhe 0,0 (± 0,4) 1,0 (± 0,3) 1,7 (± 0,4) 2,3 (± 0,6)<br />
Anhand <strong>der</strong> obigen Tabelle sieht man, dass die Leistungsfähigkeit im<br />
Kollektiv bereits in mittlerer Höhe, beson<strong>der</strong>s aber in großer Höhe signifikant<br />
abnimmt. In mittlerer Höhe beträgt die Abnahme 37,5 % für die PWC100,<br />
16,7 % für die PWC130, 8,3 % für die PWC150 und 9,7 % für die PWC170.<br />
In großer Höhe betragen diese Werte 100 % für die PWC100 (<strong>der</strong> Ruhepuls<br />
des Kollektivs lag bereits bei 100/min), 44,4 % für die PWC130, 29,2 % für<br />
die PWC150 und 25,8 % für die PWC170. Die Werte veranschaulichen, dass<br />
es sich hier, wie schon für den Ruhepuls und die W max beschrieben, um<br />
einen mit steigen<strong>der</strong> Höhe zunehmenden Effekt handelt. Zwischen den<br />
Teilkollektiven G1 und G2 gab es keine signifikanten Unterschiede.<br />
Das Ruhelaktat betrug im Tal durchschnittlich 1,3 mmol/l (± 0,74). Mit dem<br />
Aufstieg in mittlere Höhe stieg es auf 1,5 mmol/l (± 0,36) im Mittel an. Mit<br />
einem Signifikanzniveau von p < 0,7 muss dies als Tendenz interpretiert<br />
werden. Bei einem weiteren Aufstieg in große Höhe kam es zu einem hoch<br />
signifikanten Anstieg gegenüber den Werten aus Tallage und aus mittlerer<br />
Höhe auf im Durchschnitt 2,2 mmol/l (± 0,74; p < 0,002). Ausgehend von den<br />
Talwerten entspricht dies einer Zunahme von 15,4 % in mittlerer Höhe und<br />
69,2 % in großer Höhe. Zwischen mittlerer und großer Höhe besteht ein<br />
Zuwachs von 46,7 %. Umgerechnet bedeutet dies wie<strong>der</strong>um einen Anstieg<br />
des Ruhelaktatwertes um 0,07 mmol/l / 1000 hm bzw. um 5,1 % / 1000 hm<br />
bei einem Aufstieg in mittlere Höhe bzw. nach dem Schwellenhöhenkonzept<br />
um 10,3 % / 1000 hm. Während eines weiteren Aufstieges in große Höhe<br />
steigen die Werte um 0,5 mmol/l / 1000 hm bzw. um 31,1 % / 1000 hm.
3 Ergebnisse 34<br />
Im Mittel lag das maximale Laktat im Tal bei 9,2 mmol/l (± 2,37), wobei <strong>der</strong><br />
höchste gemessene Wert 15,3 mmol/l betrug. In mittlerer und großer Höhe<br />
waren die durchschnittlichen maximalen Laktatwerte sehr ähnlich, wobei sie<br />
im mittlerer Höhe 9,6 mmol/l (± 2,92; n.s.) und in großer Höhe 9,6 mmol/l<br />
(± 2,06; n.s.) betrugen. Sowohl beim Ruhelaktat wie auch beim maximalen<br />
Laktat bestand kein signifikanter Unterschied zwischen den Teilkollektiven<br />
G1 und G2.<br />
Die anaerobe Schwelle wurde nach dem Modell nach Ma<strong>der</strong> („4 mmol/l-<br />
Schwelle“) bestimmt. Dabei erreichte die Versuchsgruppe im Durchschnitt<br />
die anaerobe Schwelle im Tal bei 169,6 W (± 36,3), in mittlerer Höhe bei<br />
155,2 W (± 35,0; p < 0,006) und in großer Höhe schon bei 114,0 W (± 24,0).<br />
Die niedrige Leistung in großer Höhe ist eine hoch signifikante Abweichung<br />
gegenüber <strong>der</strong> Leistung im Tal (p < 0,0007) wie auch in mittlerer Höhe<br />
(p < 0,0008). In letzterer besteht ein Abfall von 8,5 % gegenüber <strong>der</strong> Tallage.<br />
In großer Höhe handelt es sich um einen Abfall von 32,8 % im Vergleich <strong>zur</strong><br />
Tallage und 26,5 % gegenüber mittlerer Höhe. Bei einem Aufstieg in mittlere<br />
Höhe kommt es somit zu einem Abfall <strong>der</strong> anaeroben Schwelle um 4,8 W<br />
bzw. 2,8 % pro 1000 hm (bzw. nach dem Schwellenhöhenkonzept von<br />
5,7 % / 1000 hm). Steigt man von mittlerer Höhe weiter auf bis zu großer<br />
Höhe, so kommt es zu einem Abfall von 27,5 W bzw. 17,7 % pro 1000 hm.<br />
Bezüglich <strong>der</strong> Teilkollektive G1 und G2 bestand kein signifikanter<br />
Unterschied.<br />
Ebenso gab es zwischen den drei Messorten keinen signifikanten<br />
Unterschied hinsichtlich <strong>der</strong> Herzfrequenz, bei welcher die anaerobe<br />
Schwelle erreicht wird. Diese lag im Durchschnitt bei 149,2/min (± 13,6) im<br />
Tal, bei 151,5/min (± 14,4) in mittlerer Höhe und bei 151,1/min (± 18,4) in<br />
großer Höhe. Dies lässt sich für beide Teilkollektive G1 und G2 festlegen.<br />
Bezieht man die anaerobe Schwelle jedoch auf das Körpergewicht, so lässt<br />
sich eine hoch signifikante Abnahme in großer Höhe gegenüber Tallage als<br />
auch mittlerer Höhe feststellen. Im Tal lag die anaerobe Schwelle im Mittel<br />
noch bei 2,4 W/kg KG (± 0,57). In mittlerer Höhe betrug sie dann
3 Ergebnisse 35<br />
2,2 W/kg KG (± 0,61; p < 0,006) und in großer Höhe nur noch 1,6 W/kg KG<br />
(± 0,57; p < 0,0004). Dies entspricht einem Abfall von 0,07 W/kg KG bzw.<br />
2,8 % pro 1000 hm bei einem Aufstieg auf 3000 m Höhe ü.NN bzw. um<br />
5,6 % pro 1000 hm nach dem Schwellenhöhenkonzept. Bei einem weiteren<br />
Aufstieg von 3000 m ü.NN auf 4559 m ü.NN kommt es sogar zu einer<br />
Abnahme von 0,4 W/kg KG bzw. 18,2 % pro 1000 hm. Zwischen den<br />
Teilkollektiven G1 und G2 wurde kein signifikanter Unterschied festgestellt.<br />
Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO 2max ) des Kollektivs betrug im<br />
Durchschnitt 3502 ml/min (± 744) im Tal, 3170 ml/min (± 673; p < 0,03) in<br />
mittlerer Höhe und nur noch 2788 ml/min (± 594) in großer Höhe. Dies ist<br />
jeweils ein hoch signifikanter Unterschied bezogen auf Tallage und mittlere<br />
Höhe (p < 0,001 bzw. p < 0,004). Pro 1000 hm handelt es sich um einen<br />
Verlust von 111 ml/min bzw. 3,2 % beim Aufstieg in mittlere Höhe (bzw.<br />
6,3 % pro 1000 hm nach dem Schwellenhöhenkonzept) und um 254,7 ml/min<br />
bzw. 8,0 % bei einem weiteren Aufstieg von mittlerer in große Höhe.<br />
Ähnlich wie die VO 2max verhielt sich auch die maximale Sauerstoffaufnahme<br />
pro kg Körpergewicht (VO 2max /kg). Während sie im Tal noch durchschnittlich<br />
49,8 ml/min/kg (± 14,6) betrug, so erreichte das Kollektiv in mittlerer Höhe<br />
einen signifikant niedrigeren Wert von 44,9 ml/min/kg (p < 0,02), was einem<br />
Abfall von 9,8 % entspricht. In großer Höhe betrug die VO 2max /kg sogar nur<br />
noch 40,5 ml/min/kg (± 10,77; p < 0,009). Dabei handelt es sich in Bezug auf<br />
mittlere Höhe ebenfalls um einen Abfall von 9,8 %, gegenüber Tallage sogar<br />
um 18,7 %. Bezogen auf 1000 hm entspricht dies einem Abfall von<br />
1,6 ml/min/kg bzw. 3,3 % bei einem Aufstieg in mittlere Höhe (bzw. um<br />
6,6 % /1000 hm nach dem Schwellenhöhenkonzept) und bei einem weiteren<br />
Aufstieg in große Höhe von 2,9 ml/min/kg bzw. 6,5 %.<br />
Bei <strong>der</strong> maximalen Sauerstoffaufnahme pro Herzschlag (VO 2max /HF), welche<br />
im Mittel 21,1 ml/bpm (± 3,6) im Tal betrug, kam es in mittlerer Höhe zu<br />
keinem signifikanten Abfall. Dort betrug sie durchschnittlich 20,0 ml/bpm<br />
(± 5,8). In großer Höhe wurden dann nur noch 17,3 ml/bpm (± 3,6)<br />
gemessen, was sowohl in Bezug auf Tallage wie auch auf mittlere Höhe
3 Ergebnisse 36<br />
einem signifikanten Abfall entspricht (p < 0,01 bzw. p < 0,002). Während <strong>der</strong><br />
Abfall bei Aufstieg in mittlere Höhe nur 0,4 ml/bpm bzw. 1,7 % (nach dem<br />
Schwellenhöhenkonzept 3,5 %) pro 1000 hm entspricht, so beträgt dieser bei<br />
weiterem Aufstieg in große Höhe 1,8 ml/bpm bzw. 9 % pro 1000 hm. Dabei<br />
gab es we<strong>der</strong> bei <strong>der</strong> VO 2max noch bei <strong>der</strong> VO 2max /kg o<strong>der</strong> <strong>der</strong> VO 2max /HF<br />
einen signifikanten Unterschied zwischen den beiden Teilkollektiven G1 und<br />
G2.<br />
Bei den Messungen <strong>der</strong> maximalen Atemfrequenz (RF max ) und des<br />
maximalen Atemminutenvolumens (VE max ) wurden we<strong>der</strong> zwischen den<br />
beiden Teilkollektiven G1 und G2 noch zwischen den drei Messorten<br />
signifikante Unterschiede festgestellt. RF max betrug durchschnittlich im Tal<br />
48,1/min (± 6,4), in mittlerer Höhe 50,6/min (± 7,7) und in großer Höhe<br />
49,2/min (± 6,4). Die maximalen Atemvolumina betrugen im Mittel 128,4 l/min<br />
(± 27,0) im Tal, 129,4 l/min (± 27,1) in mittlerer Höhe und 121,2 l/min (± 25,0)<br />
in großer Höhe.<br />
Hingegen kam es beim Atemminutenvolumen in Ruhe (VE Ruhe ) zu hoch<br />
signifikanten Steigerungen in mittlerer und großer Höhe im Vergleich zu den<br />
Talwerten. Während das VE Ruhe im Tal 14,7 l/min (± 3,9) betrug, stieg es in<br />
mittlerer Höhe auf 20,9 l/min (± 10,5; p < 0,002) und in großer Höhe auf<br />
20,7 l/min (± 5,7; p < 0,01) an. Zwischen den Werten aus mittlerer und<br />
großer Höhe sowie zwischen den beiden Teilkollektiven G1 und G2 gab es<br />
keine signifikanten Unterschiede.<br />
Wie erwartet nahm die Sauerstoffsättigung in Ruhe (SaO 2Ruhe ) mit steigen<strong>der</strong><br />
Höhe ab. Im Tal betrug sie bei unserem Kollektiv durchschnittlich 96,2 %<br />
(94,6 – 97,2). Mit dem Aufstieg auf 3000 m ü.NN betrug sie nur noch 90,9 %<br />
(88,3 – 93,4; p < 0,0005) und fiel bei Erreichen <strong>der</strong> großen Höhe auf 81,8 %<br />
(77,4 – 89,0) ab. Dies ist als eine hoch signifikante Abweichung gegenüber<br />
den Werten aus Tallage (p < 0,0008) und denen aus mittlerer Höhe<br />
(p < 0,0009) anzusehen. Berechnet man diese Verän<strong>der</strong>ungen pro 1000 hm,<br />
so ergibt sich für den Aufstieg in mittlere Höhe ein Abfall <strong>der</strong> SaO 2Ruhe um<br />
1,8 % bzw. nach dem Schwellenhöhenkonzept um 3,7 %. Während eines
3 Ergebnisse 37<br />
weiteren Aufstieges in große Höhe kommt es sogar zu einem Abfall von<br />
6,7 % pro 1000 hm. Bei diesem Parameter zeigte das Teilkollektiv G1<br />
signifikant geringere Werte in Tallage als das Teilkollektiv G2 (p < 0,02). Dies<br />
war jedoch an den beiden an<strong>der</strong>en Messorten nicht <strong>der</strong> Fall.<br />
Bei <strong>der</strong> Sauerstoffsättigung unter maximaler Belastung (SaO 2maxBel ) kam es<br />
bereits bei den Talwerten zu signifikanten Abweichungen gegenüber den<br />
Ruhewerten in Tallage. Während die SaO 2maxBel hier noch stabile Werte von<br />
94,3 % (91,9 – 96,1) lieferte, betrug sie in mittlerer Höhe bereits nur noch<br />
82,4 % (52,0 – 92,0). Dies ist ein sowohl bezüglich <strong>der</strong> Talwerte wie auch<br />
bezüglich <strong>der</strong> Ruhewerte aus mittlerer Höhe hoch signifikanter Unterschied<br />
(p < 0,0005 bzw. p < 0,0006). Das gleiche konnte mit noch extremeren<br />
Werten in großer Höhe beobachtet werden. Hier betrug die durchschnittliche<br />
SaO 2maxBel noch 66,6 % (32,4 – 82,4), was einen hoch signifikanten Abfall<br />
gegenüber den Werten aus mittlerer Höhe (p < 0,0008) sowie gegenüber den<br />
Ruhewerten aus gleicher Höhe (p < 0,0009) bedeutet. Umgerechnet kommt<br />
es somit pro 1000 hm zu einem Abfall <strong>der</strong> Sauerstoffsättigung unter<br />
maximaler Belastung von 4,2 % (bzw. 8,4 % nach dem Schwellenhöhenkonzept)<br />
beim Aufsuchen mittlerer Höhe und 12,8 % bei einem weiteren<br />
Aufstieg in große Höhe. Diesmal lieferte das Teilkollektiv G1 in mittlerer Höhe<br />
signifikant geringere Werte als das Teilkollektiv G2. An den beiden übrigen<br />
Messorten gab es wie<strong>der</strong>um keine bedeutenden Unterschiede.<br />
Zu beachten ist bei diesem Parameter die große interindividuelle Streuung<br />
<strong>der</strong> Belastungswerte. Im Tal liegt diese Spannweite bereits bei 4,2 %. Mit<br />
steigen<strong>der</strong> Höhe nimmt diese jedoch enorm zu und erreicht in mittlerer Höhe<br />
39,8 % und in großer Höhe sogar 50,0 %. Die intraindividuellen Streuungen<br />
sind jedoch gering, denn die Probanden, die in mittlerer Höhe die niedrigsten<br />
Werte aufwiesen, wichen auch in großer Höhe am meisten vom Mittel ab.<br />
Umgekehrt hatten die Probanden mit hohen Sättigungswerten in mittlerer<br />
Höhe eben solche auch in großer Höhe.<br />
Der Sauerstoffpartialdruck in Ruhe (pO 2Ruhe ) zeigte in Tallage eine große<br />
Streuung (55,9 – 90,8), was wahrscheinlich an einer Verteilungsstörung bei
3 Ergebnisse 38<br />
einzelnen Probanden lag, da sich die Spannweite bereits bei einer Belastung<br />
von 40 W regulierte. Im Durchschnitt lag <strong>der</strong> pO 2Ruhe bei 82,7 mmHg. In<br />
3000 m Höhe ü.NN fiel er um 26,5 % auf 60,8 mmHg (p < 0,0006) und in<br />
großer Höhe kam es zu einem weiteren Abfall von 22,5 % auf 47,1 mmHg<br />
(p < 0,0009). Dies entspricht einem Absinken des pO 2Ruhe von 7,3 mmHg<br />
bzw. 8,8 % pro 1000 hm beim Aufstieg in mittlere Höhe (17,7 % nach dem<br />
Schwellenhöhenkonzept) und 9,1 mmHg bzw. 15,0 % pro 1000 hm bei einem<br />
Aufstieg von mittlerer auf große Höhe. Hierbei wurden für das Teilkollektiv<br />
G1 signifikant niedrigere Werte in Tallage gemessen gegenüber dem<br />
Teilkollektiv G2.<br />
Beim Sauerstoffpartialdruck unter maximaler Belastung (pO 2maxBel ) lässt sich<br />
ein ähnlicher Effekt in Bezug auf den pO 2Ruhe darstellen wie zuvor bereits bei<br />
dem Vergleich <strong>der</strong> SaO 2Ruhe und SaO 2maxBel . Im Tal lagen die Werte des<br />
Kollektivs im Durchschnitt bei 78,8 mmHg (67,4 – 86,1). Dies ist bereits ein<br />
signifikanter Unterschied zu den vergleichenden Ruhewerten (p < 0,04). In<br />
mittlerer und großer Höhe kommt es sogar zu hoch signifikanten<br />
Abweichungen gegenüber den jeweiligen Ruhewerten (p < 0,0005 bzw.<br />
p < 0,0007). In mittlerer Höhe betrugen die durchschnittlichen Werte noch<br />
50,1 mmHg (35,4 – 62,6) und in großer Höhe sogar nur noch 38,2 mmHg<br />
(27,6 – 48,0). Rechnet man dies nun auf 1000 hm um, so kommt es bei<br />
einem Aufstieg in mittlere Höhe zu einem Abfall des pO 2maxBel um 9,6 mmHg<br />
bzw. 12,1 % (bzw. 24,3 % nach dem Schwellenhöhenkonzept). Ein weiterer<br />
Aufstieg von mittlerer Höhe auf große Höhe bedeutet ein Absinken um<br />
7,9 mmHg bzw. 15,8 % pro 1000 hm. Hier wie<strong>der</strong>um zeigte das Teilkollektiv<br />
G1 signifikant geringere Werte in mittlerer Höhe als das Teilkollektiv G2,<br />
nicht jedoch in den übrigen Höhen.<br />
In Abbildung 13 ist die Korrelation zwischen <strong>der</strong> <strong>subjektiven</strong><br />
Belastungseinschätzung mit <strong>der</strong> tatsächlichen Leistung in Watt anhand <strong>der</strong><br />
Daten von Versuchsperson 13 in Tallage dargestellt. Mit zunehmen<strong>der</strong><br />
erbrachter Leistung steigt auch das subjektive Belastungsempfinden<br />
kontinuierlich an. Bei 40 W gab <strong>der</strong> Proband einen <strong>Borg</strong>-Wert von 7 an.<br />
Dieser betrug bei 120 W bereits 13 und steigerte sich bis auf 17 bei einer
3 Ergebnisse 39<br />
Leistung von 240 W. Danach hat <strong>der</strong> Proband den Versuch in Tallage<br />
beendet. Es ist gut zu erkennen, dass sich abgesehen von dem<br />
Ausgangswert alle Werte innerhalb des 95 %-Konfidenzintervalls befinden.<br />
Abbildung 13: Korrelation zwischen <strong>der</strong> <strong>subjektiven</strong> Belastungseinschätzung<br />
(<strong>Borg</strong>wert) und <strong>der</strong> Leistung (Watt) in Tallage. Hier als repräsentatives<br />
Beispiel die Werte von VP 13.<br />
In Abbildung 14 sieht man einen Vergleich <strong>der</strong> drei Höhen Tallage (blau),<br />
mittlere Höhe (schwarz) und große Höhe (rot). Dabei werden je Höhe die<br />
Mittelwerte des <strong>subjektiven</strong> Belastungsempfindens aller Probanden pro<br />
Leistungsstufe dargestellt. Wie bereits in <strong>der</strong> vorangehenden Abbildung<br />
beschrieben, zeigt sich auch hier ein kontinuierlicher Anstieg <strong>der</strong> genannten<br />
<strong>Borg</strong>-Werte mit zunehmen<strong>der</strong> Leistung. Dabei gibt es zwischen den drei<br />
Kurvenverläufen <strong>der</strong> drei Höhen keinen signifikanten Unterschied. Es wird<br />
deutlich, dass das subjektive Belastungsempfinden in großer Höhe bei allen<br />
Leistungsstufen etwas erhöht ist, <strong>der</strong> Kurvenverlauf an sich jedoch dem <strong>der</strong><br />
beiden niedrigeren Höhen entspricht.
<strong>Borg</strong>-Wert<br />
3 Ergebnisse 40<br />
20<br />
18<br />
16<br />
14<br />
12<br />
10<br />
8<br />
Tal<br />
mittlere Höhe<br />
große Höhe<br />
6<br />
0 40 80 120 160 200 240 280 320 360 400<br />
Leistung [W]<br />
Abbildung 14: Korrelationen zwischen den Mittelwerten <strong>der</strong> <strong>subjektiven</strong><br />
Belastungseinschätzungen (<strong>Borg</strong>-Werte) und <strong>der</strong> Leistung (W) in<br />
Tallage, mittlerer Höhe und großer Höhe<br />
Exemplarisch werden hier die Leistungsstufen 40 W, 120 W und 200 W in<br />
den drei unterschiedlichen Höhen miteinan<strong>der</strong> verglichen. Bei 40 W lag <strong>der</strong><br />
durchschnittliche <strong>Borg</strong>-Wert in Tallage bei 8 (7 – 11). In mittlerer Höhe betrug<br />
er im Mittel 8,06 (7 – 11) und in großer Höhe 8,67 (7 – 11). Letzterer<br />
entspricht einem Anstieg um 8,4 % gegenüber Tallage und 7,6 % gegenüber<br />
mittlerer Höhe. Der Anstieg von Tallage auf mittlere Höhe betrug 0,8 %.<br />
Bezogen auf 1000 hm bedeutet dies einen Anstieg des <strong>subjektiven</strong><br />
Belastungsempfindens von 0,3 % beim Aufsuchen mittlerer Höhe (bzw.<br />
0,5 % nach dem Schwellenhöhenkonzept). Bei einem weiteren Aufstieg in<br />
große Höhe beträgt <strong>der</strong> Anstieg 5,1 % pro 1000 hm.<br />
Bei 120 W gaben die Probanden in Tallage im Mittel einen <strong>Borg</strong>-Wert von<br />
12,56 (11 – 15) an. Dieser steigerte sich in mittlerer Höhe nur minimal auf<br />
12,94 (10 – 15) und erreichte in großer Höhe ein Mittel von 13,93 (10 – 17).<br />
Dies bedeutet einen Anstieg von Tallage gegenüber mittlerer Höhe um 3,0 %<br />
und gegenüber großer Höhe um 10,9 %. Der Anstieg von mittlerer auf große<br />
Höhe beträgt dabei 7,7 %. Umgerechnet auf 1000 hm kommt es somit zu<br />
einem Anstieg des <strong>subjektiven</strong> Belastungsempfindens um 1,0 % pro
3 Ergebnisse 41<br />
1000 hm beim Aufstieg von Tallage auf mittlere Höhe (bzw. um 2,0 % nach<br />
dem Schwellenhöhenkonzept). Während des weiteren Aufstiegs in große<br />
Höhe beträgt die Zunahme <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-Werte 5,1 % pro 1000 hm.<br />
In Bezug auf eine erbrachte Leistung von 200 W betrugen die <strong>Borg</strong>-Werte in<br />
Tallage durchschnittlich 15,93 (14 – 18), in mittlerer Höhe 16,13 (13 – 19)<br />
und in großer Höhe 16,58 (13 – 19). Dies entspricht einem Anstieg um 1,3 %<br />
bei einem Aufstieg von Tallage auf mittlere Höhe bzw. um 2,8 % bei einem<br />
weiteren Aufstieg in große Höhe. Der Anstieg von Tallage bezogen auf große<br />
Höhe beträgt dabei 4,1 %. Dies wie<strong>der</strong>um bedeutet pro 1000 hm einen<br />
Anstieg des <strong>subjektiven</strong> Belastungsempfindens um 0,4 % beim Aufstieg in<br />
mittlere Höhe (bzw. 0,8 % nach dem Schwellenhöhenkonzept) und 1,9 % pro<br />
1000 hm beim Aufsuchen großer Höhe aus mittlerer Höhe.<br />
3.3 Statistische Überprüfung <strong>der</strong> Fragestellungen<br />
1986 entwickelten Bland und Altman die nach ihnen benannten Bland-<br />
Altman-Plots, welche <strong>der</strong> Überprüfung neuer Messmethoden dienen (Bland &<br />
Altman 1986). Durch diese Art <strong>der</strong> Darstellung <strong>der</strong> ermittelten Daten<br />
entkommt man <strong>der</strong> Ungenauigkeit des Korrelationskoeffizienten r bei dem<br />
Vergleich zweier indirekter Messmethoden. Ein hoher Korrelationskoeffizient<br />
bedeutet nämlich lediglich, dass die beiden untersuchten Variablen stark<br />
miteinan<strong>der</strong> in Beziehung stehen, nicht aber, dass sie auch übereinstimmen.<br />
Eine weitestgehende Übereinstimmung ist jedoch die notwendige<br />
Voraussetzung, um eine etablierte Messmethode durch eine neue zu<br />
ersetzen. In dieser Arbeit geht es zwar nicht um die Einführung einer neuen<br />
Messmethode, jedoch können die gemessenen <strong>Borg</strong>werte in <strong>der</strong> Höhe als<br />
eine solche angesehen werden. Bislang war nur bekannt, dass die subjektive<br />
Belastungseinschätzung anhand <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> im Tal valide und<br />
reproduzierbare Ergebnisse liefert. Es stellte sich nun die Frage, ob dies in<br />
mittlerer und großer Höhe ebenso <strong>der</strong> Fall ist. Dazu wurden anhand von<br />
Bland-Altman-Plots die Werte aus jeweils zwei unterschiedlichen Höhen<br />
miteinan<strong>der</strong> verglichen. In diesen Boxplots werden dazu auf <strong>der</strong> x-Achse die
3 Ergebnisse 42<br />
intraindividuellen Mittelwerte zweier Messwerte dargestellt. Auf <strong>der</strong> y-Achse<br />
werden die Messwert-Differenzen aufgezeigt. Als nächstes trägt man den<br />
Mittelwert <strong>der</strong> Messwert-Differenzen ein. Da man in diesem Fall von<br />
normalverteilten Messfehlern ausgehen kann, werden die Grenzlinien<br />
anhand <strong>der</strong> 1,96-fachen Standardabweichung <strong>der</strong> Differenzen ermittelt.<br />
Diese so genannten limits of agreement werden dann ebenfalls auf <strong>der</strong> y-<br />
Achse entsprechend des zuvor errechneten Mittelwertes aufgetragen. Etwa<br />
95 % aller gemessenen Werte sollten innerhalb dieser Grenzen liegen, um<br />
die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> auch in <strong>der</strong> Höhe als eine zuverlässige Methode <strong>zur</strong><br />
<strong>subjektiven</strong> Belastungseinschätzung ansehen zu können. Zur besseren<br />
Übersicht sind an dieser Stelle drei Boxplots mit den Vergleichen von Tallage<br />
und mittlerer Höhe, Tallage und großer Höhe sowie mittlerer Höhe und<br />
großer Höhe aufgeführt. Die einzelnen Grafiken enthalten dabei die<br />
Darstellung aller gemessenen Leistungsstufen.<br />
Im ersten Bland-Altman-Plot (Abbildung 15) wird <strong>der</strong> Vergleich aller<br />
Messwerte aus Tallage und mittlerer Höhe graphisch dargestellt. Auf den<br />
ersten Blick kann man gleich erkennen, dass die meisten Messwerte eng bei<br />
einan<strong>der</strong> liegen. Lediglich zwei Werte können als Ausreißer betrachtet<br />
werden und zwei weitere liegen, wenn auch nur knapp, ebenfalls außerhalb<br />
<strong>der</strong> limits of agreement. Der Mittelwert <strong>der</strong> Messwert-Differenzen liegt bei<br />
-0,1, die dazu entsprechenden limits of agreement betragen +3,3 und -3,6.<br />
Die Tatsache, dass die Werte eng am Mittelwert von -0,1 liegen zeigt, dass<br />
die subjektive Belastung <strong>der</strong> Probanden in mittlerer Höhe nicht wesentlich<br />
größer war als in Tallage bei <strong>der</strong> gleichen Leistung. Die Werte oberhalb des<br />
Mittelwertes zeigen Konstellationen, bei denen <strong>der</strong> jeweilige Proband die<br />
erbrachte Leistung in Tallage als anstrengen<strong>der</strong> empfunden hat als in<br />
mittlerer Höhe. Bei den Werten unterhalb des Mittelwertes ist es genau<br />
an<strong>der</strong>s herum. Da die Differenzen eher gering sind, lässt sich dies am<br />
ehesten durch unterschiedliche persönliche Tagesformen als durch den<br />
Einfluss <strong>der</strong> Höhe erklären. Eine Versuchsperson war bei 80 W entwe<strong>der</strong> in<br />
Tallage sehr schnell erschöpft o<strong>der</strong> kam am Messtag in mittlerer Höhe sehr<br />
gut <strong>zur</strong>echt, so dass diese große Differenz <strong>der</strong> Messwerte zustande
3 Ergebnisse 43<br />
gekommen ist. Bei einer weiteren Versuchsperson ist genau das Gegenteil<br />
<strong>der</strong> Fall: hier lag bei 160 W in mittlerer Höhe eine wesentlich größere<br />
subjektive Belastung vor als in Tallage. Da ansonsten alle Werte den<br />
Vorgaben entsprechen, kann man bereits hier sehen, dass die <strong>Borg</strong> <strong>Skala</strong><br />
auch in mittlerer Höhe anwendbar ist.<br />
Abbildung 15: Korrelationsvergleich <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>werte zwischen Tallage und mittlerer<br />
Höhe (3000 m ü.NN)<br />
Die zweite Graphik (Abbildung 16) vergleicht nun die RPE-Werte zwischen<br />
Tallage und großer Höhe und beinhaltet demnach die größte Höhendifferenz.<br />
Der Mittelwert liegt hier bei -0,9 und die dazu gehörigen limits of agreement<br />
bei +3,7 sowie -5,5. Man erkennt, dass die einzelnen Werte hier etwas weiter<br />
gestreut liegen. Dies spiegelt eine stärkere Variabilität des <strong>subjektiven</strong><br />
Belastungsempfindens in den doch sehr unterschiedlichen Höhen wie<strong>der</strong>. Bis<br />
auf zwei befinden sich jedoch alle Werte innerhalb <strong>der</strong> limits of agreement,<br />
so dass auch hier die Vorgaben erfüllt sind. Außerdem lassen sich in dieser<br />
Graphik die einzelnen Belastungsstufen deutlich voneinan<strong>der</strong> abgrenzen.<br />
Man erkennt, wie mit zunehmen<strong>der</strong> Leistung auch das subjektive
3 Ergebnisse 44<br />
Belastungsempfinden gestiegen ist. Zudem liegen wesentlich mehr Werte<br />
unterhalb des Mittelwertes, was zeigt, dass für die meisten Probanden die<br />
gleiche Belastung in großer Höhe als etwas anstrengen<strong>der</strong> empfunden<br />
wurde als in Tallage. Die beiden Werte außerhalb <strong>der</strong> limits of agreement<br />
entsprechen den beiden zuvor beschriebenen Ausreißern und haben<br />
demnach keinen Einfluss auf die Deutung <strong>der</strong> ansonsten eindeutigen<br />
Ergebnisse.<br />
Abbildung 16: Korrelationsvergleich <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>werte zwischen Tallage und großer<br />
Höhe (4559 m ü.NN)<br />
Zuletzt werden die <strong>Borg</strong>werte zwischen mittlerer und großer Höhe<br />
miteinan<strong>der</strong> verglichen und in Abbildung 17 dargestellt. Es fällt direkt auf,<br />
dass alle Werte sehr eng bei einan<strong>der</strong> liegen. Der Mittelwert befindet sich bei<br />
-0,8, was wie<strong>der</strong>um bedeutet, dass generell die Belastung in großer Höhe als<br />
etwas anstrengen<strong>der</strong> empfunden wird als in mittlerer Höhe. Dennoch liegen<br />
die limits of agreement in diesem Vergleich sehr eng, nämlich bei +2,4 und<br />
-3,9. Dies zeigt, dass die Differenz des <strong>subjektiven</strong> Belastungsempfindens<br />
zwischen diesen beiden Höhen nicht so groß ist wie zwischen Tallage und
3 Ergebnisse 45<br />
größer Höhe. Zwei Werte liegen knapp oberhalb, alle an<strong>der</strong>en Werte<br />
innerhalb <strong>der</strong> limits of agreement, wodurch auch in diesen kritischen Höhen<br />
alle Vorgaben erfüllt sind. Die beiden Ausreißer <strong>der</strong> vorherigen Vergleiche<br />
sind hier nicht zu sehen, so dass man davon ausgehen kann, dass eine<br />
Versuchsperson in Tallage bei 80 W ein sehr starkes Belastungsempfinden<br />
hatte und eine Versuchsperson eine Leistung von 160 W in Tallage als nicht<br />
sehr anstrengend empfunden hat. Dies kann wie bereits beschrieben an<br />
einzelnen Tagesformen und körperlichem Befinden liegen.<br />
Abbildung 17: Korrelationsvergleich <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>werte zwischen mittlerer Höhe<br />
(3000 m ü.NN) und großer Höhe (4559 m ü.NN)<br />
Die drei folgenden Tabellen (Tabelle 8, Tabelle 9, Tabelle 10) geben noch<br />
einmal einen detaillierten Überblick <strong>der</strong> drei Vergleiche zwischen den<br />
unterschiedlichen Höhen. Pro Tabelle werden wie bei den Bland-Altman-<br />
Plots die <strong>Borg</strong>werte zweier Höhen mit einan<strong>der</strong> verglichen. Jede Zeile gibt<br />
dabei die Daten für eine Leistungsstufe an. Man sieht wie viele Probanden<br />
an <strong>der</strong> jeweiligen Leistungsstufe teilgenommen haben du erkennt außerdem<br />
zu den jeweiligen <strong>Borg</strong>werten die Mittelwerte, die Standardabweichungen,
3 Ergebnisse 46<br />
den p-Wert des T-Tests, das 95 %-Konfidenzintervall sowie den p-Wert zum<br />
Maloney-Rastogi-Test.<br />
Tabelle 8:<br />
Tal vs. mittlere Höhe (3000 m ü.NN)<br />
N<br />
T-Test:<br />
p-Wert<br />
Belastung<br />
Mittelwert<br />
Standardabweichung<br />
95%-<br />
Konfidenzintervall<br />
MR-Test:<br />
p-Wert<br />
40 16 -0,063 1,3889 0,8596 [-0,803; 0,6776] 0,9298<br />
80 16 1 2,5033 0,1309 [-0,334; 2,3339] 0,0022<br />
120 16 -0,375 1,0878 0,1881 [-0,955; 0,2047] 0,5212<br />
160 16 -0,688 2,6763 0,3205 [-2,114; 0,7386] 0,0009<br />
200 15 -0,133 0,9904 0,6102 [-0,682; 0,4151] 0,2234<br />
240 13 0 0,8165 1,0000 [-0,493; 0,4934] 0,5495<br />
280 8 -0,875 0,991 0,0412 [-1,704; -0,046] 0,7534<br />
320 3 -1 1,7321 0,4226 [-5,303; 3,3027] 1,0000<br />
360 1 0 - - - -<br />
400 0 - - - - -
3 Ergebnisse 47<br />
Tabelle 9:<br />
Tal vs. große Höhe (4559 m ü.NN)<br />
N<br />
T-Test:<br />
p-Wert<br />
Belastung<br />
Mittelwert<br />
Standardabweichung<br />
95%-<br />
Konfidenzintervall<br />
MR-Test:<br />
p-Wert<br />
40 15 -0,6 2,0633 0,2790 [-1,743; 0,5426] 0,2712<br />
80 15 0,1333 2,5598 0,8430 [-1,284; 1,5509] 0,0632<br />
120 15 -1,267 1,8696 0,0200 [-2,302; -0,231] 0,1759<br />
160 14 -1,857 3,4609 0,0659 [-3,855; 0,1411] 0,0515<br />
200 11 -0,818 1,9909 0,2028 [-2,156; 0,5193] 0,2170<br />
240 7 -0,714 1,2536 0,1824 [-1,874; 0,4451] 0,9560<br />
280 3 -1,333 0,5774 0,0572 [-2,768; 0,1009]
3 Ergebnisse 48<br />
Neben <strong>der</strong> Berechnung des Parameters mit dem größten Einfluss auf den<br />
<strong>Borg</strong>-Wert, wurden außerdem jeweils paarweise Interklass-<br />
Korrelationskoeffizienten berechnet, um die Korrelationen <strong>der</strong> Parameterwerte<br />
untereinan<strong>der</strong> vergleichen zu können (Tabelle 11).<br />
Betrachtet man die Korrelationen des systolischen Blutdrucks, welcher an<br />
sich den größten Einfluss auf den <strong>Borg</strong>-Wert hat, so sieht man, dass dieser<br />
hohe Korrelationen mit dem Puls (0,87), <strong>der</strong> Herzfrequenz HR (0,86), dem<br />
Tidalvolumen VT (0,86), <strong>der</strong> Ventilation VE (0,88), <strong>der</strong> Sauerstoffaufnahme<br />
VO 2 (0,84) sowie <strong>der</strong> Kohlendioxidabatmung VCO 2 (0,86) aufweist. Diese<br />
hohen Korrelationen waren zu erwarten, stellt man sich einmal den Körper<br />
unter Belastung vor. Dabei steigen parallel zum RR <strong>der</strong> Puls und die<br />
Herzfrequenz an und die Atmung wird vermehrt beansprucht um ausreichend<br />
Sauerstoff <strong>zur</strong> Verfügung zu stellen und das ansteigende CO 2 adäquat<br />
abzuatmen. Ein Anstieg lediglich einer dieser Parameter unter den<br />
gegebenen Bedingungen ist dabei physiologisch nicht denkbar.<br />
Die höchste Korrelation von 1,00 findet man im Vergleich von Puls und<br />
Herzfrequenz. Auf Grund <strong>der</strong> Voraussetzung, dass lediglich gesunde<br />
Probanden ohne kardio-pulmonale Vorerkrankungen an <strong>der</strong> Studie<br />
teilnehmen durften, war auch dieses Ergebnis zu erwarten.<br />
Da <strong>der</strong> Puls wie bereits beschrieben eng mit dem systolischen RR in<br />
Verbindung steht, findet man hier Parallelen in den hohen Korrelationen mit<br />
den Atemparametern VT (0,87), VE (0,90), VO 2 (0,95) sowie VCO 2 (0,94).<br />
Eine steigende Belastung führt neben einem Anstieg <strong>der</strong> Atemarbeit zudem<br />
zu einem Anstieg des Laktat. Dies spiegelt sich in <strong>der</strong> hohen Korrelation von<br />
0,89 <strong>der</strong> beiden Parameter untereinan<strong>der</strong> wie<strong>der</strong>.<br />
Die gesamten Ergebnisse <strong>der</strong> Berechnungen sind in <strong>der</strong> folgenden Tabelle<br />
(Tabelle 11) aufgeführt.
3 Ergebnisse 49<br />
Tabelle 11: Korrelationen<br />
VO2/<br />
HR<br />
0,76<br />
0,65<br />
0,68<br />
-0,16<br />
0,02<br />
0,60<br />
0,86<br />
0,83<br />
0,92<br />
0,87<br />
-0,24<br />
-0,33<br />
0,88<br />
0,75<br />
0,22<br />
0,31<br />
0,74<br />
HR<br />
1,00<br />
0,79<br />
0,86<br />
-0,22<br />
-0,07<br />
0,75<br />
0,86<br />
0,89<br />
0,94<br />
0,94<br />
0,09<br />
-0,02<br />
0,92<br />
0,86<br />
0,57<br />
-0,01<br />
-<br />
FeCO2<br />
0,00<br />
-0,12<br />
0,18<br />
-0,12<br />
-0,21<br />
-0,20<br />
0,07<br />
-0,10<br />
0,14<br />
0,06<br />
-0,79<br />
-0,75<br />
0,16<br />
0,09<br />
-0,77<br />
-<br />
FeO2<br />
0,56<br />
0,59<br />
0,27<br />
-0,01<br />
0,17<br />
0,68<br />
0,44<br />
0,64<br />
0,43<br />
0,52<br />
0,64<br />
0,53<br />
0,44<br />
0,55<br />
-<br />
R<br />
0,86<br />
0,84<br />
0,73<br />
-0,12<br />
0,07<br />
0,86<br />
0,75<br />
0,90<br />
0,86<br />
0,91<br />
-0,12<br />
-0,25<br />
0,89<br />
-<br />
VO2/<br />
Kg<br />
0,92<br />
0,79<br />
0,79<br />
-0,17<br />
-0,06<br />
0,76<br />
0,85<br />
0,90<br />
0,96<br />
0,96<br />
-0,12<br />
-0,22<br />
-<br />
VE/<br />
VCO2<br />
-0,04<br />
-0,06<br />
-0,00<br />
-0,05<br />
-0,03<br />
-0,09<br />
-0,04<br />
-0,06<br />
-0,18<br />
-0,15<br />
0,99<br />
-<br />
VE/<br />
VO2<br />
0,07<br />
0,06<br />
0,04<br />
-0,05<br />
-0,00<br />
0,04<br />
0,06<br />
0,07<br />
-0,08<br />
-0,03<br />
-<br />
VCO2<br />
0,94<br />
0,85<br />
0,86<br />
-0,17<br />
0,01<br />
0,79<br />
0,89<br />
0,96<br />
0,98<br />
-<br />
VO2<br />
0,95<br />
0,79<br />
0,84<br />
-0,18<br />
-0,02<br />
0,72<br />
0,92<br />
0,93<br />
-<br />
VE<br />
0,90<br />
0,89<br />
0,88<br />
-0,12<br />
0,12<br />
0,86<br />
0,88<br />
-<br />
VT<br />
0,87<br />
0,72<br />
0,86<br />
-0,20<br />
-0,06<br />
0,53<br />
-<br />
Rf<br />
0,75<br />
0,83<br />
0,49<br />
-0,07<br />
0,21<br />
-<br />
pO2<br />
-0,06<br />
0,19<br />
-0,32<br />
0,22<br />
-<br />
sO2<br />
-0,21<br />
-0,12<br />
-0,31<br />
-<br />
RR<br />
sys<br />
0,87<br />
0,80<br />
-<br />
Laktat<br />
0,80<br />
-<br />
Puls<br />
Laktat<br />
Rrsys<br />
sO2<br />
pO2<br />
Rf<br />
VT<br />
VE<br />
VO2<br />
VCO2<br />
VE/ VO2<br />
VE/VCO2<br />
VO2/Kg<br />
R<br />
FeO2<br />
FeCO2<br />
HR
4 Diskussion 50<br />
4 Diskussion<br />
Das von <strong>Borg</strong> und Dahlström bereits in den 1950er Jahren entwickelte<br />
Konzept zum <strong>subjektiven</strong> Anstrengungsempfinden entwickelte sich im Laufe<br />
<strong>der</strong> Zeit fortweg bis <strong>zur</strong> heute verwendeten RPE-<strong>Skala</strong> nach <strong>Borg</strong> (<strong>Borg</strong><br />
1998). Dass die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> funktioniert und in den unterschiedlichsten<br />
Bereichen Eingang gefunden hat, ist bekannt. Ob sie jedoch auch in <strong>der</strong><br />
Höhe valide ist und welcher Parameter den größten Einfluss auf das<br />
subjektive Belastungsempfinden hat, wurde bislang noch nicht untersucht.<br />
Mit den Ergebnissen dieser Arbeit haben wir nun Antworten auf diese beiden<br />
Fragen. Anhand des repräsentativen Kollektivs konnten wir herausfinden,<br />
dass die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> mindestens bis in große Höhe (5000 m ü.NN) gültig ist.<br />
Außerdem wurde <strong>der</strong> systolische Blutdruck als Haupteinflussfaktor auf den<br />
genannten <strong>Borg</strong>-Wert, also als Hauptfaktor für das subjektive<br />
Belastungsempfinden, ermittelt.<br />
4.1 Die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in <strong>der</strong> Höhe<br />
Die Gruppe <strong>der</strong> 16 erfahrenen Bergsteiger stellt auf Grund <strong>der</strong> Alters- sowie<br />
Geschlechterverteilung ein für den Alpinismus repräsentatives Kollektiv dar.<br />
Wie in 3.1 aufgeführt, gibt es zahlreiche Parameter, die die Leistungsfähigkeit<br />
<strong>der</strong> Probanden sowie die Messungen beeinflussen können. Einen<br />
dieser Parameter, welcher zugleich schwer zu erfassen ist, stellt die<br />
Akklimatisation dar. In <strong>der</strong> Literatur findet man viele Studien, welche die<br />
Effekte einer Akklimatisation untersucht haben. So wurde unter an<strong>der</strong>em von<br />
Garcia et al. herausgefunden, dass ein längerfristiger Aufenthalt in <strong>der</strong> Höhe<br />
von mindestens fünf Tagen mit je zweistündiger normobarer Hypoxie zu<br />
einem Anstieg <strong>der</strong> Retikulozyten sowie <strong>der</strong> hypoxischen Atemantwort führt.<br />
In einer zweiten Studie wurde diesbezüglich die Zeitabhängigkeit <strong>der</strong><br />
unterschiedlichen Verän<strong>der</strong>ungen noch genauer untersucht. (Garcia et al.<br />
2000). Viele Arbeiten unterstützen diese Ergebnisse. Allen gemeinsam ist die
4 Diskussion 51<br />
Vorgabe <strong>der</strong> mehrtägigen, ununterbrochenen Höhenexposition im Gegensatz<br />
zu <strong>der</strong> vorliegenden Studie (Sutton et al. 1988, Stoneham & Pethybridge<br />
1993). Parallel tritt eine Ökonomisierung <strong>der</strong> Atmung ein (sog.<br />
„ventilatorische Akklimatisation“), welche über einen Zeitraum von 14 Tagen<br />
bei gleich bleiben<strong>der</strong> Höhe zu einem Anstieg <strong>der</strong> SaO 2 um immerhin 10 %<br />
führt (Ben<strong>der</strong> et al. 1989), wobei <strong>der</strong> überwiegende Teil <strong>der</strong> Verän<strong>der</strong>ungen<br />
innerhalb <strong>der</strong> ersten 2-3 Tage stattfindet. Diese Steigerung <strong>der</strong> Atmung wird<br />
durch eine gesteigerte Sensitivität <strong>der</strong> Chemorezeptoren im Glomus<br />
caroticum getriggert (Bisgard et al. 1986). Neben den bereits beschriebenen<br />
Effekten kommt es sodann auch zu einem Anstieg <strong>der</strong> Leistungsfähigkeit<br />
sowie einer Reduktion <strong>der</strong> Herzfrequenz. In Anbetracht <strong>der</strong> Vorgaben <strong>der</strong><br />
verbreiteten Literatur sowie den Ergebnissen <strong>der</strong> beiden Teilkollektive mit<br />
ihren unterschiedlichen Höhenprofilen kann man annehmen, dass es zu<br />
keinerlei Beeinflussung <strong>der</strong> Messdaten auf Grund von Akklimatisation<br />
gekommen ist. Das wäre auch auf Grund <strong>der</strong> extrem kurzen Exposition des<br />
Kollektivs und des passiven Transportes zu den Messorten per Helikopter<br />
nicht zu erwarten.<br />
Hinsichtlich des Klimas kam es ebenso zu keinerlei Beeinträchtigung <strong>der</strong><br />
Leistungsfähigkeit <strong>der</strong> Probanden (Oksa & Rintamaki 1995, Rintamaki et al.<br />
1995). Sowohl an den warmen Tagen während <strong>der</strong> Talmessungen als auch<br />
den kalten Tagen in <strong>der</strong> Höhe gaben sie stets subjektives Wohlbefinden an,<br />
welches durch adäquate Flüssigkeitsaufnahme sowie entsprechende<br />
Kleidung unterstützt wurde.<br />
Zur gesundheitlichen Überwachung <strong>der</strong> Probanden in <strong>der</strong> Höhe sowie <strong>zur</strong><br />
Sicherung <strong>der</strong> Messergebnisse wurden mittels Selbsteinschätzungen AMS-<br />
Scores erhoben. Wie in 3.1 beschrieben, kam es im vorliegenden Kollektiv<br />
lediglich zu einem Vollbild <strong>der</strong> AMS mit einem daraus resultierenden Ausfall<br />
<strong>der</strong> Versuchsperson in großer Höhe. Dass eine AMS bei fehlen<strong>der</strong><br />
Akklimatisation und somit zu schnellem Aufstieg in die Höhe auftreten kann,<br />
wurde ebenso wie <strong>der</strong> Aspekt, dass sie sich über einen längeren Zeitraum<br />
entwickelt, bereits in diversen Studien untersucht (Johnson & Rock 1988,<br />
Oelz et al. 1992). Die geringe Erkrankungsrate in <strong>der</strong> vorliegenden Studie
4 Diskussion 52<br />
liegt vor allem an den Versuchsbedingungen. Im Gegensatz zu den Studien<br />
in <strong>der</strong> Literatur wurden hier die Untersuchungen unmittelbar nach Erreichen<br />
<strong>der</strong> Höhe durchgeführt, so dass die Zeit <strong>der</strong> Höhenexposition auf ein<br />
Minimum reduziert wurde. Außerdem wurde <strong>der</strong> Risikofaktor des aktiven<br />
Aufstiegs in die Höhe (Reeves et al. 1987) eliminiert, da die Probanden<br />
passiv mit einem Helikopter zu den Messorten geflogen wurden. Es kann<br />
also angenommen werden, dass es mit Ausnahme eines Probanden in<br />
großer Höhe zu keiner Beeinträchtigung <strong>der</strong> Messergebnisse auf Grund einer<br />
höhenbedingten Erkrankung gekommen ist.<br />
Diverse Medikamente wurden bislang auf ihren Einfluss auf leistungsphysiologische<br />
Parameter in <strong>der</strong> Höhe hin untersucht. Es ist gesichert, dass<br />
es sowohl leistungssteigernde als auch leistungssenkende Medikamente<br />
gibt. So wirkt sich zum Beispiel Nifedipin positiv auf die Druckbelastung im<br />
kleinen Kreislauf aus und wird somit im Rahmen des Höhenlungenödems<br />
eingesetzt (Oelz 1987). Als Negativbeispiel kann Acetazolamid erwähnt<br />
werden: zwar wirkt es atmungsstimulierend und sorgt dadurch für einen<br />
Anstieg des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (Cain & Dunn 1965), jedoch<br />
wurde herausgefunden, dass <strong>der</strong> Sauerstoffverbrauch in <strong>der</strong> Höhe bei<br />
gleicher Leistung erhöht ist (Hackett et al. 1985). Abgesehen von <strong>der</strong> einen<br />
Versuchsperson, welche in großer Höhe erkrankt ist und somit dort aus <strong>der</strong><br />
Messreihe ausschied, wurden keinerlei Medikamente von den Probanden<br />
eingenommen, womit eine Beeinflussung <strong>der</strong> Messergebnisse sowohl im<br />
positiven als auch im negativen Sinne ausgeschlossen ist.<br />
Die Flüssigkeits- und Nahrungsaufnahme in Verbindung mit dem jeweiligen<br />
Körpergewicht des Probanden sowie <strong>der</strong> HKT stellen weitere Faktoren dar,<br />
die die Leistungsfähigkeit beeinflussen können. Somit hatten die Probanden<br />
die Vorgabe, während des gesamten Versuchszeitraumes ihre Ernährungsgewohnheiten<br />
konstant zu halten. Eine Übersicht <strong>der</strong> Abhängigkeit des<br />
Leistungsvermögens vom Flüssigkeitshaushalt wird z.B. in (Sawka 1990)<br />
dargestellt. Wie außerdem durch Walsh et al. beschrieben, führt ein Verlust<br />
von 1,3 ± 0,22 l Flüssigkeit zu einem signifikantem Abfall <strong>der</strong> Leistungsfähigkeit<br />
(Walsh et al. 1994). Aus diesem Grunde sollte bei leistungs-
4 Diskussion 53<br />
physiologischen Untersuchungen, wie sie auch in dieser Studie durchgeführt<br />
wurden, bereits auf kleine Verän<strong>der</strong>ungen geachtet und versucht werden,<br />
solche zu vermeiden. Zu einem Flüssigkeitsverlust kann es durch<br />
unterschiedlichste Mechanismen kommen. Neben reduzierter Flüssigkeitsaufnahme<br />
auf Grund von gemin<strong>der</strong>tem Durstempfinden in <strong>der</strong> Höhe kommt<br />
es auch zu einer Höhendiurese. Auf Grund dieser reduziert sich das<br />
Plasmavolumen um ca. 500 ml innerhalb von zwei Tagen (Schmidt 2002).<br />
Die Folgen, ein steigen<strong>der</strong> HKT sowie Blutviskosität mit abnehmen<strong>der</strong><br />
peripherer Sauerstoffversorgung, waren bei dem vorliegenden Studiendesign<br />
nicht zu erwarten, da die Messungen unmittelbar nach Ankunft durchgeführt<br />
wurden. Um Abweichungen des HKT, welcher womöglich bereits bei<br />
gesteigerter körperlicher Aktivität im Tal hätte ansteigen können, dennoch zu<br />
detektieren, wurde dieser regelmäßig gemessen. Laut Schmidt kommt es in<br />
<strong>der</strong> Muskulatur ab einem HKT Wert von 60 % zu Leistungseinschränkungen<br />
(Schmidt 2002). Verglichen mit den Werten <strong>der</strong> Probanden, welche nie über<br />
60 % lagen, können somit keinerlei Leistungseinschränkungen auf den HKT<br />
<strong>zur</strong>ückgeführt werden.<br />
Ähnlich ist es bei dem Körpergewicht. Die Literatur gibt hier unterschiedliche<br />
Werte an, ab wann mit einem Leistungsverlust zu rechnen sei. Die Angaben<br />
über das Ausmaß des Flüssigkeitsverlustes schwanken jedoch deutlich, sind<br />
vom Ausmaß gering und unterliegen zahlreichen extrinsischen und<br />
intrinsischen Einflüssen, so dass sie sich lediglich schätzen lassen und nur<br />
mit extremem Aufwand zu messen wären. So wurde zum Beispiel<br />
untersucht, dass es bei einem Schweißverlust von 2% zu einem Abfall <strong>der</strong><br />
Leistungsfähigkeit um 7 - 8 % kommt (Gleeson 1996). Unklar bleibt dabei<br />
aber, ob die mit dem Schweißverlust verbundenen Verän<strong>der</strong>ungen <strong>der</strong><br />
Elektrolyte eine wesentliche Teilursache sind. In <strong>der</strong> Höhe tritt <strong>der</strong><br />
Wasserverlust jedoch zu einem wesentlichen Anteil über die Atmung ein,<br />
wodurch <strong>der</strong> Elektrolytverlust wesentlich geringer ist.<br />
Bezüglich <strong>der</strong> Nahrungsaufnahme wurde vor allem auf koffeinhaltige<br />
Produkte geachtet, da diese durch ihren diuretischen Effekt erneut den<br />
Flüssigkeitshaushalt negativ beeinträchtigen sowie einen Einfluss auf die
4 Diskussion 54<br />
Leistungsfähigkeit <strong>der</strong> Probanden haben könnten. Dieser tritt nach einem<br />
Belastungszeitraum von 8 - 20 Minuten ein (Graham 1996), so dass die<br />
vorliegenden Messreihen davon durchaus hätten beeinträchtigt werden<br />
können. Außerdem wurde untersucht, dass die Wirkung des Koffeins in <strong>der</strong><br />
Höhe einen wesentlich größeren Einfluss auf die Leistungsfähigkeit hat als in<br />
Tallage (Fulco et al. 1994). In einer <strong>der</strong> vorliegenden Studie sehr ähnlichen<br />
Höhenlage von 4300 m ü.NN war die Zeit bis <strong>zur</strong> Erschöpfung um 54 %<br />
verlängert. Dabei zeigte sich eine Steigerung des Atemminutenvolumens auf<br />
Grund eines Anstiegs des Atemzugvolumens. Außerdem war bei gleicher<br />
Belastung <strong>der</strong> RPE-Wert niedriger. Um solche Einflüsse auf die Messwerte<br />
zu vermeiden, hatten die Probanden die Vorgabe, ihren gewohnten Koffeingehalt<br />
von 1-2 Tassen Tee bzw. Kaffee zum Frühstück beizubehalten, so<br />
dass <strong>der</strong> tägliche Koffeinkonsum gering war. Außerdem lag zwischen<br />
Frühstück und den leistungsphysiologischen Untersuchungen regelmäßig ein<br />
Zeitraum von mindestens 2 Stunden, also deutlich mehr als die von Graham<br />
beschriebene Einflussdauer (Graham 1996). Getränke mit hohem Koffeingehalt<br />
bzw. Gehalt analoger Substanzen und Taurin waren den Probanden<br />
untersagt. Ebenso durften keine Nahrungsergänzungsmittel benutzt werden,<br />
die Kreatinphosphat enthielten. Somit sollte die Nahrungsaufnahme keinerlei<br />
Einfluss auf die vorliegenden Messergebnisse haben.<br />
Der letzte <strong>der</strong> beschriebenen möglichen Einflussfaktoren ist das CO-Hb.<br />
Nach Coburn et al. liegt auf Grund des Häm-Abbaus die basale CO-Hb-<br />
Konzentration bei 0,7 % (Coburn et al. 1963). Dennoch werden in <strong>der</strong><br />
Literatur in einer Studie bei <strong>der</strong> Hälfte aller Nichtraucher Werte bis 1,5 % und<br />
bei starken Rauchern sogar bis 20 % beschrieben (Stewart 1975). Eine<br />
Reduktion <strong>der</strong> maximalen Sauerstoffaufnahme in mittlerer Höhe wurde bei<br />
Werten bis 3,4 % festgestellt (Horvath et al. 1988). Somit liegen die bereits<br />
beschriebenen Werte des vorliegenden Kollektivs von unter 1 %, mit<br />
einzelnen Ausnahmen im Tal von maximal 2 %, im erwarteten Rahmen und<br />
haben nicht <strong>zur</strong> Reduktion <strong>der</strong> Leistungsfähigkeit geführt. Ebenso in mittlerer<br />
(0,475 %) und größer Höhe (0,327 %) lagen die Werte unterhalb <strong>der</strong> von
4 Diskussion 55<br />
Coburn angegebenen Marke von 0,7 %, was an den erhöhten Atemminutenvolumina<br />
einer CO – ärmeren Luft liegen könnte.<br />
Generell lässt sich zusammenfassen, dass die Probanden auf Grund des<br />
gewählten Studiendesigns mit den gegebenen Rahmenbedingungen und<br />
Vorgaben durch die unterschiedlichen Einflussfaktoren nicht beeinträchtigt<br />
wurden und somit ihre Leistungsfähigkeit diesbezüglich nicht beeinflusst war.<br />
Im Folgenden werden nun die leistungsphysiologischen Ergebnisse <strong>der</strong><br />
unterschiedlichen Höhen mit denen vorangehen<strong>der</strong> Arbeiten verglichen und<br />
diskutiert. Seit Beginn des Alpinismus ist die Abnahme <strong>der</strong> körperlichen<br />
Leistungsfähigkeit mit zunehmen<strong>der</strong> Höhe ein Thema. Einen Grundstein an<br />
Erkenntnissen schrieb Paul Bert 1878 zusammen (Bert 1878). Seitdem war<br />
es dem Menschen stets ein Bedürfnis immer höhere Berge zu besteigen. So<br />
wurde 1920 bereits vorhergesagt, wie lange man für den Aufstieg auf den Mt.<br />
Everest benötigen würde (Kellas 1920). Für <strong>der</strong>artige Untersuchungen hätte<br />
man jedoch völlig an<strong>der</strong>e Voraussetzungen und Rahmenbedingungen<br />
schaffen müssen. Da die Ergebnisse dieser Arbeit einen Großteil <strong>der</strong><br />
Alpinisten, inklusive solchen mit Vorerkrankungen, ansprechen sollen, wurde<br />
die Untersuchung extremer Höhen ausgespart. Um möglichst aussagekräftige<br />
und vergleichbare Ergebnisse zu erzielen, wurden in je<strong>der</strong> Höhe von<br />
jedem Probanden nach dem vorgegebenen Höhenprofil standardisierte<br />
Laboruntersuchungen während <strong>der</strong> Ergometrie vorgenommen.<br />
Betrachtet man den Bergsport als eine Ausdauersportart, so müsste sich<br />
dies auch in den physiologischen Parametern wie zum Beispiel <strong>der</strong><br />
Herzfrequenz wi<strong>der</strong>spiegeln. Zu erwarten wären demnach Frequenzen um<br />
130/min. In <strong>der</strong> Literatur findet man Studien wie zum Beispiel Hashimoto et<br />
al., die diese Annahme bestätigen (Hashimoto 1992). Hier werden bei<br />
Trekkern in 4700 m Höhe ü.NN mittlere Pulsfrequenzen von 132/min<br />
beschrieben. Allerdings hat ein Großteil <strong>der</strong> beteiligten Probanden<br />
Pentoxiphyllin eingenommen, welches einen positiven Einfluss auf die<br />
Herzfrequenz haben kann. Außerdem soll es durch Steigerung <strong>der</strong><br />
Erythrozytenflexibilität die periphere O 2 -Versorgung verbessern (Manrique
4 Diskussion 56<br />
1981). Somit sind die Ergebnisse nur eingeschränkt zu verwerten. Dass die<br />
Probanden <strong>der</strong> vorliegenden Studie höhere maximale Herzfrequenzen in<br />
allen drei Höhenstufen aufwiesen, liegt am ehesten an <strong>der</strong> Tatsache, dass<br />
sie während <strong>der</strong> Ergometrie komplett ausbelastet wurden und dies nicht<br />
mehr dem Ausdauerbereich entspricht.<br />
Vergleicht man die PWC-Werte des Kollektivs mit denen an<strong>der</strong>er Studien, so<br />
sieht man, dass <strong>der</strong> Trainingszustand <strong>der</strong> Probanden über dem <strong>der</strong><br />
Normalbevölkerung lag (Hollmann & Hettinger 2000). Diese Ergebnisse<br />
zeigen sich ebenfalls bei zwei Probandengruppen von Raas. Hier erzielte<br />
eine 30-köpfige Gruppe durchschnittlicher Bergsteiger eine PWC170 von<br />
3,17 W/kg KG und eine weitere Gruppe von 32 Extrembergsteigern sogar<br />
4,22 W/kg KG (Raas 1986).<br />
Wie in diversen Studien bereits untersucht und diskutiert, kann man sagen,<br />
dass <strong>der</strong> Laktatstoffwechsel in <strong>der</strong> Höhe gestört ist. Der Schweregrad <strong>der</strong><br />
Beeinträchtigung ist dabei von <strong>der</strong> jeweiligen Höhe abhängig. Eine vieler<br />
Erklärungen ist die Beeinträchtigung <strong>der</strong> Sauerstoffdiffusion in die<br />
Mitochondrien (West 1990). Dadurch kommt es intrazellulär zu einem pH-<br />
Abfall, wodurch die Aktivität <strong>der</strong> Phosphofruktokinase vermin<strong>der</strong>t wird und<br />
folglich das Laktat ansteigt (Cerretelli & Binzoni 1990).<br />
In einer Höhe bis 4500 m ü.NN hingegen, welche den Höhenbereichen <strong>der</strong><br />
vorliegenden Studie entspricht, kommt es während einer kurzzeitigen<br />
Exposition auf Grund einer reduzierten Laktatelimination zu einem<br />
Laktatanstieg. Mehreren Studien zu Folge wird während körperlicher<br />
Belastung in <strong>der</strong> Höhe das sympathische Nervensystem aktiviert und führt zu<br />
einer verän<strong>der</strong>ten Durchblutung im Körperkreislauf. Dadurch steigt das<br />
Laktat trotz gleich bleiben<strong>der</strong> Belastung an (Sutton et al. 1983, Brooks 1991,<br />
Brooks et al. 1991). Die Akkumulation des Laktates hat <strong>zur</strong> Folge, dass die<br />
anaerobe Schwelle sinkt, wodurch wie<strong>der</strong>um die Leistungsfähigkeit <strong>der</strong><br />
höhenexponierten Personen abfällt. Sowohl <strong>der</strong> Laktatanstieg als auch die<br />
vermin<strong>der</strong>te anaerobe Schwelle wurde bei den vorliegenden Probanden<br />
beobachtet. Die vermin<strong>der</strong>te Leistungsfähigkeit spiegelte sich ebenfalls in
4 Diskussion 57<br />
den gemessenen <strong>Borg</strong>-Werten wi<strong>der</strong>, welche in 4556 m Höhe ü.NN eine<br />
leicht größere subjektive Belastung bei gleicher objektiver Belastung<br />
angeben.<br />
Wie in 1.2 bereits beschrieben, kann man in extremer Höhe hingegen das so<br />
genannte Laktat-Paradoxon beobachten. Dabei kommt es trotz zunehmen<strong>der</strong><br />
Höhe und steigen<strong>der</strong> Belastung zu keinem Laktat-Anstieg mehr. Da diese<br />
Höhen in <strong>der</strong> vorliegenden Arbeit jedoch nicht untersucht wurden, konnte<br />
dieses Phänomen we<strong>der</strong> festgestellt werden, noch hat es irgendeinen<br />
Einfluss auf die Ergebnisse.<br />
Viele Studien kamen zu demselben Ergebnis, dass die maximale<br />
Sauerstoffaufnahme (VO 2max ) als limitieren<strong>der</strong> Faktor für die körperliche<br />
Belastbarkeit in <strong>der</strong> Höhe angesehen werden kann (Pugh et al. 1964). Dies<br />
lässt sich folgen<strong>der</strong>maßen erklären: die Sportler haben eine Grundfitness mit<br />
entsprechendem maximalen Herzminutenvolumen (HMV), welches sie ohne<br />
Akklimatisation bei akuter Höhenexposition auch nicht steigern können.<br />
Durch den jedoch unweigerlich reduzierten Sauerstoffgehalt in <strong>der</strong> Höhe bei<br />
gleich bleibendem HMV kommt es zu einem vermin<strong>der</strong>ten arteriellen<br />
Sauerstoffgehalt und somit zu einer ebenso reduzierten Sauerstofftransportkapazität.<br />
Diese dadurch erniedrigte VO 2max limitiert schließlich die Leistungsfähigkeit<br />
in <strong>der</strong> Höhe (Fulco et al. 1998).<br />
Wie in (Meyer & Kin<strong>der</strong>mann 1999) beschrieben, benötigt man <strong>zur</strong> korrekten<br />
ergometrischen Messung <strong>der</strong> VO 2max eine hohe Ausbelastung <strong>der</strong><br />
Probanden, welche in einem Zeitrahmen von 8 - 15 Minuten erreicht werden<br />
sollte. Auf Grund von hohen Atemzeitvolumina, erhöhter Speichelproduktion<br />
sowie den Einflüssen schneller Bewegungen bei solch intensiven<br />
Belastungen kann es dabei zu Messungenauigkeit von bis zu 5 % kommen<br />
(Meyer & Kin<strong>der</strong>mann 1999). Anhand <strong>der</strong> gemessenen maximalen Herzfrequenzen<br />
sowie maximalen Laktatwerte <strong>der</strong> Probanden wurde die<br />
gefor<strong>der</strong>te hohe Ausbelastung in <strong>der</strong> vorliegenden Studie erreicht.<br />
Vergleicht man nun die Werte dieser Studie mit vorherigen Untersuchungen<br />
an<strong>der</strong>er Autoren, so stellt man fest, dass die Ergebnisse nahezu identisch
4 Diskussion 58<br />
sind. Eine minimale Abnahme <strong>der</strong> VO 2max wurde bereits ab einer Höhe von<br />
580 m ü.NN gemessen. Diese ist unabhängig vom Geschlecht (Fulco et al.<br />
1998). Ab einer Höhe von 1500 m ü.NN kommt es pro 1000 hm zu einem<br />
Abfall <strong>der</strong> VO 2max von 11,5 % (Buskirk et al. 1967). Dem entsprechen die<br />
Ergebnisse <strong>der</strong> hier vorgelegten Studie.<br />
Bezogen auf das Körpergewicht findet man in <strong>der</strong> Literatur einen Sollwert für<br />
die VO 2max für das Bergwan<strong>der</strong>n in mittlerer und großer Höhe von<br />
VO 2max /kg = KG [kg] x 0,6 ml/kg/min (Raas 1981). Für die entsprechenden<br />
Normalwerte untrainierter Männer werden Werte von 42 – 48 ml/kg/min<br />
angegeben. Für Frauen liegen dieselben etwas darunter (Shephard 1993).<br />
Vergleicht man diese beiden Bereiche miteinan<strong>der</strong>, so stellt man fest, dass<br />
ein 75 kg schwerer Mann laut Raas einen Soll VO 2max /kg von 45 ml/kg/min<br />
haben sollte, was genau im Normalbereich untrainierter Männer liegen<br />
würde. Das vorliegende Kollektiv, welches sowohl aus Frauen als auch aus<br />
Männern besteht, lag somit im Mittel im Tal mit 49,8 ml/kg/min über dem<br />
Durchschnitt <strong>der</strong> Normalbevölkerung. In mittlerer Höhe erreichten die<br />
Probanden noch durchschnittlich 44,9 ml/kg/min und in großer Höhe<br />
40,5 ml/kg/min. Im Vergleich zu den Angaben die Jenny et al. machen, liegt<br />
das Kollektiv deutlich über dem Durchschnitt. Auch <strong>der</strong> Normbereich<br />
untrainierter Erwachsener wird hier mit 32 – 36 ml/kg/min deutlich niedriger<br />
eingestuft (Jenny 1998).<br />
Bezüglich <strong>der</strong> höhenabhängigen Sauerstoffsättigung SaO 2 sowie des<br />
arteriellen Sauerstoffpartialdruckes paO 2 geben Jenny et al. für die<br />
relevanten Höhen <strong>der</strong> vorliegenden Studie die folgenden Werte an: Tal<br />
97 % / 94 mmHg; mittlere Höhe 85 % / 53 mmHg; große Höhe<br />
75 % / 44 mmHg (Jenny 1998). Weitere vergleichbare Werte sind in Tabelle<br />
12 dargestellt. Alle Werte entsprechen Ruhewerten und stimmen mit den<br />
Höhen <strong>der</strong> vorliegenden Studie überein. In Anbetracht, dass die Probanden<br />
keinerlei Akklimatisation vor den Messungen hatten, stimmen <strong>der</strong>en Werte<br />
mit denen <strong>der</strong> Literaturangaben sehr gut überein.
4 Diskussion 59<br />
Tabelle 12: Literaturübersicht über Ruhe-Messwerte von SaO 2 und paO 2 in<br />
unterschiedlichen Höhen<br />
1 : Werte bei akklimatisierten Personen<br />
gemessen; 2 : keine Geschlechtsunterschiede<br />
mittlere Höhe große Höhe Quelle<br />
SaO 2<br />
[%]<br />
paO 2<br />
[mmHg]<br />
Höhe des<br />
Messortes<br />
[m ü.NN]<br />
SaO 2<br />
[%]<br />
paO 2<br />
[mmHg]<br />
Höhe des<br />
Messortes<br />
[m ü.NN]<br />
90 3.048 (Jackson &<br />
Sharkey 1988)<br />
88 3.300 (Thomas<br />
1991)<br />
68 39,2 4.559 (Eichenberger<br />
et al. 1996)<br />
79 1 4.572 (Anholm et al.<br />
1992)<br />
79 2 44 2 4.880 (Loeppky et<br />
al. 2001)<br />
85 53 3.000 75 2 44 2 4.600 (Jenny 1998)<br />
Auch im Bereich <strong>der</strong> Maximalbelastung findet man vergleichende Literatur<br />
<strong>zur</strong> Beurteilung <strong>der</strong> SaO 2 sowie des paO 2 . Im Gegensatz <strong>zur</strong> Ruhe werden<br />
unter Belastung bereits in Tallage Abfälle dieser Werte auf Grund pulmonaler<br />
Limite beschrieben (Hopkins 2002). Dies wurde auch bei den Probanden<br />
dieser Studie festgestellt. Während die SaO 2 in Ruhe durchschnittlich 96,2 %<br />
betrug, zeigten die Messwerte unter Maximalbelastung nur noch 94,3 % auf.<br />
Dieser Abfall ist zwar kaum relevant, stellt jedoch bereits eine signifikante<br />
Abnahme dar. In sämtlichen Studien inklusive <strong>der</strong> vorliegenden werden<br />
außerdem in <strong>der</strong> Höhe vermin<strong>der</strong>te SaO 2 –Werte bei Belastung beschrieben<br />
(Burtscher 2000). So stellen die gemessenen durchschnittlichen SaO 2 –<br />
Werte unter Belastung von 82,4 % in mittlerer Höhe sowie 66,6 % in großer<br />
Höhe keine Ausnahme dar. Es werden unterschiedliche Gründe bzw. eine<br />
synergistische Wirkung mehrerer Effekte als Ursache für <strong>der</strong>artige<br />
Endsättigungen in <strong>der</strong> Literatur beschrieben. Häufig wird eine Ventilations-<br />
Perfusions-Inhomogenität und eine gestörte Lungendiffusion erwähnt
4 Diskussion 60<br />
(Wagner et al. 1986, Wagner et al. 1987, Burtscher 2000). Außerdem nimmt<br />
die pO 2 –Differenz zwischen den Alveolen und den Kapillaren <strong>der</strong><br />
Lungenstrombahn mit zunehmen<strong>der</strong> Höhe kontinuierlich ab. Steigt dann<br />
noch das HMV sowohl durch die Höhe als auch durch die zusätzliche<br />
Belastung an, wird die erfor<strong>der</strong>liche Kontaktzeit zum Sauerstoffaustausch<br />
nicht mehr gewährleistet (Ward et al. 2000).<br />
Betrachtet man nun zusammenfassend die Werte <strong>der</strong> Literaturangaben mit<br />
denen des vorliegenden Kollektivs, so stellt man eine weitgehende<br />
Übereinstimmung fest. Wie bereits erwähnt liegen die Probanden in ihrer<br />
körperlichen Belastbarkeit über <strong>der</strong> <strong>der</strong> Normalbevölkerung (Hollmann &<br />
Hettinger 2000). Die Leistungsabnahmen mit zunehmen<strong>der</strong> Höhe<br />
entsprechen zudem den Erwartungen im Hinblick auf zuvor veröffentlichte<br />
Untersuchungen wie zum Beispiel jene von Buskirk (Buskirk et al. 1967).<br />
Diese Übereinstimmung <strong>der</strong> Untersuchungen in Kombination mit den<br />
statistischen Ergebnissen aus Kapitel 3.3 lassen die Schlussfolgerung zu,<br />
dass die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> <strong>zur</strong> Bewertung des <strong>subjektiven</strong> Anstrengungsempfindens<br />
nicht nur in Meereshöhe, son<strong>der</strong>n auch in einer Höhe bis<br />
5000 m ü.NN anwendbar ist. Auf Grund dieser Tatsache müssen sämtliche<br />
vorangehende Studien, in denen die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> bei gesunden Probanden in<br />
einer Höhe bis 5000 m ü.NN verwendet wurde, nicht revidiert werden. Für<br />
jene Untersuchungen die in einer Höhe > 5000 m ü.NN stattfanden bzw. die<br />
Probanden mit Vorerkrankungen und ggf. Medikamenteneinnahmen<br />
beinhalteten kann bezüglich <strong>der</strong> Validität <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> bislang noch keine<br />
Aussage getroffen werden.<br />
Eine Arbeit, welche in <strong>der</strong> Vergangenheit bereits eine bedenkenlose<br />
Anwendung <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in <strong>der</strong> Höhe voraussetze, stammt von Aliverti et<br />
al. Hier wurden die Werte des <strong>subjektiven</strong> Anstrengungsempfindens für die<br />
Atemmuskulatur und die Beinmuskulatur in Bezug auf die spezifische<br />
Leistung an zehn gesunden Männern während <strong>der</strong> Fahrra<strong>der</strong>gometrie in<br />
Meereshöhe und in großer Höhe (4559 m ü.NN) gemessen. Für das<br />
subjektive Anstrengungsempfinden wurde dabei eine Zehn-Punkte <strong>Borg</strong>-
4 Diskussion 61<br />
<strong>Skala</strong> verwendet, welche sich in ihrer Skalierung etwas von <strong>der</strong> <strong>der</strong><br />
vorliegenden Studie sowie <strong>der</strong> von <strong>Borg</strong> selbst etablierten <strong>Skala</strong><br />
unterscheidet. Die Atemleistung wurde vom ösophagealen Druck und den<br />
Volumenverän<strong>der</strong>ungen <strong>der</strong> Brustwand berechnet. In großer Höhe stieg die<br />
Atemleistung bei je<strong>der</strong> Belastungsstufe <strong>der</strong> Beine an, wobei das Atemmuster<br />
bezogen auf Atemzugvolumen, Atemfrequenz etc. unverän<strong>der</strong>t blieb. Die<br />
RPE-Werte für die Atmung waren dabei stets äquivalent <strong>zur</strong> Atemleistung,<br />
unabhängig von <strong>der</strong> Höhe, während die genannten RPE-Werte für die Beine<br />
in großer Höhe größer ausfielen. Diese unterschiedlichen Bewertungen des<br />
<strong>subjektiven</strong> Anstrengungsempfindens <strong>der</strong> Beine sind vom metabolischen<br />
Zustand abhängig (Aliverti et al. 2011). Da es sich in dieser Studie um zehn<br />
gesunde Probanden handelte und das Höhenprofil von Meereshöhe und<br />
großer Höhe dem <strong>der</strong> vorliegenden Studie entsprachen, können die<br />
Erkenntnisse, die mittels <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> erworben wurden, weiterhin als<br />
richtig angesehen werden.<br />
In einer weiteren Studie wurde gezeigt, dass spezifisches Training <strong>der</strong><br />
Einatemmuskulatur (inspiratory muscle training, IMT) den Abfall <strong>der</strong><br />
arteriellen Sauerstoffsättigung SaO 2 während körperlicher Belastung unter<br />
Einatmung eines hypoxischen Gasgemisches mit lediglich 14% Sauerstoff<br />
(entsprechend ca. 5000 m Höhe ü.NN, wenn die ICAO-Normalatmosphäre<br />
zu Grunde gelegt wird (N.N. 1964, Ernsting & King 1994)) reduzieren kann.<br />
Dazu wurden die SaO 2 in Ruhe sowie die entsprechenden <strong>Borg</strong>-Werte in 0<br />
bzw. 400 m, 1400 m, 4880 m und 5550 m Höhe ü.NN bei 14 gesunden<br />
Angestellten des Militärs, die sich auf einer Expedition im Himalaya<br />
befanden, gemessen. Die Teilnehmer <strong>der</strong> Studie wurden randomisiert auf<br />
zwei Gruppen aufgeteilt: eine Kontrollgruppe und eine IMT-Gruppe. Das IMT<br />
bestand aus einem Block von 30 Atemzügen mit 50 % des maximalen<br />
Einatem-Munddruckes (inspiratory mouth pressure, MIP) zweimal täglich<br />
über einen Zeitraum von vier Wochen vor Abfahrt. Vor dem IMT war <strong>der</strong> MIP<br />
bei beiden Gruppen gleich, stieg jedoch signifikant um 15 % nach dem IMT<br />
an. Die <strong>Borg</strong>-Werte stiegen ab einer Höhe von 1400 m ü.NN an,<br />
unterschieden sich jedoch nicht zwischen den beiden Gruppen. Die SaO 2 fiel
4 Diskussion 62<br />
in beiden Gruppen signifikant mit zunehmen<strong>der</strong> Höhe ab. In 0 bzw.<br />
400 m ü.NN sowie 1400 m Höhe ü.NN war <strong>der</strong> Abfall identisch, in den Höhen<br />
4880 m ü.NN und 5550 m ü.NN war die SaO 2 in <strong>der</strong> IMT-Gruppe um 6 %<br />
höher. Daraus wurde geschlossen, dass ein IMT ab einer gewissen Höhe<br />
einen SaO 2 -Abfall in Ruhe reduzieren kann. Jedoch hat es keinerlei Einfluss<br />
auf das subjektive Empfinden <strong>der</strong> Atemnot, welches anhand <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong><br />
gemessen wurde (Lomax 2010). Auch hier wurde die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> bei<br />
gesunden Probanden angewendet. Außerdem befanden sich drei <strong>der</strong> vier<br />
Messorte unter 5000 m Höhe ü.NN. Da sich die Angaben <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-Werte in<br />
allen vier Höhen unabhängig von den beiden Gruppen darstellten, ist davon<br />
auszugehen, dass diese auch in allen Höhen gleichermaßen verwertbar sind,<br />
obwohl man anhand <strong>der</strong> vorliegenden Studie keinerlei Aussage zu <strong>der</strong><br />
Verwendung <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in 5550 m Höhe ü.NN machen kann.<br />
Ein drittes Beispiel zeigt die Anwendung <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> bei Patienten nach<br />
einer Lebertransplantation. Untersucht werden sollte die Frage, ob Lebertransplantierte<br />
Patienten Anstrengungen in großen Höhen tolerieren. Dazu<br />
nahmen 6 transplantierte Patienten an einer Besteigung des Mount<br />
Kilimanjaro auf 5895 m ü.NN teil. Im Vorhinein wurde ihre Fitness sowie ihre<br />
Anfälligkeit für das Auftreten einer AMS mit 15 Kontrollpersonen, die sich in<br />
Alter und body mass index ähnelten, verglichen. Außerdem wurden die <strong>Borg</strong>-<br />
<strong>Skala</strong> und kardio-pulmonale Parameter in Ruhe mit sechs Kontrollpersonen<br />
verglichen, die bezüglich Geschlecht und VO 2max zu den Patienten passten.<br />
Die Immunsuppression <strong>der</strong> transplantierten Patienten basierte auf dem<br />
Medikament Tacrolimus. Ansonsten gab es im Hinblick auf Fitness, <strong>Borg</strong>-<br />
<strong>Skala</strong> und AMS-Scores keinerlei Unterschiede zwischen den beiden<br />
Gruppen. 83 % <strong>der</strong> Transplantierten und 84,6 % <strong>der</strong> Kontrollgruppe<br />
erreichten den Gipfel. In beiden Gruppen fiel die Sauerstoffsättigung,<br />
während <strong>der</strong> Blutdruck und die Herzfrequenz mit zunehmen<strong>der</strong> Höhe<br />
anstiegen. Der einzige Unterschied war die Entwicklung des arteriellen<br />
Bluthochdrucks bei den transplantierten Patienten in 3950 m Höhe ü.NN.<br />
Somit wurde das Fazit gezogen, dass auch gut vorbereitete Lebertransplantierte<br />
Menschen sich enormer Anstrengung unterziehen können und
4 Diskussion 63<br />
dass diese große Höhen ähnlich wie gesunde Menschen tolerieren (Pirenne<br />
et al. 2004).<br />
Diese letzte Studie zeigt, dass sich heutzutage selbst Menschen mit<br />
schwerwiegenden Vorerkrankungen immer häufiger extremer Belastung<br />
aussetzen. Daher ist es umso wichtiger, ihnen ein Werkzeug an die Hand zu<br />
geben, mit dem sie auf einfache Art und Weise ihre körperliche Belastung<br />
überprüfen können. Bezüglich dieser Zielgruppe sowie dem Höhenprofil <strong>der</strong><br />
zitierten Studie besteht seitens <strong>der</strong> Validität <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> noch weiterer<br />
Forschungsbedarf, insbeson<strong>der</strong>e hinsichtlich Herz-Kreislauf-Patienten.<br />
4.2 Determinierende Faktoren für die subjektive<br />
Belastungseinschätzung<br />
Während <strong>der</strong> körperlichen Betätigung an sich gibt es bereits viele Faktoren<br />
die Einfluss auf das Wohlbefinden sowie die subjektive Belastungseinschätzung<br />
haben können. Findet diese Belastung dann auch noch in <strong>der</strong><br />
Höhe statt, so kommen weitere Parameter hinzu. Eine Frage <strong>der</strong><br />
vorliegenden Arbeit war, welcher Parameter den meisten Einfluss auf das<br />
subjektive Belastungsempfinden hat. Im Hinblick auf die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> wäre<br />
zum Beispiel <strong>der</strong> Anstieg des Pulses eine plausible Erklärung gewesen, da<br />
dieser positiv mit den <strong>Borg</strong>-Werten korreliert. So könnte man meinen, je<br />
höher <strong>der</strong> Puls, desto höher auch <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-Wert. Interessanterweise wurde<br />
auch von <strong>Borg</strong> trotz <strong>der</strong> weiten Verbreitung, die seine <strong>Skala</strong> gefunden hat,<br />
nie untersucht, welche Faktoren für die subjektive Belastungseinschätzung<br />
relevant sind. Nach den nun vorliegenden Ergebnissen ist <strong>der</strong> Anstieg des<br />
systolischen Blutdruckes <strong>der</strong> maßgebliche Parameter.<br />
Einen möglichen Erklärungsansatz hierfür liefert Waan<strong>der</strong>s (Waan<strong>der</strong>s<br />
2009). Er beschreibt eine funktionelle Asymmetrie zwischen <strong>der</strong> rechten und<br />
linken Hirnhälfte. Während die linke Hirnhälfte dominant ist für positive<br />
Wahrnehmungen, wird die rechte Hirnhälfte aktiv bei negativen Emotionen,<br />
Impressionen und basalen autonomen Reaktionen unter Belastung. Einen
4 Diskussion 64<br />
solchen negativen Stressor stellt körperliche Belastung an sich, aber auch<br />
Hypoxie dar. Bei Belastung wie beim Höhenaufenthalt wird auf Grund <strong>der</strong><br />
zunehmenden Hypoxie das sympathische System im autonomen<br />
Nervensystem aktiviert, welches generell für eine Leistungssteigerung im<br />
Körper sorgt. Folglich kommt es zu einem Anstieg <strong>der</strong> Herzfrequenz, des<br />
Blutdrucks, des systemischen Gefäßwi<strong>der</strong>standes, <strong>der</strong> Ventilation sowie <strong>der</strong><br />
Sensitivität <strong>der</strong> Barorezeptoren (Trapp et al. 2008). Die wohl häufigste<br />
vegetative Reaktion stellt dabei <strong>der</strong> Anstieg des systolischen Blutdrucks dar,<br />
während <strong>der</strong> diastolische Blutdruck normwertig bleibt (Saletu et al. 1993).<br />
Untersuchungen haben außerdem ergeben, dass ein Anstieg des<br />
systolischen Blutdrucks positiv mit einer Aktivierung <strong>der</strong> rechten Hirnhälfte,<br />
insbeson<strong>der</strong>e des Temporalpols, korreliert (Wall & Davis 1951, Wittling<br />
1990). Die linke Hirnhälfte hingegen zeigt eher eine inhibitorische Wirkung<br />
auf das vegetative Nervensystem.<br />
4.3 Fazit und Ausblick<br />
Zu Beginn dieser Studie gab es für den Umgang mit <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in <strong>der</strong><br />
Höhe zwei bislang nicht beantwortete Fragen. Auf Grund eines<br />
repräsentativen Kollektivs konnten darauf Antworten gefunden werden. Es ist<br />
nun bekannt, dass die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in <strong>der</strong> Höhe valide und demnach<br />
anwendbar ist. Außerdem wurde <strong>der</strong> systolische Blutdruck als <strong>der</strong> Faktor mit<br />
dem größten Einfluss auf das subjektive Belastungsempfinden ermittelt.<br />
Diese Aussagen unterliegen jedoch auf Grund des vorliegenden<br />
Studiendesigns einigen Einschränkungen. Zum einen waren die Probanden<br />
ausschließlich gesunde, erfahrene Bergsteiger ohne jegliche Vorerkrankungen,<br />
die demnach auch keinerlei Medikamente zu sich nahmen.<br />
Dies grenzt einen Großteil <strong>der</strong> möglicherweise an solch einer Fragestellung<br />
interessierten Bevölkerung aus, da Sport im Allgemeinen und <strong>der</strong> Bergsport<br />
im Beson<strong>der</strong>en sich immer häufiger auch bei Menschen mit Vorerkrankungen<br />
größerer Beliebtheit erfreut. Außerdem werden im Rahmen einer zunehmend<br />
internationalen Wirtschaft auch immer mehr Personen <strong>der</strong> Höhe exponiert,
4 Diskussion 65<br />
die keine Bergsteiger und oft noch nicht einmal Freizeitsportler sind, dagegen<br />
aber zum Risikokollektiv für Herz-Kreislauf-Erkrankungen gehören. Beispiele<br />
für eine <strong>der</strong>artige Exposition wären Geschäftsreisen o<strong>der</strong> Reparatur- bzw.<br />
Montageaufträge im Westen <strong>der</strong> USA o<strong>der</strong> in Südamerika (Andenstaaten).<br />
Die dabei wohl am meisten gesehene Problematik ist <strong>der</strong> arterielle<br />
Bluthochdruck. Wie gut können nun Menschen, die selbst ohne Belastung<br />
einen erhöhten Blutdruck haben, ihr subjektives Belastungsempfinden an<br />
Hand <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> einschätzen, wenn dieses doch am meisten durch den<br />
Wert des systolischen Blutdrucks beeinflusst wird? Ob dies überhaupt<br />
möglich ist, o<strong>der</strong> ob solche Personen auf eine an<strong>der</strong>e Art <strong>der</strong><br />
Belastungsüberprüfung <strong>zur</strong>ückgreifen müssen, ist bislang noch ungeklärt und<br />
bedarf weiterer Forschung. Auch müsste man dabei unterscheiden, ob die<br />
Hypertonie bereits mit Medikamenten eingestellt wurde o<strong>der</strong> nicht. Falls ja,<br />
wäre es denkbar, dass die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> nicht anwendbar ist, da <strong>der</strong><br />
Blutdruckanstieg als Indikator für eine steigende Belastung durch die<br />
Medikamente beeinflusst würde. Im Gegensatz dazu wäre eine Anwendung<br />
<strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> bei nicht therapierten Hypertonikern eher denkbar, mit <strong>der</strong><br />
Vorstellung, dass diese sich im Laufe <strong>der</strong> Jahre an ihren Bluthochdruck<br />
adaptiert haben und unabhängig vom Ausgangswert ihr subjektives<br />
Belastungsempfinden adäquat bewerten könnten. Generell besteht demnach<br />
noch Forschungsbedarf im Bereich <strong>der</strong> Anwendung <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> bei<br />
Menschen mit Vorerkrankungen. Ganz beson<strong>der</strong>s interessant ist dabei die<br />
Gruppe <strong>der</strong> Hypertoniker auf Grund des entscheidenden Stellenwertes des<br />
systolischen Blutdruckes in Bezug auf die Funktionsweise <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong>.<br />
Die Untersuchungen sollten jedoch generell das Kollektiv <strong>der</strong> Herz-Kreislauf-<br />
Patienten einbeziehen.<br />
Eine weitere Einschränkung in <strong>der</strong> Aussage, dass die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in <strong>der</strong><br />
Höhe valide ist, stellt das Höhenprofil <strong>der</strong> vorliegenden Studie dar. Alle<br />
Aussagen, die hier getroffen wurden, beschränken sich auf einen<br />
Anwendungsbereich < 5000 m Höhe ü.NN. Ob das subjektive Belastungsempfinden<br />
auch in extremen Höhen noch realistisch beurteilbar ist und<br />
demnach dem Alpinisten als Schutz vor einer möglichen Überlastung dienen
4 Diskussion 66<br />
kann, wurde in dieser Studie nicht geklärt. Auch hier besteht <strong>der</strong> Bedarf an<br />
weiterer Forschung, um den gesicherten Anwendungsbereich <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong><br />
zu erweitern.<br />
Darüber hinaus kann methodisch bedingt keine Aussage gemacht werden,<br />
welchen Einfluss die Akklimatisation auf das Belastungsempfinden hat. Da<br />
die Akklimatisation in Ermangelung belastbarer Parameter nicht zu<br />
quantifizieren ist, wurde die vorliegende Studie an akut exponierten, also<br />
völlig unakklimatisierten Personen, durchgeführt. Es wäre denkbar, dass ihre<br />
subjektiv leicht höher eingeschätzte Belastung in großer Höhe nach erfolgter<br />
Akklimatisation sich einer exakten Einschätzung annähert.<br />
Während die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> in Normoxie etabliert und nach <strong>der</strong> aktuellen Studie<br />
auch in hypobarer Hypoxie (Höhe) valide ist, stellt sich die Frage <strong>der</strong><br />
Belastungseinschätzung in isobarer Hypoxie. Isobare Hypoxie wird<br />
zunehmend nicht nur zum Höhentraining, son<strong>der</strong>n in großem Ausmaß zum<br />
Brandschutz (Museen, Banken, Bibliotheken, Serverräume) o<strong>der</strong> in <strong>der</strong><br />
Nahrungsmittelindustrie (Obst- und Gemüsefrischhaltung) genutzt. Hier ist es<br />
immer wie<strong>der</strong> nötig, dass Mitarbeiter ihr Belastungsniveau einstufen. Die<br />
Physiologie <strong>der</strong> Belastung in isobarer Hypoxie wurde von Küpper et al. in<br />
mehreren Arbeiten sehr detailliert dargestellt (Küpper 2006), (Küpper et al.<br />
2009), (Küpper et al. 2010a), (Küpper et al. 2010b), (Küpper et al. 2010c).<br />
An dieser Stelle wesentlich ist, dass in großer Höhe geringe Unterschiede<br />
hinsichtlich verschiedener Atemparameter zwar nachweisbar (z.B. FeV 1 ,<br />
SaO 2 ), diese jedoch viel zu gering sind, um irgendeine klinische Relevanz zu<br />
haben. Erst in extremen Höhen – deutlich oberhalb von 6500 m ü.NN –<br />
erreicht die Verän<strong>der</strong>ung dieser Parameter, insbeson<strong>der</strong>e die dynamischen<br />
Lungenfunktionsparameter, wegen <strong>der</strong> in diesen Höhen signifikant<br />
geringeren Dichte und Viskosität <strong>der</strong> Luft, ein klinisch bzw. physiologisch<br />
relevantes Ausmaß. Auch wenn we<strong>der</strong> die publizierten Daten noch die<br />
aktuelle Studie die isobare Hypoxie hinsichtlich <strong>der</strong> Anwendbarkeit <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<br />
<strong>Skala</strong> je untersucht hätten, so ist kein physiologisches Argument denkbar,<br />
dass dies im Gegensatz <strong>zur</strong> hypobaren Hypoxie <strong>der</strong> vorliegenden Studie –
4 Diskussion 67<br />
zunächst bis in Höhen von ca. 5000 m ü.NN – nicht <strong>der</strong> Fall sein sollte. Diese<br />
Frage könnte mit einem kleinen Kollektiv in einem Hypoxiezentrum leicht<br />
überprüft und geklärt werden.
5 Zusammenfassung 68<br />
5 Zusammenfassung<br />
Die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> für das subjektive Belastungsempfinden hat sich sowohl bei<br />
Sportlern als auch bei Patienten während einer Rehabilitation etabliert. Sie<br />
hilft ihnen ihr subjektives Belastungsempfinden während körperlicher<br />
Belastungen einzuschätzen und somit ein angemessenes Level <strong>der</strong><br />
Trainings- bzw. Belastungs-Intensität zu halten. Obwohl die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong><br />
häufig im Höhentraining eingesetzt wird, wurde bislang noch nicht evaluiert,<br />
ob sie in den sehr unterschiedlichen Gegebenheiten <strong>der</strong> Höhe<br />
gleichermaßen anwendbar und valide ist. Außerdem wurde noch nicht<br />
erforscht, welcher Faktor den meisten Einfluss auf die<br />
Belastungseinschätzung hat.<br />
16 erfahrene Bergsteiger waren an <strong>der</strong> randomisierten cross-over Studie<br />
beteiligt. Von jedem wurde auf Meereshöhe, in 3000 m ü.NN und in<br />
4559 m ü.NN Daten erfasst. In je<strong>der</strong> Höhe wurde das folgende Proce<strong>der</strong>e<br />
durchgeführt: Spiro-Ergometrie nach einem modifizierten Hollmann-Schema<br />
(beginnend bei 40 W, + 40 W alle drei Minuten bis <strong>zur</strong> Erschöpfung). Am<br />
Ende je<strong>der</strong> Stufe musste die Versuchsperson ihr subjektives<br />
Belastungsempfinden mittels <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> bewerten. Zusätzlich wurden<br />
verschiedene kardio-respiratorische Parameter wie z.B. Blutdruck,<br />
Herzfrequenz, Laktat etc. gemessen und aufgezeichnet.<br />
Anhand von Bland-Altman-Plots wurde die <strong>Skala</strong> für jede Höhe validiert:<br />
dazu wurden die <strong>Borg</strong>-Werte zweier Höhen für jede Belastungsstufe<br />
miteinan<strong>der</strong> verglichen.<br />
Für die Analyse, welcher Faktor den größten Einfluss auf den gegebenen<br />
<strong>Borg</strong>-Wert hat, wurde ein kovarianz-analytisches Modell zwischen jedem<br />
Parameter und dem <strong>Borg</strong>-Wert verwendet. P < 0,05 wurde dabei als<br />
signifikant gewertet.<br />
Mehr als 95 % aller <strong>Borg</strong>-Werte lagen innerhalb <strong>der</strong> 1,96fachen<br />
Standardabweichung. Das kovarianz-analytische Modell ermittelte den
5 Zusammenfassung 69<br />
systolischen Blutdruck mit p = 0,0356 als den Parameter mit dem größten<br />
Einfluss auf die subjektive Belastungseinschätzung.<br />
Resultierend kann Folgendes festgehalten werden:<br />
1. Die <strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> ist in <strong>der</strong> Höhe valide und kann demnach während<br />
körperlicher Belastung bis mindestens 4600 m Höhe ü.NN angewendet<br />
werden.<br />
2. Der wichtigste Parameter für die subjektive Belastungseinschätzung ist <strong>der</strong><br />
Anstieg des systolischen Blutdrucks.
6 Literaturverzeichnis 70<br />
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III Tabellenverzeichnis<br />
vii<br />
III Tabellenverzeichnis<br />
Tabelle 1:<br />
Tabelle 2:<br />
<strong>Borg</strong>-<strong>Skala</strong> <strong>zur</strong> <strong>subjektiven</strong> Einschätzung <strong>der</strong> aktuellen<br />
körperlichen Belastung (<strong>Borg</strong> 2004) ...................................... 3<br />
Standardmäßig errechnete Parameter des Cosmed<br />
K4 RQ-Systems ................................................................... 22<br />
Tabelle 3: Gemessene und abgeleitete Parameter <strong>der</strong><br />
Blutgasanalyse, <strong>der</strong> Oxymetrie und des Säure-Basen-<br />
Status .................................................................................. 24<br />
Tabelle 4: Morphometrische Kollektivdaten .......................................... 27<br />
Tabelle 5: Statistische Auswertung <strong>der</strong> Kollektivdaten aus<br />
Tabelle 4 .............................................................................. 28<br />
Tabelle 6:<br />
Tabelle 7:<br />
Hämatokrit <strong>der</strong> Probanden und des Gesamtkollektivs<br />
an den Messorten ................................................................ 30<br />
PWC-Werte des Kollektivs an den verschiedenen<br />
Messorten ............................................................................ 33<br />
Tabelle 8: Tal vs. mittlere Höhe (3000 m ü.NN) ................................... 46<br />
Tabelle 9: Tal vs. große Höhe (4559 m ü.NN) ...................................... 47<br />
Tabelle 10: mittlere Höhe (3000 m ü.NN) vs. große Höhe<br />
(4559 m ü.NN) ..................................................................... 47<br />
Tabelle 11: Korrelationen ....................................................................... 49<br />
Tabelle 12: Literaturübersicht über Ruhe-Messwerte von SaO 2<br />
und paO 2 in unterschiedlichen Höhen 1 : Werte bei<br />
akklimatisierten Personen gemessen;<br />
2 : keine<br />
Geschlechtsunterschiede .................................................... 59
IV Abbildungsverzeichnis<br />
viii<br />
IV Abbildungsverzeichnis<br />
Abbildung 1:<br />
Abbildung 2:<br />
Abbildung 3:<br />
pO 2 -Kaskaden in unterschiedlichen Höhen (Hultgren<br />
1997) ..................................................................................... 5<br />
Sauerstoffbindungskurve (Während in Meereshöhe<br />
eine arterio-venöse O 2 -Differenz von etwa 50mmHg<br />
<strong>zur</strong> Leistungserbringung <strong>zur</strong> Verfügung steht, sind<br />
dies in 5791 m ü.NN nur noch 14mmHg) ............................... 6<br />
Mittlerer Luftdruck am Gipfel des Mount Everest<br />
(8848 m ü.NN) in Abhängigkeit von <strong>der</strong> Jahreszeit.<br />
nach: (West 1990) ................................................................. 8<br />
Abbildung 4: Ruhepuls bei Höhenaufstieg (Müller 1967)............................ 9<br />
Abbildung 5: Körperlicher Leistungsabfall in <strong>der</strong> Höhe ............................. 11<br />
Abbildung 6:<br />
Versuchsgelände in mittlerer Höhe, im Hintergrund<br />
das Matterhorn (4472 m ü.NN, links) und die Dente<br />
Blanche (4357 m ü.NN, rechts). .......................................... 14<br />
Abbildung 7: Lage des Höhenlaboratoriums Capanna Regina<br />
Margherita (Pfeil) auf dem Gipfel <strong>der</strong> Signalkuppe,<br />
Monte Rosa (Walliser Alpen, 4556m ü.NN),<br />
aufgenommen vom Gipfel <strong>der</strong> Parrotspitze<br />
(4432 m ü.NN). .................................................................... 14<br />
Abbildung 8: Capanna Regina Margherita (4556 m ü.NN), im<br />
Hintergrund <strong>der</strong> Lyskamm (4527 m ü.NN) ........................... 15<br />
Abbildung 9: Höhenprofil .......................................................................... 16<br />
Abbildung 10: Fahrra<strong>der</strong>gometer Ergomed 840 bei <strong>der</strong> Messung in<br />
4560 m Höhe ü.NN .............................................................. 18<br />
Abbildung 11: Spirometriesystem Cosmed K4 RQ ..................................... 19
IV Abbildungsverzeichnis<br />
ix<br />
Abbildung 12: Spirometriesystem Cosmed K4 RQ im Einsatz in<br />
großer Höhe ........................................................................ 20<br />
Abbildung 13: Korrelation zwischen <strong>der</strong> <strong>subjektiven</strong><br />
Belastungseinschätzung (<strong>Borg</strong>wert) und <strong>der</strong> Leistung<br />
(Watt) in Tallage. Hier als repräsentatives Beispiel die<br />
Werte von VP 13. ................................................................ 39<br />
Abbildung 14: Korrelationen zwischen den Mittelwerten <strong>der</strong><br />
<strong>subjektiven</strong> Belastungseinschätzungen (<strong>Borg</strong>-Werte)<br />
und <strong>der</strong> Leistung (W) in Tallage, mittlerer Höhe und<br />
großer Höhe ........................................................................ 40<br />
Abbildung 15: Korrelationsvergleich <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>werte zwischen Tallage<br />
und mittlerer Höhe (3000 m ü.NN) ....................................... 43<br />
Abbildung 16: Korrelationsvergleich <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>werte zwischen Tallage<br />
und großer Höhe (4559 m ü.NN) ......................................... 44<br />
Abbildung 17: Korrelationsvergleich <strong>der</strong> <strong>Borg</strong>werte zwischen mittlerer<br />
Höhe (3000 m ü.NN) und großer Höhe (4559 m ü.NN) ....... 45
V Danksagung<br />
x<br />
V Danksagung<br />
An dieser Stelle danke ich allen, die mir mein Medizinstudium und meine<br />
Promotion ermöglicht haben:<br />
Meinem Doktorvater PD Dr. med. Thomas Küpper gilt mein beson<strong>der</strong>er Dank<br />
für die Bereitstellung <strong>der</strong> interessanten Thematik dieser Arbeit, für die vielen<br />
konstruktiven Gespräche und Anregungen sowie für seine stets schnelle<br />
Hilfe bei sämtlichen Fragen und Problemen. Ich danke ihm auch für seine<br />
Offenheit und für die vielen wertvollen Kontakte, welche ich durch ihn<br />
erfahren durfte.<br />
Ihm und Herrn Prof. Dr. med. Rüdiger Blindt danke ich zudem für die<br />
kritische Durchsicht meiner Arbeit sowie für die Übernahme <strong>der</strong> Referate.<br />
Herrn Univ. - Prof. Dr. med. dent. Friedrich Lampert danke ich für den Vorsitz<br />
im Promotionsverfahren.<br />
Des Weiteren gilt mein Dank allen Probanden für ihren Einsatz und die<br />
sorgfältige Durchführung <strong>der</strong> Versuche.<br />
Frau Dr. rer. medic. Dipl. - Stat. Nicole Heussen aus dem Institut für<br />
Medizinische Statistik <strong>der</strong> RWTH Aachen danke ich für die Unterstützung bei<br />
<strong>der</strong> Entwicklung <strong>der</strong> statistischen Methodik sowie <strong>der</strong>en Auswertung.<br />
Herrn Dr. Dr. Rob Waan<strong>der</strong>s gilt mein Dank für die konstruktive<br />
Fachdiskussion <strong>zur</strong> neurologischen Interpretation <strong>der</strong> Ergebnisse.<br />
Ganz beson<strong>der</strong>s danke ich an dieser Stelle meinen Eltern, welche mir nicht<br />
nur mein Medizinstudium ermöglicht haben, son<strong>der</strong>n immer für mich da sind<br />
und mich in je<strong>der</strong> Hinsicht unterstützen. Ich danke ihnen für alles und widme<br />
ihnen diese Arbeit von ganzem Herzen.<br />
Dieser Dank gilt ebenso meinem Bru<strong>der</strong> Thomas, welcher mir zudem bei so<br />
manchem technischen Problem <strong>zur</strong> Seite stand.<br />
Zuletzt danke ich meinem Mann Volker für sein Vertrauen, seine<br />
Unterstützung und vor allem für seine unendliche Geduld.
VI Erklärung <strong>zur</strong> Datenaufbewahrung<br />
xi<br />
VI Erklärung <strong>zur</strong> Datenaufbewahrung<br />
Hiermit erkläre ich, dass die dieser Dissertation zu Grunde liegenden<br />
Originaldaten<br />
- bei mir, Beate Meier, geb. Gronimus, Auf <strong>der</strong> Hörn 92, 52074<br />
Aachen,<br />
und<br />
- bei meinem Betreuer, PD Dr. med. Thomas Küpper, Institut für<br />
Arbeits- und Sozialmedizin des Universitätsklinikums Aachen,<br />
hinterlegt sind.
VII Lebenslauf<br />
xii<br />
VII Lebenslauf<br />
Persönliche Daten<br />
Name<br />
Anschrift<br />
Beate Meier, geb. Gronimus<br />
Auf <strong>der</strong> Hörn 92, 52074 Aachen<br />
Geburtsdatum 18.12.1983<br />
Geburtsort<br />
Konfession<br />
Familienstand<br />
Düren<br />
römisch - katholisch<br />
verheiratet<br />
Vorträge und<br />
Publikationen<br />
Vortrag<br />
Vortrag<br />
Vortrag<br />
Paper<br />
“<strong>Borg</strong> Scale at High Altitude” 4th international<br />
symposium „High altitude influence on human<br />
performance: science and praxis IV”, Bohinjska<br />
Bela/ Slowenien, 8.-13. September 2009<br />
“<strong>Borg</strong> Scale at High Altitude” Jahrestagung <strong>der</strong><br />
Union Internationale des Associations d’Alpinisme<br />
(UIAA), Kathmandu/ Nepal, 14.-16. November 2009<br />
“Subjektive Belastungseinschätzung in Hypoxie”<br />
50. Jahrestagung <strong>der</strong> Deutschen Gesellschaft für<br />
Arbeits- und Umweltmedizin (DGAUM), Dortmund,<br />
16.-19. Juni 2010<br />
Küpper,T., Steffgen,J., Schöffel,V., Milledge,J.,<br />
Heussen,N., Meier,B.<br />
<strong>Borg</strong>’s Scale at Altitude, submitted for publication
VII Lebenslauf<br />
xiii<br />
Beruf<br />
07/2011 PHTLS-Provi<strong>der</strong> (mit Instruktorenpotential)<br />
Seit 02/2010<br />
Assistenzärztin, Klinik für Anästhesiologie und<br />
Operative Intensivmedizin, Universitätsklinikum<br />
Aachen<br />
Studium<br />
08/2008 – 07/2009 PJ am St. Antonius Hospital Eschweiler, Wahlfach<br />
Anästhesie<br />
10/2003 – 11/2009 Medizinstudium an <strong>der</strong> RWTH Aachen<br />
(Modellstudiengang)<br />
Famulaturen<br />
09/2007 – 10/2007 Dermatologie, Hochgebirgsklinik Davos, Schweiz<br />
03/2007 Pädiatrie, Kin<strong>der</strong>arztpraxis Dr. med. Haferkorn<br />
Herzogenrath<br />
10/2006 Diabetologische Ambulanz, Luisenhospital Aachen<br />
03/2006 Pädiatrie, Vivantes Klinikum im Friedrichshain Berlin<br />
08/2005 – 10/2005 Anästhesie, St. Katharinen-Hospital Frechen<br />
Pflegepraktika<br />
09/2004 – 10/2004 Kin<strong>der</strong>onkologie, Universitätsklinikum Aachen<br />
03/2004 Wochenbettstation, Marienhospital Aachen<br />
08/2003 – 09/2003 Pädiatrie, St. Marienhospital Düren
VII Lebenslauf<br />
xiv<br />
Schulbildung<br />
2000 – 2001 Austauschjahr in den USA<br />
1994 – 2003 Gymnasium am Wirteltor Düren,<br />
Abitur bilingual Englisch<br />
1990 – 1994 Katholische Grundschule Golzheim<br />
Sprachkenntnisse<br />
Deutsch<br />
Englisch<br />
Französisch<br />
Muttersprache<br />
Apiel Test Stufe 4 (well qualified)<br />
Grundkenntnisse<br />
Sonstiges<br />
06/2008 Teilnahme am Benjamin-Franklin-Contest, Berlin<br />
Seit 2003 Betreuerin/ Leiterin <strong>der</strong> Jugendskifreizeit des<br />
Kreissportbundes Düren<br />
Seit 2002<br />
Tennistrainerin beim FC Golzheim<br />
07/2001 Teilnahme an den World Scholar Athlete Games,<br />
University of Rhode Island, Kingston, Rhode Island,<br />
USA<br />
Hobbies<br />
Tennis, Skifahren, Fotografieren