Höhe und Sport

Einleitung(edit | edit source)

Mit zunehmender Höhe nehmen der Luftdruck, der Sauerstoffpartialdruck, die Lufttemperatur und die Luftdichte ab. Diese Merkmale beeinflussen die Leistung eines Sportlers auf unterschiedliche Weise. So bietet die geringere Luftdichte in der Höhe beispielsweise weniger Widerstand bei schnellen Bewegungen. Es hat sich gezeigt, dass Sprintleistungen entweder nicht von der Höhe beeinflusst werden oder sich in der Höhe verbessern.

Merkmale von verschiedenen Höhenlagen (edit | edit source)

Zu den Definitionen und Merkmalen von verschiedenen Höhenlagen gehören:⁽¹⁾

• Meereshöhe (0 bis 500 m)
  • in der Nähe des Meeresspiegels
  • keine negativen Auswirkungen
• Geringe Höhe (500 bis 2000 m)
  • keine Auswirkungen auf das Wohlbefinden
  • die Leistung kann beeinträchtigt sein, aber durch Akklimation leicht wiederhergestellt werden
• Mittlere Höhe (2000 bis 3000 m)
  • Risiko für negative Auswirkungen, wenn keine Akklimation erfolgt
  • Akklimation ist wichtig für die Leistung
  • Leistung und aerobe Trainingskapazität nehmen ab
  • die Leistung kann durch Akklimation wiederhergestellt werden oder auch nicht
  • es kann zu Höhenkrankheit kommen
• Große Höhe (3000 bis 5500 m)
  • das Risiko einer akuten Höhenkrankheit wird klinisch relevant
  • die Leistung ist beeinträchtigt und wird durch Akklimation nicht wiederhergestellt
• Extreme Höhe (über 5500 m)
  • Risiko schwerer hypoxischer Effekte
  • eine längere Exposition führt zu fortschreitender klinischer Verschlechterung

In der Sportmedizin gilt alles über 1500 m als große Höhe.⁽²⁾

Effekt der Höhe auf den atmosphärischen Druck (edit | edit source)

• Atmosphärische Luft ist ein Gemisch aus Gasen. Jedes Gas trägt unabhängig zum gesamten atmosphärischen Druck bei (Daltonsches Gesetz = der Gesamtluftdruck entspricht der Summe der Teildrücke der einzelnen Gase in der Luft).
• Der Druck, der von jedem einzelnen Gas ausgeübt wird, wird als Partialdruck bezeichnet.
• Atmosphärischer Druck (mittlerer Luftdruck) = ein Maß für das Gewicht einer Luftsäule direkt über einem bestimmten Punkt.⁽³⁾
• Meereshöhe (0 m) = Höhe und Gewicht der Luftsäule sind am größten; atmosphärischer Druck = 760 mmHg.
• Mount Everest (8848 m) Atmosphärischer Druck = 250 mmHg.
• Mit zunehmender Höhe (wenn eine Person höher steigt) verringern sich die Höhe und das Gewicht der Luftsäule, so dass der atmosphärische Druck mit zunehmender Höhe abnimmt. Die Luft ist weniger dicht und die Konzentration der Gasmoleküle ist geringer.⁽³⁾

• Der atmosphärische Druck variiert, die Luftzusammensetzung (Prozentsatz der Gase in der Luft) jedoch nicht. Die Luft setzt sich zusammen aus:
  • Sauerstoff (20.93 %)
    • Sauerstoffpartialdruck (PO2) auf Meereshöhe = 159 mmHg (20,93 % von 760 mmHg)
    • Sauerstoffpartialdruck auf dem Mount Everest = 52 mmHg (20,93 % von 250 mmHg)
  • Kohlendioxid (0,3 %)
  • Stickstoff (79.04 %)
• Jegliche Änderungen des Partialdrucks jedes Gases sind auf Änderungen des atmosphärischen oder barometrischen Drucks zurückzuführen.⁽³⁾
• Die Abnahme des Sauerstoffpartialdrucks bei zunehmender Höhe hat eine direkte Auswirkung auf die Sättigungswerte und beeinflusst den Sauerstofftransport.⁽³⁾
• In der Höhe ist der Sauerstoffpartialdruck in der Lunge niedrig. Die Sauerstoffpartialgradienten zwischen den Alveolen und der Lunge und dem Blut, in das der Sauerstoff geladen wird, sowie zwischen dem Blut und dem Gewebe, in das der Sauerstoff entladen wird, nehmen ab.⁽⁴⁾

Effekt der Höhe auf Temperatur und Luftfeuchtigkeit (edit | edit source)

• Lufttemperatur⁽⁴⁾
  • die Temperatur sinkt um 1 °C pro 150 m Aufstieg⁽⁵⁾⁽⁶⁾
• Luftfeuchtigkeit⁽⁴⁾
  • kalte Luft kann nur sehr wenig Wasser aufnehmen
  • die Luft in der Höhe ist sehr kalt und sehr trocken
  • trockene Luft führt zu schneller Dehydration über die Haut und die Lunge
  • Kälte und trockene Luft zusammen erhöhen das Risiko von kältebedingten Erkrankungen und Dehydration

Effekt der Höhe auf andere Aspekte (edit | edit source)

• Die Sonneneinstrahlung nimmt mit zunehmender Höhe zu⁽⁷⁾
  • Die UV-Strahlung nimmt mit zunehmender Höhe zu

• Wasser absorbiert normalerweise die Sonneneinstrahlung – mit zunehmender Höhe nimmt der Wasserdampf ab, was zu einer geringeren Absorption führt
• Schnee/Eis reflektiert und verstärkt die Sonneneinstrahlung⁽⁸⁾

Physiologische Reaktionen auf akute Höhenexposition (edit | edit source)

Hypoxämie = niedriger Sauerstoffgehalt im Blut⁽⁹⁾

Hypoxie = niedriger Sauerstoffgehalt im Gewebe⁽⁹⁾

Wenn ein Sportler der Höhe ausgesetzt ist, kommt es zu einer akuten Hypoxie, auf die der Körper wie folgt reagiert:⁽⁴⁾

Atmungssystem ( edit | edit source )

Pulmonale Ventilation

• Zunahme der Ventilation in Ruhe und bei submaximaler Belastung⁽¹⁰⁾
• Periphere Chemorezeptoren im Aortenbogen und in den Karotiden werden durch den Abfall des arteriellen Sauerstoffpartialdrucks (PaO2) stimuliert⁽¹⁰⁾
• Eine Erhöhung der Ventilation geht mit einer Erhöhung des Atemzugvolumens einher
• Eine respiratorische Alkalose tritt als Folge eines verstärkten „Ausblasens“ von Kohlendioxid (CO2) auf⁽¹⁰⁾

Pulmonale Diffusion

• Diffusion von Sauerstoff aus den Alveolen in das arterielle Blut = pulmonale Diffusion
• Die Höhe schränkt den Gasaustausch zwischen den Alveolen und dem Blut nicht ein, so dass der alveolare PaO2 immer noch ähnlich ist wie der kapillare PaO2
• Die Hypoxämie (niedriger PaO2 im arteriellen Blut) ist ein direkter Ausdruck eines niedrigen alveolaren PaO2⁽⁴⁾

Sauerstofftransport

• In der Höhe sinkt der alveolare PO2 und damit auch die Hämoglobinsättigung⁽⁴⁾

Gasaustausch in den Muskeln

• Auf Meereshöhe beträgt der Druckgradient zwischen arteriellem PaO2 (100 mmHg) und Gewebe-PaO2 (40 mmHg) 60 mmHg
• In Höhenlagen (z.B. 4300 m) beträgt der Druckgradient zwischen arteriellem PaO2 (42 mmHg) und Gewebe-PaO2 (27 mmHg) 15 mmHg
• Dies bedeutet eine erhebliche Verringerung des Diffusionsgradienten von Sauerstoff⁽¹¹⁾
• Diese Veränderung des Diffusionsgradienten hat größere Auswirkungen auf die körperliche Leistungsfähigkeit als die Verringerung der Hämoglobinsättigung in der Lunge⁽⁴⁾

Abbildung 1 vergleicht den Sauerstoffpartialdruck (PO2) in der eingeatmeten Luft und im Körpergewebe auf Meereshöhe und in der Höhe. Wenn der eingeatmete Sauerstoffpartialdruck sinkt, sinkt auch der alveolare Partialdruck. Der arterielle Sauerstoffpartialdruck ähnelt dem Partialdruck in der Lunge, aber der Diffusionsgradient der Sauerstoffdiffusion in Gewebe wie Muskeln ist deutlich reduziert.

⁽¹²⁾

Herz-Kreislauf-System (edit | edit source)

Blutvolumen

• Verringerung des Plasmavolumens innerhalb der ersten Stunden in der Höhe:⁽¹³⁾
  • Ergebnis des Wasserverlusts über die Atemwege und der erhöhten Urinproduktion
  • führt zu einer Erhöhung des Hämatokrits (Prozentsatz des Blutvolumens, der aus roten Blutkörperchen besteht, die Hämoglobin enthalten), was zu mehr roten Blutkörperchen bei einem bestimmten Blutfluss und zu einer höheren Sauerstoffzufuhr zum Gewebe bei einem bestimmten Herzminutenvolumen führt⁽¹⁴⁾
• Das Plasmavolumen normalisiert sich nach einigen Wochen in der Höhe wieder, wenn genügend Flüssigkeit aufgenommen wird
• Wenn ein Sportler ständig der Höhe ausgesetzt ist, werden die Nieren dazu angeregt, Erythropoetin (EPO) freizusetzen⁽¹⁵⁾
  • Erythropoietin ist ein Hormon, das die Produktion roter Blutkörperchen anregt
  • die Gesamtzahl der roten Blutkörperchen wird erhöht, was dem Sportler hilft, den niedrigeren Sauerstoffpartialdruck in der Höhe auszugleichen
  • dies ist ein langsamer Prozess, der Wochen bis Monate dauert

Herzminutenvolumen

• Erhöhtes Herzminutenvolumen in Ruhe und bei submaximaler Belastung⁽¹⁶⁾
• Herzminutenvolumen = Schlagvolumen x Herzfrequenz
  • das Schlagvolumen nimmt mit der Abnahme des Blutvolumens ab
  • die Herzfrequenz steigt in Ruhe und bei submaximaler Belastung an, was auf eine erhöhte Aktivität des sympathischen Nervensystems zurückzuführen ist⁽¹⁶⁾
    • dies ist eine kurzfristige Anpassung, und nach 6 bis 10 Tagen in der Höhe beginnen das Herzminutenvolumen und die Herzfrequenz während eines beliebigen Trainings zu sinken

⁽¹⁷⁾

Folgen der akuten Höhenexposition (edit | edit source)

• Dehydration⁽¹¹⁾
  • Übermäßiger Flüssigkeitsverlust in der Höhe durch die Haut, die Atemwege und die Nieren sowie Schwitzen bei körperlicher Anstrengung
  • Sportler sollten 3 bis 5 Liter Flüssigkeit pro Tag zu sich nehmen und die Flüssigkeitszufuhr sollte auf die Bedürfnisse des Sportlers abgestimmt sein⁽⁴⁾
• Verminderter Appetit⁽¹¹⁾
  • in Kombination mit einer erhöhten Stoffwechselrate in der Höhe kann dies zu einem Energiedefizit von bis zu 500 kcal/Tag und zu Gewichtsverlust führen
  • Sportler sollten über eine angemessene Ernährung in der Höhe aufgeklärt werden, um ihre Aktivitäten und Leistungen zu unterstützen
  • eisenhaltige Lebensmittel und Eisenpräparate können notwendig sein, um die Produktion roter Blutkörperchen zu unterstützen⁽¹¹⁾
• Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO₂max) nimmt mit zunehmender Höhe ab⁽¹⁰⁾ – dies geschieht in der Regel in Höhen von 1500 m und darüber
  • Verringerung der VO₂max aufgrund des Rückgangs des arteriellen PO2 und des verringerten maximalen Herzminutenvolumens
  • Verringerung der VO₂max um 8 bis 11 Prozent pro 1000 m Aufstieg
• Die aerobe Leistungsfähigkeit wird durch die hypoxischen Bedingungen in der Höhe am stärksten beeinträchtigt (Ausdauerleistungen werden in der Höhe beeinträchtigt)⁽⁴⁾
  • die VO₂max nimmt als Prozentsatz der VO₂max auf Meereshöhe ab, wenn ein Sportler aufsteigt.
  • dies schränkt die Trainingskapazität ein
  • Athleten mit einer höheren VO₂max und aeroben Trainingskapazität auf Meereshöhe können eine Standardaufgabe mit weniger wahrgenommener Anstrengung und weniger kardiovaskulärer und respiratorischer Belastung in der Höhe ausführen als Athleten mit einer niedrigeren VO₂max auf Meereshöhe. Wenn also alles andere gleich ist, wird ein Athlet mit einer hohen VO₂max auf Meereshöhe einen Vorteil in der Höhe haben.
• Eine mittlere Höhe hat keinen Einfluss auf die anaerobe Leistung, wie z. B. 100-m- bis 400-m-Bahnsprints^(4)(18)
  • diese Ereignisse haben einen minimalen Sauerstoffbedarf und die Energie für diese Ereignisse wird durch die Systeme Adenosintriphosphat – Phosphokreatin (ATP – PCr) und anaerobe Glykolyse bereitgestellt
• Die dünnere Luft in der Höhe bietet einen geringeren Widerstand bei Bewegungen und kann zu verbesserten Schwimm- und Laufzeiten (bis zu 800 m) und Sprungweiten (Weitsprung, Dreisprung) führen. Bei Wurfsportarten wie Kugelstoßen und Diskuswerfen wurden unterschiedliche Auswirkungen festgestellt.^(4)(18)

Akklimation an die Höhe (edit | edit source)

• Akklimation = kurzfristige Anpassung an die Höhe bei chronischer Höhenexposition⁽²⁾
• Die Akklimation an die Höhe verbessert die Leistung, aber die Leistung entspricht möglicherweise nie der Leistung des Athleten auf Meereshöhe
  • es dauert drei Wochen, bis eine vollständige Akklimation an eine mittlere Höhe (3000 bis 5000 m) erreicht ist⁽⁴⁾
  • für jede 600 m Höhenzunahme ist eine weitere Woche erforderlich⁽⁴⁾
  • die positiven Auswirkungen der Akklimation gehen innerhalb eines Monats nach der Rückkehr auf Meereshöhe verloren⁽⁴⁾

Chronische Höhenexposition – Akklimatisierung (edit | edit source)

Die folgenden Informationen beziehen sich auf längere Expositionszeiträume (z. B. Wochen oder Monate) in der Höhe:⁽⁴⁾

Anpassungen des Blutes

• Die Erythropoietin (EPO)-Konzentration steigt 2 bis 3 Tage nach der Höhenexposition an
• Polyzythämie (erhöhte Anzahl roter Blutkörperchen) wird durch die EPO-Freisetzung angeregt
• Diese erhöhte Anzahl roter Blutkörperchen kann 3 Monate oder länger nachweisbar sein
• Folgen der Polyzythämie
  • auf Meereshöhe liegt der durchschnittliche Hämatokritwert (Prozentsatz des Gesamtblutvolumens, der aus Erythrozyten besteht) bei etwa 45 Prozent
  • in Höhen von 4500 m liegt der durchschnittliche Hämatokritwert bei etwa 60 Prozent
  • der Hämoglobingehalt des Blutes steigt proportional mit der Höhe
• Das Plasmavolumen nimmt bei akuter Höhenexposition zunächst ab, steigt aber mit der Zeit wieder an

Muskelanpassungen

• Strukturelle Veränderungen der Muskeln
  • Verringerung der Querschnittsfläche
  • Zunahme der Kapillardichte
• Reduziertes Stoffwechselpotenzial der Muskeln
  • Mitochondrienfunktion und glykolytische Enzymaktivität nach vier Wochen in der Höhe reduziert
  • reduzierte oxidative Kapazität

Training und Leistung (edit | edit source)

• In der Höhe wird ein hochintensives aerobes Training durch Hypoxie verhindert (ein Sportler kann nicht so hart trainieren wie auf Meereshöhe).
• Ein Leben und Training in der Höhe („Live high – Train high“, LHTH) kann zu Dehydration, niedrigem Blutvolumen und verminderter Muskelmasse führen, und die Literatur zeigt eine schlechte Validierung des Höhentrainings für die Leistung auf Meereshöhe.⁽⁴⁾
• Athleten auf Meereshöhe, die in der Höhe an Wettkämpfen teilnehmen, haben zwei Möglichkeiten:⁽⁴⁾
  • Sie sollten so schnell wie möglich (innerhalb von 24 Stunden) nach ihrer Ankunft in der Höhe zum Wettkampf antreten. Obwohl dies nicht die Vorteile der Akklimation mit sich bringt, ist die Höhenexposition kurz genug, dass die negativen Auswirkungen der Höhe minimal oder geringer sind.
  • Athleten sollten mindestens zwei Wochen lang in der Höhe trainieren, bevor sie an Wettkämpfen teilnehmen, da sich die schlimmsten negativen Auswirkungen der Höhe dann aufgelöst haben werden

• Das Konzept „Live high – Train low“ (LHTL) hingegen scheint das Beste aus beiden Welten zu vereinen, da dies eine passive Akklimation an die Höhe ermöglicht und die Trainingsintensität nicht durch einen niedrigen Sauerstoffpartialdruck beeinträchtigt wird.
  ⁽⁴⁾

Gesundheitsrisiken der akuten Höhenexposition (edit | edit source)

• Akute Höhenkrankheit (AHK, auch Bergkrankheit oder D’Acosta-Krankheit genannt)⁽²¹⁾
  • Setzt 6 bis 48 Stunden nach Ankunft in der Höhe ein, am schwersten an den Tagen 2 und 3
  • Symptome:
    • Kopfschmerzen
    • Übelkeit / Erbrechen
    • Dyspnoe
    • Insomnie
  • kann durch einen langsamen, schrittweisen Aufstieg in die Höhe und durch Besteigungen von nicht mehr als 300 m pro Tag in Höhen über 3000 m vermieden werden.
  • Lesen Sie mehr: Akklimatisierung
• Höhenlungenödem (Lungenödem in großer Höhe, „high altitude pulmonary edema“, HAPE)⁽²¹⁾
  • Flüssigkeitsansammlung in der Lunge
  • lebensbedrohlicher Zustand
  • Ursachen:
    • im Zusammenhang mit hypoxischer pulmonaler Vasokonstriktion als Folge von Hypoxie – dies führt zur Bildung von Blutgerinnseln im Lungenkreislauf
  • Symptome:
    • Kurzatmigkeit
    • hartnäckiger Husten
    • Engegefühl in der Brust
    • übermäßige Müdigkeit
    • Die Atemstörung kann zu Folgendem führen:
      • verminderte Sauerstoffsättigung des Blutes
      • Zyanose
      • Verwirrung
      • Bewusstlosigkeit
    • Behandlung:
      • Sauerstoffzufuhr
      • sofortiger Abstieg in geringere Höhe
• Höhenhirnödem („high altitude cerebral edema“, HACE)⁽²¹⁾
  • Ansammlung von Flüssigkeit in der Schädelhöhle
  • Komplikation eines Höhenlungenödems
  • lebensbedrohlicher Zustand
  • die meisten Fälle wurden in Höhen von mehr als 4300 m gemeldet
  • Symptome:
    • Verwirrung
    • Lethargie
    • Ataxie
    • Bewusstlosigkeit
  • Behandlung:
    • Sauerstoffzufuhr
    • Überdruckkammer
    • sofortiger Abstieg in geringere Höhe

Ressourcen(edit | edit source)

• Akklimatisierung

Referenzen(edit | edit source)