Die Atmung als leistungslimitierender Faktor?

Breathing as a performance-limiting factor?

Bis in die neunziger Jahre des 20. Jahrhunderts war man der Meinung, dass der Stoffwechsel der Muskelzelle und/oder das Herz-/Kreislaufsystem die sportliche Leistungsfähigkeit bei Ausdauersportarten begrenzen.

Das Ausdauertraining war deshalb ausgerichtet auf die Förderung der Leistungsfähigkeit

• der Muskulatur (Stichwort: Erhöhung der anaeroben Schwelle),
• des Herzens (Stichwort: Herzminutenvolumen)
• und der Blutgefässe (Stichwort: Kapillarisierung des Muskelgewebes).

Die Lehrbuchmeinung war, dass die Atmung bzw. die Atemmuskulatur keine limitierende Rolle spielt.

Anfangs der neunziger Jahre erschienen die ersten wissenschaftlichen Artikel, die behaupteten, dass die Lehrbuchmeinung nur einen Teil eines komplexeren Bildes darstellt. Seither wurden diese Untersuchungen über die Rolle der Ermüdung der Atemmuskulatur bestätigt (Übersichtsartikel s. Spengler & Boutellier, 2000).

Die Atemmuskulatur, bestehend aus dem Zwerchfell als wichtigstem Atemmuskel sowie der Muskulatur des Brustkorbes, ermüdet während des Trainings oder des Wettkampfes genau gleich wie die "arbeitende" Bein- oder Armmuskulatur und leistet einen Beitrag zur allgemeinen Ermüdung. Darüber hinaus nimmt mit zunehmender allgemeiner Ermüdung die Ermüdung der Atemmuskeln überproportional zu, vor allem diejenige des Zwerchfelles.

Man würde vermuten, dass bei normalem Training auch die Atemmuskulatur trainiert würde, ein spezielles Atemtraining also nicht notwendig sei. Dem ist aber nicht so. Es wurde gezeigt, dass trainierte AusdauersportlerInnen von einem zusätzlichen Atemmuskeltraining profitieren, und dass sich bei Untrainierten nur durch Ausdauertraining der Atemmuskulatur - ohne jedes andere Training - die Ausdauerleistungsfähigkeit verbessern lässt.

Wie kann man die Atemmuskeln trainieren? Kräftig ein- und ausatmen, womöglich gegen einen Widerstand? So einfach ist das nicht. Als Schwimmer können wir beispielsweise mit Schnorchel schwimmen; der kleine Durchmesser des Rohres erhöht den Atemwiderstand. Russische Schwimmer haben diese Methode verwendet; es ist mir aber nicht bekannt, mit welchem Erfolg.

Für ein isoliertes Atemmuskeltraining durch forciertes Ein- und Ausatmen gegen einen Widerstand ist die Methode des forcierten Ein- und Ausatmens im Sitzen nicht geeignet, denn wir würden Hyperventilieren, was innerhalb kurzer Zeit zum Abbruch des Trainings führen würde. Das Hyperventilieren hat zur Folge, dass der Kohlendioxidspiegel im Blut gesenkt wird (und nicht etwa der Sauerstoffgehalt erhöht). Beim Schwimmen mit dem Schnorchel wird genügend Kohlendioxid produziert, um das Hyperventilieren zu vermeiden.

Um das Hyperventilieren durch isoliertes, forciertes Ein- und Ausatmen zu vermeiden, muss der Kohlendioxidgehalt der eingeatmeten Luft erhöht werden, was technisch durch Beimischung eines Teils der ausgeatmeten Luft zur eingeatmeten Luft erreicht wird. Es gibt solche Atmungstrainingsgeräte auf dem Markt, z.B. den Spirotiger.

Ein Atemtraining mit einem solchen Gerät, welches isokapnisches Training erlaubt (bei konstanter Kohlendioxidkonzentration in der eingeatmeten Luft) allein führt bereits zu besserer Leistungsfähigkeit bei wenig trainierten. Für Ausdauerathleten wäre ein zusätzliches, tägliches Atemtraining zu empfehlen (gemäss Anweisung des Herstellers).

Until the 90ies of the 20th century the opinion prevailed that the performance of endurance sports is limited by the metabolism of the muscle cell and/or the cardio-vascular system.

Endurance training thus focused on improving the performance of

• the muscles (keyword: increasing the anaerobic threshold)
• the heart (keyword: output per minute)
• and the vascular system (keyword: capillarisation of muscular tissue)

The textbook opinion said that the respiration and respiratory muscles play no role in limiting exercise performance.

In the early 90ies the first articles were published claiming that the text book opinion does not reflect the full complexity of the problem. The role of the respiratory muscles fatigue has since been established (for a review s. Spengler & Boutellier, 2000).

Respiratory muscles, the diaphragm as the main workhorse and the muscles of the trunk, gets tired during exercise as the working muscles of the legs and arms do during training and competition. They contribute to the general fatigue. Furthermore, with the developing general fatigue during exercise, fatigue of the diaphragm increases even more.

One would think that by exercising, the respiratory muscles also get trained and that there is no need for a special or dedicated training of the respiratory muscles. This is not the case. On the contrary, it was shown that highly trained subjects can improve performance by an additional respiratory training. Surprisingly, less trained people can improve endurance by just training their respiratory muscles.

How can you exercise your breathing muscles? Forced inspiration and expiration against resistance? It is not so simple. We swimmers could use a snorkel; the small diameter of the tube increases breathing resistance. Russian swimmers did use snorkels, however, I do not know to what success.

Forced exhaling and exhaling against a resistance is not the method of choice at rest, because you would start hyperventilating, which means you would stop exercising rather quickly. Whilst when you snorkel, you produce enough carbon dioxide to prevent hyperventilating. Hyperventilating means breathing off carbon dioxide, leading to a very low blood concentration. The oxygen content cannot be increased this way.

To prevent hyperventilation by isolated and forced breathing, the carbon dioxide content of the inhaled air needs to be increased by mixing in exhaled air using some technical equipment. Breathing trainers that allow for this are available: s.Spirotiger.

Exercising your respiratory muscles using such a device that allows for isocapnic training (at constant carbon dioxide concentration in the inhaled air) on its own leads to better performance with the less trained athletes; for highly trained athletes an additional breathing training unit per day is recommended (follow instructions of suppliers).