Was ist die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max)?

VO2max und maximale Sauerstoffaufnahme

Die VO2max ist ein in der Trainingswissenschaft sehr weit verbreiteter Parameter. Er gibt an, wie viel Sauerstoff eine Person innerhalb einer bestimmten Zeit aufnehmen kann und ist damit Maß für die aerobe Ausdauerleistungsfähigkeit. Aber wovon ist diese Größe abhängig?

Auf einen Blick

  • Die VO2max ist das Bruttokriterium der aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit
  • Sie gibt die Sauerstoffmenge an, die in einer bestimmten Zeit vom Körper „verbraucht“ bzw. umgesetzt wird.
  • Sowohl die Sauerstoffaufnahme in der Lunge, als auch der Transport im Blut und der Verbrauch in den Organen und der Muskulatur beeinflussen die maximale Sauerstoffaufnahme.
  • Die VO2max kann bei einer Spiroergometrie gemessen werden. Diese findet meist auf einem Laufband oder Fahrradergometer statt.

Definition

Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max) wird häufig als Bruttokriterium der aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit bezeichnet. Das liegt daran, dass eine große VO2max auch mit einer guten Ausdauer einhergeht. Daher hat die WHO bereits 1968 die VO2max als Goldstandard zur Messung der Leistungsfähigkeit des kardiopulmonalen Systems anerkannt.

Berechnung, Einheiten und Referenzwerte

Die maximale Sauerstoffaufnahme ist aber nicht einfach die Menge Sauerstoff, die mit der Luft eingeatmet wird, sondern gibt die Sauerstoffmenge an, die in einer bestimmten Zeiteinheit vom Körper „verbraucht“ bzw. umgesetzt wird. Während man also 21% Sauerstoff einatmet, liegt die Aufnahme nur bei etwa 4% des Atemminutenvolumens – das entspricht der Differenz der Sauerstoffkonzentration zwischen Ein- und Ausatemluft.

Dementsprechend ist die Einheit ml/min. Da die Sauerstoffaufnahme aber maßgeblich von der Muskelmasse abhängt, bezieht man diesen Wert auf das Körpergewicht, um eine bessere Vergleichbarkeit zwischen verschiedenen Menschen zu ermöglichen. Diese relative maximale Sauerstoffaufnahme wird in ml/min/kg angegeben. Ein durchschnittlicher Mann erreicht etwa 45 ml/min/kg, bei einer Frau liegt dieser Wert bei 38 ml/min/kg. Hochleistungssportler können bis zu 90 ml/min/kg erreichen.

Referenzdaten VO2max

Wie ist die maximale Sauerstoffaufnahme determiniert?

Es gibt mehrere Glieder in der Kette der Sauerstoffaufnahme, die diese beeinflussen:

  1. Aufnahme: Hier spielen das Atemminutenvolumen und die Diffusionskapazität in den Kapillaren der Lunge und der Muskulatur eine Rolle. Je größer das Atemminutenvolumen und je besser die Diffusion, desto größer ist auch die Sauerstoffaufnahme.
  2. Transport: Das Blut ist das wichtigste Transportmedium für den Sauerstoff im Körper und bringt ihn von der Lunge zur Muskulatur und den Organen. Ein kleiner Teil des Sauerstoffs löst sich abhängig vom Partialdruck direkt im Blut, der größte Teil wird aber vom Hämoglobin, dem roten Blutfarbstoff gebunden. Das Blut kann man sich wie einen Zug vorstellen: je mehr man ihn mit Sauerstoff beladen kann (höhere Hämoglobin- und damit auch höhere Sauerstoffkonzentration im Blut) und je schneller er dorthin fährt, wo er gebraucht wird (höheres Herzminutenvolumen), desto mehr Sauerstoff kann auch verbraucht werden.
  3. Verbrauch: Auch wenn die Aufnahme und der Transport sehr gut sind, muss nicht zwingend eine hohe Sauerstoffaufnahme möglich sein. Es fehlt noch eine dritte Komponente – der Verbrauch. Wenn der Sauerstoff, der z.B. in der Muskulatur ankommt, nicht verarbeitet werden kann, hat dieser keinen Nutzen. Die Kette ist immer nur so stark wie das schwächste Glied. Eine gute Ausschöpfung des im Blut vorhanden Sauerstoffs in der Muskulatur ist essentiell. Hier spielt auch die Faserzusammensetzung der Muskulatur eine wichtige Rolle. Ein größerer Anteil an Typ I-Fasern, die sich des oxidativen Stoffwechsels (mit Sauerstoff) bedienen, führt zu einem höheren Sauerstoffverbrauch als bei Typ II-Fasern.

Wie misst man die VO2max?

Die maximale Sauerstoffaufnahme kann man im Rahmen einer Spiroergometrie messen, die meistens auf dem Fahrradergometer oder Laufband stattfindet. Dabei wird die Belastung bis zur Erschöpfung gesteigert. Währenddessen werden über eine Maske das Atemzug- und minutenvolumen, sowie die Konzentrationen von Sauerstoff und Kohlendioxid in der Ein- und Ausatemluft gemessen.

Das primäre Kriterium, anhand dessen man festmacht, dass die VO2max erreicht wurde, ist, wenn sich ein Plateau oder Abfall bei der Sauerstoffaufnahme (VO2) trotz steigender Belastung zeigt (sog. levelling off). Alle weiteren Ausbelastungskriterien sind sekundär und unterscheiden sich in der Literatur. Dazu gehören

  1. ein Plateau der Herzfrequenz,
  2. ein Respiratorischer Quotient von über 1,15 (Angaben liegen zwischen 1,1 und 1,2) und
  3. ein Blutlaktat > 8 mmol/l.

Allerdings sind diese sekundären Kriterien umstritten, da ihre individuelle Ausprägung sehr unterschiedlich ist.

Ausdauer im Alter

Ab dem 25.-30. Lebensjahr nimmt die VO2max etwa 10% pro Lebensdekade ab. Welche Gründe das hat, erfährst in unserem Beitrag zur Ausdauerleistungsfähigkeit im Alter.

Zusammenfassung

Die VO2max ist das Bruttokriterium der aeroben Ausdauerleistungsfähigkeit und gibt die Sauerstoffmenge an, die in einem bestimmten Zeitraum vom Körper „verbraucht“ wird. Diese Größe wird sowohl von der Sauerstoffaufnahme in der Lunge, als auch der Sauerstofftransportkapazität des Bluts und dem Verbrauch in den Organen und der Muskulatur beeinflusst. Die VO2max kann bei einer Spiroergometrie gemessen werden, die meist auf einem Laufband oder Fahrradergometer stattfindet.

Quellen

de Marées, H., & Heck, H. (2002). Sportphysiologie (9., vollständig überarbeitete und erweiterte Aufl.). Köln: Sport und Buch Strauss.

Poole, D. C., & Jones, A. M. (2017). CORP: Measurement of the Maximum Oxygen Uptake (VO2max): VO2peak is no longer acceptable. Journal of Applied Physiology, jap-01063.

Shephard, R. J., Allen, C., Benade, A. J. S., Davies, C. T. M., Di Prampero, P. E., Hedman, R., … & Simmons, R. (1968). The maximum oxygen intake: An international reference standard of cardio-respiratory fitness. Bulletin of the World Health Organization, 38(5), 757.

Jonathan Häußer
Über Jonathan Häußer 70 Artikel
Jonathan Häußer ist Arzt in der Weiterbildung zum Facharzt für Orthopädie und Unfallchirurgie und Sportwissenschaftler (B.A. Bewegungswissenschaft) mit einem besonderen Interesse für die Sport- und Notfallmedizin.