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    Training

    Intermittierendes Höhentraining

    Bedeutung und Anwendung von IHT und IHHT bei Athleten
    Dr. med. Robert Percy Marshall, Dr. med. Andrea Gartenbach , Jan-Niklas DrosteBy Dr. med. Robert Percy Marshall, Dr. med. Andrea Gartenbach , Jan-Niklas Droste15 Mins Read

    Intermittierendes Hypoxie Training (IHT) bietet eine Vielzahl von kurzfristigen physiologischen Anpassungen, die wir uns in der Sportmedizin zu Nutzen machen können. Ziel dabei ist die unspezifische Erhöhung der körperlichen Widerstandsfähigkeit durch Optimierung der mitochondrialen Atmung.

    Die positiven Auswirkungen auf den menschlichen Organismus führten dazu, dass so genannte Höhentrainingslager (beginnend ab 1300 ü.NN) für Athleten zu einem festen Bestandteil ihres jährlichen Trainings wurden [1]. Vor allem normobare intermittierende Hypoxie-Trainingsprogramme (IHT) haben sich als besonders effizient erwiesen. Diese Systeme haben sich als gut verträgliche, kostengünstige und effektive Alterna­tiven zu aufwendigen Aufenthalten in den Bergen gezeigt [2 – 4]. 

    Es wird unterschieden zwischen der intermittierenden Hypoxie in Episoden, IHT mit Generatoren in Minuten-Intervallen und der dauerhaften Hypoxie [5]. Heute wissen wir, dass eine therapeutisch eingesetzte intermittierende Hypo­xie zu einer Vielfalt von positiven, gesundheitsfördernden, physiologischen Anpassungen führen kann [6]. Diese Reaktion kann sogar noch erhöht werden, wenn die normoxische durch eine hyperoxische Erholungsphase ersetzt wird [7 – 9]. Auf Grundlage dieser Erkenntnisse wurde eine neue Form der Hypoxieexposition (Intermittierendes Hypoxie-Hyperoxie-Training, IHHT) entwickelt. Dabei hat sich gerade der Wechsel dieser unterschiedlichen Sauer­stoffgehalte besonders effektiv erwiesen in der Stimulation der mitochondrialen Biogenese und Mitophagie [6,10]. Die oxidative Schädigung mitochondrialer DNA (mtDNA), die zu der sogenannten mitochondrialen Dysfunktion führt, ist eine der Hauptfaktoren menschlichen Alterns und der Entstehung chronischer Erkrankungen [11]. Dem entgegen wirkt eine kontinuierliche Erneuerung der Mitochondrien. Auf diese Art wirkt IHT oxidativem Stress entgegen, erhöht die Effizienz des oxidativen Stoffwechsels, verlangsamt den Alterungsprozess und verhindert/verzögert die Entwicklung altersbedingter Krankheiten [12].  

    Molekulare Mechanismen

    Das IHT induziert auf zellulärer Ebene eine Regeneration der Mitochondrien. Eine kontrollierte Hypoxie führt zu einer positiven Veränderung der Atmungskette, ohne dabei eine negative Energiebilanz zu erzeugen [13,14]. Vielmehr kommt es zu einer Steigerung freier Sauerstoffradikale im positiven Sinne der Mitohormesis [15]. Ein zentraler Faktor stellt dabei der Hypoxie-induzierbare Faktor (HIF-1α) dar, der unter hypoxischen Bedingungen innerhalb kürzester Zeit aktiviert wird [16,17]. HIF-1α löst zahlreiche Reaktionen aus, die darauf abzielen, die Nutzung von Sauerstoff durch den Körper zu verbessern und wird in nahezu jedem Gewebe exprimiert. Es handelt sich bei HIF-1α um einen Transkriptionsfaktor, der eine Vielfalt positiver Kaskaden anstößt, die gesundheitsfördernde Prozesse im Körper induzieren wie bspw. eine Optimierung der Kapillarisierung und Tonusregulation der Sauerstoffverbrau­chenden Gewebe, Erythrozytenbildung und des Glukosetransports und -stoffwechsels sowie Hochregulation von Neurotransmittern und der antioxidativen Kapazität [6] (Abb. 1). Es erfolgt eine zelluläre Gesundung und Verjüngung, indem schadhafte Mitochondrien in den programmierten Zelltod getrieben werden, während gesunde Mitochondrien sich weiterhin replizieren können [18 – 21].

    Regeneration und IHT 

    Besonderen Fokus im Bereich der Sportmedizin sollte auf die Regeneration und die Unterstützung der Regenerationsfähigkeit eines Sportlers gelegt werden. Hohe körperliche Belastungen führen zu einer lokalen Erhöhung von Laktat sowie einer generellen Ausschüttung von Sauerstoffradikalen [22,23]. Die Erhöhung der antioxidativen Kapazität der Mitochondrien kann daher zu einer erhöhten körperlichen Leistungsfähigkeit führen [24]. Darüber hinaus stimuliert IHT die Kapillarerweiterung schneller in Geweben und Organen, in denen ein viel niedrigerer pH-Wert und eine erhöhte Konzentration von Milchsäure (Laktat) im Vergleich zu nicht übersäuerten, gesunden Geweben herrscht [6]. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass Athleten unter Nutzen von Hypoxietraining besser regenerieren, sich die sportliche Leistung als Folge des Trainings effektiver besser steigern ließ und sich ein geringeres Stresslevel ausbildete [25]. Durch die mitochondriale Therapie wird vermehrt die zelluläre Energiegewinnung von Zuckerverbrennung auf Fettverbrennung umgestellt [26]. Damit hat der Körper die Möglichkeit, durch Optimierung der oxidativen Phosphory­lierung eine deutlich höhere Energie zur Bewältigung einer Stress-Anpassungsreaktion zu generieren [27].

    Zudem hat das Hypoxietraining einen signifikanten Einfluss auf das Autonome Nervensystem (ANS). Während des IHT hat sich daher als sinnvoller Biofeedback-­Parameter die Messung der Herzratenvariabilität (HRV) erwiesen [28 – 30]. Die HRV ist die Variation der Schlag-zu-­Schlag-Intervalle (RR-Zacken) und wird üblicherweise zur Bewertung der autonomen Modulation des Herzens, insbesondere der Interaktion zwischen Sympathikus und Parasympathikus, verwendet [31]. Das Autonome Nervensystem reguliert nicht-willkürliche Reaktionen des Körpers, allen voran die glatte Muskulatur der Organe und damit deren Aktivität. Das Ziel eines Trainings besteht darin, physiologische Anpassungen zu initiieren, welche die körperliche Leistungsfähigkeit verbessern. Die parasympathische Reaktivierung des Herzens nach einer Trainingseinheit ist dabei individuell unterschiedlich und scheint direkt mit der akuten und mittelfristigen Erholung (Superkompensation) zu korrelieren [32]. Während sich der Körper einem hypoxischen Reiz ausgesetzt sieht, kommt es zunächst zu einer Beschleunigung der Herzfrequenz [33,34]. In Folge der verringerten Sauerstoffsättigung und der Aktivierung der peripheren Chemorezeptoren kommt es zu einer Aktivierung des Sympathikus, was ebenfalls zu einem Anstieg der Pulsfrequenz und einer peripheren Vasokonstriktion führt [35,36]. Darüber hinaus kommt es durch eine reflektorische Parasympathikus-Aktivität zu einer subjektiven Entspannung, was man sich vor allem bei stressinduzierten Störungen zu Nutzen machen kann [5,37]. Diese nachhaltige Verbesserung der vagalen Anpassungsfähigkeit kann als eine Art induziertes Vagustraining angesehen werden. Je höher das Fitnessniveau ist, desto schneller tritt die parasympathische Reaktivierung nach dem Trainingsreiz ein und desto kürzer ist die für die Erholung benötigte Gesamtzeit [38,39]. Wiederholt konnte in der Vergangenheit in HRV-Analysen von Ausdauersportlern als Folge eines aeroben Trainingsprogramms eine Zunahme der parasympathischen Aktivität nachgewiesen werden [40]. Aktuelle Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass eine erhöhte sportliche Leistungsfähigkeit direkt mit einer erhöhten parasympathischen und sympathischen Modulationsfähigkeit einhergeht [41].

    Nicht nur eine optimierte Regenerationsfähigkeit, sondern auch eine erhöhte Toleranz gegenüber externen psycho-emotionalen Stressoren wie z. B. bei internationalen Einsätzen spielen eine zentrale Rolle in der Leistungsfähigkeit des Athleten [42, 43]. Dabei versteht man unter einer adäquaten Stresstoleranz die Fähigkeiten des Organismus, auf negative-pathogene externe Stimuli regulierend zu reagieren [44]. Dabei sind Stressfaktoren zwar nicht vermeidbar, aber durch die Aktivierung des Parasympathikus kann der Stresseinfluss während der Wettkampfphasen schnell minimiert werden [45, 46]. Es konnte nachgewiesen werden, dass Interventionen, die sich direkt positiv auf die HRV-Messung auswirken, die Erholung der kardialen Regulations­fähigkeit verbessern und die notwendige Erholungszeit nach Trainings reduzieren [47,48]. Die Bedeutung von Schlaf als regenerativer Faktor für die Leistungsfähigkeit von Sportlern ist diverse Male ausführlich in der Wissenschaft diskutiert worden [49 – 51]. Späte Rückreisen sowie mögliche Wechsel von Zeitzonen führen zu einem deutlich beeinträchtigten Schlafmuster und reduzierter Regenerationsfähigkeit [52 – 54]. Gerade im Einsatz in stressigen Wettkampf-Phasen, hat sich IHT als sehr effektiv gezeigt. Spieler beschreiben nahezu sofort das Einsetzen von Schläfrigkeit, ein Ausbreiten innerer Ruhe und verbesserte Schlafqualität. 

    Intermittierendes-Hyperoxie Training sowie klinische Anwendung

    Der Proband liegt meist während der Behandlung und trägt eine Atemmaske, über die abwechselnd sauerstoffreduzierte Atemluft (18 % – 9 % O2) und je nach Einstellung bei IHT normoxisches oder bei IHHT hyperoxisches (ca. 30 % O2) Luftgemisch eingeatmet wird. Dabei wird ein Brustgurt zur HRV-Messung und zwei Pulsoxymeter zur Messung der peripheren Sauerstoffsättigung getragen. Um ein ausreichend großen physiologischen Stressreiz zu setzen, wird ein SpO2-Wert von weniger als 90 % angestrebt. Eine positive physiologische Reaktion zeigt sich bereits nach Ablauf von 15 – 30 Minuten. Probanden beschreiben das Einsetzen eines Zustands allgemeiner Ruhe, oft begleitet von Entspannung, Schläfrigkeit, Verlangsamung der Atmung und der Herzfrequenz. Bereits nach ein oder zwei Sitzungen verbessern sich Schlaf und Stimmung [6]. IHHT bei Sportlern mit Übertrainingssyndrom konnte bereits nach wenigen Einheiten ein verringertes Stressniveau, d.h. verringerten Sympathikotonus und stärkerer parasympathischer Antrieb, nachgewiesen werden [9].

    Fazit

    Bedeutung für den Sportler: Selbst durch kurze hypoxische Trainings kann eine positive Beeinflussung des Athleten durch Erhöhung der Belastungstoleranz erreicht werden [55 – 57]. Darüber hinaus führt es zu einer Regulation des Gefäßtonus und der Gewebsazidtität (pH) sowie der zellulären glykolytischen Kapazität [58]. Der Einfluss auf die zelluläre und nervale Regenera­tionsfähigkeit (ANS) ist für den Sportler in Hinblick auf die Leistungsfähigkeit von enormer Bedeutung. Durch die IHT kann nicht nur die parasympathische Aktivität und die Selbstregulation des ANS positiv unterstützt werden, sondern auch aktiv als Unterstützung im Rahmen der Regeneration und circadianen Rhythmik eingesetzt werden.

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    Autoren

    Dr. med. Robert Percy Marshall

    ist Facharzt für Physikalische und Rehabilitative Medizin und seit 2018 Mannschaftsarzt von RB Leipzig. Zuvor war er als Gründungsmitglied des Athleticums am Universitätskrankenhaus Hamburg-Eppendorf seit 2012 für die medizinische Betreuung des HSV, zunächst für das komplette NLZ, von 2014 – 2017 auch stellvertretend für die Bundesligamannschaft zuständig. Spezialgebiete: konservative Orthopädie, alternative Heilmethoden, Mikronährstofftherapie. Außerdem ist er wiss. Beirat der sportärztezeitung.

    Dr. med. Andrea Gartenbach

    ist Fachärztin für Innere Medizin mit Schwerpunkt Präventions- und funktionelle Medizin, Regulationsmedizin und Performance Optimierung.

    Jan-Niklas Droste

    ist Mannschaftsarzt von RasenBallsport Leipzig und Mitarbeiter der Sportmedizin des BG Klinikum Hamburg. Vor seiner Tätigkeit im Fußball leitete er für fünf Jahre die medizinische Abteilung des Radsportteams BORA Hansgrohe und war Mitglied im medizinischen Team der NBA Europe Drafts.
    Foto ©BORA-hansgrohe/VeloImages

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