Project Description

Leistungsdiagnostik am Klinikum Nürnberg

Am Institut für Sportmedizin im Klinikum Nürnberg Süd betreut Dr. med. Bernd Langenstein die Leistungsdiagnostik, den Fitnesscheck und die sportmedizinische präventive Beratung. Er führt einen Vergleich cosinuss° One zu einem Brustgurt durch.

Als Experte für den Breiten- und Spitzensport weiß er zu berichten, dass wer sich nach langer Pause dazu entschließt sich wieder sportlich zu betätigen oder gar an seine körperlichen Grenzen gehen will, der muss seine körperlichen Grenzen kennen. Ansonsten droht eine Überbelastung, die tatsächlich zu gesundheitlichen Schäden führen kann.

Dr. med. Bernd Langenstein ist selbst aktiv als Marathonläufer, Skilangläufer und Skialpinfahrer. Seine persönlichen Erfahrungen im Leistungssport Volleyball, sowie die Betreuung vieler Sportler aus den verschiedensten Disziplinen bestätigen den Stellenwert einer guten Grundlagenausdauer.

Die Notwendigkeit einer mobilen und kontinuierlichen Beobachtung der Vitalparameter auf eine unkomplizierte, aber zuverlässige Weise weckte das Interesse von Herrn Langenstein an der Alternative zum Brustgurt – dem cosinuss° One.

Die unkomplizierte Handhabung bewährt sich vor allem beim Ablauf der verschiedenen Testverfahren und bei Langzeitbeobachtungen auch außerhalb des Labors. Zuverlässige Pulsfrequenzdaten sind hierbei das A und O, die Möglichkeit die Entwicklung der Körpertemperatur zu erfassen bietet zusätzlich weitere Analysemöglichkeiten.

“Eine ausgefeilte Leistungsdiagnostik ist die Grundlage für ein strukturiertes Training, um die Ausdauerfähigkeit kontinuierlich verbessern zu können und Überlastungen zu vermeiden“, erläutert Dr. Langenstein.

performance diagnostic at hospital Nuernberg

Testablauf

Bei der Leistungsdiagnostik läuft bzw. fährt man auf einem Laufband oder einem Fahrrad-Ergometer mit ansteigender Belastung. Dabei werden Herzfrequenz sowie Blutdruck überwacht und das Stoffwechselprodukt Laktat im Blut gemessen. Während der Belastung werden zudem Sauerstoffaufnahme und Kohlendioxidabgabe dokumentiert.

„Wir setzen alle Werte in ein Verhältnis zueinander und analysieren den Verlauf des Fett- und Kohlenhydratstoffwechsels“, erläutert der Facharzt. „So können wir eine individuell zugeschnittene Aussage zum Energiestoffwechsel machen und einen ausgewogenen Trainingsplan erstellen.“

Neben der Leistungsdiagnostik bietet das Institut für Sportmedizin u.a. Ernährungsberatung, körperliche Eingangsuntersuchungen, sportärztliche Atteste, Tauchtauglichkeitsuntersuchungen und eine Beratung zur Planung von Reisen mit Impfempfehlungen und weitergehende Prophylaxen an.

Cosinuss° zeigt Vergleichsmessungen bei der Anwendung verschiedener Testverfahren auf dem Ergometer indoor.

  • Indoor
  • Radfahren auf Ergometer
  • Kontinuierliche Leistungssteigerung
  • Ende bei persönlichem Leistungsmaximum

Vergleichsdiagramm

Comparing line chart, heart rate measurement of the cosinuss one versus a Polar H7 cheststrap

Im Vergleichsdiagramm der beiden Pulskurven ist zu sehen, dass die absolute mittlere Abweichung bei weniger als 1 Schlag pro Minute liegt. Die Werte der beiden Messmethoden, Brustgurt und In-Ear Sensor, liegen quasi exakt übereinander. Es kommt nur vereinzelt bei stärkeren kurzen Anstiegen der Pulsfrequenz zu einer kleinen zeitlichen Verzögerung in den Daten des cosinuss° One. Der °One überprüft, in seinem Algorithmus, bei solch sprunghaften Ansteigen durch den Vergleich der bisherigen und zu erwartenden Werte, ob der Anstieg ein Messfehler oder korrekt ist. Der Vergleich cosinuss° One vs. Brustgurt zeigt eine sehr gute Übereinstimmung der ermittelten Daten.

Abweichungsdiagramm

Comparing Bland-Altmann Plot, heart rate measurement of the cosinuss one versus a Polar H7 cheststrap

Dies lässt sich auch im sog. Bland-Altman-Diagramm erkennen. Da es bei kontinuierlicher Verlaufskurve des Anstiegs der Pulsfrequenz zu fast schon rhythmischen Wechsel zwischen den absolut minimalen Abweichungen kommt, lässt sich dies auf eine mathematische Rückversicherung. Der Vergleich cosinuss° One und Brustgurt vergleicht auch zwei verschiedene Methoden.

Die beiden Messmethoden, eine optisch (cosinuss) und eine elektrisch (Brustgurt) messen jeweils auch verschiedene Sachverhalte. Elektrisch misst man die Herzaktion an sich. Optisch misst man erst die Auswirkung der Herzaktion im Blutfluss und schließt dadurch auf die Pulsfrequenz. Cosinuss hat das optische Verfahren derart optimiert, dass es mit minimaler Zeitverzögerung überaus korrekt die Pulsfrequenz erfasst.

 

Leistungsdiagnostik Formkurve München

Die Vergleichsmessung zwischen Brustgurt und cosinuss° One fand diesmal bei der Leistungsdiagnostik statt.
Cosinuss° hat seine liebe Buchhalterin und Supportbeauftragte Dallida zur Leistungsdiagnostik im Institut „Formkurve” in München geschickt. Es wird also sehr genau mit Zahlen und Kurven zugehen.

Philipp Peter und die Mitarbeiter der Formkurve sind selbst ehemalige Leistungssportler die individuell und sportwissenschaftlich ihren Kunden helfen sportliche Ziele zu erreichen.
Wer sein Ziel kennt, findet einen Weg mit der Formkurve – so ihr Motto.

Am Anfang der sportlichen Zielsetzung steht immer eine Bestandsaufnahme der aktuellen Leistungsfähigkeit. Bei einer Diagnostik mit einem Laktatstufentest werden mittels Laktatmessung und Aufzeichnung der Pulsfrequenz die metabolischen Stoffwechselvorgänge im Körper analysiert und daraus der aktuelle Leistungsstand sowie die optimalen Trainingsbereiche ermittelt.

Den Stufentest hat Dallida auf einem Laufband durchgeführt. Nach dem vorgeschriebenem ärztlichen Gesundheits-Check, sowie der Messung von Körpergewicht, Ruhe-Laktat und Ruhe-Puls geht es ab aufs Laufband. Zur Vergleichsmessung trug Dallida während des gesamten Tests ununterbrochen einen Brustgurt H7 von Polar und einen cosinuss° One im Ohr.

Testablauf

Dieser Test heißt Stufentest, weil die Belastung in Stufen mit einer Dauer von jeweils 5 Minuten so lange gesteigert werden (Laufgeschwindigkeit oder Wattzahl auf dem Fahrrad), bis die individuelle maximale Belastungsgrenze erreicht ist.
Zur Laktatmessung wird zwischen den Steigerungen jedes Mal Blut am Ohr entnommen. Laktat ist ein Salz der Milchsäure und wird durch anaerobe Energiegewinnungsprozesse (ohne Sauerstoff) im Muskel in das Blut abgegeben. Mit zunehmender Leistung steigt der Gehalt des Laktats im Blut an. Dieser Anstieg wird aufgezeichnet und für die Auswertung des Testes verwendet.
Zusätzlich wird die Herzfrequenz-Kurveaufgezeichnet. In unserem Fall mit zwei Messmethoden, gleichzeitig mit dem Brustgurt H7 von Polar und dem cosinuss° One Sensor im Ohr.
Während der Belastung wird ebenfalls eine Atemgasanalyse durchgeführt.

  • indoor,
  • auf einem Laufband
  • Intervalle von 5 Minuten
  • Belastungssteigerung bei jedem Intervall
  • Ende bei maximaler Leistungsgrenze

Die Auswertung des Tests lässt die Bestimmung der individuellen Laktatschwellen und der Trainingsbereiche zu. So können persönliche Trainingsempfehlungen ausgesprochen werden.
Die Laktatkurve verläuft zunächst linear, bis sie ab einem bestimmten Punkt schlagartig in die Höhe schießt. Diese Stelle entspricht der anaeroben Schwelle (AS).

Unsere Dallida wurde begleitet von Dr. Martin Schönfelder, unter anderem Sportbiologe und Leistungsphysiologe, sowie Triathlon A-Lizenztrainer und Mitglied des Lehrteams beim Bayerischen Triathlonverbandes.

Verlaufsdiagramm

Comparing line chart, heart rate measurement of the cosinuss one versus a Polar H7 cheststrap

In diesem Verlaufsdiagramm ist die Pulsfrequenz in Schlägen pro Minute (bpm) gegen die Zeit in Minuten aufgetragen. So kann der genaue zeitliche Verlauf der Pulskurve nachvollzogen werden und ein Vergleich der beiden Sensoren, °One und Brustgurt, erfolgen.

Das Diagramm der beiden Pulskurven zeigt, dass in der Belastungsphase die beiden Messmethoden identische Ergebnisse liefern. In der Spitze der Leistungsfähigkeit kommt es in dieser Messung zu kurzzeitigen Abweichungen. Auch zu Beginn in der Ruhephase weist der cosinuss °One einige Differenzen zum Brustgurt auf. Trotzdem liegt die absolute mittlere Abweichung zwischen Brustgurt und °One über die gesamte Messung hinweg nur bei 3,2 Schlägen pro Minute.

Abweichungsdiagramm

Comparing Bland-Altmann Plot, heart rate measurement of the cosinuss one versus a Polar H7 cheststrap

Ebenfalls eine bewährte Auswertung zum Vergleich zweier Messmethoden in der Sportwissenschaft ist das sog. Bland-Altman-Diagramm. Dabei wird die Abweichung beider Messmethoden gegen den jeweiligen Mittelwert aufgetragen. Die blaue Linie gibt die mittlere Abweichung an. Die beiden roten Linien grenzen den Bereich des Signifikanzniveaus (1,96 x Standardabweichung) der Punkteschar ein.

Hiervon lässt sich ableiten, dass speziell in der Belastungsphase (hier Pulsbereiche ab 100 bpm) die Abweichungen der Messmethoden minimal sind. Zu Beginn beim Einsetzten des Sensors kommt es zu einigen Ausreißern, die auf die erneute Positionierung des Sensors im Ohr zurückzuführen sind. Von dem Zeitpunkt an, ab dem der Sensor richtig sitzt, sind die Messmethoden nahezu identisch. Insgesamt zeigt sich statistisch, dass beide Messmethoden bei korrekter Anwendung eine zuverlässige Pulsmessung liefern.

Prinzip des Laktatstufentests

Das letzte Diagramm dient zur Veranschaulichung des Prinzips der Leistungsdiagnostik durch den Laktat-Stufentest. Eine Rechtsverschiebung der Laktatkurve im Laufe eines Trainingsjahres bedeutet eine Verbesserung der Leistungsfähigkeit im Ausdauerbereich, da weniger Laktat bei gleicher Belastunge anfällt.

Step test reference scheme

Standard Testlauf cosinuss°

Der letzte Vergleich zwischen dem cosinuss° One und einem Brustgurt, ist der cosinuss° Standard-Testlauf :

  • indoor, im Sportstudio
  • über 17 Minuten
  • auf einem Laufband

Solche Läufe lassen wir regelmäßig und selbstständig von unseren Testern durchführen. Die gesammelten Daten werten wir aus, um Auffälligkeiten in der Messung zu analysieren und zu beheben, und um die Lernkurve der Anwender zu begleiten. Der Lauf unterliegt unter diesen Umständen keinen großen äußeren Einflüssen, so dass wir uns hier bei der Auswertung voll auf die Aktivität und Qualität der Messung konzentrieren können. Sowohl Brustgurt, als auch cosinuss° One sind mit demselben Smartphone verbunden und messen absolut zeitgleich. Wir haben hier die beiden Datensätze übereinander gelegt um einen Vergleich ziehen zu können.

performance diagnostics

Der Vergleich

Dieser ist von einer unserer offiziellen Testläuferinnen: Sara.

Comparing line chart, heart rate measurement of the cosinuss one versus a Polar H7 cheststrap

Im diesem ersten Diagramm ist die Pulsfrequenz in Schlägen pro Minute (bpm) gegen die Zeit in Minuten aufgetragen. So kann der genaue zeitliche Verlauf der Pulskurve nachvollzogen werden und ein Vergleich der beiden Messmethoden, Ohrsensor und Brustgurt, erfolgen. Visuell ist sofort ersichtlich, dass beide Messmethoden sehr Nahe beieinander liegen. Tatsächlich beträgt die absolute mittlere Abweichung nur 1,2 Schläge pro Minute. Somit ergeben die Messungen der beiden Sensorsysteme nur eine sehr geringe Abweichung.

Comparing Bland-Altmann Plot, heart rate measurement of the cosinuss one versus a Polar H7 cheststrap

Im zweiten grafischen Vergleich sind die Abweichungen der beiden Messmethoden in Form eines sog. Bland-Altman-Diagramms beschrieben. Dies ist eine bewährte Auswertung zum Vergleich zweier Messmethoden in der Sportwissenschaft.

Dargestellt sind die Differenzen der einzelnen Messpunkte im Vergleich zum jeweiligen Mittelwert. Sprich wie weit weichen relativ zueinander die beiden Methoden voneinander ab.
Auf der x-Achse sind die Pulsfrequenzen in Schlägen pro Minute aufgetragen, auf der y-Achse die Abweichung der beiden Messmethoden in Schlägen pro Minute. Zur Orientierung dienen die vertikalen Linien. Die blaue Linie gibt die mittlere Abweichung an. Die beiden roten Linien grenzen den Bereich des Signifikanzniveaus (1,96 x Standardabweichung) der Punkteschar ein.

Aus dem Bland-Altman-Plot lassen sich nun einige Aussagen ableiten. Zum einen ergibt sich ein Signifikanzniveau von rund ±3 bpm. Wie man sehen kann sind die Abweichungen im oberen Pulsbereich (120 – 130 bpm) und im unteren Bereich (80 – 100 bpm) minimal. Nur beim Übergang (100 – 120 bpm) kommt es zu einigen wenigen Ausreißern mit bis zu 10 bpm Abweichung. Wenn man sich aber das erste Diagramm ansieht dann kann man sehen, dass diese Abweichungen daher kommen, dass die Pulskurve des cosinuss° One dem Brustgurt wenige Sekunden zeitlich versetzt folgt. Durch den steilen Anstieg des Pulses kommt es dann zu den temporär relativ hohen Abweichungen.

Fazit

Zusammengefasst zeigt sich, dass die Abweichungen beider Messmethoden sehr klein sind. In diesem Beispiel liefern der cosinuss° One und der Brustgurt H7 von Polar gleichwertige Messergebnisse. Der Vergleich cosinuss zu Brustgurt zeigt eine sehr gute Übereinstimmung.