Metabolische Profile im Leistungssport und militärischen Kontext:
Die Bedeutung der ν_La.max für differenzierte Leistungsdiagnostik und präventive Trainingssteuerung

Frederik Schünemann

Einleitung

In den leistungssportlichen Disziplinen und den Teilstreitkräften der Bundeswehr variiert das Anforderungsprofil des Energiestoffwechsels erheblich, abhängig von den spezifischen physischen und taktischen Anforderungen der jeweiligen Sportart oder militärischen Einheit. Die optimale Steuerung des Energiestoffwechsels ist entscheidend, um sowohl die Leistungsfähigkeit zu maximieren als auch die Erholungszeit zu minimieren. Während die aerobe Leistungsfähigkeit (VO_2max) als gängiger diagnostischer Parameter breit erforscht und in der Trainingssteuerung etabliert ist, wurde die Bedeutung der anaerob-glykolytischen Leistungsfähigkeit, dargestellt durch die maximale glykolytische Rate (ν_La.max), in der Leistungsdiagnostik sowohl im Hochleistungssport als auch im militärischen Kontext bislang vernachlässigt. Eine systematische Erfassung der ν_La.max könnte jedoch wertvolle Erkenntnisse für die differenzierte Trainingssteuerung liefern, insbesondere für kurze, intensive Belastungen, die charakteristisch für viele sportliche und militärische Anforderungen sind. Daher bietet die gleichzeitige Erfassung der aeroben und anaeroben Kapazitäten ein umfassenderes Bild des metabolischen Profils und könnte zur Optimierung von Trainingsplänen und Belastungssteuerung beitragen.

Methodik

Zehn Ruderer (7 männlich, 3 weiblich; Alter: 19,8 ± 0,9 Jahre, Größe: 18,2 ± 7.0 cm, Gewicht: 79,9 ± 13,4 kg) führten einen 10-Sekunden-Sprinttest auf einem Ruderergometer durch. In einer zweiten Studie absolvierten 21 Probanden (13 männlich, 8 weiblich; Alter: 23,1 ± 2 0 Jahre, Größe: 177,1 ± 8,4 cm, Gewicht: 74,2 ± 11,9 kg) fünf 15-Sekunden-Laufsprinttests an verschiedenen Tagen unter verschiedenen Bedingungen durch. Baseline: Ruhelaktat (La_rest) ≤ 1.5 mmol/L; Laktat+: La_rest ≥2,5 mmol/L; CHO-: Kohlenhydratzufuhr ≤ 1 g/kg/d für drei Tage; CHO+: Kohlenhydratzufuhr ≥ 9 g/kg/dfür einen Tag; und acuteCHO: 500 ml zuckerhaltiges Getränk. Nach 10-minütiger Erwärmung folgte ein 15-sekündiger Maximalsprint auf einer Laufbahn. Blutlaktatproben wurden in Ruhe und minütlich nach der Belastung entnommen. Die ν_La.max wurde bestimmt mittels folgender Formel:

(max[LA]post-[LA]rest) / (t ex – t alac)

Unterschiede zwischen den Bedingungen und Zeitpunkten wurden mittels Friedman-ANOVA mit dem Dunn‘s Post-Hoc-Test analysiert. Korrelationen wurden mittels Spearman-Rank Analysen durchgeführt. Die Irrtumswahrscheinlichkeit wurde mit p < 0.05 als statistisch signifikant angenommen.

Ergebnisse

Im Rudersport korrelierte ein hoher ν_La.max-Wert signifikant mit höheren Leistungswerten auf den ersten 300 Metern eines 2000-Meter-Rennens (R² = 0.75, p < 0.01) während geringe ν_La.max-Werte eine verbesserte anaerobe Laktatschwelle bedingen. Die ν_La.max variierte in unserem Kollektiv von 0.29 bis 0.66 mmol/L^-1/s^-1. Erhöhte Ruhelaktatwerte und verringerte Kohlenhydratzufuhr verringert signifikant die Laktatakkumulation nach einem Sprinttest und damit auch die ν_La.max (beide p < 0.01).

Schlussfolgerung

Die ν_La.max ist ein entscheidender Parameter für Belastungen, die hohe Leistungen in kurzer Zeit erfordern, wie etwa bei infanteristischen Einsatztätigkeiten. Standardisierte Ruhelaktatwerte und eine kontrollierte Ernährung sind jedoch notwendig, um die ν_La.max zuverlässig messen zu können. Für die Bundeswehr könnte dieser Parameter von Bedeutung sein, um präzisere Einschätzungen der körperlichen Belastbarkeit zu ermöglichen und eine effektivere Trainingsgestaltung zu unterstützen, was langfristig die Gesundheit und Leistungsfähigkeit des militärischen Personals fördert. Je nach Anforderungsprofil könnte dies auch eine optimierte Zuordnung zu militärischen Einheiten ermöglichen.

Literatur

1. Schünemann F. Park SY, Wawer C et al.: Diagnostics of VLamax and Glycolytic Energy Contribution Indicate Individual Characteristics of Anaerobic Glycolytic Energy Metabolism Contributing to Rowing Performance. Metabolites 2023; 13(3): 317. mehr lesen

Verfasser

Frederik Schünemann
Stiftung Universität Hildesheim
Institut für Sportwissenschaft
Universitätsplatz 1, 31141 Hildesheim
E-Mail: schuenemann001@uni-hildesheim.de

Daily Cold Water Immersion: A 10-Day Pilot Study on Insulin Sensitivity, Brown Adipose Tissue Activation, and Cold Acclimatisation in Prediabetic Individuals

Tim Hollstein

Background

Diabetes mellitus and prediabetes are on the rise globally, posing significant health challenges. In Germany, approximately 33 million people are affected. One promising method for preventing and treating these metabolic disorders is activating brown adipose tissue (BAT), which increases energy expenditure and improves glucose and fat metabolism through thermogenic activity. Cold exposure, specifically through daily cold-water immersion (CWI), has shown potential in stimulating BAT activation and improving metabolic health, including glucose regulation and insulin sensitivity. Previous studies suggest that cold exposure may also affect muscle metabolism by enhancing GLUT4 translocation, contributing to whole-body glucose uptake.

Study Objective

This pilot study aims to investigate the effectiveness of daily cold-water immersion (CWI) on the activation and expansion of BAT, improvement of insulin sensitivity, and cold acclimatization in individuals with prediabetes. Additionally, it will examine psychological responses to cold exposure, variability in cold tolerance, and reduction of shivering activity. The goal is to develop a practical protocol for cold exposure and evaluate its long-term effects on metabolic health, particularly the potential impact on preventing type 2 diabetes.

Fig. 1: Representative positron emission tomography/computed tomography (PET/CT) images of two participants undergoing cold exposure (16°C for 2 hours) for brown adipose tissue (BAT) activation assessment: The left image (A) shows an individual with minimal BAT activation, while the right image (B) displays significant BAT activation, indicated by increased radiotracer uptake. These findings highlight the variability in BAT responsiveness to cold exposure. (Adapted from Hollstein et al. Metabolism 2021)

Methods

A total of 10 prediabetic participants will undergo a daily cold water immersion protocol for 30 minutes in 16°C cold water over ten days. Participants will receive neoprene gloves and boots to protect their hands and feet. The study will compare baseline to post-intervention values to assess the effects. The primary outcome is the improvement in insulin sensitivity, measured by the oral glucose tolerance test with the oral minimal model (OGTT-OMM). Secondary outcomes include BAT activity, measured using FDG-PET/CT, cold acclimatization, and muscle glucose uptake. Shivering activity and cold-induced thermogenesis (CIT) will be monitored weekly to track cold adaptation.

Outlook

This study could provide groundbreaking insights into how cold exposure can be utilized to prevent and treat prediabetes. Should the intervention show significant improvements in BAT activation, insulin sensitivity, and muscle glucose uptake, it could lead to new, cost-effective, non-pharmacological approaches in metabolic therapy. In the long term, such interventions could help reduce the prevalence of type 2 diabetes and enhance overall metabolic health. Collaboration with international partners, including data sharing with Sherbrooke University, will help expand research and refine cold exposure protocols.

Related links

1. Becher T, Palanisamy S, Kramer DJ et al.: Brown adipose tissue is associated with cardiometabolic health. Nature Medicine 2021; 27(1): 58-65. mehr lesen
2. Chondronikola M, Volpi E, Børsheim E et al.: Brown Adipose Tissue Improves Whole-Body Glucose Homeostasis and Insulin Sensitivity in Humans. Diabetes 2014; 63(12): 4089-4099. mehr lesen
3. Hanssen MJW, Hoeks J, Brans B et al.: Short-term cold acclimation improves insulin sensitivity in patients with type 2 diabetes mellitus. Nature Medicine 2015; 21(8): 863-865. mehr lesen

Author

Priv.-Doz. Dr. Tim Hollstein
Universitätsklinikum Schleswig-Holstein, Campus Kiel
Institut für Diabetologie und klinische Stoffwechselforschung
Düsternbrooker Weg 17, 24105 Kiel
E-Mail: Tim.Hollstein@uksh.de