Sind Muskelsauerstoffsensoren das nächste großartige Fitness-Wearable?

May 19, 2023

Ein kleines Unternehmen aus Minnesota glaubt, die Zukunft der Fitnesstechnologie entwickelt zu haben. Jetzt muss es dem Rest von uns beibringen, wie man es benutzt.

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Bei einer typischen Trainingsfahrt in der Sierra Nevada in Spanien startet der Triathlon-Sieger der Olympischen Spiele in Tokio, Kristian Blummenfelt, in der Nähe von Granada, etwa 900 Meter über dem Meeresspiegel, und erreicht das Ziel in einer Höhe von bis zu 3.000 Metern. Ein wichtiges Mantra für Norwegens weltbestes Triathlonteam ist die Intensitätskontrolle – jedes Training ist weder einfacher noch schwieriger, als es der Trainer vorschreibt. Aber der Höhenunterschied macht es schwierig, das richtige Tempo zu finden. Da die Luft immer dünner wird und der Sauerstoffgehalt stetig sinkt, zeigen Herzfrequenz und Leistungsabgabe nicht mehr konsistent an, wie hart der Körper arbeitet. Laktat, für das ein kleiner Tropfen Blut erforderlich ist, ist eine zu unhandliche Maßnahme, um sie auf dem richtigen Weg zu halten. Deshalb verlassen sich Blummenfelt und seine Trainingspartner auf ein relativ obskures und unbekanntes Stück tragbarer Technologie, das laut Olav Aleksander Bu, Sportwissenschaftler und Olympiatrainer des Teams, zu einem entscheidenden Werkzeug in ihrem Trainingsplan geworden ist: einen Muskelsauerstoffsensor.

Es ist kein Geheimnis, dass Ausdauer Sauerstoff erfordert. Die Standardmessung im Labor ist der VO2max-Test, der quantifiziert, wie viel Sauerstoff Sie einatmen, von Ihrer Lunge in Ihren Blutkreislauf diffundieren und dann zu den Muskeln im ganzen Körper pumpen können. Doch der Teufel steckt im Detail. Wenn eine Felskletterin, die an ihren Fingern hängt, das Ende ihrer Ausdauer erreicht, kann es sein, dass sie nicht einmal mehr schwer atmet. Es sind die Muskeln in ihren Unterarmen, die nicht schnell genug mit Sauerstoff versorgt werden können, obwohl an anderer Stelle im Körper ausreichend Sauerstoff zirkuliert. Wenn man einen Muskelsauerstoffsensor, der etwas größer als ein Streichholzbriefchen ist, auf den Unterarm dieser Kletterin klebt – was der Sportwissenschaftler Andri Feldmann und seine Kollegen von der Universität Bern in der Schweiz kürzlich getan haben –, kann man vorhersagen, wann sie fallen wird. Feldmann hat sie auch bei Skifahrern und Fußballspielern eingesetzt. „Ich denke, Muskelsauerstoff sollte die Herzfrequenz als primären Biomarker für Sportler ersetzen“, sagt er.

Die zur Messung des Muskelsauerstoffs verwendete Technologie wird Nahinfrarotspektroskopie oder NIRS genannt. Indem NIRS Licht durch Ihre Haut strahlt und die Reflektion misst, kann es beurteilen, wie viel Prozent der Hämoglobin- und Myoglobinmoleküle im Muskel und Gewebe darunter Sauerstoff transportieren. Steigt dieser Wert auf 100 Prozent, bedeutet das, dass die Sauerstoffversorgung den Bedarf des Muskels übersteigt; Wenn es gegen Null tendiert, übersteigt die Nachfrage das Angebot. Wenn Sie fünf Minuten lang so stark wie möglich in die Pedale treten, kann dies Ihre Quadrizeps unter 20 Prozent senken, und Spitzensportler können sogar noch tiefer drücken. (Die Grundidee ähnelt Pulsoximetern, diese messen jedoch den Sauerstoffgehalt im Blutkreislauf und nicht in einem bestimmten Muskel.) „NIRS wird seit Jahrzehnten in der Trainingsphysiologie eingesetzt“, sagt Brad Wilkins, Physiologe an der Gonzaga University und ehemaliger Direktor im Sportforschungslabor von Nike. Allerdings waren die NIRS-Geräte umständlich und teuer (ab 15.000 US-Dollar), sodass sie das Labor selten verließen.

Das begann sich 2012 zu ändern, als ein Maschinenbauingenieur in Minnesota namens Roger Schmitz mit der Entwicklung eines einfacheren, günstigeren NIRS-Sensors begann. Zunächst ging Schmitz davon aus, dass er die Technologie in ein medizinisches Gerät für Erkrankungen wie Herzinsuffizienz integrieren könnte, doch ein Kardiologe von der University of Minnesota warnte ihn, dass die Zulassung durch die FDA eine große Hürde darstellen würde. „Er sagte: ‚Warum machst du es nicht für Sportler? Dann kannst du es gleich auf den Markt bringen‘“, erinnert sich Schmitz. Sein Moxy-Sensor kam 2013 auf den Markt, der anfängliche Preis lag bei etwa 1.000 US-Dollar. In den darauffolgenden Jahren tauchten einige günstigere Konkurrenten auf, hergestellt von BSX und Humon, aber beide Unternehmen haben den Verkauf von Muskelsauerstoffsensoren eingestellt. Die aktuellen Kosten für einen Moxy-Sensor betragen 800 US-Dollar. Ob sich der Preis lohnt, hängt von der Antwort auf eine Frage ab, über die Schmitz und andere seit fast einem Jahrzehnt diskutieren: Können Muskelsauerstoffdaten Sportlern wirklich dabei helfen, besser zu trainieren und an Wettkämpfen teilzunehmen?

Das Moxy-Gerät zog schnell eine Gemeinschaft von Tüftlern an, insbesondere einen Physiologen und Trainer namens Jürg Feldmann – Andris Vater – der einige der ersten Bewertungsprotokolle für Sportler mithilfe von Muskelsauerstoffsensoren entwickelte. Red Bull testete den Sensor bereits 2014 an Radfahrern und Mitglieder der kanadischen Kajak-Nationalmannschaft befestigten ihn an ihren Bizepsen; Laut Schmitz haben auch mehrere Tour-de-France-Fahrer sie ausprobiert. Als Nike das Breaking2-Projekt startete, das 2017 in einem weniger als zweistündigen Marathonversuch gipfelte, nutzte das Unternehmen Moxy-Sensoren bei Sportlern, darunter Marathon-Olympiasieger Eliud Kipchoge.

Das Breaking2-Team wollte mit Muskelsauerstoff signalisieren, ob das Tempo, das zur Überwindung der Zwei-Stunden-Marathon-Marke nötig ist, gehalten werden kann. Im letzten Sommer von Wilkins und seinen ehemaligen Nike-Kollegen veröffentlichte Daten bestätigten, dass die Trendlinie – ob der Muskelsauerstoff steigt, stabil oder sinkt – eine „kritische Stoffwechselrate“ offenbart, die nachhaltige von nicht nachhaltigen Anstrengungen trennt und im letzteren Fall vorhersagt, wie lange Du bist gegangen, bevor du gegen die Wand gestoßen bist. Es handelt sich um die Art von Informationen, die man sich vielleicht gerne auf einer Smartwatch anzeigen lassen würde, doch die Interpretation der Daten in Echtzeit ist schwierig, da andere Faktoren wie die Länge und Intensität eines Aufwärmtrainings den Sauerstoffgehalt der Muskeln beeinflussen können. „Das ist eine Herausforderung, an der das Moxy-Team derzeit arbeitet“, sagt Schmitz.

Bu und seine norwegischen Triathleten nutzen Laktat- und VO2max-Labortests, um die wichtigsten Trainingsintensitäten zu ermitteln und sie dann mit einem bestimmten Muskelsauerstoffgehalt zu vergleichen. Blummenfelts Laktatschwelle liegt beispielsweise bei einem Muskelsauerstoffgehalt von 18 bis 19 Prozent, gemessen am Quadrizeps. Im Vorfeld der Olympischen Spiele gelang es ihm, dies 70 bis 80 Minuten lang durchzuhalten; Vor seinem Ironman-Debüt im November, bei dem er die schnellste jemals aufgezeichnete Zeit erzielte, erhöhte er diese auf etwa 90 Minuten. Der Muskelsauerstoffwert hielt seine Trainingsanstrengungen auf dem gewünschten Niveau, unabhängig von den Auswirkungen von Höhe, Hitze und anderen Umweltfaktoren. „Ich verwende es hauptsächlich, um die Intensität vorzuschreiben“, sagt Bu, „besonders wenn ich in neue Klimazonen vordringe.“

Angesichts der Ergebnisse, die Bu's Triathleten veröffentlicht haben, ist es unvermeidlich, dass mehr Athleten mit Muskelsauerstoff experimentieren, vielleicht in einem der Dutzenden Moxy-zertifizierten Trainingszentren im ganzen Land. Aber selbst Schmitz warnt davor, dass Benutzer von dem Gerät keine einfachen Antworten erwarten sollten. „Der menschliche Körper ist komplex“, sagt er. „Wenn man das in rotes Licht und grünes Licht umwandelt, verliert man etwas.“ Auch Wilkins ist optimistisch, aber vorsichtig. „Wir messen seit 100 Jahren die Herzfrequenz, aber wir haben schreckliche Arbeit geleistet, den Menschen den Umgang damit beizubringen“, betont er. Die Herausforderung liegt also nicht in der Technologie; es geht um Kommunikation. „Ich bin absolut davon überzeugt, dass das Muskelsauerstoffsignal ein nützlicher Datenpunkt ist, den Menschen auf ihr Training und ihre Leistung anwenden können“, sagt Wilkins. „Wie übersetzen wir das jetzt?“