Respiratory frequency does not track perceived fatigue independently of time-on-task during a half-marathon: a wearable-sensor field study
Diese Feldstudie unter Verwendung von Wearable-Sensoren bei Freizeit-Halbmarathonläufern zeigt, dass die Atemfrequenz zwar mit der wahrgenommenen Erschöpfung korreliert, diese Beziehung jedoch nicht unabhängig von der Zeitdauer der Belastung ist, was darauf hindeutet, dass zukünftige Forschung Erschöpfung von der verstrichenen Zeit trennen muss, um Atemmuster als Marker für Erschöpfung genau bewerten zu können.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Wenn Menschen laufen, gerät ihr Körper in einen Zustand intensiver, koordinierter Aktivität. Das Herz pumpt schneller, die Muskeln verbrauchen mehr Energie und die Atmung wird tiefer und schneller, um Sauerstoff zuzuführen. Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass sich die Art und Weise, wie ein Mensch atmet, verändert, wenn er müde wird. In einer Laborumgebung, in der Läufer ihre Geschwindigkeit steigern, bis sie nicht mehr weitermachen können, steigt die Atemfrequenz parallel dazu an, wie hart der Läufer das Gefühl hat, zu arbeiten. Dies hat zu einer verbreiteten Annahme geführt: Wenn man die Atmung eines Läufers in Echtzeit messen könnte, wüsste man sofort, wie erschöpft er sich fühlt, unabhängig davon, wie lange er bereits läuft. Die Idee dahinter ist, dass der Atem selbst ein direktes Fenster zum Empfinden der Anstrengung im Geist ist.
Die reale Welt ist jedoch selten so kontrolliert wie ein Labor. Bei einem Langstreckenlauf wird ein Läufer nicht nur müde, weil die Intensität steigt; er wird müde, einfach weil die Zeit vergeht. Während die Minuten verstrichen, häuft der Körper Stress an und das Gefühl der Erschöpfung wächst. Dies schafft eine verwirrende Situation für Forscher: Wenn die Atmung schneller wird und das Gefühl der Müdigkeit gleichzeitig zunimmt, atmet der Läufer dann schneller, weil er sich müde fühlt, oder geschehen beide Prozesse lediglich deshalb, weil das Rennen schon eine lange Zeit läuft? Zwischen den beiden zu unterscheiden, war schwierig, ohne eine Möglichkeit zu haben, einen Läufer über eine lange Distanz natürlich atmen zu lassen, ohne seinen Rhythmus zu unterbrechen.
Ein Forschungsteam setzte sich zum Ziel, dieses Rätsel zu lösen, indem es Freizeitläufer während eines Halbmarathons beobachtete. Sie statteten zwölf Männer mit einem speziellen Shirt aus, das mit Sensoren ausgestattet war, die die Ausdehnung des Brustkorbs und die Bewegung des Abdomens verfolgen konnten, wodurch effektiv jeder Atemzug gemessen wurde, ohne die Notwendigkeit einer Maske oder eines Schlauches. Während die Läufer die 21,1-Kilometer-Strecke zurücklegten, wurden sie alle fünf Minuten aufgefordert, ihr aktuelles Erschöpfungsniveau über eine Smartphone-App zu verbalisieren, wobei sie eine Skala von eins bis zehn nutzten. Das Ziel war zu sehen, ob die durch das Shirt aufgezeichneten Atemmuster das Erschöpfungsgefühl besser vorhersagen konnten, als es allein durch das Wissen um die seit Beginn des Rennens verstrichene Zeit möglich wäre.
Die Ergebnisse offenbarten eine klare, wenn auch überraschende Wahrheit über das Ausdauelaufen. Die Daten zeigten, dass die Atemfrequenz der Läufer im Verlauf des Rennens tatsächlich zunahm und auch ihre Erschöpfungswerte stetig anstiegen. Auf den ersten Blick schienen die beiden eng miteinander verknüpft zu sein. Die Forscher fanden eine starke statistische Verbindung zwischen der Geschwindigkeit, mit der ein Läufer atmete, und dem, wie müde er sich sagte zu fühlen. Doch als das Team den einfachen Umstand der vergehenden Zeit berücksichtigte, verschwand diese Verbindung. Die Zunahme der Atmung war kein unabhängiges Signal des internen Zustands der Erschöpfung des Läufers; vielmehr war sie eine natürliche Folge der Dauer der Anstrengung. Sobald die Forscher die Zeitdauer der Belastung (Time-on-Task) herausrechneten, lieferte die Atemfrequenz keine weiteren Informationen darüber, wie müde ein spezifischer Läufer tatsächlich war. Ein Läufer, der bereits eine Stunde gelaufen war, atmete schneller und fühlte sich müder als ein Läufer, der gerade erst begonnen hatte, aber die Atemfrequenz allein lieferte keine neuen Erkenntnisse über die Erschöpfung, die die Uhr nicht ohnehin schon preisgegeben hatte.
Die Studie untersuchte auch andere Aspekte der Atmung, wie etwa die Art und Weise, wie Brustkorb und Abdomen zusammen bewegten und ob die Läufer ihre Schritte mit ihrem Atem synchronisierten. Die Läufer zeigten tatsächlich eine Tendenz, Schritte und Atem zu koppeln, wobei sie oft vier Schritte pro Atemzug nahmen – ein Muster, das im weiteren Verlauf des Rennens häufiger wurde. Sie änderten auch ihre Atemmechanik und verließen sich im weiteren Verlauf des Rennens mehr auf ihren Brustkorb als auf ihr Abdomen. Doch genau wie die Atemgeschwindigkeit waren diese Veränderungen allein keine zuverlässigen Indikatoren für Erschöpfung. Die Daten zeigten, dass verschiedene Läufer sehr unterschiedlich reagierten. Einige zeigten deutliche Veränderungen in ihren Atemmustern, wenn sie müde wurden, während andere dies nicht taten. Da diese individuellen Unterschiede so groß waren, konnten die Atemmuster nicht als universeller Maßstab für Erschöpfung verwendet werden, wie es etwa ein Tacho für die Geschwindigkeit tut.
Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass in einem kontinuierlichen, selbstgesteuerten Rennen wie einem Halbmarathon das Gefühl der Erschöpfung und die Geschwindigkeit der Atmung beide von demselben zugrunde liegenden Faktor angetrieben werden: dem Vergehen der Zeit. Dies bedeutet nicht, dass die Atmung unwichtig ist, aber es bedeutet, dass sie in diesem spezifischen Kontext nicht unabhängig von der Zeit zur Verfolgung der Erschöpfung genutzt werden kann. Die Studie legt nahe, dass Wissenschaftler, um die Verbindung zwischen der Atmung und der wahrgenommenen Anstrengung eines Läufers wirklich zu verstehen, Experimente entwerfen müssen, bei denen die Dauer der Anstrengung von der Intensität getrennt wird. Bis dahin bleibt für einen Läufer mitten im Rennen der genaueste Indikator dafür, wie lange er sich bereits anstrengt, die Zeit auf seiner Uhr, nicht der Rhythmus seines Atems.
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