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VO₂ und VCO₂ aus Atemdaten berechnen

VO₂ beschreibt den vom Körper aufgenommenen Sauerstoff, VCO₂ das produzierte Kohlendioxid. Dieser Leitfaden erklärt die Messungen, Gleichungen und Prüfungen, die du für die Berechnung beider Werte brauchst.

Was VO₂ und VCO₂ bedeuten

VO₂ ist das Volumen an Sauerstoff, das der Körper über einen bestimmten Zeitraum aufnimmt. VCO₂ ist das Volumen an Kohlendioxid, das im selben Zeitraum abgegeben wird. Die Werte werden üblicherweise in Litern oder Millilitern pro Minute angegeben.

Allein anhand eines Ernährungstagebuchs lassen sich diese Werte nicht genau berechnen. Normalerweise werden dazu die eingeatmete Luftmenge sowie die Sauerstoff- und Kohlendioxidanteile in dieser Luft gemessen. Dieses Verfahren heißt indirekte Kalorimetrie, weil der Energieverbrauch aus dem Gasaustausch abgeleitet wird.

VO₂: pro Minute verbrauchter Sauerstoff
VCO₂: pro Minute produziertes Kohlendioxid
VI: Volumen der pro Minute eingeatmeten Luft
VE: Volumen der pro Minute ausgeatmeten Luft
F: Anteil eines bestimmten Gases in der Luft

Für die Berechnung benötigte Messwerte

Für die Berechnung brauchst du den Atemfluss beim Ein- und Ausatmen sowie die Sauerstoff- und Kohlendioxidanteile in der ein- und ausgeatmeten Luft. Ein Gasanteil wird als Dezimalzahl angegeben. Ein Prozentwert muss daher vor dem Einsetzen in eine Gleichung durch 100 geteilt werden. Alle Atemflusswerte müssen sich auf denselben Zeitraum beziehen.

Das Gasvolumen verändert sich mit Temperatur, Druck und Wasserdampf. Deshalb müssen die ein- und ausgeatmeten Volumina vor dem Vergleich auf dieselben Referenzbedingungen umgerechnet werden. In der Praxis nehmen korrekt konfigurierte Messsysteme diese Korrekturen normalerweise im Rahmen der Verarbeitung vor.

VI und VE in Litern pro Minute
Sauerstoffanteil der eingeatmeten Luft, angegeben als FIO₂
Sauerstoffanteil der ausgeatmeten Luft, angegeben als FEO₂
Kohlendioxidanteil der eingeatmeten Luft, angegeben als FICO₂
Kohlendioxidanteil der ausgeatmeten Luft, angegeben als FECO₂

Atemfluss beim Einatmen berechnen

Viele Systeme mit offenem Kreislauf messen den Atemfluss beim Ausatmen direkt, nicht aber auf dieselbe Weise beim Einatmen. Das eingeatmete Volumen kann dann geschätzt werden, indem man annimmt, dass sich die Stickstoffmenge, die in den Körper hinein- und aus ihm herausgelangt, nicht verändert. Das nennt man Haldane-Transformation.

Berechne zuerst den Stickstoffanteil, indem du die Sauerstoff- und Kohlendioxidanteile von 1 abziehst. Das eingeatmete Volumen berechnest du dann so: VI = VE × (1 − FEO₂ − FECO₂) ÷ (1 − FIO₂ − FICO₂). Gib alle Gasanteile als Dezimalzahlen an und runde die Zwischenschritte nicht.

Anteil des ausgeatmeten Stickstoffs berechnen: 1 − FEO₂ − FECO₂
Anteil des eingeatmeten Stickstoffs berechnen: 1 − FIO₂ − FICO₂
Den ausgeatmeten Anteil durch den eingeatmeten Anteil teilen
Das Ergebnis mit VE multiplizieren, um VI zu erhalten

VO₂ und VCO₂ berechnen

Sobald VI und VE unter übereinstimmenden Bedingungen vorliegen, lässt sich die Sauerstoffaufnahme so berechnen: VO₂ = (VI × FIO₂) − (VE × FEO₂). Die Kohlendioxidproduktion berechnest du so: VCO₂ = (VE × FECO₂) − (VI × FICO₂). Wenn du den Atemfluss in Litern pro Minute angibst, erhältst du beide Ergebnisse ebenfalls in Litern pro Minute.

Der Anteil des eingeatmeten Kohlendioxids ist manchmal sehr klein. Du solltest ihn aber nur weglassen, wenn die Berechnungsmethode ihn ausdrücklich als vernachlässigbar behandelt. Wenn du den gemessenen Wert beibehältst, bleibt die Gleichung konsistent. Verwende durchgehend ungerundete Gasanteile und runde erst das Endergebnis auf eine sinnvolle Zahl von Dezimalstellen.

VI berechnen, falls der Wert nicht direkt gemessen wurde
Jeden Atemflusswert mit dem zugehörigen Gasanteil multiplizieren
Den ausgeatmeten Sauerstoff vom eingeatmeten Sauerstoff abziehen, um VO₂ zu berechnen
Das eingeatmete Kohlendioxid vom ausgeatmeten Kohlendioxid abziehen, um VCO₂ zu berechnen
Prüfen, ob beide Ergebnisse dieselbe Einheit und denselben Zeitraum verwenden

Ergebnisse umrechnen und vergleichen

Einen Wert in Litern pro Minute kannst du in Milliliter pro Minute umrechnen, indem du ihn mit 1.000 multiplizierst. Um VO₂ auf die Körpermasse zu beziehen, multiplizierst du Liter pro Minute mit 1.000 und teilst das Ergebnis durch die Körpermasse in Kilogramm. Das Ergebnis wird in Millilitern pro Kilogramm pro Minute angegeben.

Relative Werte können helfen, Messungen bei unterschiedlichen Körpergrößen zu vergleichen. Die Berechnung erklärt jedoch nicht jeden Unterschied zwischen den Ergebnissen. Bewegungsintensität, Atemmuster, kürzlich gegessene Nahrung und die Frage, ob der Messwert stabil war, können die Zahl beeinflussen. Vergleiche Messwerte nur, wenn die Messbedingungen einigermaßen ähnlich sind.

L/min in ml/min umrechnen: mit 1.000 multiplizieren
Relative VO₂: VO₂ in L/min × 1.000 ÷ Körpermasse in kg
Festhalten, ob der Wert in Ruhe oder während der Bewegung gemessen wurde
Beim Vergleich verschiedener Trainingseinheiten immer dieselbe Einheit verwenden

VCO₂ zusammen mit der Ernährung erfassen

Wenn du VCO₂ durch VO₂ teilst, erhältst du den respiratorischen Austauschquotienten, kurz RER. Dieser Quotient spiegelt wider, welche Mischung aus Kohlenhydraten und Fett gerade verwendet wird. Er zeigt jedoch nicht direkt, welche Lebensmittel du zuletzt gegessen hast. Hohe Belastung, wechselnde Intensität und ein unregelmäßiges Atemmuster können die Interpretation eines kurzen Messwerts erschweren.

Ein Ernährungstagebuch erfasst aufgenommene Energie und Nährstoffe, während VO₂ und VCO₂ den Gasaustausch während des Messzeitraums beschreiben. Protein und Kohlenhydrate liefern etwa 4 kcal pro Gramm, Fett etwa 9 kcal pro Gramm. Mit diesen Näherungswerten aus dem Lehrbuch lässt sich jedoch kein präzises Ergebnis des Gasaustauschs rekonstruieren. Betrachte die Atemberechnung und das Ernährungstagebuch als verwandte Informationsquellen, nicht als austauschbare Messungen.

RER als VCO₂ ÷ VO₂ berechnen
Werte verwenden, die für denselben Zeitraum erfasst wurden
Auf eine stabile Messung achten und nicht auf einen einzelnen ungewöhnlichen Atemzug
Bei der Auswertung kürzlich erfolgte Mahlzeiten und Bewegung berücksichtigen