Abstract des Autors

Bei Höhenbewohnern sind Akklimatisierung (physiologische Änderungen während eines Aufenthalts) und Adaptation (genetische Variation) wichtig für Überleben und Leistungsfähigkeit. Hier vergleichen wir physiologische Unterschiede während Arbeit bei Höhenbewohnern in Südamerika, Asien (Tibet und Nepal) und Ostafrika (Äthiopien und Kenia). Während kurzdauernden Aktivitäten ist die verringerte Luftreibung von Vorteil. Während längerer Belastungen ist der erniedrigte maximale aerobe Stoffwechsel begrenzend. Während submaximaler Leistung werden verschiedene Kompensationsmechanismen wirksam: vermehrte Atmung, Verringerung der respiratorischen Alkalose durch die Nieren, Wachstum der Lungen in der Kindheit mit verbesserter Diffusionskapazität, Erhöhung der Hämoglobinmasse und -konzentration, Änderungen der Hämoglobin-Sauerstoffaffinität, Verkleinerung der Muskelfasern und damit Verkürzung der Diffusionsstrecke für O2, Verringerung des Mitochondrienvolumens entsprechend dem verringerten O2-Verbrauch. Es gibt genetische Unterschiedezu Südamerikanern bei länger in Höhe lebenden Gruppen. Bei Tibetern steigt die Hb-Konzentration bis auf 4000m nicht (Verringerung der Wirkung des Hypoxie-Induzierbaren Faktors 2), während mehr Stickoxid Atmung und Kreislauf erleichtert. Bei einem Teil der Äthiopier ist die arterielle O2-Sättigung erstaunlich hoch; eine vergrößerte Sauerstoffaffinität des Hämoglobins könnte die Ursache sein. Die vergrößerte Leistungsfähigkeit von zwischen 2200 und 2900m lebenden Äthiopiern und Kenianern scheint nicht ein Ergebnis der Höhenwirkung zu sein, sondern von intensivem Training seit der Kindheit und biomechanischen Faktoren (z. B. Masse und Länge der Beine).

Abstract des Autors

In altitude Populations acclimatization (physiological changes during sojourn) and adaptation (genetic variation) are important for survival and performance capacity. Here we compare physiological differences during exercise in highlanders in South America, Asia (Tibet and Nepal) and East Africa (Ethiopia and Kenya). During short-lasting activities, the reduced air friction is an advantage. During longer exercise duration, the reduced maximal aerobic metabolism is limiting. During submaximal exercise, various compensatory mechanisms are effective: increased ventilation, reduction of respiratory alkalosis by the kidneys, growth of the lungs during childhood with improved diffusion capacity, rise of hemoglobin mass and concentration (only in America), changes in hemoglobin-oxygen affinity, reduction of muscle fiber magnitude shortening the distance for O2 diffusion, reduction of mitochondrial volume corresponding to the lowered O2 consumption.
There are genetic differencesin populations living longer at altitude than South Americans. In Tibetans hemoglobin concentration does not rise up to 4000m (reduction of the effect of Hypoxia Inducible Factor 2), while more nitric oxide facilitates ventilation and perfusion. In some of the Ethiopians, arterial O2 saturation is astonishingly high; an increased oxygen affinity of hemoglobin might be the cause. The high exercise capacity of Ethiopians and Kenyans living between 2200 and 2900m seems not to be mainly an altitude effect, but the result of intense physical training since childhood and of biomechanical factors (e. g. mass and length of legs).
Therefore, training in hyperoxia may allow higher exercise intensity, thus imposing a greater physiological training stress. With this systematic review (n=7 studies; years: 1996-2016), we aimed to analyze the medium-term ergogenic properties of hyperoxic vs. normoxic training. Based on the existing datafor cycling and running (3-6 wks with 2 to 5 sessions per week) in hyperoxia (oxygen fraction 0.60-1.00) vs. normoxia, we conclude that hyperoxic training improves performance (Cohen’s d=1.79) and oxygen uptake (d=0.57) in normoxia to large and medium extents, respectively. Future studies are warranted to investigate the long-term performance and health effects of hyperoxic training for athletes in different disciplines.