VO₂max aus Trainingsdaten schätzen: Wie die Zahl auf deiner Uhr entsteht

Fast jede Sportuhr zeigt heute einen VO₂max-Wert, und fast niemand, der ihn sieht, war je in einem Labor. Die Zahl entsteht aus ganz normalen Trainingseinheiten. Wie das geht, warum zwei Geräte für denselben Menschen verschiedene Werte zeigen und was du mit der Zahl anfangen kannst, sortiert dieser Artikel. Am Ende steht, wo die Schätzung an ihre Grenzen kommt, denn das ist der Teil, den kaum ein Hersteller aufschreibt.

Was VO₂max eigentlich ist

VO₂max ist die größte Menge Sauerstoff, die dein Körper pro Minute aufnehmen und verwerten kann, angegeben in Millilitern pro Kilogramm Körpergewicht und Minute. Es ist die Größe deines aeroben Motors: Herzzeitvolumen, Blutvolumen, Kapillarisierung und Mitochondrien in einer Zahl. Im Labor wird sie mit einer Spiroergometrie gemessen, einem Stufen- oder Rampentest bis zur Erschöpfung mit Atemgasanalyse. Untrainierte Erwachsene liegen meist zwischen 35 und 45, ambitionierte Ausdauersportler zwischen 50 und 65, Profis im Radsport und Skilanglauf zwischen 75 und 90.

Für die Einordnung nutzen Garmin, das American College of Sports Medicine und auch trace die Normwerte der FRIEND-Registry (Kaminsky et al. 2015), nach Alter und Geschlecht gestaffelt. Die Untergrenzen der Kategorien, in ml/kg/min:

Wer unter der ersten Spalte liegt, gilt als unterdurchschnittlich. Die Bänder sind Bevölkerungsnormen, keine Leistungsklassen: „Exzellent" mit 55 ist im Radsport ein solider Amateur, kein Profi.

Wie eine Uhr ohne Labor schätzt

Der Trick beruht auf einem alten Zusammenhang: Innerhalb einer Person steigt die Herzfrequenz annähernd linear mit dem Sauerstoffbedarf (Swain et al. 1994). Und den Sauerstoffbedarf einer Belastung kann man aus der Belastung selbst berechnen. Beim Radfahren verbraucht jedes Watt rund 12 Milliliter Sauerstoff pro Minute, dazu kommt ein Grundbedarf von etwa 300 ml. Beim Laufen kostet jeder Kilometer pro Stunde auf der Ebene etwa 3,5 ml/kg/min, bergauf entsprechend mehr. Das sind die Formeln des ACSM, die seit Jahrzehnten in der Sportphysiologie stehen.

Damit wird aus jeder Einheit ein Experiment. Ein Algorithmus sucht Abschnitte, in denen Leistung (oder Tempo) und Herzfrequenz stabil sind, berechnet für jeden Abschnitt den Sauerstoffbedarf, trägt ihn gegen die Herzfrequenz auf und legt eine Gerade hindurch. Diese Gerade verlängert er bis zur maximalen Herzfrequenz. Der Wert dort ist die VO₂max-Schätzung. Firstbeat hat das Verfahren patentiert, Garmin, Suunto und Polar nutzen es in Varianten, und so rechnet auch trace.

Ein Beispiel zum Nachrechnen

Ein 75 kg schwerer Fahrer tritt in einer Einheit einen ruhigen Block mit 200 W bei Puls 150 und einen härteren mit 260 W bei Puls 170.

• 200 W: (12,35 × 200 + 300) / 75 = 36,9 ml/kg/min bei 150 bpm
• 260 W: (12,35 × 260 + 300) / 75 = 46,8 ml/kg/min bei 170 bpm

Die Steigung der Geraden beträgt (46,8 − 36,9) / (170 − 150) = 0,495 ml/kg/min pro Schlag. Bei einer maximalen Herzfrequenz von 190 fehlen ab dem harten Block noch 20 Schläge: 46,8 + 20 × 0,495 = 56,7 ml/kg/min. In echten Einheiten stecken statt zwei Punkten Dutzende Abschnitte, und die Gerade wird gewichtet gerechnet, aber das Prinzip ist genau dieses.

Und jetzt das Wichtigste an dem Beispiel: Mit einer maximalen Herzfrequenz von 185 ergäbe dieselbe Einheit 54,2, mit 195 wären es 59,2. Fünf Schläge in der Annahme über deinen Maximalpuls verschieben das Ergebnis um zweieinhalb Punkte. Wer seine HFmax nicht kennt und die Uhr mit einer Altersformel rechnen lässt (Tanaka: 208 − 0,7 × Alter), bekommt eine Zahl, deren Fehlerbalken größer ist als jeder Trainingsfortschritt eines Jahres.

Was trace anders macht als die reine Formel

Die Gerade ist nur so gut wie die Punkte, die sie tragen. Deshalb sitzt vor der Regression eine Reihe von Filtern, und danach kommt eine zweite Methode, die die erste kontrolliert.

• Nur stabile Abschnitte. Gewertet werden Blöcke von 30 Sekunden bis vier Minuten, in denen die Herzfrequenz um höchstens 2,5 Schläge schwankt und die Leistung um höchstens 12 Prozent. Anfahren, Ampeln und Abfahrten fallen so heraus.
• Kein kardialer Drift. Steigt der Puls bei gleicher Leistung um mehr als 1,5 Schläge pro Minute, ist das Dehydration, Hitze oder Ermüdung, nicht Sauerstoffbedarf. Solche Abschnitte werden verworfen, sonst zieht der Drift die Gerade flach und die Schätzung nach unten.
• Plausibilität der Steigung. Physiologisch liegt der Zuwachs zwischen 0,15 und 1,0 ml/kg/min pro Schlag. Fits außerhalb dieses Bereichs sind Rauschen und werden nicht bis zur HFmax verlängert.
• Erklärungsgüte. Erst wenn die Gerade mindestens die Hälfte der Streuung erklärt (r² ab 0,5), zählt die Einheit als Messung. Ein lockerer Grundlagen- lauf, in dem Puls und Tempo kaum variieren, liefert deshalb oft gar keinen Wert, und das ist richtig so.
• Höhe und Hitze. Leistung über 1500 Metern ist hypoxisch gedrückt und wird aufs Meeresniveau normiert. Heiße Einheiten bei niedriger Akklimatisierung werden anteilig nach oben korrigiert, weil die Hitze den Puls hebt, ohne dass mehr Sauerstoff fließt.
• Eine zweite Methode. Beim Radfahren zählt neben der Regression die beste 5-Minuten-Leistung der Einheit, ein direktes Maß für die maximale aerobe Leistung. Beim Laufen konkurrieren drei Verfahren: das härteste anhaltende Fenster (VDOT nach Daniels, auf Rennanstrengung projiziert), ein langer Tempo-Block an der Schwelle und die Herzfrequenz-Tempo-Linearität. Die Methode mit der höheren Konfidenz gewinnt, bei Gleichstand die direktere.

Warum der Wert nicht jeden Tag springt

Jede qualifizierende Einheit liefert einen Messpunkt, und einzelne Messpunkte streuen um mehrere Einheiten. Würde die App den letzten Punkt anzeigen, sähe die Kurve aus wie ein Seismograph. trace glättet die Punkte mit einem konfidenzgewichteten gleitenden Mittel, begrenzt den Schritt pro Messung und hält den höchsten Wert der letzten Wochen, der langsam verblasst, statt an einer Fenstergrenze abzureißen. Der angezeigte Wert darf sich außerdem um höchstens 0,1 pro Tag bewegen, deshalb zeigt trace ihn als ganze Zahl: Eine Nachkommastelle würde eine Präzision behaupten, die die Messung nicht hat.

Lockere Einheiten liefern keinen Messpunkt und können den Wert daher nicht herunterziehen. Was ihn senkt, ist Nichtstun: Nach Coyle et al. (1984) verlieren gut trainierte Athleten in zwölf Tagen völliger Pause etwa 7 Prozent ihrer VO₂max, nach zwölf Wochen 16 Prozent, dann flacht der Verlust ab. trace zählt deshalb trainingsfreie Tage, nicht messfreie: Wer regelmäßig fährt oder läuft, aber ohne harte Abschnitte, behält seinen Wert (Hickson et al. 1985 zeigten, dass zwei Drittel weniger Umfang die VO₂max über 15 Wochen praktisch erhalten). Erst echte Pause senkt ihn, sanft und nie unter einen physiologischen Boden.

Warum zwei Geräte zwei Zahlen zeigen

Uhr und trace rechnen aus denselben Einheiten und kommen trotzdem selten auf dieselbe Zahl. Die Gründe sind fast immer dieselben vier:

1. Die maximale Herzfrequenz. Das Beispiel oben zeigt, warum. Eine Uhr nimmt oft die Altersformel oder den höchsten je gemessenen Wert, der auch ein Sensorfehler sein kann. trace nutzt deine hinterlegte HFmax und akzeptiert beobachtete Werte nur, wenn eine zweite Einheit sie bestätigt.
2. Das Gewicht. Die Zahl ist relativ zum Körpergewicht. Drei Kilo Unterschied im Profil sind bei einem Wert um 55 gut zwei Punkte.
3. Die Sportart. VO₂max ist spezifisch. Radfahrer messen auf dem Rad höher als beim Laufen, bei Läufern ist es umgekehrt, und zehn Punkte Unterschied zwischen beiden sind keine Seltenheit. trace führt Rad und Lauf getrennt.
4. Die Filter. Welche Abschnitte zählen, wie stark geglättet wird und ob Hitze korrigiert wird, entscheidet über zwei bis drei Punkte.

Eine Differenz von drei bis fünf Punkten zwischen Geräten ist deshalb normal und kein Zeichen, dass eines falsch liegt. Vergleiche die Trends, nicht die Absolutwerte.

Was du mit der Zahl anfangen kannst

Der Absolutwert ordnet dich ein, mehr nicht. Nützlich wird VO₂max über die Zeit und über das, was sich daraus ableiten lässt. trace rechnet aus dem Wert die maximale aerobe Leistung auf dem Rad (Watt pro Kilogramm) und die Trainingstempi beim Laufen (VDOT als Näherung, die Daniels-Tabellen treffen die Intervall- und Schwellenpace fast exakt). Beides sind Startwerte für Zonen, wenn noch keine Critical-Power-Kurve vorliegt.

Für die Trainingssteuerung gilt: VO₂max reagiert am stärksten auf Intervalle von drei bis fünf Minuten bei 90 bis 95 Prozent der maximalen Herzfrequenz. Helgerud et al. (2007) fanden mit 4 × 4 Minuten in acht Wochen rund 7 Prozent Zuwachs, während gleichmäßiges Grundlagentraining den Wert kaum bewegte. Der zweite Hebel ist schlicht das Gewicht, weil die Zahl relativ ist. Und der dritte ist Geduld: Ab etwa 30 sinkt VO₂max ohne Training um rund ein Prozent pro Jahr, mit Training deutlich langsamer. Ein Wert, der über Jahre stabil bleibt, ist ein Erfolg.

Wo die Schätzung an ihre Grenzen kommt

Es ist eine Schätzung, kein Messwert, und sie hat klare Bedingungen. Wer sie kennt, liest die Zahl richtig.

• Ohne harte Abschnitte keine Messung. Wer wochenlang nur locker trainiert, bekommt keinen neuen Punkt. trace zeigt den Wert dann als „gehalten" statt so zu tun, als sei er frisch.
• Rad ohne Leistungsmesser. Aus Herzfrequenz und Geschwindigkeit allein lässt sich auf dem Rad kein Sauerstoffbedarf ableiten, zu viel hängt an Wind, Steigung und Windschatten. Ohne Watt gibt es keinen Rad-Wert.
• Herzfrequenz ist träge und launisch. Sie hinkt der Belastung um 30 bis 60 Sekunden hinterher, steigt mit Hitze, Koffein, Schlafmangel und beginnender Erkältung. Jede dieser Verschiebungen sieht für die Regression aus wie weniger Fitness. Die Filter fangen einen Teil ab, nicht alles.
• Beim Laufen stört das Gelände. Trail, Wind und weicher Untergrund erhöhen die Kosten pro Kilometer, ohne dass die Formel es sieht. Bergab wird zu wenig Sauerstoff angenommen, weshalb trace Bergab-Fenster aus der Best-Effort-Rechnung nimmt. Flache Straßenläufe liefern die verlässlichsten Werte.
• Der Absolutwert gegen das Labor. Hersteller nennen Fehler um 5 Prozent; unabhängige Studien finden je nach Gruppe systematische Abweichungen von mehreren Punkten, meist Überschätzung bei weniger Trainierten. Wer eine exakte Zahl braucht, etwa für eine medizinische Einschätzung, braucht die Spiroergometrie.
• Eine Zahl pro Sportart, nicht pro Einheit. Die Einzelmessung einer Einheit ist bewusst nicht die Anzeige. Wer sich wundert, warum ein starkes Intervall- training den Wert nur um 0,1 bewegt hat: Das ist die Glättung, und sie ist Absicht.

Fazit

VO₂max aus Trainingsdaten ist eine ehrliche Näherung, wenn drei Dinge stimmen: die maximale Herzfrequenz, das Gewicht und regelmäßig harte Abschnitte in den Einheiten. Dann ist der Trend über Monate ein verlässliches Signal für deinen aeroben Motor. Der Absolutwert ist eine Einordnung mit Fehlerbalken, und die Unterschiede zwischen Geräten erzählen mehr über deren Annahmen als über deine Form. Wie trace den Wert neben Critical Power, Readiness und Training Load einordnet, steht auf der Features-Seite.

Quellen

• Kaminsky LA et al. (2015): Reference standards for cardiorespiratory fitness measured with cardiopulmonary exercise testing (FRIEND Registry). Mayo Clinic Proceedings.
• Swain DP et al. (1994): Target heart rates for the development of cardiorespiratory fitness. Medicine & Science in Sports & Exercise.
• American College of Sports Medicine: ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription, metabolische Gleichungen.
• Firstbeat Technologies (2014): Automated Fitness Level (VO₂max) Estimation with Heart Rate and Speed Data. White Paper.
• Tanaka H, Monahan KD, Seals DR (2001): Age-predicted maximal heart rate revisited. Journal of the American College of Cardiology.
• Coyle EF et al. (1984): Time course of loss of adaptations after stopping prolonged intense endurance training. Journal of Applied Physiology.
• Hickson RC et al. (1985): Reduced training intensities and loss of aerobic power, endurance, and cardiac growth. Journal of Applied Physiology.
• Helgerud J et al. (2007): Aerobic high-intensity intervals improve VO₂max more than moderate training. Medicine & Science in Sports & Exercise.