Hintergrund

Nicht nur die komplexe Biathlonleistung stellt ein hohes Maß physiologischer-, motorischer- und mechanischer Herausforderungen, sondern auch der Umgang mit den häufig auftretenden Extremtemperaturen im Training sowie Wettkampf. Im Wintersport sind die Athlet*innen regelmäßig Temperaturen jenseits des Gefrierpunktes ausgesetzt, sodass es notwendig ist, mögliche Schädigungen der Atemwege und deren Prävention zu kennen.

Atmung – aber wie?

Prinzipiell wird zwischen Nasen- und Mundatmung unterschieden. Gesunde Menschen atmen in Ruhe ausschließlich durch die Nase. Bei der Nasenatmung wird die aufgenommene Luft erwärmt, befeuchtet und gereinigt. Die Filterung und Erwärmung der Luft geschieht dabei über die Flimmerhärchen auf der Nasenschleimhaut, wodurch die Luft mit einer Temperatur von 37°C (Körperkerntemperatur) und 100% relativer Luftfeuchte die Lunge erreicht. Diese Bedingungen (100% relative Luftfeuchte, 37°C) werden auch als isothermisches Gleichgewicht bezeichnet. Erfolgt der Atemprozess direkt über den Mund, gelangt die Luft unmittelbar in den Rachenraum und da dort keine Flimmerhärchen vorhanden sind wird dieser Erwärmung- und Befeuchtungsprozess erschwert. Ab Temperaturen unterhalb von -7°C kann die Atemluft nur noch teilweise über die Atemwege erwärmt und befeuchtet werden, wodurch die Luft erst tief in der Lunge die gewünschte Temperatur und Feuchtigkeit erreicht. Diese Verschiebung wird unter Belastung dann durch die hohen und schnell auftretenden Luftvolumina noch weiter verstärkt. Infolgedessen kann es zu Schädigungen der Atemwege zum Beispiel durch eine Irritation der Bronchialschleimhaut kommen. Diese Irritation durch viel kalte und trockene Luft führt zu einer Verengung der Atemwege und löst damit mögliche Asthmasymptomen wie z.B. Reizhusten aus.

Was kann präventiv eingesetzt werden, um die Atemwege zu schützen?

Im Winterausdauersport haben sich Geräte (HME) unterschiedlicher Form, die den Wärme- und Feuchtigkeitsaustausch der Atemwege unterstützen, etabliert (Abbildung 2):

1. Ein Mundstück mit Filter, wodurch die Nase und Gesichtspartie um den Filter frei bleibt. Dieses Gerät muss aktiv im Mund gehalten werden.
2. Eine Maske mit Filter, die Nase, Mund und die entsprechende Gesichtspartie bedeckt. Dieses Gerät wird mittels Band am Hinterkopf befestigt.
3. Ein Textiltuch mit eingenähtem Filter, welches über den Kopf gestülpt wird. Dieses Gerät bedeckt das komplette Gesicht sowie den Halsbereich.

Das Prinzip der HME kann wie folgt verstanden werden:

1. Die Innenfläche des HME sowie des Filters werden durch ausgeatmete wasserhaltige Luft erwärmt und befeuchtet.
2. Der Filter dient als Barriere zwischen Umgebungsluft und Luft innerhalb des HME‘s.
3. Die kalte, trockene Umgebungsluft wird bei der Einatmung durch den Filter und das verbleibende ausgeatmete Restvolumen im HME erwärmt und befeuchtet.

• Ein HME kann somit als Vorraum verstanden werden, wo kalte, trockene Umgebungsluft partiell erwärmt und befeuchtet wird, bevor die Umgebungsluft die oberen Atemwege erreicht.

Was muss bei den Geräten beachtet werden?

Die Wirkung der Geräte ist grundsätzlich identisch, allerdings ist die Qualität der Luft abhängig von der entsprechenden Filterfläche, Materialdichte und des verbleibenden ausgeatmeten Luftvolumens im HME. HME’s sind generell effektiv, wenn es um das erwärmen und befeuchten von kalter Umgebungsluft geht. Bedingt durch ihr Design sind mögliche Nachteile von HME’s der durch den Filter erhöhte Atemwiderstand sowie das erhöhte Totraumvolumen. Dieses erhöhte Totraumvolumen führt zu einem geringen Sauerstoff- und erhöhtem Kohlenstoffdioxidgehalt in der eingeatmeten Luft. Beide Faktoren können in Unwohlsein und erhöhtem Belastungsempfinden resultieren. Es ist aber auch zu beachten, dass die regelmäßige Nutzung solcher Geräte einen Gewöhnungseffekt hervorrufen kann, wodurch die Toleranz zunimmt.

Praktische Empfehlung

Das Tragen eines HME’s als vorbeugende Maßnahme empfiehlt sich bereits bei Temperaturen ab dem Gefrierpunkt und wird ab -7°C als schützende Maßnahme eingestuft. Sowohl bei langen als auch intensiven Kältebelastungen wie zum Beispiel bei langen niedrig intensiven Trainingseinheiten oder hochintensiven Trainingseinheiten/ Wettkampf sollte ein HME zum Schutz der Atemwege getragen werden, sofern keine Nasenatmung aufrechterhalten werden kann. Bei Atembeschwerden scheint es effektiv zu sein, einen HME bereits in der Erwärmung zu nutzen, um die Atemwege vor einem langen Kälteeinfluss zu schützen. Wird zum Beispiel beim Einatmen von kalter Umgebungsluft ein verstärkter trockener Hustenreiz festgestellt, empfiehlt es sich einen HME zu verwenden. Weitere Indikatoren für die Anwendung eines HME’s können sich in Kurzatmigkeit oder Druckempfinden auf der Brust zeigen.

Basierend auf der aktuellen Literatur scheinen HME’s eine kostengünstige, effektive Maßnahme mit hohem Mehrwert gegen potentielle Schäden der Atemwege bei sportlichen Belastungen in Minustemperaturen für Sportler mit und ohne Asthmaproblematik zu sein.

Die Inhalte basieren auf der Originalstudie "Hanstock HG, Ainegren M and Stenfors N (2020) Exercise in Sub-zero temperatures and Airway Health: Implications for Athletes With Special Focus on Heat-and-Moisture-Exchanging Breathing Devices" die 2020 im „Journal Frontiers Sports and Active Living" veröffentlicht wurde.