Was sind Herzfrequenzzonen?
Herzfrequenzzonen sind Intensitätsbereiche, ausgedrückt als Prozentsätze der maximalen Herzfrequenz (HFmax) oder der Herzfrequenzreserve (HFR) einer Person, die während des Trainings unterschiedlichen physiologischen und metabolischen Zuständen entsprechen. Das am weitesten verbreitete System teilt das Training in fünf Zonen ein, von sehr leichter Anstrengung (Zone 1) bis zur maximalen Anstrengung (Zone 5). Sportphysiologinnen und -physiologen sowie Trainerinnen und Trainer nutzen Zonen, um das Training mit der richtigen Intensität für eine bestimmte physiologische Anpassung zu gestalten, etwa den Aufbau der aeroben Grundlage, die Verbesserung der Laktatschwelle oder die Entwicklung der maximalen Leistung.
Zonenbasierte Trainingsmodelle werden von Organisationen wie dem American College of Sports Medicine (ACSM) verwendet und stehen im Mittelpunkt strukturierter Ausdauertrainingspläne für Läuferinnen und Läufer, Radsportlerinnen und Radsportler sowie andere Ausdauersportlerinnen und -sportler. Zonenbasiertes Training ermöglicht es, die Intensität jeder Einheit auf ein bestimmtes Ziel abzustimmen, statt auf einem einzigen undifferenzierten Anstrengungsniveau zu trainieren. Das Fünf-Zonen-Modell ist im Ausdauersport am gebräuchlichsten, wobei manche Systeme je nach Anwendung drei, sechs oder sieben Zonen verwenden.
Die fünf Herzfrequenzzonen
Die folgende Tabelle zeigt das Fünf-Zonen-Modell, wie es üblicherweise über den Prozentsatz der maximalen Herzfrequenz (%HFmax) und den Prozentsatz der Herzfrequenzreserve (%HFR, die Karvonen-Methode) definiert wird. Die Zonengrenzen variieren leicht zwischen verschiedenen Organisationen und Trainerinnen und Trainern; die Werte unten sind repräsentativ für häufig zitierte sportphysiologische Quellen.
| Zone | Bezeichnung | % HFmax | % Herzfrequenzreserve | Primäre Anpassung |
|---|---|---|---|---|
| Zone 1 | Aktive Erholung / sehr leicht | 50-60% | 50-60% | Erholung, grundlegende aerobe Konditionierung |
| Zone 2 | Aerobe Grundlage / leicht | 60-70% | 60-70% | Fettoxidation, Mitochondriendichte, aerobe Ausdauer |
| Zone 3 | Aerob / moderat | 70-80% | 70-80% | Aerobe Kapazität, kardiovaskuläre Effizienz |
| Zone 4 | Schwelle / hart | 80-90% | 80-90% | Laktatschwelle, Anpassung an das Wettkampftempo |
| Zone 5 | Maximal / Vollgas | 90-100% | 90-100% | VO2max, neuromuskuläre Leistung |
Fox-Formel gegenüber Tanaka-Formel: Schätzung der maximalen Herzfrequenz
Genaue Herzfrequenzzonen hängen von einer zuverlässigen Schätzung der maximalen Herzfrequenz (HFmax) ab. Die bekannteste Formel ist die Fox-Formel (220 minus Alter), die seit den 1970er-Jahren in klinischen und im Fitnessbereich verwendet wird. Die Fox-Formel wurde nicht aus einer streng kontrollierten primären Forschungsstudie abgeleitet; sie war eine Näherung auf Grundlage beobachteter Daten. Eine häufig genannte Einschränkung ist, dass der Standardfehler dieser Schätzung für eine Einzelperson etwa plus/minus 10-12 Schläge pro Minute beträgt, was bedeutet, dass die persönliche HFmax erheblich von der Vorhersage der Formel abweichen kann.
Im Jahr 2001 veröffentlichten Hirofumi Tanaka und Kolleginnen und Kollegen im Journal of the American College of Cardiology eine Metaanalyse, die Daten aus 351 Studien mit über 18.000 Probandinnen und Probanden untersuchte. Für die Tanaka-Formel -- 208 minus (0,7 mal Alter) -- wurde ein Standardfehler von etwa plus/minus 7,1 Schlägen pro Minute berichtet, deutlich niedriger als die Schätzungen für die Fox-Formel. Die Tanaka-Formel zeigte zudem eine schwächere Wechselwirkung zwischen Alter und Geschlecht, was darauf hindeutet, dass sie über die Geschlechter hinweg konsistenter sein könnte als die Fox-Formel. Sportphysiologische Lehrbücher zitieren häufig beide Formeln, wobei die Tanaka-Formel oft als etwas genauer für gesunde Erwachsene bezeichnet wird.
Die Karvonen-Methode: Nutzung der Herzfrequenzreserve
Die Karvonen-Methode, entwickelt vom finnischen Physiologen Martti Karvonen und 1957 veröffentlicht, berechnet Zielherzfrequenzen anhand der Herzfrequenzreserve (HFR) statt der reinen maximalen Herzfrequenz. Die HFR wird als maximale Herzfrequenz minus Ruheherzfrequenz berechnet. Die Zielherzfrequenz bei einem bestimmten Intensitätsprozentsatz lautet: Ruhe-HF + (Intensitätsanteil x HFR). Um zum Beispiel die untere Grenze von Zone 2 (60 % HFR) für eine Person mit einer Ruheherzfrequenz von 60 S/min und einer HFmax von 190 S/min zu ermitteln: 60 + (0,60 x 130) = 138 S/min.
Die Karvonen-Methode gilt bei vielen Sportphysiologinnen und -physiologen als bessere Widerspiegelung der individuellen kardiovaskulären Fitness als der einfache Prozentsatz der HFmax, weil sie die Ruheherzfrequenz berücksichtigt -- die zwischen Personen erheblich variiert und mit dem Ausdauertraining sinkt. Eine hochtrainierte Ausdauersportlerin oder ein hochtrainierter Ausdauersportler kann eine Ruheherzfrequenz von 40 S/min haben, was deutlich andere Zielzonen ergibt als bei einer bewegungsarmen Person mit einer Ruheherzfrequenz von 80 S/min, selbst wenn ihre maximalen Herzfrequenzen identisch sind. Das ACSM nimmt die Karvonen-Methode in seine Leitlinien zur Trainingsverordnung auf.
Zone-2-Training: die Wissenschaft des Aufbaus der aeroben Grundlage
Zone-2-Training -- anhaltende aerobe Belastung bei 60-70 % der HFmax oder HFR -- wird mit Verbesserungen der Mitochondriendichte, der Fettoxidationskapazität und der aeroben Grundlage in Verbindung gebracht. Bei Zone-2-Intensität nutzt der Körper überwiegend den aeroben Stoffwechsel und stützt sich auf Fett sowie einen kleineren Anteil Kohlenhydrate als Brennstoff. Sportphysiologinnen und -physiologen haben Zone 2 als jene Intensität untersucht, bei der Fettoxidation und mitochondriale Anpassungen über längere Zeiträume aufrechterhalten werden können, ohne dass es zu einer nennenswerten Laktatansammlung kommt.
Forschung von Seiler und Kolleginnen und Kollegen, die die Trainingsverteilung von Eliteausdauersportlerinnen und -sportlern untersucht, hat ein polarisiertes Muster beschrieben, bei dem Athletinnen und Athleten den Großteil des Trainingsvolumens bei niedrigen Intensitäten (grob den Zonen 1-2 entsprechend), einen kleineren Anteil bei hohen Intensitäten (Zonen 4-5) und relativ wenig bei moderaten Intensitäten (Zone 3) absolvieren. Dieses Modell -- mitunter polarisiertes Training genannt -- wurde im Vergleich zu schwellenorientierten Trainingsansätzen untersucht. Die Grundüberlegung ist, dass Volumen bei niedriger Intensität die aerobe Kapazität und die mitochondriale Funktion aufbaut, während Einheiten mit hoher Intensität die VO2max und die Laktatschwelle entwickeln.
So finden Sie Ihre persönlichen Herzfrequenzzonen
Der genaueste Weg, die individuelle maximale Herzfrequenz und die Trainingszonen zu bestimmen, ist ein abgestufter Belastungstest (Graded Exercise Test, GXT), der von einer Sportphysiologin oder einem Sportphysiologen bzw. einer sportmedizinischen Fachkraft durchgeführt wird, häufig mit gleichzeitiger Messung des Gasaustauschs (VO2max-Test). Labortests können Ventilationsschwellen ermitteln, die genauer mit physiologisch bedeutsamen Zonengrenzen übereinstimmen als altersbasierte Formeln.
Für die meisten Freizeitsportlerinnen und -sportler sowie Athletinnen und Athleten ohne Zugang zu Labortests bieten formelbasierte Schätzungen in Kombination mit einem Herzfrequenzmesser eine praktische Alternative. Die Tanaka-Formel (208 minus 0,7 mal Alter) oder die Fox-Formel (220 minus Alter) können zur Schätzung der HFmax verwendet werden, und die Zonen werden als Prozentsätze dieser Schätzung berechnet. Angesichts der individuellen Schwankungen bei den HFmax-Vorhersagen sollten die Zonen als anfängliche Schätzungen behandelt und im Laufe der Zeit anhand des empfundenen Anstrengungsgrades und der Trainingsreaktion angepasst werden.
Häufig gestellte Fragen
Was ist Zone-2-Herzfrequenztraining?
Zone-2-Herzfrequenztraining bezeichnet anhaltende aerobe Belastung bei 60-70 % der maximalen Herzfrequenz (oder 60-70 % der Herzfrequenzreserve nach der Karvonen-Methode). Bei dieser Intensität nutzt der Körper überwiegend die aerobe Fettoxidation, und die Anstrengung ist über längere Zeiträume ohne nennenswerte Laktatansammlung aufrechtzuerhalten. Zone 2 wird mit Verbesserungen der aeroben Grundlage, der Mitochondriendichte und der Fettoxidationskapazität in Verbindung gebracht und bildet die Grundlage vieler Ausdauertrainingsprogramme.
Welche Formel für die maximale Herzfrequenz ist genauer: Fox oder Tanaka?
Die Tanaka-Formel (208 minus 0,7 mal Alter) gilt für gesunde Erwachsene im Allgemeinen als etwas genauer als die Fox-Formel (220 minus Alter). Eine Metaanalyse von Tanaka und Kolleginnen und Kollegen aus dem Jahr 2001 im Journal of the American College of Cardiology, die auf über 18.000 Probandinnen und Probanden aus 351 Studien beruht, berichtete für die Tanaka-Formel einen Standardfehler von etwa plus/minus 7,1 S/min. Der Standardfehler der Fox-Formel wurde mit etwa plus/minus 10-12 S/min angegeben. Beide Formeln liefern Schätzungen mit erheblicher individueller Schwankung, und Labortests bleiben die genaueste Methode.
Was ist die Karvonen-Methode zur Berechnung der Zielherzfrequenz?
Die Karvonen-Methode berechnet die Zielherzfrequenz anhand der Herzfrequenzreserve (HFR), also der maximalen Herzfrequenz minus Ruheherzfrequenz. Ziel-HF = Ruhe-HF + (Intensitätsanteil x HFR). Zum Beispiel bei 60 % Intensität mit einer Ruheherzfrequenz von 65 S/min und einer maximalen Herzfrequenz von 185 S/min: 65 + (0,60 x 120) = 137 S/min. Diese Methode gilt als bessere Berücksichtigung der individuellen kardiovaskulären Fitness als der einfache Prozentsatz der maximalen Herzfrequenz und ist Teil der ACSM-Leitlinien zur Trainingsverordnung.
Wie viele Herzfrequenzzonen gibt es?
Das gebräuchlichste Modell teilt die Trainingsintensität in fünf Zonen ein, die grob 50-60 %, 60-70 %, 70-80 %, 80-90 % und 90-100 % der maximalen Herzfrequenz entsprechen. Manche Systeme verwenden drei Zonen (leicht, moderat, hart), während andere sechs oder sieben Zonen für eine feinere Trainingsverordnung nutzen. Das Fünf-Zonen-Modell ist im Ausdauersport weit verbreitet und steht im Einklang mit den vom ACSM und großen Trainerorganisationen zitierten Modellen.
Kann ich einen Herzfrequenzmesser nutzen, um in Zonen zu trainieren?
Ja. Ein Herzfrequenzmesser -- ob Brustgurt oder handgelenkbasierter optischer Sensor -- kann verwendet werden, um die Trainingsintensität in Echtzeit relativ zu den berechneten Herzfrequenzzonen zu überwachen. Brustgurte sind im Allgemeinen genauer als handgelenkbasierte optische Sensoren, besonders bei hohen Belastungsintensitäten. Sobald die maximale Herzfrequenz mit einer Formel oder einem Labortest geschätzt wurde, können die Grenzen der Zielzone in die meisten Fitnessuhren oder Trainings-Apps eingegeben werden, um die Anstrengung während der Einheiten zu steuern.
Was ist der Unterschied zwischen %HFmax- und %HFR-Zonen?
Zonen auf Basis des Prozentsatzes der maximalen Herzfrequenz (%HFmax) werden als Bruchteil allein der maximalen Herzfrequenz berechnet. Zonen auf Basis des Prozentsatzes der Herzfrequenzreserve (%HFR) verwenden die Karvonen-Methode und beziehen die Ruheherzfrequenz ein. Bei einem gegebenen Prozentsatz erzeugen %HFR-Zonen für dieselbe Person höhere absolute Herzfrequenzwerte als %HFmax-Zonen. Viele Sportphysiologinnen und -physiologen betrachten %HFR-Zonen als individuellere Verordnung, besonders für Personen mit auffällig niedriger oder hoher Ruheherzfrequenz.
Quellenangaben
- Tanaka H, Monahan KD, Seals DR. "Age-predicted maximal heart rate revisited." Journal of the American College of Cardiology, 2001;37(1):153-156.
- American College of Sports Medicine. ACSM's Guidelines for Exercise Testing and Prescription. 11th ed. Wolters Kluwer, 2022.
- Karvonen MJ, Kentala E, Mustala O. "The effects of training on heart rate; a longitudinal study." Annales Medicinae Experimentalis et Biologiae Fenniae, 1957;35(3):307-315.
- Seiler S, Tønnessen E. "Intervals, thresholds, and long slow distance: the role of intensity and duration in endurance training." Sportscience, 2009;13:32-53.
- Fox SM, Naughton JP, Haskell WL. "Physical activity and the prevention of coronary heart disease." Annals of Clinical Research, 1971;3(6):404-432.
- Thomas DM, Bredlau C, Bosy-Westphal A, et al. "Relationships between body roundness with body fat and visceral adipose tissue emerging from a new geometrical model." Obesity, 2013;21(11):2264-2271.