Die Power Duration Curve PDC, jede Radsoftware hat sie, aber wie verwendet man sie?

PDC, AWC, FRC, W‘ – welcome to the jungle

Für viele sind die Begriffe Power Duration Curve (PDC), Anaerobic Work Capacity (AWC), Functional Reserve Capacity (FRC) und W’ (Arbeit über der Critical Power) entweder neu oder obsolet, weil sie schwer zu interpretieren sind. Und die wichtigste Frage, brauche ich das Wissen um diese Begriffe und falls ja, wozu?

In erster Linie stellt sich die Frage, ob man eine PDC zur Schwellenwertbestimmung heranziehen kann, wie genau sind die Ergebnisse und reichen dazu die Leistungen, die man in den Trainings fährt.

Exkurs Arbeit // Watt // kcal Verbrauch Arbeit („Work“) wird in der Physik mit W abgekürzt (nicht zu verwechseln mit Watt) und ist die Gesamtheit der geleisteten Tätigkeit. Wenn ich 1km fahre, habe ich über die 1km Arbeit geleistet. Ob ich dafür 1min oder 10min gebraucht habe, ist noch ziemlich egal dabei. Arbeit beinhaltet also kein Zeitintervall. Man kann es so formulieren, dass die Arbeit die Energie nachher minus der Energie vorher ist und die Einheit (also die Änderung der Energiemenge in einem System nennt man Arbeit), mit der man diese Differenz beziffert, ist Joule (1000J = ein Kilojoule kJ = 0,24kcal).  Wenn man die Zeit mit in die Rechnung nimmt, dann erhält man die Leistung P („Power“), welche = W/t ist, also Arbeit (in Joule) pro Zeit (in Sekunden). Daher ist die Einheit der Leistung Joule pro Sekunde (J/s) und DAS wird häufig auch in Watt (W) angegeben. Somit weiß man aufgrund der Watt wie schnell eine gewisse Menge an Arbeit verrichtet wurde. Wenn man 200W fährt, fährt man mit 200J/s. Daher auch die grobe Richtlinie, dass man pro 100W 360kcal in einer Stunde an kcal „verbrennt“. 100W = 100J/s = 6000J/min = 360000j/h = 360kJ/h Dies ist die rein mechanische Leistung durch den Powermeter gemessen. Da in der Muskulatur der Wirkungsgrad aber bei grob 25% liegt (der Rest wird als Wärme abgegeben), wäre dies mal vier zu rechnen, um zum energetischer Einsatz zu gelangen. Da ein Kilojoule kJ 0,24kcal sind, kann man sich diese Rechnung sparen, weil man wieder durch vier dividieren müsste. 100W eine Stunde lang entsprechen als 360×4= 1440kJ/h, die der Muskel umsetzt, oder 1440:4=360kcal/h. Ganz genau ist diese Rechnung aufgrund der Umrechnungs- und Wirkungsfaktoren nicht, aber ein guter Anhaltspunkt. Schließlich muss man das pragmatisch sehen, wer kann auf die kcal genau bestimmen, wieviel er/sie in Ruhe umsetzt und über den Tag zuführt.

Was ist die PDC:

Die Zeit bis zur vollständigen Erschöpfung bei einer Wattleistung ergibt für jedes Watt einen Punkt in einer Grafik. Dadurch ergibt sich eine (hyperbelförmige) Kurve. 

Je weiter links man sich in dem Graphen befindet, desto höher die möglich zu generierenden Wattleistungen. Geht man nur ein paar Sekunden weiter nach rechts, wird sich der Power Output signifikant verringern, man braucht ja nur daran denken, wie lang (oder kurz) man eine maximale Wattleistung halten kann. Je weiter rechts (also je länger die Zeitdauer), desto mehr flacht die Linie ab bis ins – theoretisch – Unendliche. Das wäre dann die sogenannte Critical Power (CP) (= die Asymptote für Leistung // Asymptote = Linie, die sich in der Unendlichkeit immer weiter der Nulllinie annähert). CP ist eine Schwelle, etwa wie die FTP oder anaerobe Schwelle (es gibt fachliche Unterschiede, die je nach Genauigkeit der Bestimmung differieren können, aber sie bezeichnen einen ähnlichen Wert). Mehr dazu weiter unten.

Viele Softwares geben zwei Linien an. Eine mit gemessenen Werten, wo die Höchstwerte von Wattleistungen verbunden werden. Da sicherlich nicht alle Werte maximale Werte darstellen, sieht diese Verbindungslinie oft recht ruppig aus. Daher gibt es darüber gelegt eine geglättete Kurve, deren Werte daher auch über oder unter den tatsächlich gemessenen liegen können. Somit wird die Kurve umso genauer, je mehr Maximalleistungen zu den jeweiligen Zeitintervallen vorhanden sind. Allerdings trifft auch umgekehrtes zu, nämlich dass es umso ungenauer wird je weniger dieser Maximalleistungen vorhanden sind. 

Wenn man immer nur seine Feiertagsrunde fährt und vielleicht hin und wieder mal einen Radmarathon, aber ohne sich je bei kürzeren Intervallen maximal auszubelasten, ist es völlig logisch, dass die PDC viel zu niedrige Werte als Maximalleistungen annimmt. Möchte man eine halbwegs aussagekräftige Kurve erhalten, muss man jedenfalls die verschiedenen Zeitdauern der Energiebereitstellung abbilden. Also z.B. innerhalb einer Woche all-out Belastungen über 10-20sec, und drei Maximalleistungen zwischen 2-15min (Karsten et al 2015, Leo et al 2021, Muniz-Pumarez et al 2019, Sanders & Hejboer 2019) und das auch noch regelmäßig, weil sich manche Systeme innerhalb von Wochen verändern können. Wettkämpfe sind in der Regel all-outs, können daher gut in die Kurve einfließen.

Damit allerdings noch nicht genug. 

Wie genau ist die PDC und ersetzt sie eine Leistungsdiagnostik?

Dafür muss man die Frage klären „Ist Training wirklich Testing“? Und können wir die Ergebnisse der Forschung, welche in Laboren entwickelt wurden, tatsächlich auf Ergebnisse basierend auf Trainingsleistungen übertragen? Das kann man nach der Einführung bereits mit einem klaren NEIN beantworten. Neben den notwendigen Testintervallen, kommen noch einige weitere Faktoren hinzu.

Man kann bei einer PDC immer definieren, welchen Zeitraum man für die PDC verwendet, zB 30 Tage, 90 Tage oder wie auch immer. Wenn man im Verlauf dieser definierten Zeit in den Trainingsleistungen allerdings verschiedene Powermeter/Räder verwendet, Indoor und Outdoor, Oberlenker vs. Unterlenker vs. TT, stehend und sitzend fährt, flach oder bergig, etc. dann ist der gesamte Datensatz mehr oder minder mit Fehlern übersät (auch wenn man Software abhängig das ein oder andere filtern kann). Dazu kommt noch die „Halbwertszeit“ von Mitochondrien, die je nach Quelle zw. 14-40 Tagen angegeben wird (auch abhängig vom Gewebe und Gebrauch). Dadurch kann sich innerhalb 30 Tagen zB schon sehr viel verändern je nach Trainingsblock und wenn man dann 90d nimmt, ist der Datensatz ganz sicher obsolet.

Die Werte der CP ändern sich dadurch in Modellrechnungen und Studien um bis zu 30W zwischen den einzelnen Datenerhebungsarten (bei Kombinationen von sitzend, stehend, flach, ansteigend, indoor, outdoor). Individuell kann das noch deutlich mehr abweichen.

(Mieras et al 2014; Smith et al. 2001; Sassi et al 2005, Millet et al 2002)

Ein weiterer Parameter, der mit der PDC Grafik oft verwendet wird, ist W‘ (W prime gesprochen), ersichtlich als Rechteck für jeden Punkt gebildet durch eine Parallele zu x- und y-Achse bzw. zu Zeit und zur Leistung. Die Einheit ist kJ ist. Dieses Rechteck stellt salopp formuliert die mögliche Energie dar, die man oberhalb der CP verbrauchen kann, bis man vollständig erschöpft ist.

Poole et al 2016, Med Sci Sports Exerc

Anders formuliert, geht man über die CP hinaus, ermüdet man, sobald W‘ aufgebraucht ist. Und die Größe bzw. Fläche des Rechtecks für W‘ ist für jeden Leistungspunkt in der PDC des Fahrers dieselbe. Also jedes Rechteck in der Grafik bei den diversen Watt-Zeit-Kombinationen, hat dieselbe Fläche und diese Fläche bezeichnet W‘.

Das Konzept von W‘ ist im Wesentlichen ähnlich bis gleich dem Konzept von AWC (anaerobic work capacity) und FRC (functional reserve capacity). Details dazu weiter unten.

CP vs. AT, ist das dasselbe?

Anaerobic Threshold (AT)

Wenn man sich unter der anaeroben Schwelle (und hier sprechen wir vom Stoffwechselgleichgewicht, nicht von einer errechneten FTP) bewegt, dann stabilisieren sich auf jeder Stufe die Parameter Laktat, pH, VO2, CrP (Kreatinphosphat) und es werden Fettsäuren als Energiequelle herangezogen. Theoretisch kann man unendlich lang auf solch einer Stufe fahren. Limitierend sind Energieverfügbarkeit/-zufuhr und Hydration. Die Ermüdung mit ihren vielfältigen Einflussfaktoren ist dabei nicht berücksichtig.

Geht man leistungsmäßig über die anaerobe Schwelle, dann kommt es zur Laktatanhäufung, der pH sinkt, die VO2 steigt immer weiter bis zum Maximum (je höher die Überschreitung desto schneller passiert dies), der CrP Gehalt sinkt kontinuierlich und Fettsäuren tragen nicht mehr wesentlich zur Energiebereitstellung bei. 

Es kommt somit relativ schnell zu einer Ermüdung, sobald die Maxima erreicht sind. 

Critical Power

Bei der Critical Power sieht man eine Stabilisation der VO2 und Blutlaktat. Geht man 5% darüber, kommt es zu einem stetigen Anstieg, bis das Maximum erreicht ist und die Erschöpfung eintritt.

Man erkennt also die Ähnlichkeit zwischen den beiden Konzepten durch die Vorgänge, die im Körper passieren bis zur Erreichung und bei Überschreiten dieser Schwellen. 

Somit kann man durchaus behaupten, dass diese beiden Schwellen dasselbe bezeichnen, für die Praxis sind die feinen Unterschiede hinfällig.

W‘ vs. AWC vs. FRC, ist das dasselbe?

AWC ist definiert als anaerobic work capacity (anaerobe Kapazität) und daher wird W‘ auch oft als selbiges verstanden. Allerdings stimmt das so nicht ganz. Denn W‘ ist angenommen als immer dieselbe Energiemenge (s. Rechtecke oben). Das würde dann aber komplett gegen die Energiebereitstellung sprechen, denn diese verändert sich mit der Zeitkomponente. Sind in den ersten Sekunden oder bei maximalen kurzzeitigen Intensitäten die anaeroben Mechanismen dominant, so ändert sich dies, dass bereits nach wenigen Sekunden/Minuten der aerobe Stoffwechsel immer mehr zunimmt. Je nachdem wo auf der Kurve man sich befindet, setzt sich das Rechteck folglich aus unterschiedlichen Stoffwechselwegen zusammen und ist abhängig von der VO2 Kinetik (schneller vs langsamer Anstieg). Wieviel aerobe od. anaerobe Energie beteiligt ist verändert sich aufgrund der Höher und Länge der Intervalle. Die Begrifflichkeit ist also falsch gewählt. Nicht nur das, auch das Ableiten von W‘ bzw. AWC und FRC aus Renn- und Trainingsdaten hat sich als sehr unzuverlässig herausgestellt (Karsten et al 2015, Leo et al 2021).

Sehr oft verwenden wissenschaftliche Untersuchungen PDCs mit 2min oder mehr als geringste Zeitdauer. Der Grund dafür ist, dass kürzeste Zeitdauern sowohl die PDC und somit auch die CP teils deutlich verändern (Podlogar & Leo, 2022). Das Fitting der Kurve wird dadurch viel schlechter, weil W‘ zeitabhängig ist und erst nach ca. 2-3min am Maximum ist. Genauso wie bei Sauerstoffkinetik (VO2max kann nach 2-3min erreicht werden). Ein weiterer Grund, warum die Bezeichnung AWC fragwürdig ist.

PDC und VO2max

Alles was über der AT/CP ist, erreicht früher oder später die VO2max. 

Je steiler die PDC an einem Punkt ist, desto schneller/früher werden die Maximalwerte bei VO2 und Laktat erreicht und desto früher erschöpft man. Wenn man beim 1-Minuten-Maximum fährt, geht auch die VO2 Kurve schneller hoch als zB bei der 2-Minuten-Maximalleistung. Bis hin, wo die Tangente (fast) parallel zur Achse ist, dort stabilisieren sich auch VO2 und Laktat. Diesen Punkt definieren wir als die CP oder „Schwelle“.

Wenn man also Zeit im relevanten Bereich der VO2max sammeln möchte kann man sowohl mit kürzeren als auch mit längeren Intervallen arbeiten oder mit Kombinationen, z.B. mit einer harten Auftaktminute gefolgt von einem längeren „niedrigintensiveren“ Block.

Die Zusammensetzung der Energie, welche zur Verfügung gestellt werden muss für solche Intervalle, ändert sich natürlich auch mit der Länge der Intervalle/Zeit über der Schwelle. Lange Intervalle haben mehr aeroben Anteil, daher wäre pauschal gesprochen (das sollte von einem Trainer aber immer individuell entschieden werden) für die Langdistanz auch besser, lange Intervalle zu fahren, damit mehr O2 umgesetzt wird (wieder ein weiterer Grund, warum FRC/W‘/AWC NICHT anaerobe Energie sein können).

Zusammengefasst warum wir bei der Interpretation der Ergebnisse der PDC etwas Vorsicht walten lassen sollten:

(mögliche) Schwächen der PDC:

• Für zu wenige Zeitpunkte eine maximale Wattleistung getestet
• Sitzende und Stehende Leistungen gemischt
• Unterschiedliche Powermeter
• Unterschiedliche Bikes
• Indoor und outdoor Messungen (das lässt sich meist einfach auseinander halten, je nach Software)
• Kalibrierungsfehler (auch im Laufe der Zeit)
• Mitochondrien Turnover Rate
• Ausreißer (Fehlmessungen)

Für eine korrekte Schwellendarstellung sollte der Weg also immer zu einem kompetenten Fachmann führen. Aber mit einer regelmäßigen Testung über die erwähnten Distanzen, ist die CP zumindest als genauer einzustufen als ein FTP Test, welcher über einen Einmalwert bestimmt wird, welcher in einer PDC nur einen einzigen Punkt repräsentiert und es somit völlig an einem physiologischen Background fehlt (Podlogar & Leo, 2022 und eigene Ansicht 😊).

Testung für eine möglichst genaue Schwellenbestimmung

Für eine möglichst genaue Bestimmung sollten die Testtage relativ nah aneinander liegen und bei der Wahl des Zeitraums für die PDC dann den entsprechend kurzen Zeitraum über die Testtage oder von einer Woche wählen.

Tag1	Tag2
Warm-up Ca. 3min all-out 45min recovery 50-65%FTP 15-20min all-out 20-30min 58-65%FTP	Warm-up 10sec all-out Sprint sitzend 10min recovery 55-63%FTP 20sec all-out Sprint sitzend 30min recovery 55-63%FTP 8min all-out 30min 58-65%FTP
Die Tests sollten an 2 bis max. 4 Tagen durchgeführt werden.
Die Streckenwahl sollte sich an der Wettkampftopografie bzw. am Fahrertyp orientieren. Für Grandfondos mit vielen HM bietet es sich an, die Intervalle bergauf zu fahren. Ein TT Fahrer wählt eine flache Strecke. Immer sitzend und möglichst gleich für einen gewissen Grad an Standardisierung (bzw. TT Position für entsprechende Fahrer).

Training der Anaeroben Kapazität

Die Trainings-/Testdaten zeigen dann auch welche energieliefernden Systeme gut oder schlecht ausgeprägt sind. Mehrere Systeme wie Trainingpeaks, WKO5, Intervals.icu, etc. liefern auch gute Übersichten, wo man sich mit seinen Leistungsdaten in der vergleichbaren Altersgruppierung befindet. So kann man sich orientieren, wo eventuelle Schwächen zu finden sind. 

Ist man in den ersten Sekunden bis knapp über eine Minute vielleicht nicht sehr stark, bedeutet das, dass die anaerobe Energieproduktion wahrscheinlich nicht sehr gut ausgeprägt ist. Möchte man diese anheben, muss man entsprechende Systeme trainieren. Dies schafft man über klassisches Laktat-shuttle Training, über Sprints oder auch immer mehrmalige anaerobe Intervalle während einer lockeren Ausfahrt.

Training der Aeroben Kapazität

Besteht das Defizit in der VO2max und/oder den längeren Zeiten/der Schwellenleistung, dann sollte man nach Möglichkeit den Umfang des Trainings anheben und erst öfter, dann länger pro Woche fahren. Durch eingeschränkte Zeitressourcen kann man mittels Sweet Spot Intervalle noch etwas an der Form arbeiten, allerdings ersetzt dies kein adäquates Grundlagen-Umfang-Training. Auch HIIT Trainings können unterstützend die VO2max und die Dauerleistung anheben. Vor allem bei begrenzten Zeitressourcen während der Woche kann man ein bis drei HIIT sessions einbauen und am Wochenende klassisch die langen Grundlageneinheiten.