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Einfluss der Wassertemperatur auf die schwimmerische Leistungsfähigkeit

1. September 2004

Effect of water temperature on swimming performance

1 September 2004


Von / By Felix K. Gmünder

© Felix Gmünder, Schwimmverein Limmat Zürich
Rice University Swimming Pool

Zusammenfassung

In einer wissenschaftlichen Studie wurde untersucht, welchen Einfluss die Wassertemperatur auf die schwimmerische Leistungsfähigkeit, die Herzfrequenz und die Laktatproduktion hat. Der Einfluss der Temperaturen von 20°C, 26°C und 32°C wurden verglichen (Mougios und Deligiannis, 1993).

Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass 26-grädiges Wasser, auch wenn es temperaturmässig als angenehm empfunden wird, für die Sprintstrecken wahrscheinlich zu kalt ist. Für Langstreckenschwimmer und Schwimmtraining im aeroben Bereich sind 26 °C gut geeignet. Darüber hinaus lassen die Ergebnisse darauf schliessen, dass ein wärmeisolierender Schwimmanzug (Wetsuit) zusätzlich zum Auftrieb einen positiven Einfluss auf die biochemischen Energiegewinnungsprozesse in den Muskeln hat (optimale "Betriebstemperatur").


Abstract

In a scientific study the effect of water temperature on swimming performance, heart rate, and lactate production was investigated. Temperatures of 20°C (68°F), 26°C (78.8°F), and 32°C (89.6°F) were compared (Mougios und Deligiannis, 1993).

The results suggest that for sprints, a water temperature of 26 °C is too cold, even if subjectively felt as comfortable. For distance swimmers and aerobic workouts 26 °C are adequate. Furthermore, the results suggest that a thermoinsulating wetsuit not only provides buoyancy but could also favour biochemical energy production processes in the muscles (optimal "operating temperature").


Einleitung

Für Wettkampfschwimmer ist die Wassertemperatur ein interessantes Thema. Die meisten fühlen sich im Training bei Temperaturen zwischen 25 und 28°C wohl. An Wettkämpfen muss die Temperatur gemäss FINA-Regel 26 ± 1°C betragen [FINA Facilities Rules]. Wir gehen davon aus, dass diese Temperatur auch die besten Leistungen sowohl für Sprints als auch für die längeren Strecken zulässt. Die besten sportlichen Leistungen werden in der Regel aber bei höheren Temperaturen erzielt, d.h., wenn die Temperatur auch in den Beinen und Armen 37 °C erreicht. Wasser kühlt den Körper wegen der guten Wärmeleitfähigkeit und der hohen Wärmekapazität schneller ab als Luft. Es braucht zusätzlich Energie, um die optimale Arbeitstemperatur von etwa 37 °C zu erreichen. Bei höheren Umgebungstemperaturen muss die Körpertemperatur nicht mit Muskelarbeit erhalten werden (s. Wärmeregulation im kalten Wasser). Das Bindegewebe sowie die Muskeln selber erzeugen in warmen Zustand weniger inneren Widerstand. Darum wird man durch ausreichendes und sorgfältiges Aufwärmen leistungsfähiger.


Introduction

To competitive swimmers water temperature is an interesting topic. Most feel comfortable in training at temperatures between 25 and 28°C. For competitions the water temperature must be 26 ± 1 °C [FINA Facilities Rules] We assume that this temperature allows for best performances both for sprinters and distance swimmers. The best athletic performances, however, are usually obtained at higher temperatures, i.e. when the temperature reaches 37 °C also in arms and legs. Water has a much higher thermal conductivity and thermal capacity than air. This means that the body looses heat in water much faster than in air. Additional energy is needed to reach the optimal working temperature of around 37 °C. At high ambient temperature the body does not need to regulate body temperature by means of muscle contraction (s. thermo regulation in cold water). In addition, internal resistance of connective tissues and muscles is lower when muscles are warm. This is why we warm up before a race or training.


Methode der Studie

15 männliche Sprinter und 15 Langstreckenschwimmer wurden für die Studie ausgewählt. Alle Schwimmer in beiden Gruppen waren in Bezug auf das Alter (16), Grösse, Gewicht, Körperfett und Schwimmerfahrung vergleichbar. Die persönlichen Bestzeiten der Sprinter (57.5 s für 100 m Freistil) bzw. der Langstreckenschwimmer (17:30 min. für 1500 m) waren ebenfalls vergleichbar. Die Langstreckenschwimmer wiesen einen höheren Trainingsumfang pro Woche auf als die Sprinter. Die Studie wurde am Ende der Schwimmsaison, also etwa auf dem Höhepunkt der Leistungsfähigkeit in einem 25-m-Hallenbad mit genauer Temperaturkontrolle durchgeführt.

Die Sprinter mussten bei jeder Temperatur (20, 26, 32°C) 100 m Freistil möglichst schnell schwimmen. Gemessen wurde die Schwimmzeit und die Herzfrequenz mit Telemetrie sowie die Laktatwerte vor und nach dem Sprint.

Die Langstreckenschwimmer mussten während 30 Minuten knapp über ihrem individuellen Schwellentempo schwimmen (anaerobe Schwelle). Gemessen wurde die in 30 Minuten zurückgelegte Strecke, die Herzfrequenz vor und nach dem Test mit Telemetrie sowie die Laktatwerte im Blut.


Methods of the study

15 male Sprinters and 15 distance swimmers were selected for the study. All swimmers in both groups were comparable in relation to Age (16), height, weight, body fat, and swimming experience. Personal best times within each group were also comparable (57.5 s 100 m free, and 17:30 min. 1500 m free). The distance swimmers differed from the sprinters in a higher weekly training volume. The study was conducted at the end of the swimming season when the swimmers were close at their peak performance. They swam in a accurately temperature controlled 25 m indoor pool.

The sprinters were asked to swim at each temperature (20, 26, 32°C [68°F, 78.8°F, 89.6°F]) as fast as possible 100 m freestyle. Swimming time, telemetric heart rate, and blood levels of lactate before and after the sprint were measured.

The distance swimmers had to swim during 30 minutes with a speed just above their individual anaerobic threshold. Swimming distance, telemetric heart rate, and blood levels of lactate before and after the test were measured.


Ergebnisse

Results

Die Sprinter erreichen mit zunehmender Wassertemperatur, wie in Figur 1 gezeigt:
  • höhere Schwimmgeschwindigkeiten (dargestellt als Zeit für 100 m Freistil);
  • höhere maximale Herzfrequenzen;
  • höhere maximale Blut-Laktatwerte.
Alle temperaturabhängigen Zunahmen sind signifikant, mit Ausnahme der Zunahme der Laktatwerte von 26 auf 32 °C.
The sprinters showed with increasing water temperature as shown in Fig. 1:
  • higher swimming velocities represented by their 100 m freestyle time;
  • higher peak heart rates;
  • higher peak blood lactate levels.
All temperature-dependent changes are significant, with the only exception of the lactate levels between 26 and 32 °C.



Figur 1

Sprintergruppe: Schwimmgeschwindigkeit (gemessen als Zeit für 100 m Freistil), maximale Herzfrequenz und Blut-Laktatwerte bei den drei getesteten Wassertemperaturen 20, 26, 32°C.



Figure 1

Sprinters: Swimming velocity (shown as the 100 m freestyle time), peak heart rate, and blood lactate levels at three water temperatures (20, 26, 32°C / 68°F, 78.8°F, 89.6°F).



Die Langstreckenschwimmer erreichen mit zunehmender Wassertemperatur, wie in Figur 2 gezeigt:
  • eine grössere zurückgelegte Distanz in 30 Minuten;
  • höhere maximale Herzfrequenzen.
Alle temperaturabhängigen Zunahmen sind signifikant, mit Ausnahme der zurückgelegten Distanz von 26 auf 32 °C. Die Laktatwerte sind bei allen Temperaturen im gleichen Bereich, d.h. wie vorgesehen knapp über der anaeroben Schwelle.
The distance swimmers showed with increasing water temperature as shown in Fig. 2:
  • higher swimming velocities represented by their 100 m freestyle time;
  • a longer swimming distance covered in 30 min.;
  • higher peak heart rates.
All temperature-dependent changes are significant, with the only exception of the distance covered between 26 and 32 °C. The blood lactate levels are as planned in the same range at all temperatures, i.e. slightly above the anaerobic threshold.



Figur 2

Langstreckengruppe: Schwimmgeschwindigkeit (gemessen als in 30 Minuten zurückgelegte Strecke), maximale Herzfrequenz und Blut-Laktatwerte bei den drei getesteten Wassertemperaturen 20, 26, 32°C.



Figure 2

Distance swimmers: Swimming velocity (shown as the distance covered in 30 minutes), peak heart rate, and blood lactate levels at three water temperatures (20, 26, 32°C / 68°F, 78.8°F, 89.6°F).



Diskussion und Schlussfolgerungen

Die Resultate zeigen sowohl für Sprinter als auch Langstreckenschwimmer einen deutlichen Zusammenhang zwischen der Wassertemperatur und der maximalen Schwimmgeschwindigkeit. Der Grund liegt wahrscheinlich in der verbesserten Stoffwechseleffizienz der Muskeln bei den höheren Temperaturen. Die Muskeln arbeiten in warmer Umgebung effizienter, weil die Muskelarbeit nicht für die Erhaltung der Körpertemperatur verwendet wird. Darüber hinaus laufen auch die biochemischen Energiegewinnungsprozesse für die Muskelkontraktion in warmen Muskeln effizienter ab.

Dies ist vor allem für die Sprinter von Bedeutung. Ihre Leistungsfähigkeit ist bei 26-grädigem Wasser noch nicht optimal. Bei 32 °C können sie signifikant schneller schwimmen (s. Figur 1).

Demgegenüber können die Langstreckenschwimmer sich bei 32 °C im Vergleich zu 26 °C nicht mehr signifikant steigern (s. Figur 2). Sie erzeugen offenbar bereits bei 26 °C genügend eigene Wärme, um die optimale Betriebstemperatur der Muskeln zu erreichen und zu halten. Die Herzfrequenz steigt aber mit Zunahme von 26 auf 32 °C nochmals an, vermutlich, weil ein grösserer Teil des Herzauswurfvolumens in die Haut geleitet werden muss. In der Studie schwammen die Langstreckenschwimmer nicht wie die Sprinter mit maximaler Geschwindigkeit, sondern knapp über der Schwellengeschwindigkeit. Es kann nicht gesagt werden, ob bei 32 °C die Wärmeregulation in einer Wettkampfsituation möglicherweise erschwert wäre, und ob sich das auf die Leistungsfähigkeit negativ auswirken würde.

Die Ergebnisse weisen darauf hin, dass 26-grädiges Wasser, auch wenn es temperaturmässig als angenehm empfunden wird, für die Sprintstrecken wahrscheinlich zu kalt ist. Für Langstreckenschwimmer und Schwimmtraining im aeroben Bereich sind 26 °C gut geeignet. Darüber hinaus lassen die Ergebnisse darauf schliessen, dass ein wärmeisolierender Schwimmanzug (Wetsuit) zusätzlich zum Auftrieb einen positiven Einfluss auf die biochemischen Energiegewinnungsprozesse in den Muskeln hat (optimale "Betriebstemperatur").

Discussion and conclusions

The results show a clear temperature-dependent relationship between water temperature and maximal swimming velocity for both sprinters and distance swimmers. The reason most probably is the increased metabolic efficiency of muscles. Muscles do not have to contribute to thermogenesis to maintain body temperature. In addition, biochemical processes to produce energy for muscle contraction are more efficient in warm muscles.

This is important for sprinters. At 26 °C their performance is not optimal. At 32 °C they can significantly swim faster (s. Fig. 1).

In contrast, distance swimmers cannot swim significantly faster at 32 °C as compared to 26 °C (s. Fig. 2). Their heat production at 26 °C is obviously sufficient to obtain and maintain an optimal operating temperature in the muscles. Peak heart rates, however, increase at 32 °C as compared to 26 °C. The reason for this most probably is that a greater part of the cardiac output must be directed to the skin. The study did not test distance swimmers at maximal speed as it was done for sprints, but at a speed just above the anaerobic threshold. It cannot be concluded if 32 °C would be a problem for thermoregulation in a competition and if this could affect swimming performance.

The results suggest that for sprints, a water temperature of 26 °C is too cold, even if subjectively felt as comfortable. For distance swimmers and aerobic workouts 26 °C are adequate. Furthermore, the results suggest that a thermoinsulating wetsuit not only provides buoyancy but could also favour biochemical energy production processes in the muscles (optimal "operating temperature").


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