Körperliche Aktivität als kardiovaskuläre Therapie Wie viel ist gut und sicher?

Summary

The level of physical activity represents a strong predictor of the cardiovascular long-term prognosis both in primary and secondary prevention.

The analysis of epidemiologic studies reveals a logarithmic regression between the relative cardiac risk RR and the weekly caloric expenditure (“physical activity”) E in kcal: RR = 1,23 – 0,06 ln E (kcal) (r = 0,58; p < 0,0001). The relation between the relative risk and the exercise capacity (“physical fitness”) seems to show an exercise threshold and tend to plateau (Sshape curve). A relative risk reduction of 20 – 25 % can be achieved both by an additional weekly energy expenditure of 1000 – 1500 kcal and by an increase of exercise capacity.

Based on physical and physiologic considerations, the mechanical and metabolic generated power P of muscles Pmech (kcal/min) = 0,01433 work load (W) and Pmet (kcal/min) = 0,06 work load (W), respectively, as well as the efficiency n = Pmech/Pmet = 0,24 can be calculated.

The total energy expenditure E (kcal) during ergometer training, f. i., can be estimated from the intensity or work load, expressed as watts and the duration of the training session t (min) by: E (kcal) = 0,06 work load (W) t (min).

Giving the energy expenditure in metabolic equivalents METs (1 MET = 3,5 ml 02/min/kg), the following equations can be used: work load (W) = 0,28 (METs – 1) body weight (kg) and METs = 1 + work load (W)/0,28 body weight (kg), respectively. The caloric expenditure amounts E (kcal) = 0,02 (METs – 1) t (min) body weight (kg).

Applying these considerations and tables of energy requirements for various activities, the energy expenditure of a moderate aerobic training program can be calculated.

To increase the work capacity, the prescribed exercise intensity should be below the individual anaerobic threshold (IANS) to avoid a marked sympathetic activation, especially in coronary patients. Typically, exercise intensity is expressed as a percentage of the maximal capacity in absolute terms (i. e. watts) or relative to the maximal heart rate, heart rate reserve, maximal oxygen uptake, or perceived exertion.

By analyzing the blood lactate curves of coronary patients with normal or slight reduced left ventricular ejection fraction we found, that the IANS was reached at 71 % of Wmax, and 80 % of the IANS (“safety margin”) were achieved at 57 % of Wmax. This corresponds to an exercise intensity ranging from 50 – 75 % of Wmax (values from the literature are 50 – 80 %). Between %Wmax at 80 % of the IANS and Wmax in absolute terms a linear regression can be calculated (r = 0.94; p < 0.005). From this a safe initial exercise intensity can be determined for coronary patients with approximately normal left ventricular function.

Zusammenfassung

Der Grad körperlicher Aktivität („physical activity“) stellt einen starken Prädiktor für die kardiovaskuläre Langzeitprognose sowohl in der Primär- als auch Sekundärprävention dar.

Eine Analyse epidemiologischer Studien ergab eine logarithmische Regression zwischen relativem kardialen Risiko (RR) und dem wöchentlichen Energieverbrauch E in kcal: RR = 1,23 – 0,06 ln E (kcal) (r = 0,58, p < 0,0001). Die Beziehung zwischen RR und der körperlichen Leistungsfähigkeit („physical fitness“) zeigt einen S-förmigen Verlauf mit einem Schwellenwert und Plateau. Eine relative Risikoreduktion von 20 – 25 % ist sowohl durch einen Mehrverbrauch von 1000 – 1500 Kilokalorienals auch durch eine Steigerung der Leistungsfähigkeitzu erreichen.

An Hand physikalischer und physiologischer Grundlagen werden die mechanisch und metabolisch erbrachte Leistung P (Power) der arbeitenden Muskulatur Pmech = 0,01433 Belastung (W) bzw. Pmet = 0,06 Belastung (W) sowie der Wirkungsgrad n = Pmech/Pmet = 0,24 berechnet. Der Energieverbrauch E, z. B. bei Ergometertraining, errechnet sich aus der Belastung in Watt (W) im Zeitabschnitt t (min) nach: E (kcal) = 0,06 Belastung (W) t (min). Wird der Energieverbrauch in metabolischen Äquivalenten METs (1 MET = 3,5 ml 02/min/kg) angegeben, kann unter Berücksichtigung des Körpergewichtes (kg) umgerechnet werden: Belastung P (W) = 0,28 (METs – 1) Körpergewicht (kg) bzw. METs = 1 + Belastung P (W)/0,28 Körpergewicht (kg). Der Energieverbrauch E in kcal beträgt wiederum: E (kcal) = 0,02 (METs – 1) t (min) Körpergewicht (kg).

Unter Anwendung dieser Beziehungen und entsprechender Tabellenwerke kann der Energieverbrauch bei einem “moderaten” aeroben Trainingsprogramm berechnet werden; z. B. ergeben bei einem Körpergewicht von 80 kg tägliches Ergometertraining mit 75 W, zügiges Gehen mit 6 km/h oder Radfahren mit 15 km/h über jeweils 30 Minuten einen wöchentlichen Mehrverbrauch von ca. 1075 kcal.

Bei der Verordnung der Trainingsintensität zur Steigerung der Leistungsfähigkeit wird ein dynamisches Ausdauertraining unterhalb der individuellen anaeroben Schwelle (IANS) also optimal und sicher angesehen, um eine ausgeprägte sympathiko- adrenerge Aktivierung mit ischämie-triggernden, vasokonstriktorischen und arrhythmogenen Effekten zu vermeiden. Es bestehen zahlreiche Empfehlungen, die sich auf die im Belastungstest erreichte maximale Herzfrequenz, die Leistungsfähigkeit, Sauerstoffaufnahme, Herzfrequenzreserve oder den subjektiven Anstrengungsgrad beziehen.

Wir fanden bei der Analyse der Lactat-Leistungskurven von Patienten mit koronarer Herzkrankheit und niedrig normaler Ejektionsfraktion, dass die IANS im Mittel bei 71 % von Wmax und 80 % der IANS („safety margin“) bei 57 % von Wmax erreicht werden. Unter Berücksichtigung der Standardabweichung entspricht dies in unserem Kollektiv einem Trainingsbereich von 50 – 75 % von Wmax. Zwischen %Wmax bei 80 % der IANS und der absoluten Belastungskapazität Wmax besteht eine lineare Beziehung (r = 0,94; p < 0,005). Für dieses Kollektiv lässt sich somit eine sichere initiale Trainingsintensität ermitteln.