Kardiorespiratorische Fitness – richtig erfasst, interpretiert und verwendet?

Die kardiorespiratorische Fitness ist einer der wichtigsten Gesundheitsmarker. Sie wird bestimmt vom Zusammenspiel von Lunge, Herz, Gefässen und Muskulatur, wie es von Wasserman (16) in Form des Zahnradmodells dargestellt wurde. Dieses Modell macht deutlich, dass zahlreiche Organe am O2- und CO2-Transport beteiligt sind und somit die Funktion aller Elemente des Modells die Höhe der kardiorespiratorischen Fitness bestimmen. Nicht zu Unrecht gebührt der kardiorespiratorischen Fitness eine zentrale Rolle in der Beurteilung der Gesundheit, die oftmals noch unterschätzt wird.

Mit Blick auf die Bedeutung einer ergometrischen Belastungsuntersuchung in der inneren Medizin, insbesondere der Kardiologie, fällt einem in einer Guideline der Europäischen Kardiologischen Gesellschaft (ESC) zu «Diagnose und Management des chronischen Koronarsyndroms» der schlechte negative bzw. positive prädiktive Wert des Belastungs-EKGs für das Erkennen einer obstruktiven koronar-arteriellen Erkrankung buchstäblich ins Auge (7). Bei nur mässiger Sensitivität von 58% und Spezifität von 62% ist die Ischämiediagnostik und die Erkennung komplexer Rhythmusstörungen dennoch das Haupteinsatzgebiet der Ergometrie in der klinischen Praxis (7). Das könnte einerseits daran liegen, dass selbst bei einer empfohlenen Vortestwahrscheinlichkeit für eine Obstruktion der Koronarien von mindestens 15% bei der Durchführung des Belastungs-EKGs die Zahl Patienten, die dieses Kriterium erfüllen, immer noch sehr hoch ist.

Andererseits wurde vielleicht auch die Erfassung der kardiorespiratorischen Fitness in ihrer gesundheitlichen Bedeutung erkannt. In der Sport- und Bewegungsmedizin sollte dieses ohne Frage der Fall sein. Spätestens als die American Heart Association vor einigen Jahren die kardiorespiratorische Fitness als das fünfte Vitalzeichen (vital sign) bezeichnete (12), sollte jedem klargeworden sein, dass der Erfassung der maximalen ergometrischen Leistungsfähigkeit ein besonderer Stellenwert in der Beurteilung des Gesundheitszustandes und des Mortalitätsrisikos zukommt. Israel et al. (5) konnten in einer Beobachtungsstudie mit 22878 Teilnehmern (Alter zu Baseline 47,4 Jahre, Follow-up 9,2 Jahre) die Prädiktion von Todesfällen (N=505) deutlich verbessern. So betrug das relative Risiko für das Versterben bei Personen mit einem hohen Euro Risiko-Score und niedriger kardiorespiratorischer Fitness (<11 MET (metabolic equivalent of task) das 35,6-fache im Vergleich zu fitten und nicht mit Risikofaktoren behafteten Personen.

War die kardiorespiratorische Fitness bei gleich ungünstigem Euro Risiko-Score dagegen gut (>11 MET), konnte das Risiko auf das 8,5-fache gesenkt, also nahezu geviertelt werden. Die Netto-Reklassifikation zeigte über alle Risikogruppen von niedrigen bis hohem Risiko für das Versterben eine Verbesserung von 56,8% bei Hinzunahme der kardiorespiratorischen Fitness zum Euro Risiko-Score. Eine Metaanalyse von Kodama et al (8) zeigt, dass die Abnahme der Gesamtmortalität und der kardiovaskulären Mortalität von 15% bzw. 13% mit einem Anstieg der kardiorespiratorischen Fitness von 1 MET verbunden ist.

Vergleicht man das relative Risiko der Gesamtmortalität bei manifesten Erkrankungen wie Diabetes Typ 2 (HR 1.40), einer koronaren Herzerkrankung (HR 1.29) oder auch Risikofaktoren wie dem Rauchen (HR 1.41) oder einer bestehenden arteriellen Hypertonie (HR 1.21) mit der einer unterdurchschnittlichen maximalen Ausdauerleistungsfähigkeit (HR 1,95), so ist dieses als vergleichbar im Sinne der Prädiktion zu interpretieren (10). Zu betonen ist dabei, dass die Reduktion des Risikos nicht nur bei sowieso schon athletischen Menschen eintritt, sondern die Verbesserung bereits substantiell ist, wenn man die am wenigsten fitten mit den nächst unfitten Personen vergleicht (10).

Diese Beobachtungen wurden aber nicht nur bei initial gesunden Personen, sondern auch bei Patienten mit unterschiedlichen chronischen Erkrankungen gemacht. So profitieren sowohl Patienten mit Herzinsuffizienz, mentalen und neurologischen Erkrankungen, metabolischen Erkrankungen wie Diabetes mellitus Typ 2 oder auch Patienten mit Tumorerkrankungen von einer Verbesserung der kardiorespiratorischen Fitness. Offensichtlich wirkt die mit der Verbesserung der Fitness verbundene Ausdaueraktivität auf unterschiedliche Mechanismen wie die chronische Inflammation, die Autophagie oder den mitochondrialen Stoffwechsel. Die in Interventionsstudien gemessenen und in der klinischen Routine zu beobachtenden Effekte einer verbesserten Fitness auf die Blutdruckregulation, den Glukosestoffwechsel und die Cholesterinfraktionen sowie direkt auf die Gefäßstruktur und -funktion im mikro- und makrovaskulären Bereich dürfen dabei nicht unerwähnt bleiben (12).

Richtige Belastungsmethode wählen

Trotz dieser zahlreichen positiven Effekte bei gesunden Menschen und Patienten mit chronischen Erkrankungen entsteht zeitweise der Eindruck, die Erfassung der kardiorespiratorischen Fitness als Gesundheitsmarker ist noch nicht wirklich fest im präventiven Denken ärztlichen Handelns etabliert. Woran könnte das liegen?
Zunächst ist die Erfassung der kardiorespiratorischen Fitness mit einem gewissen apparativen Aufwand verbunden. Zur validen und gut reproduzierbaren Messung ist wenigstens ein Ergometer erforderlich. Dabei kommt typischerweise dem Fahrradergometer im deutschen Sprachraum eine dominante Rolle zu. Aber auch Laufbandergometer und weniger noch das Ruderergometer stellen Alternativen für die Messung dar.

Für die Verwendung des Fahrradergometers spricht dessen hohe Verbreitung, die Fähigkeit der meisten Menschen Fahrrad zu fahren, obwohl dieses mit zunehmender Migration und Inaktivität der Bevölkerung nicht mehr als selbstverständlich anzusehen ist. Dennoch kann man bei den meisten Menschen davon ausgehen, dass sie sich auf dem Fahrradergometer weitgehend ausbelasten können. In der Sport- und Bewegungsmedizin wird vorzugsweise die Belastung in sitzender Position auf dem Fahrradergometer der Belastung in halbliegender Position (30-45°) wegen der höheren Ausbelastung vorgezogen. Die vergleichsweise um etwa 10% geringere maximale Sauerstoffaufnahme und damit Leistungsfähigkeit auf dem Fahrradergometer im Vergleich zum Laufbandergometer wird durch die geringeren Ansprüche an die Koordinationsfähigkeit, eine gleichzeitig weitgehend Artefakt-freie Aufzeichnung des parallel laufenden Belastungs-EKGs und eine Blutdruckmessung während der Belastung ausgeglichen. Insbesondere beim älteren Menschen (über 70 Jahre) ist eine Belastung auf dem Laufbandergometer eher mit einem höheren koordinativen Aufwand verbunden, da die Belastung bei vielen sehr ungewohnt ist (1).

Abschätzung der kardiorespiratorischen Fitness reicht nicht aus

Um die maximale Ausdauerleistungsfähigkeit bei der Ergometrie zu erfassen, erscheinen submaximale Tests wie der Astrand-Rhyming Test eher ungeeignet (4). Anhand dieses Tests kann die maximale aerobe Leistungsfähigkeit lediglich mittels Nomogrammen abgeschätzt werden. Diese Werte weichen durchaus um 10-20% von den tatsächlichen maximalen erzielbaren Werten ab. Allerdings erscheinen submaximale Tests dann vertretbar, wenn eine ärztliche Anwesenheit, die aus Sicherheitsgründen vorgeschrieben ist, nicht gewährleistet werden kann. Ein submaximaler Test ist denn auch der reinen Abschätzung auf der Basis von populationsbasierten Funktionsgleichungen wie der vom FRIEND-Register (11) deutlich überlegen. Bei Letzterem beträgt die Abweichung zur tatsächlich gemessenen maximalen Leistungsfähigkeit (maximale Sauerstoffaufnahme, V˙O2) durchaus 20-25%, sodass die Anwendung von Gleichungen bei der Abschätzung der maximalen aeroben Leistungsfähigkeit eigentlich nur als eine Orientierung aber nicht im Sinne als individuell gültiger Wert Verwendung finden kann.

Zu den Qualitätsaspekten der Durchführung einer Spiroergometrie zählt auch die korrekte Ausbelastung des Patienten. Hier ist hervorzuheben, dass die Spiroergometrie gegenüber einer normalen Ergometrie ohne Messung des Gasaustauschs den klaren Vorteil besitzt, die Ausbelastung anhand der RER (respiratory exchange ratio) objektiv zu bestimmen. Mehrere Studien (9, 15) zeigen dabei, dass die RER sowohl vom Alter als auch vom Gewicht abhängig ist und deshalb ein einheitlicher Grenzwert von zum Beispiel 1,10 zwar eine ausreichende Ausbelastung im Durchschnitt signalisiert, aber nicht den individuell maximal zu erzielenden Wert. So ist bei Personen im Alter von 20-39 Jahren bei einem RER von 1,13, bei 40-59 Jahren von 1,10 und bei 60-69 Jahren von 1,06 mit einer Ausbelastung zu rechnen. Als zusätzliches Kriterium gilt die alters-vorhergesagte maximale Herzfrequenz (age predicted maximal heart rate), die nach der Formel 210 minus Lebensalter bzw. 208 - 0,7 x Alter richtig eingeschätzt wird (15).

Werden beide Faktoren erreicht, ist auch ohne Erreichen eines Plateaus der Sauerstoffaufnahme von einer weitgehenden Ausbelastung auszugehen. Ein Sauerstoffplateau, auch als Levelling-off der Sauerstoffaufnahme erkennbar, wird nur etwa von 30-50% aller ausbelastenden Spiroergometrien erreicht (2). Die restlichen 50-70% zeigen entweder einen stetigen Anstieg bis zum Abbruch der Belastung oder einen übermäßigen Anstieg kurz vor Belastungsende. Deshalb erscheinen sekundäre Ausbelastungskriterien sinnvolle Alternativen/Ergänzungen zur Abschätzung der maximalen Ausbelastung zu sein.

Tagesvariabilität beachten

Zur Sicherung reproduzierbarer Werte ist zudem auch zu beachten, dass die Variabilität innerhalb eines Tages im Durchschnitt 8,5% der maximalen Sauerstoffaufnahme betragen kann. Dabei gibt es entgegen verschiedenen Angaben in der Literatur keinen bestimmten Zeitpunkt am Tag, an dem die maximale Leistungsfähigkeit erreicht wird. Im Vergleich zu der intra-day Variabilität ist die Variabilität zum selben Zeitpunkt des Tages an unterschiedlichen Tagen um etwa den Faktor 2.5 kleiner (6). Deswegen ist besonders darauf zu achten, dass spiroergometrische Verlaufsuntersuchungen stets zur gleichen Tageszeit durchgeführt werden. Dieses ist von besonderem Interesse, da Verbesserungen der kardiorespiratorischen Fitness nach Ausdauertrainingsinterventionen typischerweise beim Untrainierten im Bereich um 10-30% liegen und daher die Tageszeit einen durchaus signifikanten Einfluss auf die erzielte bzw. gemessene Sauerstoffaufnahme haben kann. Ergänzend sei noch erwähnt, dass Verifikationstests, also Tests mit einige Minuten später erfolgender nochmaliger Ausbelastung, die Reliabilität der Bestimmung der kardiorespiratorischen Fitness nicht verbessern und daher entfallen können (14).

Referenzwerte sind wichtig für die Risikoabschätzung

Schlussendlich sind für eine richtige Einordnung der kardiorespiratorischen Fitness zur Nutzung bei der Risikostratifikation Referenzwerte für gesunde Personen erforderlich. Dabei zeigt sich, dass erhebliche Unterschiede zwischen Kohorten bestehen können. So ist die maximal erzielte absolute Sauerstoffaufnahme bei gesunden Personen beiderlei Geschlechts aus der COmPLETE-Kohorten Studie (13) um 22% höher als bei altersgleichen als gesund erachteten Personen aus der SHIP-Kohorte (3) an der Universität Greifswald. Bei vergleichbaren Qualitätskriterien in der Kalibrierung der Geräte kann dieser Unterschied eigentlich am ehesten durch eine noch bessere Gesundheit der COmPLETE-Teilnehmenden (BMI ≥30kg/m2, Diabetes, sowie aktuelles Rauchen zählen zu den Ausschlusskriterien) und eine höhere Ausbelastung (Einschluss bei SHIP bereits bei RER >1.0) erklärt werden.

Es ist daher sicher notwendig für eine valide Beurteilung der kardiorespiratorischen Fitness als Gesundheitsmarker, sich auf die Kriterien für ein gesundes Normalkollektiv sowie die Ausbelastungskriterien zu einigen. Sofern dieses gelingt, wird die kardiorespiratorische Fitness ihren Stellenwert als Gesundheitsmarker in der Risikoklassifikation und in der klinischen Praxis vermutlich noch weiter steigern können.

■ Schmidt-Trucksäss A

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