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Assoziation zwischen Veränderungen der Endothelfunktion und kardiopulmonaler Belastbarkeit - Ergebnisse von gesunden Probanden aus der Study of Health in Pomerania (SHIP)

  • In früheren Untersuchungen konnte gezeigt werden, dass Verbesserungen der kardiopulmonalen Belastbarkeit, z.B. durch Ausdauertraining, zu einer Verbesserung der Endothelfunktion führen. Unklarheit besteht allerdings bei der Frage, ob Änderungen der Endothelfunktion auch umgekehrt zu Veränderungen der kardiopulmonalen Belastbarkeit führen. Ziel dieser Arbeit war es zu untersuchen, ob es eine Assoziation zwischen beiden Parametern im Zeitverlauf von 5 Jahren bei gesunden Probanden gibt. Eine standardisierte symptomlimitierte Spiroergometrie (cardio pulmonary exercise testing, CPET) sowie die Messung der Endothelfunktion mittels Ultraschall (flow mediated vasodilatation, FMD) wurden bei 1427 Probanden in der Study of Health in Pommerania (SHIP-1) durchgeführt. Nach 5±1 Jahren wurden beide Messungen an 1349 Probanden wiederholt (SHIP-2). Ausschlusskriterien waren: nicht auswertbare Ultraschallbilder, Anämie, Herz oder Lungenerkrankungen, Krebs, neuromuskuläre Erkrankungen, Diabetes sowie Medikation mit Antihypertensiva, Bronchodillatatoren oder inhalativen Steroiden. Die finale Studienpopulation umfasste 298 Probanden (145 Männer, Alter 37 -54 bei SHIP-1). Für die Analyse wurden die Differenzen der interessierenden Zielparameter aus beiden Untersuchungen (Δ=SHIP-2 - SHIP-1) berechnet, um eine Aussage über die zeitlichen Veränderungen treffen zu können. Mittels multipler linearer Regression wurde der Zusammenhang zwischen ΔFMD (prozentual und absolut) und Δ CPET berechnet. Beim CPET wurden folgende Parameter zugrunde gelegt: max. Leistung [Watt], maximale Sauerstoffaufnahme (peak VO2) [ml/min], Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle (VO2@AT) [ml/min], Sauerstoffpuls (O2-Puls) [ml/Herzschlag] und die Atemeffizienz (VE/VCO2) sowie Atemeffizienz an der anaeroben Schwelle (VE/VCO2@at). Es wurde für den Ausgangsgefäßdurchmesser, Alter, Geschlecht, Größe, Gewicht und körperliche Aktivität adjustiert. Zusätzlich wurden stratifizierte Analysen für Raucher, Ex-Raucher, Nichtraucher sowie für Männer und Frauen durchgeführt. Es konnten signifikante positive Assoziationen zwischen Δ FMD und Δ CPET-Parametern bei Nichtrauchern gefunden werden. So ist eine Verschlechterung der Δ FMD% assoziiert mit einer Verschlechterung von Δ Leistung (β=0,85 95%-KI 0,01; 1,70). Der Zusammenhang von Δ FMD mit Δ Leistung zeigt ebenfalls eine signifikante positive Assoziation mit β = 26,80 (95%-KI 3,44; 50,16) adjustiert für den Ausgangsdurchmesser (Baseline) und eine sogar noch stärkere Assoziation (β = 33,11) im volladjustierten Modell. Für die Assoziation von ΔFMD% mit Δ peak VO2 ergibt sich eine signifikante positive Assoziation (β = 13,12, 95%-KI 0,86; 25,37), welche nach Adjustierung jedoch ihre Signifikanz verliert. Ebenfalls positiv signifikant ist der β-Koeffizient für den Zusammenhang von ΔFMD und der maximalen Sauerstoffaufnahme unabhängig von der Adjustierung. Veränderungen der Endothelfunkion sind für Nichtraucher also vergesellschaftet mit Alterationen der Kardiopulmonalen Belastbarkeit bei gesunden Probanden. Dies bedeutet, dass eine Abnahme der FMD in etwa fünf Jahren um 1mm assoziiert ist mit einer Abnahme der Leistung auf dem Fahrradergometer um 33,11 Watt und einer Abnahme der peak VO2 um 379,23 ml/min. Unsere Arbeit stützt damit für Nichtraucher den bidirektionalen Zusammenhang zwischen Endothelfunktion und kardiopulmonaler Belastbarkeit.
  • BACKGROUND: Improvement of exercise tolerance, e.g. due to physical activity, has been shown to result in enhanced endothelial function. However, data are currently not clear regarding the question whether alterations of endothelial function might lead to changes in exercise testing parameters. The aim was to analyze whether changes of peripheral endothelial function influence exercise capacity over time in healthy individuals. MATERIALS AND METHODS: Standardized symptom-limited cardiopulmonary exercise testing (CPET) on a cycle ergometer and assessment of endothelial function by flow-mediated dilatation (FMD) were applied to 1705 volunteers of the Study of Health in Pomerania (SHIP-1) and were repeated after 5±1 yearsin 1432 subjects (SHIP-2). Individuals with unreadable ultrasound images, with anemia, heart or lung diseases, cancer, skeletal or neurological diseases, diabetes as well as those with use of antihypertensives, peripheral vasodilators, beta-blockers and drugs against obstructive airway diseases and inhaled steroids were excluded for not being representative of a healthy population. This resulted in a final sample size of 298 volunteers (145 males, age 37– 54 years at SHIP-1). Difference between the two examinations (Δ; SHIP2 – SHIP1) were calculated to characterize changes of exercise parameters and FMD over time. Multiple linear regression models were used to investigate the relation between ΔFMD (measured in percent and absolute) and the following ΔCPET parameters: maximal power load [Watt], peak oxygen uptake [ml/minute], oxygen uptake at anaerobic threshold (@AT) [ml/minute], oxygen-pulse [ml/beat] and ventilatory efficiency(VE/VCO2).We adjusted for baseline artery diameter, age, sex, height and weight. In addition, we performed stratified analyses forsmokers, ex-smokers, non-smokers, men and women. RESULTS: We found significant associations between ΔFMD and exercise parameters in non-smokers. A change of FMD was positively associated with Δmaximal power load in the baseline diameter adjusted (β–coefficient [β] 26.80, 95%-confidence interval [95%-CI] 3.44; 50.16) and the fully adjusted model (β 33.11, 95%-CI 9.81; 56.41), respectively. Likewise, in this subgroup ΔFMD was related to ΔpeakVO2 in the baseline adjusted (β 375.92, 95%-CI 36.23, 715.62) and the fully adjusted model (β 379.23, 95%-CI 14.86; 743.59), respectively.For the same subgroup, we found a positive association between ΔFMD% and Δ maximal power load (β 0.85, 95%-CI 0.01; 1.70) and fully adjusted β 0.98, 95%-CI 0.14; 1.82) as well as for ΔFMD% and ΔpeakVO2 (β 13.12, 95%-CI 0.86; 25.37) but fully adjusted without significance (β 12.86,95%-CI -0.17; 25.89). For all other subgroups as well as for the whole study population we could not find any further significant and consistent associations. That means a decrease of FMD over 1mm in 5 years leads to a decrease of peakVO2 about 379.23 ml/min and maximal power load about 33.11watt. CONCLUSION: Changes of endothelial function were positively related to alterations of exercise capacity over time in non-smokers, independent of age, sex, height, and weight. No such significant associations could be found among smokers, ex-smokers and among the whole study population, respectively, as well as in the sex-stratified analyses.

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Metadaten
Author: Philipp Königsmann
URN:urn:nbn:de:gbv:9-opus-22042
Title Additional (English):Association between changes of peripheral endothelial function and changes in exercise capacity – results from a sample of healthy subjects from the Study of Health in Pomerania (SHIP)
Referee:Prof. Dr. med. Marcus Dörr, Prod. Dr. med. Martin Halle
Advisor:Prof. Dr. med. Marcus Dörr
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Year of Completion:2018
Date of first Publication:2018/06/12
Granting Institution:Ernst-Moritz-Arndt-Universität, Universitätsmedizin (bis 31.05.2018)
Date of final exam:2018/05/15
Release Date:2018/06/12
Tag:CPET, FMD, SHIP, Spiroergometrie, endothelfunktion, kardiopulmonale Belastbarkeit
GND Keyword:CPET, FMD, SHIP, Spiroergometrie, endothelfunktion, kardiopulmonale Belastbarkeit
Pagenumber:65
Faculties:Universitätsmedizin / Klinik und Poliklinik für Innere Medizin
DDC class:600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 610 Medizin und Gesundheit