Übersicht über die Effekte eines Atmungsausdauertrainings bei Gesunden

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1 Übersicht über die Effekte eines Atmungsausdauertrainings bei Gesunden Christina M. Spengler, Sportphysiologie, Institut für Bewegungs- und Sportwissenschaften, ETH Zürich und Physiologisches Institut, Universität, Zürich, Schweiz Während körperlicher Aktivität auf Meereshöhe ist das Blut praktisch zu 1% mit Sauerstoff gesättigt und gesunde Personen können die Atmung jederzeit über den automatischen Antrieb hinaus steigern. Daher wurde das Atmungssystem in unseren Höhen lange Zeit nicht als potentiell leistungslimitierend angesehen. In den letzten 1 Jahren wurden jedoch immer mehr Studien publiziert, die zeigen, dass das Zwerchfell, der Haupt-Einatmungsmuskel, schon bei erschöpfenden, körperlichen Leistungen von 1-3 min Dauer, signifikant ermüden kann (z.b. 3, 5). Auch kann eine starke Atmungsermüdung eine Ausdauerleistung beeinträchtigen (4). Erst kürzlich wurden mehrere Studien publiziert, die darauf hindeuten, dass durch die Ermüdung des Zwerchfells sogar die Beinleistung beeinträchtigt werden könnte. Dies würde dadurch geschehen, dass im Zwerchfell ein Reflex des vegetativen Nervensystems ausgelöst wird, der über Sympathikussteigerung zu einer Vasokonstriktion in den Beinen und so zu einer Reduktion des Blutflusses führt (z.b. 7, 1). Dies könnte erklären, weshalb die meisten Probanden am Punkt der Erschöpfung sagen, sie hätten die Leistung wegen Beinermüdung nicht weiter aufrechterhalten können. Die Forschungsgruppe von Prof. Boutellier (ETHZ) hat in den letzten 1 Jahren einen anderen Ansatz zur Untersuchung eines möglichen Einflusses des Atmungssystems auf die körperliche Ausdauerleistungsfähigkeit verfolgt. In mehreren Studien konnte gezeigt werden, dass ein ausschliessliches Atmungs-Ausdauertraining bei gesunden, untrainierten (2, 6, 11), wie auch trainierten (1, 9) Versuchspersonen auf dem Fahrradergometer zu einer signifikanten Steigerung der Ausdauerzeit bei konstanter Leistung führt. Dieses Atmungs-Ausdauertraining besteht aus normokapnischer Hyperpnoe bei rund 6-85% des Atemgrenzwertes (3min/Tag, 3-4x/Woche, 2 Trainings während 4-6 Wochen), d.h. die Personen atmen ohne sonstige körperliche Anstrengung - sehr intensiv, rund doppelt soviel wie während einer erschöpfenden körperlichen Leistung gleicher Dauer. Die kurzfristige Maximalleistung wird hingegen durch diese Art Training nicht verändert. Die Ausdauerfortschritte können nicht durch eine Veränderung des Gasaustausches in der Lunge (11) oder durch ein Training des Herzens (6) erklärt werden. Möglicherweise wird jedoch die Ermüdung der Atmungsmuskulatur vermindert, was zu einem späteren Einsetzen des oben beschriebenen Reflexes führen könnte, wodurch den Beinen länger mehr Blut zur Verfügung stünde und somit die Ermüdung der Beine später eintreten würde. Viele Versuchspersonen beschreiben auch, dass das intensive Atmen während körperlicher Anstrengung oder sportlichen Tätigkeiten leichter fällt, resp. dass sie weniger rasch ausser Atem kommen (8). Die genauen physiologischen Mechanismen, die zur Leistungssteigerung nach einem Atmungsausdauertraining führen, werden momentan in verschiedenen sportphysiologischen Labors weiter untersucht. References 1. Boutellier, U., R. Büchel, A. Kundert, and C. Spengler. The respiratory system as an exercise limiting factor in normal trained subjects. Eur. J. Appl. Physiol. 65: , Boutellier, U., and P. Piwko. The respiratory system as an exercise limiting factor in normal sedentary subjects. Eur. J. Appl. Physiol. 64: , Johnson, B. D., M. A. Babcock, O. E. Suman, and J. A. Dempsey. Exercise-induced diaphragmatic fatigue in healthy humans. J Physiol 46: , Mador, M. J., and F. A. Acevedo. Effect of respiratory muscle fatigue on subsequent exercise performance. J. Appl. Physiol. 7: , Mador, M. J., U. J. Magalang, A. Rodis, and T. J. Kufel. Diaphragmatic fatigue after exercise in healthy human subjects. Am. Rev. Respir. Dis. 148: , Markov, G., C. M. Spengler, C. Knopfli-Lenzin, C. Stuessi, and U. Boutellier. Respiratory muscle training increases cycling endurance without affecting cardiovascular responses to exercise. Eur. J. Appl. Physiol. 85: , Sheel, A. W., P. A. Derchak, B. J. Morgan, D. F. Pegelow, A. J. Jacques, and J. A. Dempsey. Fatiguing inspiratory muscle work causes reflex reduction in resting leg blood flow in humans. J Physiol 537: , Spengler, C. M., and U. Boutellier. Breathless legs? Consider training your respiration. News Physiol. Sci. 15: 11-15, Spengler, C. M., M. Roos, S. M. Laube, and U. Boutellier. Decreased blood lactate concentrations after respiratory endurance training. Eur. J. Appl. Physiol. 79: , St Croix, C. M., B. J. Morgan, T. J. Wetter, and J. A. Dempsey. Fatiguing inspiratory muscle work causes reflex sympathetic activation in humans. J Physiol 529 Pt 2: , Stuessi, C., C. M. Spengler, C. Knopfli-Lenzin, G. Markov, and U. Boutellier. Respiratory muscle endurance training in humans increases cycling endurance without affecting blood gas concentrations. Eur. J. Appl. Physiol. 84: , 21.

2 Erste Erfahrungen im klinischen Alltag mit dem SpiroTiger am SPZ Nottwil Gabi Müller, Dr. med. Beat Knechtle; Institut für Sportmedizin; SPZ Nottwil In mehreren Studien wurden bei Gesunden nach einem Atmungsausdauertraining positive Effekte auf die Ausdauerleistungsfähigkeit festgestellt. Bei Querschnittgelähmten konnten mit dem Prototyp des SpiroTigers bereits wichtige Erfahrungen gesammelt werden. Vor allem bei Tetraplegikern bestehen Hinweise auf verschiedene Verbesserungen der Atmungsfunktionen. Klinischer Einsatz des SpiroTigers Seit April 21 ist der SpiroTiger am SPZ Nottwil im Einsatz. In dieser Zeit haben über 1 Patienten mit unterschiedlichen Indikationen ein Atmungsausdauertraining absolviert. Es sind einerseits Rollstuhlathleten, mit dem Ziel einer sportlichen Leistungsverbesserung, andererseits aber auch Tetraplegiker mit pulmonalen Problemen. Weiter wurden Skoliose-Patienten vor Wirbelsäulen-Aufrichtungsoperationen zugewiesen. Bei diesen ist das Ziel die Atmungsmuskulatur präoperativ möglichst gut zu trainieren, damit postoperativ weniger pulmonale Komplikationen auftreten. Die Patienten sollen dank dem Training nach der Operation möglichst bald wieder das präoperative Niveau erreichen oder gar übertreffen. Erfahrungen und Effekte des Trainings mit dem SpiroTiger bei Querschnittgelähmten Subjektiv haben die Patienten durch das Atmungsausdauertraining positive Effekte feststellen können. Allerdings haben sie auch negative Erfahrungen gemacht. Es wird von verbessertem Allgemeinbefinden, weniger pulmonalen Infekten und Atemnot im Alltag sowie einem verbesserten Hustenstoss berichtet. Einige Patienten empfinden es jedoch auch als zu anstrengend, verspüren zum Teil Atemnot während dem Training und haben Probleme mit der Bedienung des Geräts (vor allem Tetraplegiker). Obwohl in mehreren Fällen eine Verbesserung der Vitalkapazität gemessen wurde, ist das Hauptproblem bei den meisten Patienten die Motivation, ein Atmungstraining regelmässig, genügend lang und seriös durchzuführen. Häufige Infekte von Blase und Haut, Probleme mit den Handfunktionen, sowie wenig Zeit für sich selber oder soziale Kontakte wirken sich auf das allgemeine Wohlbefinden und die Motivation oft negativ aus. Schlussfolgerungen aus dem klinischen Alltag Bei motivierten Patienten, welche den Sinn des Atmungstrainings einsehen und dieses gewissenhaft durchführen, sind sowohl subjektiv als auch objektiv gute Resultate erzielt worden. Unter den stationären Patienten trainierte jedoch nur etwa die Hälfte gewissenhaft. Das Training ist nicht sehr spannend und vor allem für Tetraplegiker sehr anstrengend. Im Alltag des gelähmten Menschen treten oft depressive Phasen sowie Infekte von Lunge und Harnwegen auf. Auch Operationen werden immer wieder nötig. Pulmonale Probleme liegen meist nur bei Tetraplegikern im Vordergrund, doch diese Menschen haben neben den Lungenproblemen oft noch viel gravierendere die Lebensqualität deutlich einschränkende Probleme. Die Integration des SpiroTiger in den Alltag nach dem Klinikaufenthalt dürfte auch wegen den hohen Kosten recht schwierig werden. Trotzdem muss versucht werden für unsere Patienten ein möglichst optimales Umfeld (z.b. auch Beteiligung der Krankenkassen an den Kosten) für dieses Training zu schaffen und die Motivation mit objektiven Argumenten zu fördern. Für Tetraplegiker bleibt dies vorläufig eine der einzigen Möglichkeiten die Ausdauer zu trainieren. Wissenschaftliche Studie mit dem SpiroTiger Je nach Läsionshöhe ist bei einer Querschnittlähmung auch ein Teil der Atmungs- und Atmungshilfsmuskulatur betroffen. Tetraplegiker beispielsweise besitzen nur funktionstüchtige Inspirations- und keine Exspirationsmuskulatur. Daher muss die Trainingsintensität bei einem Atmungstraining sehr individuell auf die Bedürfnisse der einzelnen Patienten abgestimmt werden, was oft recht schwierig ist. Deshalb wird jetzt eine Studie mit dem Spiro Tiger durchgeführt, mit dem Ziel, die ideale Trainingsintensität für Querschnittgelähmte in Abhängigkeit der Läsionshöhe zu bestimmen. Die Resultate sollten dann im klinischen Alltag möglichst bald umgesetzt werden. Eine Folgestudie, in welcher die Effekte des Trainings mit dem SpiroTiger bei den bestimmten Intensitäten in den jeweiligen Gruppen untersucht wird, ist in Planung.

3 Atemtraining mit dem SpiroTiger zur Verbesserung der Atemnot Dr. med. Thomas Scherer, LungenZentrum Hirslanden Viele Personen mit chronischer Bronchitis und Emphysem (COPD) leiden aufgrund struktureller Veränderungen der Lungen an Atemnot, welche mit Medikamenten nur ungenügend beeinflusst werden kann. Frühere Studien hab Hinweise gegeben, dass ein Training der Atemmuskulatur bei gewissen Lungenkrankheiten die körperliche Leistungsfähigkeit verbessert und gleichzeitig zu einer Verminderung der Atemnot im täglichen Leben führt. Kürzlich wurde ein Gerät entwickelt, mit dem zu Hause ein Atemausdauertraining durchgeführt werden kann. Verschiedene Untersuchungen haben gezeigt, dass damit bei Gesunden die Leistungsfähigkeit und das Gefühl der Atemlosigkeit unter starker körperlicher Belastung verbessert werden können. Aufgrund dieser vielversprechenden Ergebnisse entschlossen wir uns, die Auswirkungen eines solchen Trainings auf Leistungsfähigkeit, Atemnot und Lebensqualität bei Personen mit chronischer Bronchitis und Emphysem zu untersuchen. Methodik 3 Personen mit mittelschwerer COPD wurden in die Studie eingeschlossen. Das mittlere Alter betrug 69 Jahre. Eingehende Untersuchungen der Atemmuskulatur, der körperlichen Leistungsfähigkeit, der Atemnot im täglichen Leben und der Lebensqualität wurden eine Woche vor Aufnahme des Trainings und eine Woche nach Abschluss durchgeführt. Nach dem Zufallsprinzip wurden die Probanden in eine experimentelle () und eine Kontrollgruppe () eingeteilt. Die Probanden der experimentellen Gruppe führten während 8 Wochen an 5 Tagen pro Woche zwei Mal täglich 15 Minuten ein Atemausdauertraining mit einem Prototypen des SpiroTiger durch. Die Probanden der Kontrollgruppe machten anstelle eines Atemausdauertrainings inspiratorische Atemübungen mit einem. Resultate Verglichen wurden die trainingsinduzierten Veränderungen der gemessenen Parameter (Anhang 1). Sowohl in der experimentellen als auch in der Kontrollgruppe wurden keine relevanten Veränderungen der Lungenfunktion gefunden. Verschiedene Parameter der Atemmuskelleistungsfähigkeit (maximaler exspiratorischer Druck, Atemausdauer), der körperlichen Leistungsfähigkeit (6-Minuten Gehtest, maximale Sauerstoffaufnahme) und die Lebensqualität zeigten in der experimentellen Gruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant bessere Resultate. Die Abnahme der Atemnot im täglichen Leben war in beiden Gruppen vergleichbar. Diskussion Die Resultate zeigen, dass ein Atemausdauertraining bei Personen mit mittelschwerer COPD und pulmonaler Limitierung die körperliche Leistungsfähigkeit und die Lebensqualität signifikant verbessert. Die Verbesserung der Parameter ist vergleichbar mit anderen Studien und den Resultaten der Lungenvolumen-Reduktionschirurgie, welche jedoch bei schwerer limitierten Personen zur Anwendung kommt.

4 Anhang 1 (Dr. med. Thomas Scherer, LungenZentrum Hirslanden) Effekte des Atemtrainings Veränderung inspir. Druck p = Veränderung exspir. Druck p = Veränderung Atemausdauer p< cm H 2 O cm H 2 O 1-1 Sekunden Veränderung Atemnot p=.9 Meter Veränderung 6-Min-Gehtest p= p= Veränd. max. Sauerstoffaufn. p = Veränderung Atemnot p=.9 Veränd. Lebensqualität (SF-P) p=

5 Einsatzmöglichkeiten des Atmungstrainingsgerät SpiroTiger Pascal Coste, Physiotherapie, Osteopathie und Medizinische Trainingstherapie (MTT) Zug Thematik: Patient, der früher ein Trauma erlebt hat Patient mit Schmerzen im Schultergürtel- und Nackenbereich oder weder noch Gemeinsamkeiten: Trotz medizinischer Abklärungen ist alles i.o. oder es bestehen nur geringfügige degenerative Veränderungen. Immer wieder Rezidiven Trotz wiederholter Behandlungsmassnahmen aller Art (Chiro. / Physio. / Osteo. / Energetisch / MTT / usw...) Wir haben es folglich mit einer chronischen Situation zu tun, die sich mit keinem Mittel verbessern lässt: wo sich medizinisch nicht viel nachweisen lässt wo MTT oder andere Trainingsmethoden keine Wirkung zeigen Könnte es sein, dass... die momentane koordinative Fähigkeit auf Grund von Verletzung oder degenerativem Vorgang die Trainierbarkeit von Strukturen verhindert oder gar zu einer Verschlechterung führt? Oder... dass wir die betroffenen Strukturen mit einer Trainingstechnik erreichen können, ohne die fehlerhaften propriozeptiven Mechanismen zu benützen? Ist es möglich damit so eine verzwickte Situation zu umgehen? 4 % Leistungssteigerung dank Muskeln 3 klinische Fälle Zusammenfassung Die Wirkung des Spirotiger auf die allgemeine Ausdauerfähigkeit bewirkt eine Erhöhung der Ausdauer auf lokaler Ebene: Verbesserung der koordinativen Fähigkeiten Verbesserung der Trainierbarkeit

6 Vorbereitung auf den Swisspower Gigathlon mit dem SpiroTiger Urban Schumacher, Sportlehrer ETH, Gigathlet

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