Über die vergangenen vier Jahrzehnte ergibt sich aus zahlreichen Studien zunehmende Evidenz, dass die kardiorespiratorische Fitness (CRF) ein wichtiger Gesundheitsparameter ist. Dennoch ist sie in den meisten Scores zur Risikoabschätzung der kardiovaskulären oder Gesamtmortalität bisher nicht enthalten. In diesem kurzen Überblicksartikel soll auf klinische Bedeutung, methodische Aspekte und Möglichkeiten zur Steigerung der CRF eingegangen werden.

Die kardiorespiratorische Fitness (CRF) ist ein komplexer, übergreifender Parameter der Herz- und Kreislauffunktion. Sie spiegelt die Fähigkeit des Organismus zur Sauerstoffaufnahme (⩒O2) über die Lunge wider, den Transport von O2 unter Berücksichtigung der systolischen und diastolischen Pumpfunktion des Herzens, des Couplings zwischen Herz und Gefässen, der Weiterleitung durch das arterielle Gefässsystem bis zur Muskulatur, in der O2 und auch Nährstoffe gemäss den metabolischen Bedürfnissen in der ruhenden oder arbeitenden Muskelzelle verstoffwechselt werden (1, 2). Die ⩒O2 max liegt bei Männern im Vergleich zu Frauen ca. 10% höher und geht im Altersgang in der 3. und 4. Lebensdekade um 3-6% zurück, danach zunehmend stärker um bis zu 20% im Alter über 70 Jahre (3-5).

Gesundheitliche Bedeutung der kardiorespiratorischen Fitness

Personen mit einer höheren CRF haben nach zahlreichen Studien eine Reduktion der Gesamtmortalität um 10-25% pro ein metabolisches Äquivalent (engl. metabolic equivalent of task; MET) zu erwarten. Das entspricht in etwa einer Reduktion des Bauchumfangs um 7- 10 cm, 5-7 mmHg niedrigeren systolischen Blutdruck oder 1-1,2 mmol/l reduzierter Nüchternglukose (6).
Kürzlich konnte in einer prospektiven Beobachtungsstudie (7) (22 878 Teilnehmende, Alter 47,4 (10,3) Jahre zu Baseline, Follow-up 9,2 (SD 4,1) Jahre, 505 Todesfälle) nachgewiesen werden, dass die Risikoprädiktion auf der Basis des SCORE Risikofaktorenmodells mit Hilfe der CRF deutlich verbessert werden kann. Menschen mit ungünstig hohen SCORE-Wert und geringer maximaler CRF (< 11 MET bei der Laufbandergometrie) zeigten ein um das 35,6-fache erhöhtes Mortalitätsrisiko gegenüber Personen mit niedrigen SCORE-Wert und hoher CRF (MET ≥ 11). Bei Personen mit hohen SCORE-Wert, aber gleichzeitig hoher CRF lag das Mortalitätsrisiko beim 8,5-fachen, also um das Vierfache niedriger. Die kardiorespiratorische Fitness war allen SCORE-Parametern als Risikoprädiktor überlegen, was auch zuvor bereits mehrfach gezeigt werden konnte (8-10).
Eine aktuelle Metaanalyse prospektiver Studien (11) von 122 007 Patienten (Alter 53,4 Jahre, 1,1 Millionen Beobachtungsjahre, 13 637 Todesfälle) zum Zusammenhang zwischen CRF und Mortalität zeigte im Vergleich zu manifesten Erkrankungen eindrucksvoll, dass eine stark reduzierte CRF hinsichtlich ihrer prädiktiven Bedeutung für das Versterben gleichbedeutend oder stärker als verschiedene manifeste Komorbiditäten war (u.a. koronare Herzerkrankung, arterielle Hypertonie oder Diabetes).

Direkte und indirekte Messung der CRF

Die CRF wird als maximale Sauerstoffaufnahme (⩒O2max) gemessen, die sich aus dem Produkt von Herzfrequenz, Schlagvolumen und peripherer arterio-venöser Sauerstoffdifferenz ergibt (2, 12). Der Goldstandard zur direkten Messung der CRF ist die Spiroergometrie, die in Europa überwiegend auf dem Fahrradergometer erfolgt. Alternativ wird vorwiegend im anglo-amerikanischen Raum die Messung auf dem Laufbandergometer durchgeführt. Dabei fällt die gemessene ⩒O2 aufgrund der grösseren eingesetzten Muskelmasse bei Normalpersonen um ca. 10% höher aus. Eliteradsportler erzielen allerdings bei der Radergometrie vergleichbar hohe ⩒O2-Werte wie bei der Laufbandergometrie aufgrund ihres sportartspezifischen Trainings.
Es empfiehlt sich die Durchführung der Spiroergometrie als Rampentest mit 10-12 min Dauer und einer Steigerung, die an das Leistungsniveau angepasst ist. Die strikte Einhaltung aller Qualitätsanforderungen an die Messung (u.a. Gas- und mechanische Kalibration vor jeder Messung) und Beachtung der Ausbelastungskriterien (13) sichert valide Ergebnisse, was geschultes Personal erfordert (14, 15). Die Messung sollte bei Verlaufsmessungen zur selben Tageszeit durchgeführt werden, wobei die Variabilität innerhalb des Tages mit ca. 8,6% deutlich grösser ausfällt als die Tag zu Tag-Variabilität zur selben Tageszeit mit 3,5% (16). Bei adipösen Personen korreliert die ⩒O2 max besser mit der Muskelmasse als mit der Gesamtkörpermasse, was bei der Interpretation der CRF berücksichtigt werden sollte (17).
Auch ist es möglich, die ⩒O2 max indirekt aus der geleisteten Arbeit abzuschätzen, also die maximal erbrachten Watt auf dem Fahrradergometer oder die Geschwindigkeit auf dem Laufband in aufgenommene Menge Sauerstoff umzurechnen. Für die Umrechnung bei der Laufbandergometrie sind für jedes Belastungsprotokoll gesonderte, gegen direkte ⩒O2-Messung validierte Formeln erforderlich, die aber nur für die wenigsten Protokolle erstellt wurden. Selbst auf dem Fahrradergometer ist die Umrechnung der ⩒O2 aus der Wattzahl wegen der interindividuell divergierenden mechanischen Effizienz nur mit Ungenauigkeiten möglich, so dass die gemessenen ⩒O2 valider sind (18).
Submaximale Tests wie der Astrand-Rhyming Test (19) lassen ebenfalls eine indirekte Abschätzung der CRF zu. Dabei wird auf zwei submaximalen 3-Minuten-Stufen mit einer Herzfrequenz oberhalb von 110/min die registrierte Wattzahl auf die maximale Leistung (und damit ⩒O2-Aufnahme) an der vorhergesagten altersentsprechenden maximalen Herzfrequenz hochgerechnet. Da die maximale Herzfrequenz interindividuell um ± 10 bis 20 Schläge pro Minute vom Mittel abweichen kann, wird klar, dass auch dieses Verfahren der direkten ⩒O2-Messung mittels Spiroergometrie unterlegen ist.
Mit noch grösserer Ungenauigkeit ist die Schätzung der CRF ohne Ergometertest durch Formeln u.a. basierend auf Alter, Geschlecht, Body mass index (BMI), Rauchen, körperlicher Aktivität etc. behaftet (18). Diese Formeln basieren auf Registerdaten. Das bekannteste international Register ist das FRIEND (Fitness Registry and the Importance of Exercise National Database)-Register (20), das sich die verstärkte Nutzung der CRF in Risikoprädiktion und Therapie zum Ziel gesetzt hat. Die aus den FRIEND Daten erstellten geschlechtsspezifischen Algorithmen zur Abschätzung der ⩒O2max bei der Fahrradergometrie (21) lauten: Männer: 1,76 x (Watt x 6,12/Körpergewicht (kg)) + 3,5, Frauen: 1,65 x (Watt x 6,12/Körpergewicht (kg)) + 3,5.
Für die Schweiz werden derzeit im laufenden COmPLETE-Projekt Referenzdaten für gesunde Männer und Frauen zwischen 20 – 100 Jahren erstellt, die erlauben durch die zusätzliche Erfassung von Kraft, neuromuskulärer Koordination und objektiver körperlicher Aktivität neben Geschlecht und Alter weitere Determinanten der CRF zu ermitteln (22).
Nach internationaler Empfehlung (18) sollte die CRF deutlich mehr zur Risikoabschätzung in der Prävention und zur Therapiesteuerung bei Gesunden, präoperativ als auch bei chronisch Kranken eingesetzt werden. Eine Zusammenfassung der Empfehlungen zur Messung der CRF ist Tabelle 1 zu entnehmen.

Training zur Steigerung der kardiorespiratorischen Fitness

Die CRF ist zu ca. 50% genetisch determiniert (23) und kann bei Untrainierten durch Ausdauertraining nach der Heritage Family Study im Mittel um 18.7% mit einer grossen Spanne zwischen 0% und 40% gesteigert werden (24). Diese Steigerung entspricht der mittleren Zunahme der ⩒O2 um ca. 430 ml bei den Männern und 330 ml bei den Frauen. In MET umgerechnet sind das ca. 1.5 – 2.5 MET Zunahme durch strukturiertes Training. Das ist äquivalent zu einer Risikoreduktion für die Gesamt- und kardiovaskuläre Mortalität um 40-50% (11). Dabei tritt der grösste gesundheitliche Benefit auf, wenn Inaktive ihren unterdurchschnittlichen Trainingszustand beginnen zu verbessern. Die körperliche Aktivität kann vorübergehend unterhalb der allgemeinen Empfehlungen für gesundheitlich wirksames Training liegen bzw. einer Trainingssystematik entbehren, was den Einstieg in einen aktiveren Lebensstil erleichtern kann (25). Ziel ist es jedoch auf jeden Fall, die Pille «Körperliches Training» auch entsprechend medizinisch sinnvoll «einzunehmen» bzw. zu verordnen mit genauer Bezeichnung von Art, Menge, Dosierung und Häufigkeit der Anwendung (siehe Tabelle 2), was definitiv mehr ist als die grobe Empfehlung «jeder Schritt zählt». Die Vorstellung, ein Athlet zu sein oder zu werden, um durch Training von einer verbesserten CRF gesundheitlich zu profitieren, sollte definitiv abgelegt werden.
Ein breites Spektrum von Ausdaueraktivitäten ist geeignet, die CRF bei regelmässigem Praktizieren zu steigern. Die Intensität sollte moderat bis höher sein, bei einer Frequenz von 2-3 x pro Woche liegen und ein Mindestmass pro Trainingseinheit von 20-30 min erfüllen. Auch die Integration in Alltagsaktivitäten wie dem Weg zur Arbeit kann die CRF bereits nach 4 Wochen um annähernd 10% steigern(26).