Morten A. Høydal

Kvifor bør hjertepasientar drive intensiv trening

Cardiac Exercise Research GroupNTNU, Trondheim

Det Medisinske Fakultet

Institutt for sirkulasjon og bildediagnostikk

Utholdenhetstrening: En obligatorisk hjertemedisin?Metoder og mekanismer

1. Studier som omhandler trening og forekomst av kardiovaskulærsykdom og død?

Utholdenhetstrening: En obligatorisk hjertemedisin?Metodar og mekanismer

2. Metoder: • Måter å trene utholdenhet på• Kliniske studier• Eksperimentelle studier

3. Mekanismer:• Kontraktil funksjon i hjerteceller• Kalsiumregulering i hjerteceller

4. Styrketrening

Epidemiologien

J N Morris 1949 -

Forekomst av hjerteinfarkt

Aktive konduktørerInaktive sjåfører

3mnd dødelighet av hjerteinfarkt

Eur J Cardiovasc Prev Rehabil. 2006 Oct;13(5):798-804.

Myers J et al, NEJM, 2002

Prognostisk faktor- VO2max en sterk prediktor

- Ein uavhengig risikofaktor

- Både hos friske og sjuke

- 5-15 år ekstra selvhjulpen

God kondisjon er relatert til god

kardiovaskulær helse!

Kavanagh T et al. JACC 2003

Utholdenhet og mortalitet

Kavanagh et al Circ 2002

Men Female

Aerob kapasitet uttrykt som VO2peak har avgjerande betyding for langtidsprognose og risiko for kardiovaskulær død både hos menn ogkvinner med uttalt hjertesjukdom

Utholdenhet og mortalitet

Meta-analyser viser at trening reduserer dødelighet med 20% for pasientar med koronar hjertesjukdom

Taylor et al. Am J Med 2004

Heile 35% redusert dødelighet ved kronisk hjertesvikt

Piepoli et al. BMJ 2004

Stenting 12 mnd trening

20 min sykling daglig 70% av peak HR

Hambrecht et al. Circulation 2004

Utblokking av blodårer (stenting) sammenlignet med utholdenhetstrening hos pasienter med stabil koronarsykdom

Alder ≤ 70 år≥ 75% koronarstenoseStabil koronarsykdom

eller

Samanlikna med stenting var 12 mnd trening betre med tanke på:

færre kardiovaskulære hendelser i oppfølgingsperiodaauka arbeidskapasitetrisiko for kardiovaskulær sjukdom

Fortsatt vil stenting være førstevalg for dei fleste slike pasientarMen, behandlingen vil være suboptimal dersom den ikkje i de aller fleste

tilfeller kombineras med målretta fysisk aktivitet

Konklusjon stenting vs. trening

eller

Hambrecht et al. Circulation 2004

OK! Så……… trening virker altså ????

Kva treningsintensitet som gir optimal forbetring er fortsatt veldig debattert

Huff….Kor hardt og kor lengemå eg holde på slik?

Guidelines Guidelines -- omom doseringdosering::

Minst 30 minutter daglig trening med moderatintensitet eller minimum 20 minutter med hard

aktivitet minst 3 ganger per uke.

Intensitet mellom 40 % og 90 % av maks kapasitet

Updated Recommendation for Adults From the American College of Sports Medicine and the American Heart Association: Circulation 2007

Guidelines Guidelines -- omom doseringdosering::

Treningsintensitet• Det er enigheit om at intensitet er ein viktig faktor for forbetring• Allereie i 1986 vart det vist at høg intensitet på trening var viktig

– ” the greatest improvements in aerobic power occur when the greatest challenge to aerobic power occurs i.e., when intensity is from 90 to 100% of VO2max”

Wenger & Bell Sports Med 1986• Bekrefta i seinare tid hos friske:

LST: long slow distance (70%maximal heart rate; HRmax)LT: lactate threshold (85% HRmax)15/15 interval running (15 s of running at 90–95% HRmax followedby 15 s of active resting at 70% HRmax)4 4 min of interval running (4 min of running at 90–95% HRmaxfollowed by 3 minof active resting at 70% HRmax).

Helgerud et al. Med Sci Sport Exerc 2007 Gormley et al. Med Sci Sport Exerc 2008

“If the total energyexpenditure of exercise is held constant, exercise performed at a vigorous intensityappears to convey greater cardioprotectivebenefits than exercise of a moderateIntensity”

Swain et al. Am J Cardiol 2006

Fysisk aktivitet og mortalitet hos menn og kvinner med koronar hjertesjukdom:Helseundersøkelsen Nord- Trøndelag (HUNT)

Populasjonsbasert prospektiv cohortstudie med 18 års oppfølging

2137 menn and 1367 kvinner med koronar hjertesjukdom

Ei treningsøkt i veka reduerte mortalitet både hos menn og kvinner

Større reduksjon ved auka hyppigheit

Dei som rapporterte moderat eller høg intensitet på trening ha større reduksjon i risiko enn dei som rapporterte lav intensitet på trening

Moholt et al. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil. 2008

Intensitet og mortalitet

Trening for pasientar med metabolsk syndromDet metabolske syndrom er eit cluster av cardiovaskulære risikofaktorar:

Type II-diabetes - svekka glukose toleranse eller insulin resistans

+2 av dei følgjande:

1. Obesity; BMI > 30 kg/m2 og/eller WHR > 0.9(M), > 0.85 (F)

2. Dyslipidemia; triglycerides > 1.7 mmol/L og/eller HDL-cholesterol < 0.9 (M), < 1.0 (F)

3. Hypertension; Bloodtrykk> 140/90 mmHG og/eller medisinering

4. Microalbuminuria; albumin ekskresjon > 20 µg/min

Individer med det metabolske syndrom har 3 gongar såstor risiko for å døy av koronar-hjertesjukdom enn friske

Ford et al. Jama. 2002; Balkau et al. Diabetes Metab. 2002;Malik et al. Circulation. 2004; Katzmarzyk et al. Diabetes Care. 2005.

Intensitet på trening er omdiskutert

Moderat intensitets trening (70% av HFmax) - langkøyring

vs.

Intervalltrening (90% av HFmax)

3 gongar per veke over 16 veker

Målet til studiet var å teste effekten av trening på moderat intensitet oppmot høgintensitetstrening for å redusere risikofaktorar ved det metabolskesyndrom

60

80

100

120

140

160

Control Moderate Interval

PostPre

**#**§

VO2m

ax (m

l/kg0.

75/m

in)

Større auke i aerob kapasitet ved intervalltrening

-3

-1

1

3

5

7

9

11

Control Moderate Interval

**#

**§

FMD

(% c

hang

e)

9%

5%

0

10

20

30

40

Control Moderate Interval

*§

Nitr

ic o

xide

(% c

hang

e)

Både intervall- og moderat trening

bedra endotelfunksjon (blodårefunksjon)

Auka tilgjengelighet av

nitrogenoxid (NO- den mest

potente vasodilator) (36±3%,

p<0.03) etter intervall- ikkje

signifikant etter moderat

Oksidert LDL, redusert med 17% ved

intervall-25

-20

-15

-10

-5

0

5

Control Moderate Interval

**§

ox-L

DL

(% c

hang

e)

Arnt Erik Tjønna, PhD Thesis

* Significantly different within each group from pre to post (p<0.05). ** Significantly different within each group from pre to post (p<0.01). § Significant different from the other two groups (p<0.05). # different from control (p<0.05).

Høg-intensitets trening er betydelig meir effektivten moderat-intensitets trening for å redusererisikofaktorar tilhøyrande det metabolske syndromIntensitet viktig !!!!Kraftig reduksjon i risiko for kardiovaskulær sjukdom

Korleis trene mest mulig effektivt for å auke kondisjonenhos pasienter med koronarsykdom?

Roleg trening med lang varighet?Hardere trening med kortere varighet?

Rognmo et al. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil. 2004

3 gonger per veke i 10 veker

Høg intensitet:5 min oppvarming. 4 x 4 min intervaller på 80-90% av VO2peak

3 min aktiv pause (50-60% av VO2peak) mellom intervallene og etter siste intervall

Moderat intensitet:47 min kontinuerlig arbeid på 50-60% av VO2peak

Treningsprogram

Rognmo et al. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil. 2004

High intensity Moderate intensity1.0

1.5

2.0

2.5

3.0

3.5

4.0BeforeAfter

P = 0.038

P = 0.012

7.9%17.9%

P = 0.011

VO2p

eak

(L⋅ m

in-1

)

Rognmo et al. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil. 2004

Uthaldstreningstrening for CAD pasienter

Kvifor auka VO2peak?Ekkokardiografi med hastighetsmålinger i hjertemuskelen:– Relaksasjonsevnen til hjertet vart forbedra (auka fylling i diastole)– Auken korrelerte med auke i VO2peak

Bedra ved høg-intensitets trening men ikkje ved moderat-intensitets treningBedra fylling, auka slagvolum?

Amundsen et al. Scand Cardiovasc J. 2008

Hjertesvikt etter hjerteinfarkt

~75 år,

NYHA-class 1-3, EF<40

Optimal medisinering

St. Olav’s prosjektet: Trening og hjertesviktKva treningsintensitet har størst effekt på hjertet?

Wisløff et al, Circulation 2007

Pasientane i trenings-gruppene gikk like langt kvar treningsøkt

Berre intensitet på trening var forskjellig

Wisløff et al, Circulation 2007

Intervalltrening (90-95% av Hfmax)VS.

Moderat trening (70% av Hfmax)

2-3 ganger per veke i 12 veker, i tillegg til ei kontrollgruppe

Mak

sim

alt o

ksyg

enop

ptak

(m

L·k

g-1·m

in-1

)

20

15

10

Pre Post Pre Post Pre Post

+ 14 %

+ 46 %

Kontroll Moderat Intervall

Maksimalt oksygenopptak

Wisløff et al, Circulation 2007

Kontroll Moderat Intervall

EFPre (%)

Post (%)

31.0 33.0 31.5

32.0 31.6 41.9 *

LVEDDPre (mm)

Post (mm)

69.4 71.8 67.8

73.3 68.3 56.6 *

SVPre (mL)

Post (mL)

53.4 63.5 57.1

55.0 63.1 67.0 *

AVPDPre (mm)

Post (mm)

8.4 7.5 8.2

7.8 8.6 11.3 *

AVPD: Aterio-ventricular plane displacement (towards apex)

Reversering av patologisk hypertrofi og bedret systolisk funksjon etter intervalltrening

EF: Ejection fraction LVEDD: Left ventricle end diastolic dimension SV: Stroke volume

Wisløff et al, Circulation 2007

500

1000

1500

2000

Pre Post Pre Post Pre Post

Control Moderate Interval

p < 0.02

proB

NP

(pg/

mL)

40% reduksjon av nivået på BNP i plasma etter intervalltreningBNP: er en hypertrofimarkør og sier også noe om graden av hjertesvikt; høyt nivå negativt

Wisløff et al, Circulation 2007

Eksperimentelle studier og basale mekanismer

Intervalltrening hos rotter med hjertesvikt etter infarkt

• 1 time 5 dager per uke i 8-10 uker

• 8 min ved 90% og 2 min ved 60% av VO2max

Wisløff et al Cardiovasc Res 2002Kemi et al, Circulation 2004

• Bratt oppoverbakke, 25O (47%)

0 2 4 6 8

40

60

80

100

120

INF-TRINF-SED

SH-TRSH-SED

Weeks

VO2m

ax(m

l⋅ k

g-1⋅ m

in-1

)Maksimalt oksygenopptak (VO2max)

Trente friske

Trente hjertesvikt

Utrente friske

Utrente hjertesvikt

40% reduksjon i Atrial natriuretic peptide (ANP):

Wisløff et al. Cardiovasc Res 2002Zhang XQ et al J Appl Physiol. 1998

Frisk

Utrent

Trent

Utrent

Trent

Fysiologisk hypertrofi i normale celler og reversering avpatologisk hypertrofi i celler fra dyr med hjertesvikt

Hjertesvikt

Ligering av LADFrisk MI

Fysiologisk

Patologisk

Control

87

100

100 ms

Rel

ativ

e ce

ll le

ngth

(%)

Heart failure

92

100

100 msRel

ativ

e ce

ll le

ngth

(%)

Hjertesvikt: KONTRAKSJON

Trening ”normaliserer” kontraksjonen

Redusert systolisk funksjon; mindre og tregere kontraksjon i hjerteceller fra dyr med hjertesvikt

Redusert diastolisk funksjon; tregere relaksasjon

Trained Heart Failure

Sarcolemma

SR

SERCA

T-tu

bule

Cytosol

NCXCa2+ ATPase

Ca2+ channel

NCX

PLB

Eksitasjon- kontraksjons kopling

RyR

NaNa

Na

Na

Na

Na channel

Hjertesvikt: KALSIUMREGULERING

Control Heart failure

Trening ”normaliserer” kalsiumreguleringen

Redusert diastolisk funksjon; tregere fjerning av kalsium i diastolen

Redusert systolisk funksjon; mindre kalsium tilgjengelig for kontraksjon (peaksystolisk kalsium)

05

Sham kontroll Moderat Høg

p < 0.001

p < 0.05

20

30

40

50

60

+21% +42%

VO2m

ax

(mL ⋅

min

-1⋅k

g-0.7

5 )Maksimal aerob kapasitet

Signifikant større forbetring ved høgintensitets trening

Infarkt

0

2

4

6

8

10

12

Sham HF-CON HF-MOD HF-INT

NS

p < 0.02

p < 0.01

Frac

tiona

l sho

rten

ing

(%)

0255075

100125150175200225

Sham HF-CON HF-MOD HF-INT

NS

NS

p < 0.01

Tim

e to

50%

rele

ngth

enin

g (m

s)

Kontraksjon Tid til avslapning (relaksasjon)

0.000

0.025

0.050

0.075

0.100

0.125

0.150

0.175

Sham HF-CON HF-MOD HF-INT

p < 0.05

p < 0.01 p < 0.01

NS

Cal

cium

am

plitu

de (F

ura-

2 R

atio

)

0

50

100

150

200 p < 0.03

Sham HF-CON HF-MOD HF-INT

NS

NS

Tim

e to

50%

Ca2+

deca

y (m

s)

Systolisk funksjon Diastolisk funksjon

Ca2+ utslepp Fjerning av Ca2+

Hjertecellefunksjon

Kva med anstrengelsesindusert arrytmiarog plutselig død?

Lekkasje i hjerteceller

Bers, DM Nature 2002

1.0

4.0

Hjertesvikt Kontroll

10μm

250ms

Reduserer trening kalsiumlekkasjen i diastolen?

Undersøke om utholdenhetstrening påvirker (bedrer eller forverrer) lekkasjen av kalsium ut gjennom ryanodinreseptoren i diastole

Mus med type-2 diabetes og sviktende hjerte

Treningsprotokoll som teoretisk skulle fremprovosere arytmi

Uthaldstrening på 85-95% VO2max

Intervalltrening 1.5 t per dag/5 dagar per veke/ 10 veker

Sedat Trent

20 % høgare VO2max

Trening reduserer diastolisk kalsiumlekkasje

0

5

10

15

20

25

30

35

ns

p < 0.01

Sedentary SedentaryExerciseDiabetes Wild Type

RyR

leak

(% o

f tot

al C

a2+ in

SR

)

Utrent diabetes

Trent diabetes

Frisk0

5

10

15

Sham HF-CON HF-MOD HF-INT

NS

p < 0.05

p < 0.01SR

leak

(% o

f tot

al C

a2+ in

SR

)

Post-infarkt hjertesvikt i rotter: betyding av intensitet

Mus med diabetisk kardiomyopati

Terskel for ventrikkelflimmer

Post-infarkt hjertesvikt i rotter: betyding av intensitet

ECG

Sham HF-SED HF-MOD HF-AIT0

25

50

75

100

1/14

8/8

5/8

1/9

Sust

aine

d VF

(%)

AP<0.01

P<0.01

P<0.05

Praktisk gjennomføring• Gjennomføring av trening:

– Høgintensitets trening gir størst effekt– Anbefalte aktivitetar er gange/løp, skigåing, sykling, symjing eller

andre aktivitetar med bruk av større muskelgrupper– 4 * 4 minutters intervall– 85-95% av maksimal hjertefrekvens (Kraftig andpusten utan å

stivne)– Pasientar med β-blokkere trenes på 85-95% av maximal HF med β-

blokkere. Ved justering av dose må ny test HF maxtest tas– Pausen mellom draga for å kvitte seg med melkesyre

Intervalltrening

Sammenlikne intensiteter = isokalorisk justering

Praktisk gjennomføring

• Kontraindikasjon for trening og risiko:– Alvorlege hjerterytmeforstyrrelsar– Alvorlege klaffefeil– Utilstrekkelig kontrollert hypertoni eller diabetes– Pågåande infeksjon med redusert allmenntilstand

– Tegn på ustabil koronarsjukdom – ustabil angina– Betydelig iskemi ved lave belastningar (<50W)– Hjerteinfarkt dei siste to vekene eller nyleg oppdaga atrieflimmer

Økt risiko ved intensiv trening?

• Det er ein viss auka risiko for plutseleg hjertedødeller hjerteinfarkt under og like etter trening.

• Denne risikoen oppveges av den beskyttande effekt av trening over tid.

• I overvåka treningsopplegg var risikoen funne til åvære: – 1 hjertestans per 116906 treningstimar– 1 hjerteinfarkt per 219970 treningstimar– 1 dødsfall per 752 365 treningstimar

Thomson et al. Circulation 2007

• I studier gjort ved St. Olavs Hospital/NTNU– 3176 treningsøkter uten hendelser– (Pasienter: hjertesvikt- 2 studier, div koronar- 3 studier, infarkt- 2 studier, ACB- 1

studie)

– Og i samarbeid med:– Røros: 11333 økter med intervall med 1 hendelse– Feiring: 16384 med intervall med 1 hendelse

– Smartex: Er i gang. Storstilt studie for å avdekke risiko og effekt av høgintensitets intervalltrening opp mot moderat trening.

– Samarbeid med fleire i Norge og Europa– NTNU– University Hospital, Antwerp– UMC Utrecht– Technische Universität, Klinikum rechts der Isar, Munich– Universtät Leipzig, Herzzentrum Gmbh– Bispebjerg Hospital– St. Olavs Hospital, Trondheim– Stavanger University Hospital

Økt risiko ved intensiv trening?

Utholdenhetstrening: Ein obligatorisk hjertemedisin?

Høg intensitet gir større effekt

Reduserar kardiovaskulær sjukdom og død blant friske personar

Reduserar mortalitet og hjertefunksjon i bestemte grupper av pasientar

Mekanismane for bedra hjertefunksjon er blant anna :

Bedra kalsiumhandtering i hjertecellene

Bedra energiomsetning

Redusert Kalsium lekkasje og arytmi

Behov for å sjå om trening kan erstatte medisin fullstendig i forebygging av hjerte/karsykdom i enkelte tilstandar

Kontaktinformasjon:Dr. Morten Andre HøydalPhD in Molecular MedicineFaculty of MedicineInstitute of Circulation and Medical ImagingNorwegian University of Technology and Science

E-mail: morten.hoydal@ntnu.noPhone: +47 73 55 02 79Fax: +47 73 59 86 13

Takk for meg!