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Physiologische Veränderungn bei körperlicher Aktivität à Gesundheitsrelevante Effekte von körperliche Aktivität FS24 Christina M. Spengler, PhD, MD...

Physiologische Veränderungn bei körperlicher Aktivität à Gesundheitsrelevante Effekte von körperliche Aktivität FS24 Christina M. Spengler, PhD, MD Exercise Physiology Lab, ETH Zurich Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 1  Lernziele Ausgewählte, physiologische Anpassungen an körperliche Aktivität erklären Die Bestimmung der körperlichen Leistungsfähigkeit und deren Bedeutung darlegen Gesundheitsrelevante Aspekte körperlicher Aktivität überblicken Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 2  Körperliche Aktivität und Energieverbrauch Die Energie-Quelle wird bestimmt durch die Muskelfasertypen, welche aktiv sind die Intensität der Aktivität die Zeitspanne, während der die Aktivität schon andauert den verfügbaren Sauerstoff (v.a. unter hypoxischen oder ischämischen Bedingungen) Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität 3  Muskelfaser-Typen Reminder Drei histochemisch gefärbte Präparate von Muskelbiopsien des M. vastus lateralis. Jonas Bergström Eric Hultman McArdle et al.: Exercise Physiology. LWW (2015) Ausdauernder Muskel Kräftiger Muskel Denervierter Muskel Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Pape et al. Physiologie. Thieme (2014) 4  Energieverbrauch der Muskelfasertypen Reminder - slow twitch - fast twitch - fast twitch Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität 5  Eigenschaften der Muskelfasertypen Reminder Einzelzuckung - ‘Kraft’ Typ I - slow twitch (ST) Typ IIA - fast twitch (FT) Typ IIX (früher IIB) - fast twitch (FT) 50 g 10 g 2g 50 ms 50 ms 50 ms gramm Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität 6  Skelettmuskelfaser: von Einzelzuckung zu Tetanus Reminder à Physiologie-Praktikum Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität 7  Eigenschaften der Muskelfasertypen Reminder 50 g Einzelzuckung - ‘Kraft’ 10 g 2g 50 ms 50 ms 50 ms Typ I - slow twitch (ST) Typ IIA - fast twitch (FT) Typ IIX (früher IIB) - fast twitch (FT) gramm 70 Tetanische Kontraktionen - ‘Kraft’ und Ermüdung 60 50 gramm 40 30 30 gramm 20 20 gramm 10 10 4 0 0 0 0 2 4 6 60 min 0 2 4 6 50 min 0 2 4 6 15 min Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität modified from: Spurway and Wackerhage Genet Molec Muscle Adapt, 2006 8  Ausdauer von Muskeln vs. Ausdauertraining bei verschiedenen Personen % Typ I - Fasern des M. vastus lateralis bei Personen mit unterschiedlichem Trainingshintergrund (Daten-Zusammenfassung aus vielen Studien) ß Beachte: Eine Person mit 55% Typ I – Fasern könnte Ausdauer-Athlet, Mitteldistanz-Athlet, untrainiert, oder Gewichtheber sein! Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Spurway and Wackerhage Genet Molec Muscle Adapt, 2006 9  Beitrag zur inter-individuellen Variabilität der Fasertypen-Zusammensetzung M. vastus lateralis Eineiige Zwillinge (July 1969) Otto (23-j.) war damals Ausdauerläufer Ewald (23-j.) bestritt damals Wettkämpfe in Disziplinen wie Kugelstossen, Diskuswerfen, Hammerwerfen etc. Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Spurway and Wackerhage Genet Molec Muscle Adapt, 2006 10  Energiequellen in Abhängigkeit der Muskelfasertypen - slow twitch - fast twitch - fast twitch à Je mehr Typ II – Fasern aktiv sind (Ermüdung Typ I, grosse Intensität, etc.), desto grösser wird der anaerob-glykolytische Energie - Anteil Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität 11  Energiequellen in Abhängigkeit der Intensität – das Henneman Prinzip Henneman – Prinzip, resp. size principle Rekrutierungsmodell des medialen Pools motorischer Einheiten des M. gastrocnemius der Katze. kleine mot. Einheiten werden vor grossen ME aktiviert Typ 2B – Fasern bei Tieren entsprechen Typ 2X – Fasern beim Menschen Die Aktivierungsschwelle der Motoneuronen einer motorischen Einheit mit Typ I –Fasern ist am geringsten à Typ I – Fasern werden daher als erstes rekrutiert, anschliessend Typ IIA und IIX - Fasern è Je grösser die produzierte Kraft ist, umso mehr Typ IIA und IIX – Fasern (mit geringem oxidativem, aber stark anaerob-glykolytischem Metabolismus) werden zugeschaltet è Je grösser die produzierte Kraft ist, desto grösser wird der anaerob-glykolytische Energie-Anteil! Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Spurway and Wackerhage Genet Molec Muscle Adapt, 2006 12 Energiequellen für die Muskeltätigkeit – Hauptenergiequellen: Glucose und Fettsäuren Kohlenhydrat- (Glykogen) Speicher # Leber-Glykogen 110 g (451 kcal) Muskel-Glycogen 500 g (2'050 kcal) Glukose in Körperflüssigkeiten 15 g (62 kcal) je ausdauer-trainierter ein Fettspeicher # Muskel ist, desto mehr Fett-Tröpfchen sind auch subkutan + visceral 7'800 g (73'320 kcal) lokal in der Muskulatur gespeichert intramuskulär 161 g (1'513 kcal) # Schätzung basiert auf 65kg Körpergewicht und 12% Körperfett Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Pape et al.. Physiologie. Thieme (2014) 13 Energiequellen für die Muskeltätigkeit: Aerober Stoffwechsel von Glucose und Fettsäuren Oxidatives System netto 2 ATP Glycogen / Glucose 33 / 32 Fettsäuren z.B. Palmitinsäure 129 Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Physiology of Sports and Exercise, Eds KenneyWilmore, Costill; 5th Edition 14  Weitere Energiequelle für die Muskeltätigkeit: Anaerobe Glykolyse Anaerobe Glykolyse netto 2 ATP 2 Lactic acid Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Physiology of Sports and Exercise, Eds KenneyWilmore, Costill; 5th Edition 15  Kurzfristige Energiequelle für die Muskeltätigkeit: ATP-PCr-System Anaerobe alaktazide Energiegewinnung Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Physiology of Sports and Exercise, Eds KenneyWilmore, Costill; 5th Edition 16 Energiequellen für die Muskeltätigkeit – Hauptenergiequellen: Glucose und Fettsäuren Oxidatives System Glucose C6H12O6 + 6 O2 + 32 ADP + 32 Pi à 6 CO2 + 6 H2O + 32 ATP + Wärme RQ = 1.0 Fettsäuren (Palmitinsäure) C16H32O2 + 23 O2 + 129 ADP + 129 Pi à 16 CO2 + 16 H2O + 129 ATP + Wärme RQ = 0.70 Respiratorischer Quotient (RQ) / Respiratory Exchange Ratio (RER): RQ = CO2-Abgabe (V̇CO2) / O2-Aufnahme (V̇O2) auf zellulärer Ebene RER = CO2-Abgabe (V̇CO2) / O2-Aufnahme (V̇O2) am Mund gemessen Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität 17 Energiequellen für die Muskeltätigkeit – Hauptenergiequellen: Glucose und Fettsäuren RQ in Ruhe (variiert je nach Ernährung und Trainingszustand). Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Zahlen zur Energie variieren leicht je nach Quelle. Pape et al.. Physiologie. Thieme (2014) 18  Vor - / Nachteile der verschiedenen Energie-Systeme Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Physiology of Sports and Exercise, Eds KenneyWilmore, Costill; 5th Edition 19  Energiequellen in Abhängigkeit der Belastungsdauer à je länger die Aktivität dauert, umso grösser wird der aerobe Energie-Anteil, und umso grösser wird der Anteil des Fettstoffwechsels (bei konstanter Intensität). Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Pape et al.. Physiologie. Thieme (2014) 20  Energiequellen in Abhängigkeit der Belastungsdauer Bei konstanter Belastungsintensität (auf zellulärer Ebene) Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Physiology of Sports and Exercise, Eds KenneyWilmore, Costill; 5th Edition 21  Energiequellen in Abhängigkeit der Belastungsdauer u. verfügbarem Substrat CHO-loaded: Start mit gefüllten Glykogenspeichern CHO-depleted: Start mit "entleerten" Glykogenspeichern Ziel: Intensität halten …. Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Physiology of Sports and Exercise, Eds KenneyWilmore, Costill; 5th Edition 22  Ist der beste Weg, Fett zu verbrennen = lange und tief-intensive Belastung? à das Beispiel zeigt: Eine höhere Intensität kann u. U. gleiche absolute Fettverbrennung bedeuten, dafür einen höheren Gesamtkalorienverbrauch à grösseres Energiedefizit (falls Nahrungsaufnahme identisch) Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Physiology of Sports and Exercise, Eds KenneyWilmore, Costill; 5th Edition 23  Energiebereitstellung - Summary Die Energie-Quelle bestimmt die O2-Menge, die für eine bestimmte Leistung benötigt wird à tiefer intensive Leistungen nutzen vorwiegend aerobe Stoffwechselprozesse (Glucose- und Fettoxidation). Die Energie-Quelle wird bestimmt durch die Muskelfasertypen, welche aktiv sind (Typ I aerob; Typ IIA, speziell Typ IIX, überwiegend anaerob) die Intensität der Aktivität (je intensiver, desto mehr Typ IIX-Fasern rekrutiert, mit haupts. anaerobem Stoffwechsel) die Zeitspanne, während der die Aktivität schon andauert (je länger, desto mehr Fettoxidation) den verfügbaren Sauerstoff (v.a. unter hypoxischen oder ischämischen Bedingungen) à bei O2-Mangel werden vermehrt anaerobe Stoffwechselprozesse genutzt Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität 24  Belastungsprotokolle: Constant-load - Stufen-Protokoll – Time Trial Stufentest bis max. Leistung 8 – 12 min; Sport/Forschung/Klinik O2-SchuldEPOC Constant-load Ausdauertest 8 - … min; Sport/Forschung/Klinik Time Trial, Beispiele: fixe Distanz, zB 3000m Lauf, Zeitfahren (1–10 km)(Sport/Forschung) fixe Zeit, zB 12 min – Lauf (Sport/Schule/Militär) 6 min Gehstrecke (Klinik) Wingate-Test (30s; Sport/Forschung) Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Boutellier. Spengler C13, Dt. Ärzteverlag 25  Sauerstoffverbrauch bei constant-load Belastung O2-SchuldEPOC Arbeit konstanter Intensität O2-Defizit O2-Schuld O2-SchuldEPOC (EPOC) EPOC excess post-exercise oxygen consumption ・ Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Pape et al.. Physiologie. Thieme (2014) 26  Sauerstoffverbrauch bei tiefer und hoher constant-load Belastung Arbeit bei konstant hoher Intensität uldEPOC Arbeit bei konstant tiefer Intensität uldEPOC O2-Defizit O2-Defizit O2-Schuld (EPOC) O2- SchuldEPO C O2-Schuld (EPOC)O2- SchuldEPO C ・ Energieverbrauch bei körperlicher Aktivität Pape et al.. Physiologie. Thieme (2014) 27  Kardio-respiratorische Anpassung an constant-load körperliche Aktivität O2-SchuldEPOC O2SchuldEPOC O OO Ruhe Arbeit konstanter Intensität Erholung 2 ・ Ruhe Arbeit konstanter Intensität SchuldEPOC 2 VE Erholung O 2S 2S Sc hu chuldEPOC chuldEPOC ld EP O C ・ Zeit à Die Anpassung des Herzminutenvolumens (Herzfrequenz x Schlagvolumen; Q̇) auch entspricht diesem Verlauf. Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität 28  Stufenprotokoll: Ansteigende körperliche Belastung Anpassung an körperliche Aktivität Pape et al.. Physiologie. Thieme (2014) 29  Stufenprotokoll Warum? Zur Bestimmung von: die maximale 'Leistungsfähigkeit' von Gesunden oder Patienten maximale Leistung maximale Sauerstoffaufnahme maximale Herzfrequenz die anaerobe Schwelle oder ventilatorische Schwelle oder Laktat-Schwelle weitere Parameter, je nach Bedarf Wofür? zur Abschätzung der 'Fitness' (Athleten bis Patienten) zur Trainingssteuerung (Athleten bis Patienten) zur Risikoanalyse (z.B. für Operationen) Anpassung an körperliche Aktivität 30  Sauerstoffverbrauch bei ansteigender körperlicher Aktivität ・ ・ V̇O2max (mit Plateau) V̇O2peak (ohne Plateau) ・ Anpassung an körperliche Aktivität Boutellier. Spengler C13, Dt. Ärzteverlag 31  Respiratorische Anpassung an ansteigende körperliche Aktivität Respiratory responses to acute exercise Vitalkapazität Ruhe - FRC ACSM's Advanced Exercise Physiology; Eds Farrell, Joyner, Caiozzo; Wolters Kluwer; 2nd Edition C. M. Spengler, Exercise Physiology Lab 54 Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität ACSM’s Advanced Exercise Physiology 2nd Ed. 32 O2SchuldEPOC  Respiratorische Anpassung an ansteigende körperliche Aktivität Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität ACSM’s Advanced Exercise Physiology 2nd Ed. 33  arterial O2 content despite a decline in arterial saturation systemic and leg O2 delivery increased similarly in both (P < 0.05; Tables 2 and 3). During baseline conditions trials up to 85% WLmax and then plateaued, whereas the and at 25% of WLmax , leg a-vO2 difference was higher in systemic and leg a-vO2 difference increased from baseline the control trial, whereas the systemic a-vO2 difference to 100% of WLmax (P < 0.05). Upon exhaustion, systemic was higher at baseline only (P < 0.05). During exercise, O2 extraction was 86 ± 2 and 84 ± 3% in the control and Kardiovaskuläre Anpassung an ansteigende körperliche Aktivität Physiol 592.2 Human cardiovascular control during exercise 381 Spezialfall mit HF-pacing arterial O2 content despite a decline in arterial saturation systemic and leg O2 delivery increased similarly in both (P < 0.05; Tables 2 and 3). During baseline conditions Normalfall trials up to 85% WLmax and then plateaued, whereas the V" O2 from = HF. SV. (c O – cvO2) and at 25% of WLmax , leg a-vO2 difference was higher in systemic and leg a-vO2 difference increased baseline a 2 he control trial, whereas the systemic a-vO2 difference to 100% of WLmax (P < 0.05). Upon exhaustion, systemic was higher at baseline only (P < 0.05). During exercise, O2 extraction was 86 ± 2 and 84 ± 3% in the control and Die Herzfrequenz steigt mit steigender Leistung (und V̇O2) praktisch linear an Das Herzschlagvolumen erreicht nach anfänglichem Anstieg ein Plateau Normalfall Spezialfall mit HF-pacing Das Schlagvolumen passt sich – bei (künstlich) veränderter Herzfrequenz – den physiologischen Bedürfnissen an Figure 1. Heart rate, stroke volume, cardiac output and two-legged blood flow, arterial and femoral Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität venous pressure, pulmonary arterial and right atrial pressure and transmural pressure plotted against Munch et al., J Physiol. 2014 34 the relative intensity during incremental cycling with and without right atrial pacing to increase heart rate by ∼20 beats min−1 above control conditions Data are mean ± SEM. ∗ Difference between trials (P < 0.05). †Different from 40% of WLmax (P < 0.05). C 2013 The Authors. The Journal of Physiology " " C 2013 The Physiological Society  Kardiovaskuläre Anpassung an ansteigende körperliche Aktivität ・ VO2 = HF. SV. (caO2 – cvO2) Mit Ausdauer-Training steigt das maximale Schlagvolumen (die maximale Herzfrequenz ändert i.d.R. nicht) steigt das Schlagvolumen bei gleicher Leistung (Herzfrequenz bei gleicher Leistung ist reduziert) Gründe grösseres Füllvolumen (grösseres LV Volumen) grössere Kontraktionskraft (mehr Muskelmasse) längere Füllzeit bei gleicher Leistung (da HF tiefer) reduzierte arterielle Steifigkeit Anpassung an körperliche Aktivität Wilmore, Costill. Physiology of Sports and Exercse 35  Kardiovaskuläre Anpassung an ansteigende körperliche Aktivität ・ VO2 = HF. SV. (caO2 – cvO2) Mit Ausdauer-Training steigt das maximale Herzminutenvolumen ändert das Herzminutenvolumen bei gleicher Leistung nicht ! Anpassung an körperliche Aktivität Wilmore, Costill. Physiology of Sports and Exercse 36  Kardiovaskuläre Anpassung an ansteigende körperliche Aktivität ・ VO2 = HF. SV. (caO2 – cvO2) Mit steigender Leistung (und somit steigendem Sauerstoffbedarf) nimmt die Sauerstoff- Ausschöpfung zu. Anpassung an körperliche Aktivität Wilmore, Costill. Physiology of Sports and Exercse 37  Kardiovaskuläre Anpassung an ansteigende körperliche Aktivität V" O2 = HF. SV. (caO2 – cvO2) Der Anstieg des systolischen Blutdruck ist in erster Linie auf den erhöhten Cardiac Output zurückzuführen. Oft fällt der Blutdruck nach dem Ende der Aktivität unter den Ausgangswert (bis 12h). Langfristig trägt körperliches Training zu einer Senkung eines erhöhten Blutdruckes bei. Anpassung an körperliche Aktivität Wilmore, Costill. Physiology of Sports and Exercse 38  Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität - Summary Darstellung der kardio-respiratorischen Anpassungen nach Karlman Wassermann (1927-2020) Amerikanischer Sportphysiologe Interview – für Interessierte - http://www.the-aps.org/mm/Membership/Living-History/Wasserman Anpassung an körperliche Aktivität 39  Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität - Summary PETO2 - end-tidaler, d.h. end-exspiratorischer O2 – Partialdruck PETCO2 - end-tidaler, d.h. end-exspiratorischer CO2 – Partialdruck (beim Gesunden, ein ungefähres Mass für die Partialdrucke im Blut) Anpassung an körperliche Aktivität 40  Leistungs-Diagnostik – Anaerobe Schwelle Bestimmung der anaeroben Schwelle via Atmung oder Blutlaktat-Akkumulation Anpassung an körperliche Aktivität Fahlke et al.. Taschenatlas Physiologie. Urban&Fischer (2015) 41 Leistungs-Diagnostik – Anaerobe Schwelle, ventilatorische Schwelle Bestimmung der ventilatorischen Schwelle (VT) anhand des überproportionalen Anstiegs von V̇CO2 gegenüber V̇O2 ・ ・ VT VT Anpassung an körperliche Aktivität Pape et al.. Physiologie. Thieme (2014) 42  Leistungs-Diagnostik – Anaerobe Schwelle, Laktatschwelle Eine Bestimmungsmethode (von vielen) der Laktatschwelle (anaerobe S.) - D-max Methode: 1. Verbinden des tiefsten und höchsten Laktatwertes 2. Senkrechte bei der grössten Distanz zur Kurve = Schwellenleistung (hier 220W) Anaerobe Schwellenleistung MaxLass (maximal Lactate Steady-State): höchste Leistung, die 30min aufrechterhalten werden kann, wobei in den letzten 10min die Blutlaktatkonzentration < 1mmol/l ansteigt. Anpassung an körperliche Aktivität 43  Leistungs-Diagnostik – Anaerobe Schwelle, Laktatschwelle Durch Ausdauertraining wird die anaerobe Schwelle (Laktatschwelle) nach rechts verschoben dank Training der aeroben Stoffwechselprozesse. Anpassung an körperliche Aktivität Wilmore, Costill, Kenney: Physiology of Sport and Exercise 44  ・ Leistungs-Diagnostik – VO2max und Anaerobe Schwelle V̇O2max und die anaerobe Schwelle sind Parameter, die den "Fitnesszustand" charakterisieren V̇O2max kann bis zu einem genetisch determinierten Maximum trainiert werden Die anaerobe Schwelle kann, auch bei erreichtem V̇O2max durch Training näher an V̇O2max gebracht werden à Steigerung der Ausdauerkapazität Beide Variablen werden in Sport und Klinik häufig verwendet à beide werden z.B. zur Risikoabschätzung von peri-operativen Komplikationen herangezogen Anpassung an körperliche Aktivität 45  Veränderung von V̇O2max mit dem Alter Sedentary 214 groups (n=6’231) Active 159 groups (n=5’621) Endurance trained 165 groups (n=1’976) Booth and Zwetsloot, Scand J Med Sci Spors, 2009 Ausdauertrainierte Aktive Untrainierte Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) Wilson and Tanaka, Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2000 46  Körperliche Aktivität als Prävention von … ? Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 47  Gesundheitsaspekte körperlicher Aktivität Sonntagszeitung 10. Mai 2015 Tages Anzeiger online 12. Mai 2015 2 JAMA – Studien: Nat Cancer Institute (Bethesda, USA): Befragung von 660'000 Personen während 14 Jahren Reduktion der Mortalität: - 20% (20min/d) bis - 40% (≥1h/d) Cook University Cairns (Australien): Befragung von 200'000 Personen während 6.5 Jahre Reduktion der Mortalität (innerhalb der 6.5 Jahre): - 50% (≥ 5h/Wo "mässig intensiv") Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 48  Gesundheitsaspekte körperlicher Aktivität – Guidelines 2018 Das 2018 Physical Activity Guidelines Advisory Committee, ein wissenschaftliches Kommittee aus Experten in den Gebieten: Körperliche Aktivität, Gesundheit, und Medizin, führt alle 10 Jahre eine umfangreiche, robuste Analyse der wissenschaftlichen Literatur durch. à Der 2018 Physical Activity Guidelines Advisory Committee Scientific Report gibt dem Federal Government Empfehlungen zu körperlicher Aktivität, "sedentary behavior" und Gesundheit. Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 49  Gesundheitsaspekte körperlicher Aktivität – Guidelines 2020 WHO-Guidelines basieren auf den Physical Activity Guidelines for the Americans 2018 Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 50  Gesundheitsaspekte körperlicher Aktivität - Guidelines 2018 Physical Activity Guidelines for the Americans Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 51  Guidelines für körperliche Aktivität in der Prävention 2018 Physical Activity Guidelines for the Americans MET = metabolisches Äquivalent 1 MET = auf das Körpergewicht normierter Ruhe-Energieumsatz 1 MET = 3.5 ml O2/kg KG (Männer); 3.15 ml O2/kg KG (Frauen) 1 MET = 1 kcal/kg KG pro Stunde Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 52  Guidelines für körperliche Aktivität in der Prävention Med Sci Sports Exercise, 2000 Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 53  Intensitäts - Definitionen Moderate-intensity (moderate Intensität) Absolute Intensität: 3.0–5.9 x Ruhe-Energieverbrauch (3 – 5.9 METs) Relativ zur persönlichen maximalen Intensität (subjektiv): 5 – 6 auf einer Skala von 0 – 10 Vigorous-intensity (grosse Intensität) Absolute Intensität: ≥ 6 x Ruhe-Energieverbrauch für Erwachsene (≥ 6 METs) ≥ 7 x Ruhe-Energieverbrauch für Kinder und Jugendliche (≥ 7 METs) Relativ zur persönlichen maximalen Intensität (subjektiv): 7 – 8 auf einer Skala von 0 – 10 Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 54  Guidelines für körperliche Aktivität in der Prävention (18-64j) 2018 Physical Activity Guidelines for the Americans Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 55  Guidelines für körperliche Aktivität in der Prävention (18-64j) WHO guidelines 2020 Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 56  Guidelines für körperliche Aktivität in der Prävention nach Altersgruppen 2018 Physical Activity Guidelines for the Americans zur Information für Interessierte Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 57  HEPA: Health-Enhancing Physical Activity Guidelines für körperliche Aktivität zur Prävention in der Schweiz? Vereinigung von Unternehmen, Institutionen und Organisationen für wirkungsvole Gesundheitsfoörderung durch Bewegung und Sport. 18-65 - Jährige < 5 - Jährige 150 min / Wo 3 Std/Tag Ausdauer moderat & 2x / Wo Kraft 5-17 – Jährige 1 Std/Tag "Ausdauer" 18-65 - Jährige & 150 min / Wo 3 x / Wo Impact Ausdauer moderat & & mehrmals/Wo Geschicklichkeit & Beweglichkeit 2x / Wo Kraft + Balance Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) https://www.hepa.admin.ch/de/bewegungsempfehlungen 58  Dosis - Wirkung von Aktivität und Veränderungen im Altersverlauf à Es ist nie zu spät zum Beginnen ! Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) https://www.hepa.admin.ch/de/bewegungsempfehlungen 59  "Minimum" für körperliche Aktivität in der Prävention ??? 150 min pro Woche wären 21.4 min pro Tag Tagesschau, SRF, 2.3.2023 Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 60 "Minimum" für körperliche Aktivität in der Prävention ??? 196 articles 94 cohorts with > 30 million participants Evidence base was largest / die Evidenz war am grössten für All-cause mortality (50 separate results; 163 415 543 person-years, 811 616 events) à Reduktion der Mortalität aller Ursachen (a) Cardiovascular disease mortality (37 results; 28 884 209 person-years, 74 757 events) Results: Differences in risk were greater ¨between 0 and 8.75 marginal metabolic equivalent of task-hours per week (mMET-hours/week) (equivalent to à Reduktion der Mortalität aufgrund von the recommended 150 min/week of moderate-to-vigorous aerobic physical (a) activity), with smaller marginal differences in risk above this level to 17.5 mMET- kardiovaskulären Erkrankungen (b) hours/week, beyond which additional differences were small and uncertain. Cancer mortality Associations were stronger for all-cause (relative risk (RR) at 8.75 mMET- Relative Risk (log) hours/week: 0.69, 95% CI 0.65 to 0.73) and cardiovascular disease (RR at (31 results; 35 500 867 person-years,185 870 events) 8.75 mMET-hours/week: 0.71, 95% CI 0.66 to 0.77) mortality than for cancer (b) mortality (RR at 8.75 mMET-hours/week: 0.85, 95% CI 0.81 to 0.89). à Reduktion der Krebs-Mortalität (c) If all insufficiently active individuals had achieved 8.75 mMET- hours/week, 15.7% (95% CI 13.1 to 18.2) of all premature deaths would (c) have been averted. 0 10 20 30 BJSM, 2023 marginal MET-hours per week. Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 61  Präventive Mechanismen körperlicher Aktivität Ein Überblick Beispiel BDNF Beispiel anti- inflammatorische Zytokine Akt serine/threonine-specific protein kinase AMPK AMP-activated protein kinase BDNF brain-derived neurotrophic factor CREB cAMP response-element-binding protein C-X-C R2 C-X-C receptor 2 FFA free-fatty acid FGF21 fibroblast growth factor 21 FNDC5 fibronectin type III domain-containing 5 protein Fstl1 follistatin-like 1 IGF insulin-like growth factor IL interleukin IL-1ra IL-1 receptor antagonist Insl6 insulin-like 6 LIF leukemia inhibitory factor MAPK mitogen-activated protein kinase NFAT nuclear factor of activated T-cell NO∙ nitric oxide NOS nitric oxide synthase PGC-1α peroxisome proliferator-activated receptor- coactivator 1α PI3K phosphatidylinositol 3-kinase SIRT1 sirtuin 1 SPARC secreted protein acidic and rich in cysteine sTNF-R soluble TNF receptors trkB tropomyosin receptor kinase UCP1 uncoupling protein 1 VEGF vascular endothelial growth factor Die molekularen Mechanismen werden in weiteren Fächern besprochen. Mechanismen der Prävention Fiuza-Luces, Physiology, 2013 62  Aktivität – verbessert antioxidative Prozesse Reactive Oxygen Species (ROS) Die bei Aktivität gebildeten ROS fördern die Bildung eines 'gesunden' Muskelphänotyps und erhöhen die antioxidativen Enzyme. CAT catalase; GCS glutamylcysteine synthetase; GPx glutathione peroxidase; H2O2 hydrogen peroxide; HO-1 heme oxygenase-1; HSP heat shock proteins; NADPH nicotinamide adenine dinucleotide phosphate; O 2· superoxide anion radical; SOD super oxide dismutase Molekulare Mechanismen werden in weiteren Fächern besprochen Mechanismen der Prävention Fiuza-Luces, Physiology, 2013 63  Aktivität – fördert die Autophagie Autophagie Autophagie, ein intrazellulärer Prozess, bei dem zelleigenes zytosolisches Material (z.B. fehlgefaltete Proteine oder beschädigte Zellorganellen) abgebaut wird, wird gefördert. IGF-1 insuline-like growth factor - 1 Akt serine/threonine-specific protein kinase FoxO3a FOXO transcription factor mTOR mammalian target-of-rapamycin Molekulare Mechanismen werden in weiteren Fächern besprochen Mechanismen der Prävention Fiuza-Luces, Physiology, 2013 64  Aktivität – fördert die Regeneration Stammzellen Stammzellen werden in die Zirkulation freigesetzt und fördern möglicherweise die Geweberegeneration. Weitere Faktoren werden freigesetzt, welche Angio- und Neurogenese begünstigen. Ang angiopoietin BDNF brain-derived neurotrophic factor CAC circulating angiogenic cells C-X-C R4 C-X-C motif receptor 4 GH growth hormone gmCSF granulocyte-macrophage colony-stimulating factor HGF hepatocyte growth factor HIF-1α hypoxia-inducible factor 1-α IL interleukin JAK-2 janus kinease-2 mMSC muscle-derived mesenchymal stem cells PI3K phosphatidylinositol 3-kinase SC stem cell SCF stem cell factor VEGF vascular endothelial growth factor Molekulare Mechanismen werden in weiteren Fächern besprochen Mechanismen der Prävention Fiuza-Luces, Physiology, 2013 65  Weiteres zu …. … akuten und chronischen (trainings-bedingten) Veränderungen unter normalen und veränderten Umgebungsbedingungen (zB Höhe, Tauchen, Hitze) bei körperlicher Aktivität / im Sport: à Exercise Physiology I – HS24 (BSc) à Exercise Physiology II – FS25 (BSc) à Sportphysiologie–Praktikum – HS24 (BSc; max. 48 Pers.) à Advanced Topics in Exercise Physiology – HS25 (MSc) à Clinical Exercise Physiology – FS26 (MSc) Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 66  VIEL SPASS! Kardio-respiratorische Anpassung an körperliche Aktivität (Prävention) 67