Einfluss von Hypoxie und Wasserimmersion auf Stoffwechsel und Herz- Kreislaufparameter während körperlicher Aktivität

Abstract

Hypoxie und Wasserimmersion lösen neurohumorale und zelluläre Adaptationsprozesse aus, die akute und chronische Wirkung von körperlicher Aktivität modulieren könnten. Hypoxie reguliert oxidative Stoffwechselwege während Wasserimmersion eine Freisetzung des lipolytischen atrialen natriuretischen Peptids (ANP) bewirkt. Basierend auf diesen Befunden wurden folgende Hypothesen untersucht: a) Training bei Hypoxie verbessert metabolische Risikofaktoren stärker als Training bei Normoxie; b) akute körperliche Belastung im Wasser verstärkt über die immersionsbedingte Freisetzung von ANP die Lipidmobilisation. 20 gesunde, normalgewichtige (BMI: 24.6 ± 1.4 kg/m2) sowie 45 übergewichtige Probanden (BMI: 30.2 ± 3.6 kg/m2) wurden zum Training unter Hypoxie (Sauerstoffkonzentration: 15%) oder Normoxie (20,9%) randomisiert. Alle Probanden trainierten 4 Wochen (3 Tage/Woche, 1 Stunde/Tag) bei gleicher relativer Intensität auf einem Laufbandergometer. Bei weiteren 17 Männern (BMI: 24 ± 1.7 kg/m2) wurden spiroergometrische Stufentests im Wasser und an Land durchgeführt. Bei allen Probanden wurden Herzfrequenz, Blutdruck und Gasaustausch gemessen sowie venöse und kapillare Blutproben entnommen. 4 Wochen Training unter Hypoxie führte bei über- und normalgewichtigen Probanden bei geringerer mechanischer Belastung (–0,3 ± 0.1 Watt/kg, p<0.05) zur größeren Reduktion der Körperfettmasse (–2.8 ± 0.9%, p<0.05), bei gleichen Änderungen der Leistungsparameter. Die Glukosetoleranz (HOMA-Index) verbesserte sich bei normalgewichtigen Probanden nur nach Training unter Hypoxie während bei übergewichtigen Probanden Verbesserungen in beiden Trainingsgruppen beobachtet wurden. Körperliche Aktivität bei Immersion verminderte die Katecholaminantwort und erhöhte die ANP-Freisetzung. Serumglukose- und Laktatkonzentrationen sanken bei Aktivität im Wasser stärker ab, während freie Fettsäuren stärker anstiegen. Herzfrequenz und Sauerstoffaufnahme bei maximaler und submaximaler Belastung waren an Land und im Wasser identisch. Training unter Hypoxie erzielt ähnliche und zum Teil größere Effekte auf metabolische und kardiovaskuläre Risikofaktoren als Training unter Normoxie. Die gleichzeitig geringere mechanische Belastung ist speziell für Übergewichtige oder Personen mit orthopädischen Erkrankungen als Vorteil anzusehen. Trotz Abschwächung der sympatho-adrenalen Aktivierung bei körperlicher Belastung im Wasser, werden Lipidmobilisation und –oxidation verstärkt, was durch eine erhöhte ANP Ausschüttung erklärt werden könnte.

Exercise under hypoxia and water immersion regulates pathways that are crucial to glucose and lipid metabolism. Hypoxia regulates the oxidative metabolism and water immersion results in release of the atrial natriuretic peptid (ANP) associated with increased lipid mobilization. We hypothesized that 1) endurance training under hypoxia results in similar or even greater metabolic improvement compared with exercise under normoxia and 2) exercise in water augments ANP-release associated with increased lipid mobilization and oxidation. We studied 20 normal- and 45 overweight subjects before and after a 4 week endurance training session either under normoxic (21% FIO2) or hypoxic (15% FIO2) conditions at the same relative intensity (65% VO2max). Furthermore we investigated 17 subjects to their response of an incremental exercise test on land compared to exercise in water on a bicycle ergometer. Hypoxia training resulted in a greater reduction of body fat mass with no changes for fitness measurements. The glucose tolerance improved only in normal-weight subjects after hypoxia training compared to normoxic training. Importantly subjects in the hypoxia group trained at a significantly lower workload. Exercise under water immersion increased ANP release and attenuated catecholamine release. Glucose and lactate measurements were decreased whereas free fatty acid concentrations were increased with exercise in water. In conclusion endurance training in hypoxia over a 4-wk period elicits a similar or even better response in terms of cardiovascular and metabolic risk factors than endurance exercise in normoxia. The fact that workload and, therefore, mechanic strain can be reduced in hypoxia could be particularly beneficial in obese patients and in patients with orthopaedic conditions. Even though water immersion blunts exercise-induced sympatho-adrenal activation, lipid mobilization and lipid oxidation rate are maintained or even improved. The response may be explained by augmented ANP release.