Untersuchungen zum Einfluss der Intensität eines Ausdauertrainings auf die Entwicklung der körperlichen Leistungsfähigkeit und ausgewählte Gesundheitsindikatoren

Abstract

Einleitung: Die kardiozirkulatorische Fitness (KZF) ist ein wichtiger Prädiktor für die körperliche Gesundheit und kann durch Ausdauertraining effektiv gesteigert werden. Der Einfluss der Intensität in der Dosis-Wirkungs-Beziehung des Ausdauertrainings ist jedoch noch unzureichend untersucht. Vor diesem Hintergrund war das Ziel dieser Arbeit, den Einfluss verschiedener Ausdauertrainingsintensitäten bei gleicher Gesamttrainingsbelastung auf ergometrische Deskriptoren für die körperliche Leistungsfähigkeit und prognostische Faktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen zu untersuchen. Es wurden drei übergeordnete Forschungsfragen analysiert: i) Führt eine Steigerung der Trainingsintensität eines Ausdauertrainings bei energieäquivalentem Trainingsreiz zu einer höheren KZF (Veröffentlichung 1)? ii) Führt eine Steigerung der Trainingsintensität eines Ausdauertrainings bei energieäquivalentem Trainingsreiz zu einer Steigerung der Rate der Responder (Veröffentlichung 2)? iii) Beeinflusst die Steigerung der Trainingsintensität eines Ausdauertrainings ausgewählte Marker des Tryptophan-Metabolismus (Veröffentlichung 3)? Methodik: Die Daten zur Beantwortung der Forschungsfragen stammen aus einer zweiarmigen randomisierten Trainingsinterventionsstudie (TRAIN-Studie). Insgesamt wurden 48 gesunde, untrainierte Männer und Frauen im Alter zwischen 30 und 60 Jahren ohne ausgeprägte Risikofaktoren in die Studie eingeschlossen. Die Trainingseinheiten erfolgten dreimal wöchentlich über einen Zeitraum von 26 Wochen. Zunächst trainierten alle Studienteilnehmer 10 Trainingswochen mit moderater Intensität (55% der Herzfrequenzreserve [HRR]). Anschließend erfolgte die Aufteilung in zwei Studienarme mittels stratifizierter Randomisierung anhand der Kriterien Alter, Geschlecht, VO2max, ΔVO2max und Response nach 10 Wochen Training (ja/nein). Die Studienteilnehmer des ersten Studienarms (CON) setzten das Training weitere 16 Wochen fort, wobei die Belastung und der Energieverbrauch konstant blieben. Die Studienteilnehmer des zweiten Studienarms (INC) trainierten über 8 Wochen mit einer gesteigerten Intensität (70% HRR). Anschließend führten sie weitere 8 Wochen lang ein hochintensives Intervalltraining (HIIT, 95% der maximalen Herzfrequenz [HRmax]) nach dem „4x4-Protokoll“ durch. Der durchschnittliche Energieverbrauch betrug 401±105 kcal pro Trainingseinheit und wurde innerhalb der Studienteilnehmer während der gesamten Studie konstant gehalten. Hierzu wurden der Sauerstoffverbrauch bei individuellen Trainingsherzfrequenzen analysiert und die Trainingszeiten entsprechend angepasst. Ergebnisse: i) In der ersten Veröffentlichung wurden die Anpassungseffekte an die Trainingsintervention auf Gruppenebene untersucht. Die Parameter für die maximale Leistungsfähigkeit zeigten eine Überlegenheit von INC im Vergleich zu CON. INC steigerte die maximale Sauerstoffaufnahme (VO2max) und die maximale Laufgeschwindigkeit (Vmax) stärker als CON (3,4±2,7 vs. 0,4±2,9 mL•kg-1•min-1; p = ,020 bzw. 1,7±0,7 vs. 1,0±0,5 km•h-1; p < ,001). Die Parameter der submaximalen Leistungsfähigkeit, wie die Laufökonomie und die Herzfrequenz-Leistungskurve, zeigten in beiden Gruppen Trainingsanpassungen, jedoch keine signifikanten Unterschiede (p ≥ ,05). ii) Die zweite Veröffentlichung untersuchte auf Individualebene, ob die Rate der Responder durch INC im Vergleich zu CON erhöht werden kann. Dazu wurde auf Basis der individuellen Tag-zu-Tag-Schwankung die individuelle Response nach 10, 18 und 26 Wochen Training ermittelt. Nach 18 Wochen konnte in beiden Gruppen keine Steigerung der Responder-Rate beobachtet werden (p = 0,189). Die Ergebnisse zeigten jedoch eine Überlegenheit der hochintensiven Trainingsintensitäten. Nach 26 Wochen stieg die Responder-Rate in INC signifikant an (p = 0,031), während sie in CON sogar leicht abnahm (p = 0,754, Interaktionseffekt p = 0,012) und betrug 87% für INC und 37% für CON. iii) Die dritte Veröffentlichung untersuchte auf Gruppenebene, ob die Steigerungen der Trainingsintensität in INC im Vergleich zu CON ausgewählte Interleukine sowie Marker des Kynureninpfads (KP) beeinflussen. Hierfür wurde erstmals in einer Trainingsstudie der Metabolit 3-Hydroxianthranilsäure (3-HAA) analysiert. Die Ergebnisse zeigten keine signifikanten Interaktionseffekte sowie Zeiteffekte der (anti-)inflammatorischen Marker IL-6 und IL-10. Nach 26 Wochen Ausdauertraining stieg der 3-HAA – Spiegel in beiden Gruppen, unabhängig von der Trainingsintensität, signifikant an (INC: 134%, p < ,001; CON: 85%; p < ,001). Diskussion und Schlussfolgerung: Diese zweiarmige randomisierte Trainingsstudie untersuchte den Einfluss steigender Ausdauertrainingsintensitäten bei gleicher Gesamttrainingsbelastung bei gesunden, untrainierten Erwachsenen. Alle drei Veröffentlichungen zeigen, dass sowohl Ausdauertraining mit moderater als auch schrittweise ansteigender Trainingsintensität bei konstantem Energieverbrauch günstig auf die Gesundheit wirkende Effekte erzielt. Submaximale Leistungsparameter passen sich unabhängig von der Trainingsintensität an ein langfristiges Ausdauertraining an. Maximale Leistungsparameter werden hingegen durch ein Ausdauertraining im hochintensiven Bereich positiv beeinflusst. Darüber hinaus zeigen Marker des Tryptophan-Metabolismus positive Effekte durch Ausdauertraining. Hervorzuheben ist der Metabolit 3-HAA, der erstmals in einer Trainingsstudie quantifiziert wurde und eine geringe Sensitivität gegenüber der Trainingsintensität zeigt. Die Ergebnisse zeigen außerdem, dass eine Intensitätssteigerung von 55 auf 70% HRR nach mehrwöchigem Ausdauertraining nicht ausreicht, um bei konstantem Energieverbrauch zusätzliche Effekte zu erzielen. In diesem Zusammenhang hat sich HIIT als die wirksamste Trainingsmethode erwiesen. HIIT reduzierte zudem die individuellen Schwankungen der Anpassungseffekte und führte zu einer höheren Responder-Rate. Somit profitieren mehr Personen von einem Ausdauertraining mit hochintensiver Intensität als mit moderater Intensität. Man kann insgesamt festhalten, dass HIIT ein breiteres Spektrum und ein größeres Ausmaß an Anpassungseffekten hervorruft. Darüber hinaus ist HIIT zeitökonomisch und weist eine Compliance auf, die sich nicht relevant von der moderater Trainingseinheiten unterscheidet. Aus diesem Grund ist der Einsatz hochintensiver Trainingsmethoden im Rahmen eines präventiv orientierten Ausdauertrainings für gesunde Erwachsene zu empfehlen, um Trainingseffekte zu optimieren und Stagnationen in der Leistungsentwicklung zu vermeiden.

Introduction: Cardiocirculatory fitness (KZF) is an important predictor of physical health and can be effectively improved by endurance training. However, the influence of intensity on the dose-response relationship of endurance training is poorly understood. The aim of this study was to investigate the effects of increased endurance training intensities, with equivalent energy expenditure, on performance parameters and prognostic factors for cardiovascular disease. The study addressed three overarching questions: i) Does an increase in exercise intensity yield improvements in KZF in endurance training with constant energy expenditure (publication 1)? ii) Does an in increase in exercise intensity yield higher proportions of responders in endurance training with constant energy expenditure (publication 2)? iii) Does an increase exercise in intensity affect specific marker of the tryptophan metabolism in endurance training with constant energy expenditure (publication 3)? Methods: The data were obtained TRAIN-study, which is a two-arm randomised training intervention trial. A total of 48 healthy, untrained men and women aged 30 to 60 years, free of risk factors, were included in the study. Participants trained three times per week for 26 weeks. Initially, all participants completed 10 weeks of moderate-intensity training (55% heart rate reserve [HRR]). Subsequently, the participants were randomly assigned to one of the two groups by stratified randomisation. Factors for balancing were age, sex, baseline VO2max, ΔVO2max and response at week 10 (yes/no). The participants in the control group (CON) continued for a further 16 weeks at a moderate intensity (55% HRR) and constant energy expenditure. The incremental group (INC) trained at an increased intensity (70% HRR) for 8 weeks, followed by 8 weeks of high-intensity interval training (HIIT) at 95% of maximal heart rate (HRmax) following the "4x4 protocol". The average energy expenditure was 401 ± 105 kcal per session and was maintained throughout the study by adjusting training duration in INC based on individual heart rates and oxygen consumption. Results: i) The initial publication examined the effects of the training intervention at group-level. The parameters for maximal performance indicated a superior performance of INC in comparison to CON. INC shows greater increases in maximal oxygen uptake (VO2max) and maximal running speed (Vmax) compared to the CON (3,4±2,7 vs. 0,4±2,9 mL•kg-1•min-1; p = ,020 bzw. 1,7±0,7 vs. 1,0±0,5 km•h-1; p < ,001). The parameters of submaximal performance, such as running economy and heart rate performance curve, showed training adaptations in both groups, but not significant differences (p ≥ ,05). ii) The second publication analysed whether the proportion of responders could be increased by INC versus CON. For this purpose, the individual response after 10, 18 and 26 weeks of training were determined, based on the individual day-to-day variation. After 18 weeks, no increase in the responder rate was observed in either group (interaction effect: p = ,189). However, the results show a superiority of the high-intensity training intensities. After 26 weeks, the responder rate increased significantly in INC (p = ,031), but decreased slightly in CON (p = ,754, interaction effect p = ,012), reaching 87% in INC and 37% in CON. iii) The third publication investigated whether the increase in training intensity in INC compared to CON affects interleukins and selected markers of the kynurenine pathway (KP) at the group level. For this purpose, the metabolite 3-hydroxyanthranilic acid (3-HAA) was analysed for the first time in a training study. There were no changes in IL-6 and IL-10 in either group. After 26 weeks of endurance training, 3-HAA levels increased significantly in both groups, unaffected by training intensity (INC: 134%, p < ,001; CON: 85%, p < ,001). Discussion and conclusion: This two-arm randomised trial investigated the influence of increased endurance training intensities with a constant energy expenditure in healthy, untrained adults. All publications show that endurance training at moderate and gradually increasing training intensities with a constant energy expenditure has health-promoting effects. Submaximal performance parameters adapt to long-term endurance training unaffected by training intensity. However, maximal performance parameters are positively influenced by high-intensity endurance training. In addition, markers of tryptophan metabolism show positive effects of endurance training. In particular, the metabolite 3-HAA, which was quantified for the first time in a training study, showed a low sensitivity to training intensity. Moreover, the findings suggest that an increase in intensity from 55 to 70% HRR is insufficient to elicit additional effects with constant energy expenditure following a period of moderate training. In this context, HIIT has proven to be the most efficacious training method. HIIT diminished the interindividual variability in the adaptation effects and resulted in a higher responder rate. These findings suggest that a greater proportion of individuals benefit from endurance training at a high intensity than at a moderate intensity. In conclusion, HIIT without increased energy expenditure produces a broader and more pronounced spectrum of adaptions. Furthermore, HIIT is a time-efficient training method with comparable compliance rates to moderate-intensity training. For this reason, HIIT is recommended a spart of preventive endurance training for healthy adults to optimise training effects and avoid stagnation in performance.