Originalarbeit 321
Elektromyostimulation: Verbesserung von Lebensqualität, Sauerstoffaufnahme und linksventrikulärer Funktion bei chronischer Herzinsuffizienz Electrical Myostimulation: Improvement of Quality of Life, Oxygen Uptake and Left Ventricular Function in Chronic Heart Failure
Institute
Schlüsselwörter ▶ körperliches Training ● ▶ chronische Herzinsuffizienz ● ▶ kardiale Rehabilitation ● ▶ Elektromyostimulation ● ▶ Lebensqualität ● Key words ▶ physical training ● ▶ chronic heart failure ● ▶ cardiac rehabilitation ● ▶ extended electromyostimu● lation training ▶ quality of life ●
Bibliografie DOI http://dx.doi.org/ 10.1055/s-0033-1358734 Online-Publikation: 20.12.2013 Rehabilitation 2014; 53: 321–326 © Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York ISSN 0034-3536 Korrespondenzadresse Dr. Frank van Buuren Klinik für Kardiologie Herz- und Diabeteszentrum NRW Ruhr Universität Bochum Georgstraße 11 32545 Bad Oeynhausen [email protected]
F. van Buuren1, K. P. Mellwig1, A. Fründ1, N. Bogunovic1, O. Oldenburg1, T. Kottmann1, O. Wagner2, J. B. Dahm3, D. Horstkotte1, D. Fritzsche4 1
Klinik für Kardiologie, Herz- und Diabeteszentrum NRW, Ruhr Universität Bochum, Bad Oeynhausen Institut für angewandte Telemedizin (IFAT), Herz und Diabetes Zentrum NRW, Ruhr Universität Bochum, Bad Oeynhausen 3 Klinik für Kardiologie und Angiologie, Krankenhaus Neu Bethlehem, Göttingen 4 Klinik für Herzchirurgie, SANA Herzzentrum Cottbus 2
Zusammenfassung
Abstract
Ziel der Studie: Regelmäßige körperliche Aktivität hat sich als Therapieoption für Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz (CHF) erwiesen. Neben dem dynamischen Training zeigte auch eine Elektromyostimulation (EMS) der Skelettmuskulatur positive Einflüsse auf die Belastbarkeit von CHF-Patienten. Die EMS-Therapie erfolgte mit einem System, das entweder simultan 8 große Muskelareale elektrisch stimulierte (exEMS) oder nur die Gesäß- und Oberschenkelmuskulatur (limEMS). Methodik: Es wurden stabile Patienten (NYHA II–III) mit chronischer Herzinsuffizienz für ein EMS-Trainingsprogramm rekrutiert. Das Training wurde über 10 Wochen, 2-mal wöchentlich für 20 min durchgeführt. 18 Patienten (11 männlich; mittleres Alter 59,8 ± 13,8 Jahre) erhielten exEMS-Training, 13 Patienten (10 männlich, mittleres Alter 63,6 ± 9,3 Jahre) erhielten limEMS-Training. Die Lebensqualität (QoL – Quality of Life) wurde unter Verwendung des SF-36-Fragebogens vor und nach EMS-Therapie ermittelt. Die Auswirkungen auf die körperliche Belastungstoleranz (Sauerstoffaufnahme in der Spiroergometrie), die linksventrikuläre Funktion (EF – Ejektionsfraktion) und die QoL wurden untersucht. Ergebnisse: Die QoL konnte in der exEMSGruppe in den Bereichen körperliche Funktionsfähigkeit (54,09 ± 29,9 auf 75,45 ± 15,6, p = 0,048) und emotionale Rollenfunktion (63,63 ± 45,8 auf 93,93 ± 20,1, p = 0,048) signifikant verbessert werden. In der limEMS-Gruppe zeigte sich eine signifikante Verbesserung im Bereich Vitalität (37,5 ± 6,9 auf 52,8 ± 12,5, p = 0,02). Die Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle konnte signifikant gesteigert werden (exEMS + 29,6 %, p < 0,001; limEMS + 17,5 %, p < 0,001). Die EF stieg in der exEMS-Gruppe von 36,94 ± 8,6 auf 42,36 ± 9,1 % ( + 14,7 %, p = 0,003) (limEMS von 37,69 ± 3,6 auf 40,31 ± 5,9 % [ + 6,9 %, p = 0,18]).
Aim of the study: Regular physical activity has found to be a strategy to increase exercise capacity in patients with chronic heart failure (CHF). Next to endurance training also electromyostimulation (EMS) of thigh and gluteal muscles results in an increased capacity in CHF patients. EMS therapy was either done by stimulating 8 major muscle groups involving also trunk and arm muscles (extended electromyostimulation (exEMS)) in comparison to EMS therapy limited to gluteal and leg muscles (limEMS). Methods: 31 individuals completed the EMS training program. Stable CHF patients (NYHA class II–III) received either exEMS (18 patients, 11 males, mean age 59.8 ± 13.8 years) or limEMS (13 patients, 10 males, 63.6 ± 9.4 years). Training was performed for 10 weeks twice weekly for 20 min, the level of daily activity remained unchanged. Effects on exercise capacity, left ventricular function (EF – ejection fraction) and QoL (quality of life) were evaluated. Results: QoL was found to be improved in all domains of the SF-36 questionnaire. In the exEMS group there was a significant improvement in the domain physical functioning (54.09 ± 29.9 to 75.45 ± 15.6, p = 0.48) and emotional role (63.63 ± 45.8 to 93.93 ± 20.1 p = 0.048). LimEMS group showed significant improvement in the domain vitality (37.5 ± 6.9 to 52.8 ± 12.5, p = 0.02). There was a significant increase of oxygen uptake at aerobic threshold in all groups (exEMS: + 29.6 %, p < 0.001; limEMS + 17.5 %, p < 0.001). EF increased from 36.94 ± 8.6 to 42.36 ± 9.1 % ( + 14.7 %, p = 0.003) in the exEMS group (limEMS 37.7 ± 3.6 to 40.3 ± 5.9 % [ + 6.9 %, p = 0.18]). Conclusion: EMS contributes to an improved quality of life and can improve oxygen uptake and EF in CHF. It may be an alternative therapy in CHF patients who are otherwise unable to undertake conventional forms of exercise training.
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Autoren
Schlussfolgerungen: EMS-Training führt bei CHF-Patienten zu einer Erhöhung der Sauerstoffaufnahme und der EF und zu einer Verbesserung der QoL. Das vorgestellte Konzept könnte eine sinnvolle alternative Trainingsmethode bei CHF-Patienten sein, die ansonsten nicht in der Lage sind, ein konventionelles Training durchzuführen.
Einleitung
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Die chronische Herzinsuffizienz (CHF) ist eine Erkrankung mit hoher Mortalität und deren Inzidenz mit steigendem Alter zunimmt [1]. Die Häufigkeit und die Altersverteilung zeigen, insbesondere vor dem Hintergrund des demografischen Wandels unserer Gesellschaft, dass die Behandlung der CHF einen immer größeren Stellenwert nicht nur aus medizinischer, sondern auch aus ökonomischer Sicht einnehmen wird [1]. In den letzten Jahren führten neue Erkenntnisse zu einer Neubewertung der CHF als Systemerkrankung und nicht als isolierte Erkrankung des Herzens. Es konnte gezeigt werden, dass neben der Einschränkung der linksventrikulären Funktion auch umfangreiche strukturelle und enzymatische Veränderungen der Skelettmuskulatur und neurohumorale und inflammatorische Systemdeviationen wesentlich zu einer Belastungsintoleranz bei CHF-Patienten beitragen [2]. So führt eine reduzierte Ejektionsfraktion (EF) zu einer Störung des muskulären Metabolismus mit konsekutiver Ermüdung des Organs und zum Abbau von Muskelfasern. Dadurch kommt es zu einer Abnahme des vaskulären Tonus, zu einer Reduktion der Kapillarisierungsdichte mit resultierendem Anstieg des systemischen Widerstandes, was wiederum die linksventrikuläre Dysfunktion weiter verstärkt [3]. Die Kombination aus herzinsuffizienzbedingter Inaktivität und dem anhaltendem Muskelkatabolismus verstärkt die Myopathie der Skelettmuskulatur. Hieraus ergibt sich ein Circulus vitiosus der CHF, da sich durch die Einschränkung der linksventrikulären EF des Herzens auch systemische Veränderungen in den Folgeorganen ergeben. Folglich hat das körperliche Training durch die Initiierung des Remodeling-Prozesses von neurohumoralen, immunreaktiven und funktionellen Störungen des Systems eine große Bedeutung zur Durchbrechung dieses Circulus vitiosus [2]. Die möglichst weitgehende Erhaltung von Muskulatur bei CHFPatienten ist somit heute ein weiterer anerkannter therapeutischer Ansatz, um die linksventrikuläre Funktion bei CHF-Patienten zu erhalten [1]. Die Elektromyostimulation (EMS) der Skelettmuskulatur ist eine neue Trainingsmethode, die im Bereich des Fitnesstrainings in den letzten Jahren eine zunehmende Verbreitung erfahren hat. Die Methode basiert auf der elektrischen Stimulation großer Muskelgruppen, ohne dass der Patient bzw. der Trainierende selbst aktive Bewegungen ausführt. Im medizinischen Bereich wurde die EMS-Therapie anfänglich bei kritisch kranken Patienten mit Muskeldystrophie, Skoliose oder Paraplegie angewendet [4]. Bei inaktiven, aber ansonsten gesunden Probanden führte EMS zu einer erstaunlichen Verbesserung der Sauerstoffaufnahme in der Spiroergometrie [5]. Später wurde EMS gelegentlich bei höhergradig eingeschränkten Patienten mit CHF als zusätzliche, ergänzende Therapieform eingesetzt, um einer fortschreitenden Muskelatrophie durch eine kardial bedingte Immobilität entgegenzuwirken. Hierbei konnten für diese Patientengruppe in einzelnen Studien positive, weitgehend altersunabhängige Effekte in Bezug auf Kraft und
Belastbarkeit nachgewiesen werden [6–8]. Andere Autoren konnten nachweisen, dass EMS-Training hinsichtlich einer Steigerung der physischen Kapazität anderen Trainingsformen nicht nachsteht (Laufband, Fahrrad) [9, 10]. Allerdings war die Elektromyostimulation in diesen Studien auf die Gesäß- und Oberschenkelmuskulatur beschränkt. Die Lebensqualität (Quality of Life – QoL) ist bei CHF-Patienten durch verschiedene Faktoren in erheblichem Maße reduziert [11]. Neben der reduzierten Belastbarkeit und der häufig eingeschränkten Mobilität spielen hierbei auch resultierende psychische Probleme eine Rolle. Follow-up-Untersuchungen über ein Jahr wiesen nach, dass durch körperliche Aktivität eine signifikante Verbesserung der QoL erreicht werden kann. Bisher gibt es allerdings keine Studie, die die kurzfristigen Effekte von Sport bei CHF-Patienten und ihre Auswirkungen auf die QoL untersucht hat. Insbesondere die Effekte einer EMS-Therapie sind nach unserem Kenntnisstand nie untersucht worden. Ziel der vorliegenden prospektiven Studie war es, aufbauend auf den Ergebnissen unserer ersten Pilotstudie, die Auswirkungen verschiedener Stimulationsstrategien auf die QoL, körperliche Belastbarkeit und die linksventrikuläre Funktion stabiler Patienten mit CHF zu untersuchen [7, 12].
Methode
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Patienten und Methodik Die hier vorgestellten Daten sind Ergebnisse einer prospektiven Studie an 31 Patienten. Alle Patienten sind in unserer CHF-Ambulanz konsekutiv rekrutiert worden und befanden sich im Stadium II–III nach NYHA-Klassifikation (New York Heart Association). Da in der Literatur bisher nur sehr wenige Daten zur EMSTherapie bei CHF-Patienten vorliegen, war eine Fallzahlabschätzung zur Beantwortung der Fragestellung schwierig. Initial war die Rekrutierung von insgesamt 50 Patienten geplant. Aufgrund der Ergebnisse und der schwierigen Patientenrekrutierung wurde die Studie nach Einschluss von 31 Patienten beendet. 18 Patienten (11 männlich, mittleres Alter 59,8 ± 13,8 Jahre) erhielten exEMS-Training (extensiv: Einbeziehung der Rumpf- und Oberarmmuskulatur), weitere 13 Patienten (10 männlich, mittleres Alter 63,6 ± 9,3 Jahre) limEMS-Training (Stimulation von ausschließlich Gesäß- und Beinmuskulatur). Die Zuordnung zum jeweiligen Trainingsmodus erfolgte unter nicht randomisierten Bedingungen und unter Berücksichtigung einer homogenen Verteilung bezüglich der Herzinsuffizienzursache und des Alters. Die Studie wurde von der Ethikkommission votiert (Nr. 27/2008, Universität Bochum). Alle Patienten willigten schriftlich in das Studienprotokoll ein.
Einschlusskriterien Eingeschlossen wurden stabile CHF-Patienten (NYHA II–III) mit einer eingeschränkten linksventrikulären Ejektionsfraktion (EF 25–45 %). Die Patienten mussten bereit sein, sich über einen Zeitraum von 10 Wochen 2-mal wöchentlich für 20 min einer EMS-Therapie zu unterziehen. Alle Patienten erhielten zum Zeitpunkt des Studienbeginns eine leitliniengerechte medikamentöse Therapie, die sich in den letzten 3 Monaten nicht verändert haben durfte. Keiner der Patienten durfte während der Studiendauer neue körperliche Aktivitäten beginnen. Die Medikation wurde bei allen Patienten
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Abb. 1 Die Stimulationseinheit für die exEMS (Weste mit Stimulationsmodul für die Beine) (mit freundlicher Genehmigung von MihaBodytech Augsburg).
während der Studiendauer unverändert beibehalten. Dieses wurde von den Studienteilnehmern schriftlich bestätigt.
Ausschlusskriterien Ausgeschlossen waren Myokardinfarkt, Myokarditis oder kardiale Dekompensation innerhalb der letzten 3 Monate, NYHA Klasse IV, EF < 25 %, höhergradige Rhythmusstörungen (Lown IV), hypertrophe obstruktive Kardiomyopathie (HOCM), Schwangerschaft, Niereninsuffizienz (Kreatinin > 1,5 mg/dl), dermatologische Erkrankungen sowie Patienten mit Schrittmachern oder implantierten Defibrillatoren.
EMS-Therapie und Stimulationsprotokoll Die EMS-Therapie erfolgte mit einem Stimulationssystem der ▶ Abb. 1). Das System Firma Miha-Bodytec GmbH, Augsburg (● besteht aus einer Stimulationsweste und separaten Elektroden für die Oberarm-, die Oberschenkel- und die Gesäßmuskulatur. In die Weste sind Elektroden eingebracht, sodass eine synchrone Stimulation großer Muskelareale möglich ist. Bei den Patienten der exEMS-Gruppe wurden synchron folgende Muskelgruppen stimuliert: Arm, oberer Rücken, unterer Rücken, lateraler Thorax, Brust, Bauch, Gesäß, Oberschenkel. In der limEMS-Gruppe beschränkte sich die Stimulation auf die Oberschenkel- und Gesäßmuskulatur. Die Stimulation erfolgte über 10 Wochen 2-mal wöchentlich für 20 min, wobei pro Trainingszyklus 4 s Stimulation von 4 s Pause gefolgt waren. Die Frequenz betrug 80 Hz, die Impulsbreite 350 μs. Die Amplitude wurde vom Patienten selbst geregelt, nachdem er aufgefordert wurde, eine möglichst suffiziente Kontraktur der Muskulatur anzustreben, die unterhalb der Schmerzschwelle lag. Alle EMS-Applikationen wurden durch geschulte Physiotherapeuten oder Kardiologen in der Klinik durchgeführt.
der subjektiven körperlichen, sozialen und psychischen Gesundheit erfasst werden [13]. Jeder Patient erhielt ein 12-Kanal-EKG. Eine transthorakale Echokardiografie wurde nach den ASE-Richtlinien mittels eines GE Vingmed Seven durchgeführt [14]. Der linksventrikuläre enddiastolische Index (LVEDDi) wurde unter Zuhilfenahme der BSA errechnet. Ferner wurden mittels Mmode die linksventrikuläre enddiastolische Wanddicke (PW ED), die Septumdicke (IVS ED) sowie die Größen der Herzhöhlen bestimmt. Die linksventrikulären Funktionsparameter wurden nach Simpson-Kriterien im 2- und 4-Kammerblick bestimmt. Die Endokardgrenzen wurden offline durch 2 unabhängige geprüfte Echokardiographeure unter geblindeten Bedingungen bestimmt. Alle Belastungsuntersuchungen wurden mittels Spiroergometrie durchgeführt (ZAN 600 USB CPX, h/p/cosmos quasar, Oberthulba, Germany). Jeder Teilnehmer führte den Test nach seinem Leistungsvermögen durch, entweder startete er bei 10 Watt mit einer Steigerung der Belastungsstufe um 10 Watt alle 2 min oder er begann mit 25 Watt mit einer Steigerung um 25 Watt alle 2 min. Die Ergometrieprotokolle am Beginn und am Ende der EMS-Trainingsphase waren intraindividuell identisch. Die Probanden wurden angehalten, ein Gasaustauschniveau von > 1,0 zu erreichen. Die Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle (VO2AT) und die maximale Sauerstoffaufnahme (peakVO2) wurden anhand der V-slope-Methode bestimmt. Als Abbruchkriterien galten: Atemnot, muskuläre Erschöpfung, schwere Rhythmusstörungen, RR-Dysregulationen und Schwindel. Alle spiroergometrischen Untersuchungen wurden nach Standards der European Association for Cardiovascular Prevention and Rehabilitation durchgeführt [15].
Statistische Auswertung Die statistische Auswertung erfolgte mittels SPSS-Statistikprogramm für Windows, V 18.0 (SPSS Inc., USA). Die Datenanalyse erfolgte anonymisiert in einem unabhängigen externen Institut für Statistik. Als Signifikanzschwelle wurde p < 0,05 angenommen. Aufgrund der Gruppengröße wurde zur Bestimmung der Normalverteilung der Shapiro-Wilk-Test angewendet. Zum Vergleich von unabhängigen normalverteilten Stichproben wurde der gepaarte t-Test, für nicht normal verteilte Stichproben der Mann-Whitney-U-Test, verwendet. Die Korrelation von nicht normal verteilten Stichproben wurde mittels Spearman-Rho-Test bestimmt.
Ergebnisse
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Biometrische Daten, Blutdruck und Herzfrequenz ▶ Tab. 1, 2 Die Basisdaten aller ausgewerteten Patienten sind in ●
Studienprotokoll Alle Untersuchungen erfolgten unmittelbar vor Beginn und innerhalb einer Woche nach Beendigung der Trainingsphase. Körpergröße und Gewicht wurden mittels Impedanzwaage gemessen (TANITA, body compositione analyzer, TBF-410 MA, Japan). Hieraus wurde der body mass index (BMI) sowie die Körperoberfläche (BSA) errechnet. Die QoL wurde mittels eines SF36-Fragebogens vor und nach der EMS-Therapie erhoben. Es handelt sich hierbei um einen Selbstbeurteilungsfragebogen, der eine subjektive Beurteilung des Gesundheitszustandes zulässt, wobei in 36 Fragen 8 Dimensionen
zusammengefasst. In der limEMS-Gruppe hatten 2 Patienten die Therapie aus nicht EMS assoziierten Gründen nicht begonnen, sodass deren Daten nicht mit in die Analyse einbezogen wurden. Keiner der Patienten hatte eine Pause > 6 Tage zwischen 2 Trainingseinheiten, alle ausgewerteten Patienten schlossen 20 Trainingseinheiten innerhalb von 10 Wochen ab.
Belastungstoleranz Nach 10 Wochen exEMS-Training konnten wir einen signifikanten Anstieg der VO2AT um 29,6 % von 14,2 ± 3,8 auf 18,4 ± 5,3 ml/ kg/min (p < 0,001) beobachten. In der limEMS-Gruppe wurde ein
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Anstieg von 13,7 ± 2,9 auf 16,1 ± 3,7 ml/kg/min, + 17,5 % (p < 0,001) ▶ Tab. 2). gemessen (● Die peakVO2 stieg von 18,5 ± 4,6 auf 22,8 ± 7,2 ml/kg/min ( + 23,2 %) in der exEMS-Gruppe (p = 0,001) und erhöhte sich in ▶ Tab. 2). Die Maximalder limEMS-Gruppe um 9,2 %, p = 0,046 (● Tab. 1 Ursache der Herzinsuffizienz und medikamentöse Therapie in der exEMS- und limEMS-Gruppe. exEMS (n = 18 –
limEMS (n = 13 –
weiblich n = 7)
weiblich n = 3)
12 (67 %) 6 (33 %)
9 (69 %) 4 (31 %)
16 (89 %) 4 (22 %) 14 (77 %) 14 (77 %) 2 (11 %) 3 (17 %)
12 (92 %) 4 (31 %) 9 (69 %) 11 (85 %) 1 (8 %) 4 (31 %)
Echokardiografische Daten Die Erhöhung der LVEF war in der exEMS-Gruppe signifikant (von 36,9 ± 8,6 auf 42,4 ± 9,1 ( + 14,7 %, p = 0,003), während die EF in der limEMS-Gruppe um 6,9 % (p = 0,18) anstieg. Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen war signifikant (p = 0,009). Die morphologischen Charakteristika des LV (enddiastolischer Diameter, Wanddicken, linksventrikuläre Masse) änderten sich ▶ Tab. 2). in keiner der Gruppen signifikant (●
Quality of Life Die im SF-36-Fragebogen ermittelte gesundheitsbezogene Lebensqualität ergab eine Verbesserung der QoL in allen Dimensionen. In den Kriterien körperliche Funktionsfähigkeit (54,09 ± 29,9 auf 75,45 ± 15,6, p = 0,048) und emotionale Rollen-
KHK = koronare Herzerkrankung
Tab. 2 Basisdaten sowie Daten der Spiroergometrie, Echokardiografie und Quality of Life vor und nach exEMS- bzw. limEMS-Training. CHF (n = 18) – exEMS vorher
nachher
p-Wert
CHF (n = 13) – limEMS Verände-
vorher
nachher
p-Wert
rung [ %] mean ± SD Basisdaten body surface area (BSA) [m2] body mass index (BMI) [kg/m2] HF in Ruhe [b/min] SBP [mmHg] DBP [mmHg] Spiroergometrie Watt AT [Watt] Watt max [Watt] VO2 AT [ml/kg/KG/min] Peak VO2 [ml/kg/KG/min] Echokardiografie LV EDD [mm] LV EDDi [mm/m2] LV IVS ED [mm] LV PW ED [mm] LV mass index [g/m2] LVEF [ %] Quality of Life (SF36) körperliche Funktion körperliche Rollenfunktion körperliche Schmerzen allg. Gesundheitswahrnehmung Vitalität soziale Funktionsfähigheit emotionale Rollenfunktion psychisches Wohlbefinden Gesundheitsveränderung SKS SPS
mean ± SD
Veränderung [ %]
mean ± SD
mean ± SD
2,06 ± 0,26
2,06 ± 0,23
0,588
–
2,07 ± 0,20
2,06 ± 0,19
0,393
–
29,31 ± 7,14
28,53 ± 6,29
0,576
− 2,7
28,13 ± 3,95
27,87 ± 3,61
0,264
− 0,9
77,07 ± 11,0 129,94 ± 14,74 72,46 ± 9,72
84,69 ± 12,43 129,06 ± 12,88 74,72 ± 11,44
< 0,01 0,963 0,132
+ 9,9 − 0,7 + 3,1
71,62 ± 6,04 132,88 ± 13,63 79,33 ± 6,671
79,07 ± 7,31 134,19 ± 10,64 81,31 ± 3,94
< 0,05 0,578 0,191
+ 10,4 + 1,0 + 2,5
94,9 ± 37,6 121,94 ± 48,2 14,2 ± 3,8 18,5 ± 4,6
100,2 ± 36,7 128,6 ± 48,0 18,4 ± 5,3 22,8 ± 7,2
0,32 0,349 < 0,001 0,001
+ 5,6 + 5,5 + 29,6 + 23,2
86,0 ± 29,1 139,5 ± 47,7 13,7 ± 2,9 19,6 ± 4,1
109,6 ± 27,8 160,5 ± 47,9 16,1 ± 3,7 21,4 ± 5,1
0,003 0,139 < 0,001 0,046
+ 27,5 + 15,1 + 17,5 + 9,2
60,61 ± 12,3 29,74 ± 6,7 10,50 ± 1,8 10,56 ± 2,1 147,67 ± 46,4 36,94 ± 8,6
57,89 ± 9,9 28,48 ± 5,8 10,56 ± 1,8 10,67 ± 2,0 136,8 ± 36,4 42,36 ± 9,1
0,116 0,184 0,905 0,805 0,139 0,003
− 4,5 − 4,2 + 0,6 − 1,0 − 7,4 + 14,7
58,31 ± 5,5 28,31 ± 3,1 11,4 ± 1,8 11,08 ± 1,4 149,15 ± 27,6 37,69 ± 3,6
58,31 ± 4,9 28,4 ± 3,0 10,46 ± 1,0 10,85 ± 1,57 139,2 ± 22,8 40,31 ± 5,9
0,615 0,953 0,46 0,621 0,163 0,18
0 + 0,4 − 8,3 − 2,1 − 6,7 + 6,9
54,09 ± 29,9 31,81 ± 38,9 73,81 ± 28,10 47,5 ± 26,4
75,45 ± 15,6 47,72 ± 36,1 91,27 ± 15,6 53,4 ± 26,0
0,048 0,33 0,09 0,61
+ 39,5 + 50,0 + 23,65 + 12,47
66,43 ± 21,5 21,43 ± 36,6 74,28 ± 28,8 54,83 ± 11,8
68,12 ± 26,6 53,12 ± 38,8 81,37 ± 26,2 54,71 ± 13,5
0,89 0,13 0,63 0,61
+ 2,55 + 147,92 + 9,54 − 0,22
48,79 ± 22,57 62,5 ± 27,4 63,63 ± 45,8 66,18 ± 26,2 2,89 ± 1,4 37,93 ± 10,2 46,55 ± 13,7
62,72 ± 19,7 80,68 ± 16,2 93,93 ± 20,1 78,18 ± 14,7 1,9 ± 1,3 42,67 ± 7,4 53,79 ± 6,9
0,14 0,07 0,048 0,20 0,12 0,24 0,15
+ 28,57 + 29,09 + 47,62 18,13 − 34,25 + 12,5 + 15,55
37,50 ± 6,9 75,0 ± 19,1 71,42 ± 40,5 58,67 ± 19,2 2,86 ± 0,9 41,04 ± 10,1 44,87 ± 7,1
52,86 ± 12,5 82,81 ± 13,3 85,71 ± 37,8 68,0 ± 14,2 1,87 ± 1,0 43,1 ± 12,5 50,0 ± 5,8
0,02 0,37 0,51 0,34 0,67 0,75 0,18
+ 40,95 + 10,42 + 20,0 + 15,91 − 34,38 + 5,02 + 11,46
mean = Mittelwert; SD = Standardabweichung; HF = Herzfrequenz; SBD = systolischer Blutdruck; DBD = diastolischer Blutdruck; VO2 AT = Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle; VO2max = Sauerstoffaufnahme unter maximaler Belastung; LV EDD = linksventrikulärer enddiastolischer Diameter; LV EDDi = linksventrikulärer enddiastolischer Diameter Index; LV IVS ED Interventrikularseptum enddiastolisch; LV PW ED = linksventrikuläre Wanddicke enddiastolisch; LV EF = linksventrikuläre Ejektionsfraktion; SKS = standardisierte körperliche Summenskala (SF36); SPS = standardisierte psychische Summenskala (SF-36)
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ischämische KHK dilatative Kardiomyopathie Medikation ß-blocker AT1 – Blocker ACE Hemmer Diuretika Digoxin Ca Kanal Blocker
leistung (Wattmax) verbesserte sich in der exEMS-Gruppe um + 5,5 %, (p = 0,349), in der limEMS-Gruppe betrug der Anstieg 15,1 % (p = 0,139). Die Leistung an der anaeroben Schwelle (Watt AT) stieg in der exEMS-Gruppe um + 5,6 % (p = 0,32) und in der limEMS-Gruppe um + 27,5 % (p = 0,003).
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Diskussion
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Körperliche Aktivität hat eine zunehmende Bedeutung in der Behandlung der chronischen Herzinsuffizienz erlangt. Das regelmäßige körperliche Training ist heute, neben der pharmakologischen Behandlung und der Resynchronisationstherapie komplementäre Standardtherapie der stabilen CHF (level of evidence IA) [16]. Im Wesentlichen existieren hierzu Untersuchungen nach Einleitung einer regelmäßigen Ausdauerbelastung. Zahlreiche Studien beschreiben die Bedeutung dynamischer Trainingsformen bei der Behandlung der CHF [17, 18]. Hambrecht et al. konnten eindrucksvoll zeigen, dass 20 min Laufbandtraining pro Tag auf einem Niveau von 70 % der peakVO2 zu einer geringen, aber signifikanten Verkleinerung des linksventrikulären enddiastolischen Diameters, einer Verbesserung der körperlichen Belastbarkeit und einer Erhöhung des linksventrikulären Schlagvolumens führte [17]. Mit der vorliegenden Untersuchung konnte gezeigt werden, dass auch ein Muskeltraining durch EMS deutlich positive Einflüsse auf verschiedene, herzinsuffizienzbedingte Einschränkungen hat. EMS-Training, das auf die Stimulation der Gesäß- und Oberschenkelmuskulatur limitiert ist, hat bei Patienten mit CHF einen positiven Effekt auf die Sauerstoffaufnahme [6]. Barnerjee berichtete in einer kleinen Studie mit 10 Patienten über eine Erhöhung der peakVO2 um 9 % nach einem 8-wöchigen Training an 5 Tagen je Woche. Die Ergebnisse unserer Studie unterstreichen die positiven Effekte eines EMS-Trainings bei CHF-Patienten. Der Umfang der Erhöhung von VO2AT in beiden Gruppen (exEMS und limEMS) war erheblich, sodass in unserer Studie beide Stimulationsstrategien zur Verbesserung der Sauerstoffaufnahme führten.
Quality of Life Viele chronische Erkrankungen haben einen negativen Einfluss auf die Lebensqualität. Es ist bekannt, dass Rehabilitationsprogramme mit entsprechender körperlicher Aktivität zu einer Verbesserung des psychischen und körperlichen Befindens führen [11]. Auch der Einsatz von Krafttraining hatte in verschiedenen Studien einen teilweise eindrucksvollen Effekt auf das körperliche Befinden. Die EMS Therapie führt ebenfalls zu einer isometrischen Belastung der Muskulatur. Die Erkenntnisse dieser Studie belegen den korrespondierenden positiven Effekt auf die QoL. Nach einer Beobachtung über 10 Wochen ist es sowohl in der exEMS-Gruppe als auch in der limEMS-Gruppe zu einer Steigerung in allen Bereichen der Lebensqualität gekommen. In beiden Gruppen kam es in jeweils einem Bereich des psychischen Befindens zu einer signifikanten Verbesserung. In der exEMS-Gruppe war zudem 1 Teilbereich (körperliche Funktionsfähigkeit) signifikant verbessert. Möglicherweise ist dieses auf die zusätzliche Stimulation der Oberkörper- und Rumpfmuskulatur zurückzuführen, was zu einer optimierten Haltung beitragen könnte.
Belastungstoleranz Kontrollierte Studien belegten, dass die Einleitung eines regelmäßigen Ausdauertrainings zu einer Verbesserung der Belastbarkeit um bis zu 20 % führen kann. Das entspricht einer Zunahme der Sauerstoffaufnahme um durchschnittlich 2–3 ml/kg KG/ min. Eine Steigerung um dieses Ausmaß erscheint auf den ersten Blick wenig bedeutsam, allerdings kann diese im Alltag zu einer erheblichen Verbesserung der Lebensqualität führen. Auch wir konnten nach EMS-Therapie einen bedeutsamen und signifikanten Anstieg der VO2AT demonstrieren. Dabei war der Effekt in der exEMS-Gruppe mit einer prozentualen Steigerung von 29,6 % deutlicher ausgeprägt als in der limEMS-Gruppe (17,5 %). Die Betrachtung der Steigerungsraten legt die Annahme einer Dosis-Wirkungs-Beziehung nach dem Prinzip „je mehr Muskulatur stimuliert wurde, desto intensiver ist der Anstieg der Sauerstoffaufnahme“ nahe. Allerdings erreicht der Unterschied exEMS zu limEMS keine statistische Signifikanz. Weitere Untersuchungen dieser Beobachtungen sind nötig, um die Rolle der stimulierten Muskelmasse auf die Belastungsparameter zu objektivieren.
Linksventrikuläre Funktion und Dimension In der vorliegenden Studie kam es in der exEMS-Gruppe zu einer signifikanten Verbesserung der EF von 36,9 % auf 42,4 %. In der limEMS-Gruppe konnte ebenfalls eine Erhöhung der LVEF nachgewiesen werden, allerdings war hierbei der Unterschied nicht signifikant. Ähnliche Effekte auf die Auswurfleistung des linken Ventrikels nach Einleitung eines körperlichen Ausdauertrainings konnten, allerdings teilweise nach einem längeren Beobachtungszeitraum, auch in anderen Studien gezeigt werden [18]. Der in unserer Studie zu beobachtende Effekt der verbesserten EF könnte durch einen optimierten Muskelmetabolismus, eine Erhöhung der Kapillarisierungsdichte gefolgt von einer Absenkung des systemischen Widerstandes, einer Absenkung der sympathischen Stimulation und verminderter Vasokonstriktion erklärt werden. Dieses sollte im Rahmen von zukünftigen Studien auch durch die Entnahme von Muskelbiopsien nach erfolgter EMS-Therapie weiter untersucht werden. Auch die kürzlich durch Gielen et al. beschriebene Senkung der Proteasen-Aktivität in Muskelbiopsien von CHF-Patienten nach Ausdauertraining könnte dann weitere interessante Mechanismen der EMS-Therapie offenlegen [2]. Signifikante Änderungen der linksventrikulären Diameter wurden im Gegensatz zu Hambrechts et al. Studien nicht nachgewiesen [17]. Eine mögliche Ursache hierfür mag in dem im Vergleich zur Hambrechtstudie kürzeren Beobachtungszeitraum liegen (6 Monate vs. 10 Wochen). Unsere Daten sind vergleichbar mit den Ergebnissen von Haykowsky et al., in der nach 4 Monaten Ausdauertraining eine signifikante Erhöhung der peakVO2, nicht aber eine Abnahme der linksventrikulären Volumina nachgewiesen werden konnte [19]. Der in unserer Studie unveränderte LVEDD und die gleichbleibende linksventrikuläre Masse bei gleichzeitiger Zunahme der EF weisen darauf hin, dass die morphologische Adaption des Herzens sich offenbar erst nach einer längeren Periode eines verbesserten funktionellen Status einstellt. Diese Vermutung wird durch Ergebnisse aus der Leipziger Arbeitsgruppe unterstrichen, wonach die Verkleinerung des LVEDV und der LV-Masse zeitlich deutlich nach der zellulären und molekularen Erholung des Skelett- und des Herzmuskels auftraten [17]. Dass ein solcher Remodeling-Prozess ein Zeitraum von 6 Monaten oder
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funktion (63,63 ± 45,8 auf 93,93 ± 20,1 p = 0,048) zeigten sich signifikante Verbesserungen in der exEMS-Gruppe. In der limEMSGruppe zeigte sich eine signifikante Verbesserung im Bereich Vitalität (37,5 ± 6,9 auf 52,9 ± 12,5, p = 0,02). Die körperlichen (SKS) und psychischen Summenscores (SPS) zeigten ebenfalls ▶ Tab. 2). eine Verbesserung, jedoch ohne Signifikanz (●
länger in Anspruch nimmt, zeigte sich auch in Untersuchungen bei CHF-Patienten, die einer Resynchronisationstherapie zugeführt wurden [20]. Auch die linksventrikuläre Wanddicke blieb bei den in dieser Studie untersuchten Patienten unverändert, wobei zu beachten ist, dass in beiden Gruppen auch vor der Einleitung der EMSTherapie Normwerte vorlagen. Nach Analyse der vorliegenden Studie kann zu den EMS-Effekten nach einem Zeitraum von länger als 10 Wochen keine Aussage gemacht werden. Da die Studie nicht unter randomisierten kontrollierten Bedingungen durchgeführt wurde, kann auch ein selection bias nicht sicher ausgeschlossen werden. Zudem sind Patienten mit Schrittmachern oder implantierten Defibrillatoren angesichts der Ausschlusskriterien nicht in die Studie mit eingeschlossen worden, was weiterführende Untersuchungen nötig macht.
Kernbotschaft EMS stellt ein effektives Trainingskonzept für Patienten mit CHF dar. Insbesondere in der Mobilität eingeschränkte Patienten könnten hierdurch von einer Erhaltung der muskulären Strukturen profitieren. Es konnten in der vorgelegten Untersuchung signifikante Erhöhungen der Sauerstoffaufnahme und der EF nachgewiesen werden. Die Auswirkungen scheinen bei Patienten, die mit exEMS trainierten, höher zu sein als bei Patienten, die sich einem limEMS-Training unterzogen. Erstmals konnte gezeigt werden, dass sich auch die QoL nach EMS verbessert. Dieses gilt für alle Teilbereiche des SF-36-Fragebogens. Aufgrund der positiven Ergebnisse des EMS-Trainings ist es angezeigt, mögliche Interaktionen der EMS mit Implantaten zur Resynchronisation bzw. Defibrillation im Rahmen von kontrollierten randomisierten Studien zu untersuchen, da viele CHF-Patienten mit entsprechenden Systemen versorgt sind. Vor diesem Hintergrund betrachten wir EMS als sinnvoll und hilfreich, CHF-Patienten vor einer Progression muskulärer Atrophie zu bewahren und somit den Circulus vitiosus der chronischen Herzinsuffizienz zu durchbrechen.
Interessenkonflikt: Keiner der Autoren hat einen Interessenkonflikt zu erklären. Literatur 1 Piepoli MF, Conraads V, Corrà U et al. Exercise training in heart failure: from theory to practice. A consensus document of the Heart Failure Association and the European Association for Cardiovascular Prevention and Rehabilitation. Eur J Heart Fail 2011; 13: 347–357 2 Gielen S, Sandri M, Kozarez I et al. Exercise training attenuates MuRF-1 expression in the skeletal muscle of patients with chronic heart failure independent of age. Circulation 2012; 125: 2716–2727
3 Piepoli MF, Corrà U, Agostoni PG et al. Recommendations for performance and interpretation part II: How to perform cardiopulmonary exercise testing in chronic heart failure. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2006; 13: 300–311 4 Gerovasili V, Tripodaki E, Karartzanos E et al. Short-term systemic effect of electrical muscle stimulation in critically ill patients. Chest 2009; 136: 1249–1256 5 Banerjee P, Caulfield B, Crowe L et al. Prolonged electrical muscle stimulation exercise improves strength and aerobic capacity in healthy sedentary adults. J Appl Physiol 2005; 99: 2307–2311 6 Banerjee P, Caulfield B, Crowe L et al. Prolonged electrical muscle stimulation exercise improves strength, peak VO2, and exercise capacity in patients with stable chronic heart failure. J Card Fail 2009; 15: 319–326 7 Fritzsche D, Fruend A, Schenk S et al. Elektromyostimulation (EMS) bei kardiologischen Patienten. Wird das EMS-Training bedeutsam für die Sekundärprävention? Herz 2010; 35: 34–40 8 Dobsák P, Nováková M, Siegelová J et al. Low-frequency electrical stimulation increases muscle strength and improves blood supply in patients with chronic heart failure. Circ J 2006; 70: 75–82 9 Deley G, Kervio G, Verges B et al. Comparison of low-frequency electrical myostimulation and conventional aerobic exercise training in patients with chronic heart failure. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2005; 12: 226–233 10 Dobsák P, Nováková M, Fiser B et al. Electrical stimulation of skeletal muscles. An alternative to aerobic exercise training in patients with chronic heart failure? Int Heart J 2006; 47: 441–453 11 Duarte Freitas P, Haida A, Bousquet M. Short-term impact of a 4-week intensive cardiac rehabilitation program on quality of life and anxietydepression. Ann Phys Rehabil Med 2011; 54: 132–143 12 van Buuren F, Mellwig KP, Prinz C et al. Electrical myostimulation improves left ventricular function and peak oxygen consumption in patients with chronic heart failure. Clin Res Cardiol 2013; 102: 523–534 13 Muschalla B, Glatz J, Karger G. Kardiologische Rehabilitation mit strukturierter Schulung bei Herzinsuffizienz – Akzeptanz bei Patienten und Veränderungen in Krankheitswissen und Wohlbefinden. Rehabilitation 2011; 50: 103–110 14 Cheitlin MD, Armstrong WF, Aurigemma GP et al. ACC/AHA/ASE 2003 guideline update for the clinical application of echocardiography: summary article. Circulation 2003; 108: 1146–1162 15 Mezzani A, Agostoni P, Cohen-Solal A et al. Standards for the use of cardiopulmonary exercise testing for the functional evaluation of cardiac patients. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2009; 16: 249–267 16 Dickstein K, Cohen-Solal A, Filippatos G et al. ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure 2008. Eur Heart J 2008; 29: 2388–2442 17 Hambrecht R, Gielen S, Linke A et al. Effects of exercise training on left ventricular function and peripheral resistance in patients with chronic heart failure: A randomized trial. JAMA 2000; 283: 3095–3101 18 Gielen S, Adams V, Möbius-Winkler S et al. Anti-inflammatory effects of exercise training in the skeletal muscle of patients with chronic heart failure. J Am Coll Cardiol 2003; 42: 861–868 19 Haykowsky MJ, Brubaker PH, Stewart KP et al. Effect of endurance training on the determinants of peak exercise oxygen consumption in elderly patients with stable compensated heart failure and preserved ejection fraction. J Am Coll Cardiol 2012; 60: 120–128 20 van Bommel RJ, Gorcsan J, Chung ES et al. Effects of cardiac resynchronisation therapy in patients with heart failure having a narrow QRS Complex enrolled in PROSPECT. Heart 2010; 96: 1107–1113
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326 Originalarbeit
Elektromyostimulation: Verbesserung von Lebensqualität, Sauerstoffaufnahme und linksventrikulärer Funktion bei chronischer Herzinsuffizienz Electrical Myostimulation: Improvement of Quality of Life, Oxygen Uptake and Left Ventricular Function in Chronic Heart Failure
Institute
Schlüsselwörter ▶ körperliches Training ● ▶ chronische Herzinsuffizienz ● ▶ kardiale Rehabilitation ● ▶ Elektromyostimulation ● ▶ Lebensqualität ● Key words ▶ physical training ● ▶ chronic heart failure ● ▶ cardiac rehabilitation ● ▶ extended electromyostimu● lation training ▶ quality of life ●
Bibliografie DOI http://dx.doi.org/ 10.1055/s-0033-1358734 Online-Publikation: 20.12.2013 Rehabilitation 2014; 53: 321–326 © Georg Thieme Verlag KG Stuttgart · New York ISSN 0034-3536 Korrespondenzadresse Dr. Frank van Buuren Klinik für Kardiologie Herz- und Diabeteszentrum NRW Ruhr Universität Bochum Georgstraße 11 32545 Bad Oeynhausen [email protected]
F. van Buuren1, K. P. Mellwig1, A. Fründ1, N. Bogunovic1, O. Oldenburg1, T. Kottmann1, O. Wagner2, J. B. Dahm3, D. Horstkotte1, D. Fritzsche4 1
Klinik für Kardiologie, Herz- und Diabeteszentrum NRW, Ruhr Universität Bochum, Bad Oeynhausen Institut für angewandte Telemedizin (IFAT), Herz und Diabetes Zentrum NRW, Ruhr Universität Bochum, Bad Oeynhausen 3 Klinik für Kardiologie und Angiologie, Krankenhaus Neu Bethlehem, Göttingen 4 Klinik für Herzchirurgie, SANA Herzzentrum Cottbus 2
Zusammenfassung
Abstract
Ziel der Studie: Regelmäßige körperliche Aktivität hat sich als Therapieoption für Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz (CHF) erwiesen. Neben dem dynamischen Training zeigte auch eine Elektromyostimulation (EMS) der Skelettmuskulatur positive Einflüsse auf die Belastbarkeit von CHF-Patienten. Die EMS-Therapie erfolgte mit einem System, das entweder simultan 8 große Muskelareale elektrisch stimulierte (exEMS) oder nur die Gesäß- und Oberschenkelmuskulatur (limEMS). Methodik: Es wurden stabile Patienten (NYHA II–III) mit chronischer Herzinsuffizienz für ein EMS-Trainingsprogramm rekrutiert. Das Training wurde über 10 Wochen, 2-mal wöchentlich für 20 min durchgeführt. 18 Patienten (11 männlich; mittleres Alter 59,8 ± 13,8 Jahre) erhielten exEMS-Training, 13 Patienten (10 männlich, mittleres Alter 63,6 ± 9,3 Jahre) erhielten limEMS-Training. Die Lebensqualität (QoL – Quality of Life) wurde unter Verwendung des SF-36-Fragebogens vor und nach EMS-Therapie ermittelt. Die Auswirkungen auf die körperliche Belastungstoleranz (Sauerstoffaufnahme in der Spiroergometrie), die linksventrikuläre Funktion (EF – Ejektionsfraktion) und die QoL wurden untersucht. Ergebnisse: Die QoL konnte in der exEMSGruppe in den Bereichen körperliche Funktionsfähigkeit (54,09 ± 29,9 auf 75,45 ± 15,6, p = 0,048) und emotionale Rollenfunktion (63,63 ± 45,8 auf 93,93 ± 20,1, p = 0,048) signifikant verbessert werden. In der limEMS-Gruppe zeigte sich eine signifikante Verbesserung im Bereich Vitalität (37,5 ± 6,9 auf 52,8 ± 12,5, p = 0,02). Die Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle konnte signifikant gesteigert werden (exEMS + 29,6 %, p < 0,001; limEMS + 17,5 %, p < 0,001). Die EF stieg in der exEMS-Gruppe von 36,94 ± 8,6 auf 42,36 ± 9,1 % ( + 14,7 %, p = 0,003) (limEMS von 37,69 ± 3,6 auf 40,31 ± 5,9 % [ + 6,9 %, p = 0,18]).
Aim of the study: Regular physical activity has found to be a strategy to increase exercise capacity in patients with chronic heart failure (CHF). Next to endurance training also electromyostimulation (EMS) of thigh and gluteal muscles results in an increased capacity in CHF patients. EMS therapy was either done by stimulating 8 major muscle groups involving also trunk and arm muscles (extended electromyostimulation (exEMS)) in comparison to EMS therapy limited to gluteal and leg muscles (limEMS). Methods: 31 individuals completed the EMS training program. Stable CHF patients (NYHA class II–III) received either exEMS (18 patients, 11 males, mean age 59.8 ± 13.8 years) or limEMS (13 patients, 10 males, 63.6 ± 9.4 years). Training was performed for 10 weeks twice weekly for 20 min, the level of daily activity remained unchanged. Effects on exercise capacity, left ventricular function (EF – ejection fraction) and QoL (quality of life) were evaluated. Results: QoL was found to be improved in all domains of the SF-36 questionnaire. In the exEMS group there was a significant improvement in the domain physical functioning (54.09 ± 29.9 to 75.45 ± 15.6, p = 0.48) and emotional role (63.63 ± 45.8 to 93.93 ± 20.1 p = 0.048). LimEMS group showed significant improvement in the domain vitality (37.5 ± 6.9 to 52.8 ± 12.5, p = 0.02). There was a significant increase of oxygen uptake at aerobic threshold in all groups (exEMS: + 29.6 %, p < 0.001; limEMS + 17.5 %, p < 0.001). EF increased from 36.94 ± 8.6 to 42.36 ± 9.1 % ( + 14.7 %, p = 0.003) in the exEMS group (limEMS 37.7 ± 3.6 to 40.3 ± 5.9 % [ + 6.9 %, p = 0.18]). Conclusion: EMS contributes to an improved quality of life and can improve oxygen uptake and EF in CHF. It may be an alternative therapy in CHF patients who are otherwise unable to undertake conventional forms of exercise training.
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Autoren
Schlussfolgerungen: EMS-Training führt bei CHF-Patienten zu einer Erhöhung der Sauerstoffaufnahme und der EF und zu einer Verbesserung der QoL. Das vorgestellte Konzept könnte eine sinnvolle alternative Trainingsmethode bei CHF-Patienten sein, die ansonsten nicht in der Lage sind, ein konventionelles Training durchzuführen.
Einleitung
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Die chronische Herzinsuffizienz (CHF) ist eine Erkrankung mit hoher Mortalität und deren Inzidenz mit steigendem Alter zunimmt [1]. Die Häufigkeit und die Altersverteilung zeigen, insbesondere vor dem Hintergrund des demografischen Wandels unserer Gesellschaft, dass die Behandlung der CHF einen immer größeren Stellenwert nicht nur aus medizinischer, sondern auch aus ökonomischer Sicht einnehmen wird [1]. In den letzten Jahren führten neue Erkenntnisse zu einer Neubewertung der CHF als Systemerkrankung und nicht als isolierte Erkrankung des Herzens. Es konnte gezeigt werden, dass neben der Einschränkung der linksventrikulären Funktion auch umfangreiche strukturelle und enzymatische Veränderungen der Skelettmuskulatur und neurohumorale und inflammatorische Systemdeviationen wesentlich zu einer Belastungsintoleranz bei CHF-Patienten beitragen [2]. So führt eine reduzierte Ejektionsfraktion (EF) zu einer Störung des muskulären Metabolismus mit konsekutiver Ermüdung des Organs und zum Abbau von Muskelfasern. Dadurch kommt es zu einer Abnahme des vaskulären Tonus, zu einer Reduktion der Kapillarisierungsdichte mit resultierendem Anstieg des systemischen Widerstandes, was wiederum die linksventrikuläre Dysfunktion weiter verstärkt [3]. Die Kombination aus herzinsuffizienzbedingter Inaktivität und dem anhaltendem Muskelkatabolismus verstärkt die Myopathie der Skelettmuskulatur. Hieraus ergibt sich ein Circulus vitiosus der CHF, da sich durch die Einschränkung der linksventrikulären EF des Herzens auch systemische Veränderungen in den Folgeorganen ergeben. Folglich hat das körperliche Training durch die Initiierung des Remodeling-Prozesses von neurohumoralen, immunreaktiven und funktionellen Störungen des Systems eine große Bedeutung zur Durchbrechung dieses Circulus vitiosus [2]. Die möglichst weitgehende Erhaltung von Muskulatur bei CHFPatienten ist somit heute ein weiterer anerkannter therapeutischer Ansatz, um die linksventrikuläre Funktion bei CHF-Patienten zu erhalten [1]. Die Elektromyostimulation (EMS) der Skelettmuskulatur ist eine neue Trainingsmethode, die im Bereich des Fitnesstrainings in den letzten Jahren eine zunehmende Verbreitung erfahren hat. Die Methode basiert auf der elektrischen Stimulation großer Muskelgruppen, ohne dass der Patient bzw. der Trainierende selbst aktive Bewegungen ausführt. Im medizinischen Bereich wurde die EMS-Therapie anfänglich bei kritisch kranken Patienten mit Muskeldystrophie, Skoliose oder Paraplegie angewendet [4]. Bei inaktiven, aber ansonsten gesunden Probanden führte EMS zu einer erstaunlichen Verbesserung der Sauerstoffaufnahme in der Spiroergometrie [5]. Später wurde EMS gelegentlich bei höhergradig eingeschränkten Patienten mit CHF als zusätzliche, ergänzende Therapieform eingesetzt, um einer fortschreitenden Muskelatrophie durch eine kardial bedingte Immobilität entgegenzuwirken. Hierbei konnten für diese Patientengruppe in einzelnen Studien positive, weitgehend altersunabhängige Effekte in Bezug auf Kraft und
Belastbarkeit nachgewiesen werden [6–8]. Andere Autoren konnten nachweisen, dass EMS-Training hinsichtlich einer Steigerung der physischen Kapazität anderen Trainingsformen nicht nachsteht (Laufband, Fahrrad) [9, 10]. Allerdings war die Elektromyostimulation in diesen Studien auf die Gesäß- und Oberschenkelmuskulatur beschränkt. Die Lebensqualität (Quality of Life – QoL) ist bei CHF-Patienten durch verschiedene Faktoren in erheblichem Maße reduziert [11]. Neben der reduzierten Belastbarkeit und der häufig eingeschränkten Mobilität spielen hierbei auch resultierende psychische Probleme eine Rolle. Follow-up-Untersuchungen über ein Jahr wiesen nach, dass durch körperliche Aktivität eine signifikante Verbesserung der QoL erreicht werden kann. Bisher gibt es allerdings keine Studie, die die kurzfristigen Effekte von Sport bei CHF-Patienten und ihre Auswirkungen auf die QoL untersucht hat. Insbesondere die Effekte einer EMS-Therapie sind nach unserem Kenntnisstand nie untersucht worden. Ziel der vorliegenden prospektiven Studie war es, aufbauend auf den Ergebnissen unserer ersten Pilotstudie, die Auswirkungen verschiedener Stimulationsstrategien auf die QoL, körperliche Belastbarkeit und die linksventrikuläre Funktion stabiler Patienten mit CHF zu untersuchen [7, 12].
Methode
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Patienten und Methodik Die hier vorgestellten Daten sind Ergebnisse einer prospektiven Studie an 31 Patienten. Alle Patienten sind in unserer CHF-Ambulanz konsekutiv rekrutiert worden und befanden sich im Stadium II–III nach NYHA-Klassifikation (New York Heart Association). Da in der Literatur bisher nur sehr wenige Daten zur EMSTherapie bei CHF-Patienten vorliegen, war eine Fallzahlabschätzung zur Beantwortung der Fragestellung schwierig. Initial war die Rekrutierung von insgesamt 50 Patienten geplant. Aufgrund der Ergebnisse und der schwierigen Patientenrekrutierung wurde die Studie nach Einschluss von 31 Patienten beendet. 18 Patienten (11 männlich, mittleres Alter 59,8 ± 13,8 Jahre) erhielten exEMS-Training (extensiv: Einbeziehung der Rumpf- und Oberarmmuskulatur), weitere 13 Patienten (10 männlich, mittleres Alter 63,6 ± 9,3 Jahre) limEMS-Training (Stimulation von ausschließlich Gesäß- und Beinmuskulatur). Die Zuordnung zum jeweiligen Trainingsmodus erfolgte unter nicht randomisierten Bedingungen und unter Berücksichtigung einer homogenen Verteilung bezüglich der Herzinsuffizienzursache und des Alters. Die Studie wurde von der Ethikkommission votiert (Nr. 27/2008, Universität Bochum). Alle Patienten willigten schriftlich in das Studienprotokoll ein.
Einschlusskriterien Eingeschlossen wurden stabile CHF-Patienten (NYHA II–III) mit einer eingeschränkten linksventrikulären Ejektionsfraktion (EF 25–45 %). Die Patienten mussten bereit sein, sich über einen Zeitraum von 10 Wochen 2-mal wöchentlich für 20 min einer EMS-Therapie zu unterziehen. Alle Patienten erhielten zum Zeitpunkt des Studienbeginns eine leitliniengerechte medikamentöse Therapie, die sich in den letzten 3 Monaten nicht verändert haben durfte. Keiner der Patienten durfte während der Studiendauer neue körperliche Aktivitäten beginnen. Die Medikation wurde bei allen Patienten
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322 Originalarbeit
Abb. 1 Die Stimulationseinheit für die exEMS (Weste mit Stimulationsmodul für die Beine) (mit freundlicher Genehmigung von MihaBodytech Augsburg).
während der Studiendauer unverändert beibehalten. Dieses wurde von den Studienteilnehmern schriftlich bestätigt.
Ausschlusskriterien Ausgeschlossen waren Myokardinfarkt, Myokarditis oder kardiale Dekompensation innerhalb der letzten 3 Monate, NYHA Klasse IV, EF < 25 %, höhergradige Rhythmusstörungen (Lown IV), hypertrophe obstruktive Kardiomyopathie (HOCM), Schwangerschaft, Niereninsuffizienz (Kreatinin > 1,5 mg/dl), dermatologische Erkrankungen sowie Patienten mit Schrittmachern oder implantierten Defibrillatoren.
EMS-Therapie und Stimulationsprotokoll Die EMS-Therapie erfolgte mit einem Stimulationssystem der ▶ Abb. 1). Das System Firma Miha-Bodytec GmbH, Augsburg (● besteht aus einer Stimulationsweste und separaten Elektroden für die Oberarm-, die Oberschenkel- und die Gesäßmuskulatur. In die Weste sind Elektroden eingebracht, sodass eine synchrone Stimulation großer Muskelareale möglich ist. Bei den Patienten der exEMS-Gruppe wurden synchron folgende Muskelgruppen stimuliert: Arm, oberer Rücken, unterer Rücken, lateraler Thorax, Brust, Bauch, Gesäß, Oberschenkel. In der limEMS-Gruppe beschränkte sich die Stimulation auf die Oberschenkel- und Gesäßmuskulatur. Die Stimulation erfolgte über 10 Wochen 2-mal wöchentlich für 20 min, wobei pro Trainingszyklus 4 s Stimulation von 4 s Pause gefolgt waren. Die Frequenz betrug 80 Hz, die Impulsbreite 350 μs. Die Amplitude wurde vom Patienten selbst geregelt, nachdem er aufgefordert wurde, eine möglichst suffiziente Kontraktur der Muskulatur anzustreben, die unterhalb der Schmerzschwelle lag. Alle EMS-Applikationen wurden durch geschulte Physiotherapeuten oder Kardiologen in der Klinik durchgeführt.
der subjektiven körperlichen, sozialen und psychischen Gesundheit erfasst werden [13]. Jeder Patient erhielt ein 12-Kanal-EKG. Eine transthorakale Echokardiografie wurde nach den ASE-Richtlinien mittels eines GE Vingmed Seven durchgeführt [14]. Der linksventrikuläre enddiastolische Index (LVEDDi) wurde unter Zuhilfenahme der BSA errechnet. Ferner wurden mittels Mmode die linksventrikuläre enddiastolische Wanddicke (PW ED), die Septumdicke (IVS ED) sowie die Größen der Herzhöhlen bestimmt. Die linksventrikulären Funktionsparameter wurden nach Simpson-Kriterien im 2- und 4-Kammerblick bestimmt. Die Endokardgrenzen wurden offline durch 2 unabhängige geprüfte Echokardiographeure unter geblindeten Bedingungen bestimmt. Alle Belastungsuntersuchungen wurden mittels Spiroergometrie durchgeführt (ZAN 600 USB CPX, h/p/cosmos quasar, Oberthulba, Germany). Jeder Teilnehmer führte den Test nach seinem Leistungsvermögen durch, entweder startete er bei 10 Watt mit einer Steigerung der Belastungsstufe um 10 Watt alle 2 min oder er begann mit 25 Watt mit einer Steigerung um 25 Watt alle 2 min. Die Ergometrieprotokolle am Beginn und am Ende der EMS-Trainingsphase waren intraindividuell identisch. Die Probanden wurden angehalten, ein Gasaustauschniveau von > 1,0 zu erreichen. Die Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle (VO2AT) und die maximale Sauerstoffaufnahme (peakVO2) wurden anhand der V-slope-Methode bestimmt. Als Abbruchkriterien galten: Atemnot, muskuläre Erschöpfung, schwere Rhythmusstörungen, RR-Dysregulationen und Schwindel. Alle spiroergometrischen Untersuchungen wurden nach Standards der European Association for Cardiovascular Prevention and Rehabilitation durchgeführt [15].
Statistische Auswertung Die statistische Auswertung erfolgte mittels SPSS-Statistikprogramm für Windows, V 18.0 (SPSS Inc., USA). Die Datenanalyse erfolgte anonymisiert in einem unabhängigen externen Institut für Statistik. Als Signifikanzschwelle wurde p < 0,05 angenommen. Aufgrund der Gruppengröße wurde zur Bestimmung der Normalverteilung der Shapiro-Wilk-Test angewendet. Zum Vergleich von unabhängigen normalverteilten Stichproben wurde der gepaarte t-Test, für nicht normal verteilte Stichproben der Mann-Whitney-U-Test, verwendet. Die Korrelation von nicht normal verteilten Stichproben wurde mittels Spearman-Rho-Test bestimmt.
Ergebnisse
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Biometrische Daten, Blutdruck und Herzfrequenz ▶ Tab. 1, 2 Die Basisdaten aller ausgewerteten Patienten sind in ●
Studienprotokoll Alle Untersuchungen erfolgten unmittelbar vor Beginn und innerhalb einer Woche nach Beendigung der Trainingsphase. Körpergröße und Gewicht wurden mittels Impedanzwaage gemessen (TANITA, body compositione analyzer, TBF-410 MA, Japan). Hieraus wurde der body mass index (BMI) sowie die Körperoberfläche (BSA) errechnet. Die QoL wurde mittels eines SF36-Fragebogens vor und nach der EMS-Therapie erhoben. Es handelt sich hierbei um einen Selbstbeurteilungsfragebogen, der eine subjektive Beurteilung des Gesundheitszustandes zulässt, wobei in 36 Fragen 8 Dimensionen
zusammengefasst. In der limEMS-Gruppe hatten 2 Patienten die Therapie aus nicht EMS assoziierten Gründen nicht begonnen, sodass deren Daten nicht mit in die Analyse einbezogen wurden. Keiner der Patienten hatte eine Pause > 6 Tage zwischen 2 Trainingseinheiten, alle ausgewerteten Patienten schlossen 20 Trainingseinheiten innerhalb von 10 Wochen ab.
Belastungstoleranz Nach 10 Wochen exEMS-Training konnten wir einen signifikanten Anstieg der VO2AT um 29,6 % von 14,2 ± 3,8 auf 18,4 ± 5,3 ml/ kg/min (p < 0,001) beobachten. In der limEMS-Gruppe wurde ein
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Originalarbeit 323
324 Originalarbeit
Anstieg von 13,7 ± 2,9 auf 16,1 ± 3,7 ml/kg/min, + 17,5 % (p < 0,001) ▶ Tab. 2). gemessen (● Die peakVO2 stieg von 18,5 ± 4,6 auf 22,8 ± 7,2 ml/kg/min ( + 23,2 %) in der exEMS-Gruppe (p = 0,001) und erhöhte sich in ▶ Tab. 2). Die Maximalder limEMS-Gruppe um 9,2 %, p = 0,046 (● Tab. 1 Ursache der Herzinsuffizienz und medikamentöse Therapie in der exEMS- und limEMS-Gruppe. exEMS (n = 18 –
limEMS (n = 13 –
weiblich n = 7)
weiblich n = 3)
12 (67 %) 6 (33 %)
9 (69 %) 4 (31 %)
16 (89 %) 4 (22 %) 14 (77 %) 14 (77 %) 2 (11 %) 3 (17 %)
12 (92 %) 4 (31 %) 9 (69 %) 11 (85 %) 1 (8 %) 4 (31 %)
Echokardiografische Daten Die Erhöhung der LVEF war in der exEMS-Gruppe signifikant (von 36,9 ± 8,6 auf 42,4 ± 9,1 ( + 14,7 %, p = 0,003), während die EF in der limEMS-Gruppe um 6,9 % (p = 0,18) anstieg. Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen war signifikant (p = 0,009). Die morphologischen Charakteristika des LV (enddiastolischer Diameter, Wanddicken, linksventrikuläre Masse) änderten sich ▶ Tab. 2). in keiner der Gruppen signifikant (●
Quality of Life Die im SF-36-Fragebogen ermittelte gesundheitsbezogene Lebensqualität ergab eine Verbesserung der QoL in allen Dimensionen. In den Kriterien körperliche Funktionsfähigkeit (54,09 ± 29,9 auf 75,45 ± 15,6, p = 0,048) und emotionale Rollen-
KHK = koronare Herzerkrankung
Tab. 2 Basisdaten sowie Daten der Spiroergometrie, Echokardiografie und Quality of Life vor und nach exEMS- bzw. limEMS-Training. CHF (n = 18) – exEMS vorher
nachher
p-Wert
CHF (n = 13) – limEMS Verände-
vorher
nachher
p-Wert
rung [ %] mean ± SD Basisdaten body surface area (BSA) [m2] body mass index (BMI) [kg/m2] HF in Ruhe [b/min] SBP [mmHg] DBP [mmHg] Spiroergometrie Watt AT [Watt] Watt max [Watt] VO2 AT [ml/kg/KG/min] Peak VO2 [ml/kg/KG/min] Echokardiografie LV EDD [mm] LV EDDi [mm/m2] LV IVS ED [mm] LV PW ED [mm] LV mass index [g/m2] LVEF [ %] Quality of Life (SF36) körperliche Funktion körperliche Rollenfunktion körperliche Schmerzen allg. Gesundheitswahrnehmung Vitalität soziale Funktionsfähigheit emotionale Rollenfunktion psychisches Wohlbefinden Gesundheitsveränderung SKS SPS
mean ± SD
Veränderung [ %]
mean ± SD
mean ± SD
2,06 ± 0,26
2,06 ± 0,23
0,588
–
2,07 ± 0,20
2,06 ± 0,19
0,393
–
29,31 ± 7,14
28,53 ± 6,29
0,576
− 2,7
28,13 ± 3,95
27,87 ± 3,61
0,264
− 0,9
77,07 ± 11,0 129,94 ± 14,74 72,46 ± 9,72
84,69 ± 12,43 129,06 ± 12,88 74,72 ± 11,44
< 0,01 0,963 0,132
+ 9,9 − 0,7 + 3,1
71,62 ± 6,04 132,88 ± 13,63 79,33 ± 6,671
79,07 ± 7,31 134,19 ± 10,64 81,31 ± 3,94
< 0,05 0,578 0,191
+ 10,4 + 1,0 + 2,5
94,9 ± 37,6 121,94 ± 48,2 14,2 ± 3,8 18,5 ± 4,6
100,2 ± 36,7 128,6 ± 48,0 18,4 ± 5,3 22,8 ± 7,2
0,32 0,349 < 0,001 0,001
+ 5,6 + 5,5 + 29,6 + 23,2
86,0 ± 29,1 139,5 ± 47,7 13,7 ± 2,9 19,6 ± 4,1
109,6 ± 27,8 160,5 ± 47,9 16,1 ± 3,7 21,4 ± 5,1
0,003 0,139 < 0,001 0,046
+ 27,5 + 15,1 + 17,5 + 9,2
60,61 ± 12,3 29,74 ± 6,7 10,50 ± 1,8 10,56 ± 2,1 147,67 ± 46,4 36,94 ± 8,6
57,89 ± 9,9 28,48 ± 5,8 10,56 ± 1,8 10,67 ± 2,0 136,8 ± 36,4 42,36 ± 9,1
0,116 0,184 0,905 0,805 0,139 0,003
− 4,5 − 4,2 + 0,6 − 1,0 − 7,4 + 14,7
58,31 ± 5,5 28,31 ± 3,1 11,4 ± 1,8 11,08 ± 1,4 149,15 ± 27,6 37,69 ± 3,6
58,31 ± 4,9 28,4 ± 3,0 10,46 ± 1,0 10,85 ± 1,57 139,2 ± 22,8 40,31 ± 5,9
0,615 0,953 0,46 0,621 0,163 0,18
0 + 0,4 − 8,3 − 2,1 − 6,7 + 6,9
54,09 ± 29,9 31,81 ± 38,9 73,81 ± 28,10 47,5 ± 26,4
75,45 ± 15,6 47,72 ± 36,1 91,27 ± 15,6 53,4 ± 26,0
0,048 0,33 0,09 0,61
+ 39,5 + 50,0 + 23,65 + 12,47
66,43 ± 21,5 21,43 ± 36,6 74,28 ± 28,8 54,83 ± 11,8
68,12 ± 26,6 53,12 ± 38,8 81,37 ± 26,2 54,71 ± 13,5
0,89 0,13 0,63 0,61
+ 2,55 + 147,92 + 9,54 − 0,22
48,79 ± 22,57 62,5 ± 27,4 63,63 ± 45,8 66,18 ± 26,2 2,89 ± 1,4 37,93 ± 10,2 46,55 ± 13,7
62,72 ± 19,7 80,68 ± 16,2 93,93 ± 20,1 78,18 ± 14,7 1,9 ± 1,3 42,67 ± 7,4 53,79 ± 6,9
0,14 0,07 0,048 0,20 0,12 0,24 0,15
+ 28,57 + 29,09 + 47,62 18,13 − 34,25 + 12,5 + 15,55
37,50 ± 6,9 75,0 ± 19,1 71,42 ± 40,5 58,67 ± 19,2 2,86 ± 0,9 41,04 ± 10,1 44,87 ± 7,1
52,86 ± 12,5 82,81 ± 13,3 85,71 ± 37,8 68,0 ± 14,2 1,87 ± 1,0 43,1 ± 12,5 50,0 ± 5,8
0,02 0,37 0,51 0,34 0,67 0,75 0,18
+ 40,95 + 10,42 + 20,0 + 15,91 − 34,38 + 5,02 + 11,46
mean = Mittelwert; SD = Standardabweichung; HF = Herzfrequenz; SBD = systolischer Blutdruck; DBD = diastolischer Blutdruck; VO2 AT = Sauerstoffaufnahme an der anaeroben Schwelle; VO2max = Sauerstoffaufnahme unter maximaler Belastung; LV EDD = linksventrikulärer enddiastolischer Diameter; LV EDDi = linksventrikulärer enddiastolischer Diameter Index; LV IVS ED Interventrikularseptum enddiastolisch; LV PW ED = linksventrikuläre Wanddicke enddiastolisch; LV EF = linksventrikuläre Ejektionsfraktion; SKS = standardisierte körperliche Summenskala (SF36); SPS = standardisierte psychische Summenskala (SF-36)
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ischämische KHK dilatative Kardiomyopathie Medikation ß-blocker AT1 – Blocker ACE Hemmer Diuretika Digoxin Ca Kanal Blocker
leistung (Wattmax) verbesserte sich in der exEMS-Gruppe um + 5,5 %, (p = 0,349), in der limEMS-Gruppe betrug der Anstieg 15,1 % (p = 0,139). Die Leistung an der anaeroben Schwelle (Watt AT) stieg in der exEMS-Gruppe um + 5,6 % (p = 0,32) und in der limEMS-Gruppe um + 27,5 % (p = 0,003).
Originalarbeit 325
Diskussion
▼
Körperliche Aktivität hat eine zunehmende Bedeutung in der Behandlung der chronischen Herzinsuffizienz erlangt. Das regelmäßige körperliche Training ist heute, neben der pharmakologischen Behandlung und der Resynchronisationstherapie komplementäre Standardtherapie der stabilen CHF (level of evidence IA) [16]. Im Wesentlichen existieren hierzu Untersuchungen nach Einleitung einer regelmäßigen Ausdauerbelastung. Zahlreiche Studien beschreiben die Bedeutung dynamischer Trainingsformen bei der Behandlung der CHF [17, 18]. Hambrecht et al. konnten eindrucksvoll zeigen, dass 20 min Laufbandtraining pro Tag auf einem Niveau von 70 % der peakVO2 zu einer geringen, aber signifikanten Verkleinerung des linksventrikulären enddiastolischen Diameters, einer Verbesserung der körperlichen Belastbarkeit und einer Erhöhung des linksventrikulären Schlagvolumens führte [17]. Mit der vorliegenden Untersuchung konnte gezeigt werden, dass auch ein Muskeltraining durch EMS deutlich positive Einflüsse auf verschiedene, herzinsuffizienzbedingte Einschränkungen hat. EMS-Training, das auf die Stimulation der Gesäß- und Oberschenkelmuskulatur limitiert ist, hat bei Patienten mit CHF einen positiven Effekt auf die Sauerstoffaufnahme [6]. Barnerjee berichtete in einer kleinen Studie mit 10 Patienten über eine Erhöhung der peakVO2 um 9 % nach einem 8-wöchigen Training an 5 Tagen je Woche. Die Ergebnisse unserer Studie unterstreichen die positiven Effekte eines EMS-Trainings bei CHF-Patienten. Der Umfang der Erhöhung von VO2AT in beiden Gruppen (exEMS und limEMS) war erheblich, sodass in unserer Studie beide Stimulationsstrategien zur Verbesserung der Sauerstoffaufnahme führten.
Quality of Life Viele chronische Erkrankungen haben einen negativen Einfluss auf die Lebensqualität. Es ist bekannt, dass Rehabilitationsprogramme mit entsprechender körperlicher Aktivität zu einer Verbesserung des psychischen und körperlichen Befindens führen [11]. Auch der Einsatz von Krafttraining hatte in verschiedenen Studien einen teilweise eindrucksvollen Effekt auf das körperliche Befinden. Die EMS Therapie führt ebenfalls zu einer isometrischen Belastung der Muskulatur. Die Erkenntnisse dieser Studie belegen den korrespondierenden positiven Effekt auf die QoL. Nach einer Beobachtung über 10 Wochen ist es sowohl in der exEMS-Gruppe als auch in der limEMS-Gruppe zu einer Steigerung in allen Bereichen der Lebensqualität gekommen. In beiden Gruppen kam es in jeweils einem Bereich des psychischen Befindens zu einer signifikanten Verbesserung. In der exEMS-Gruppe war zudem 1 Teilbereich (körperliche Funktionsfähigkeit) signifikant verbessert. Möglicherweise ist dieses auf die zusätzliche Stimulation der Oberkörper- und Rumpfmuskulatur zurückzuführen, was zu einer optimierten Haltung beitragen könnte.
Belastungstoleranz Kontrollierte Studien belegten, dass die Einleitung eines regelmäßigen Ausdauertrainings zu einer Verbesserung der Belastbarkeit um bis zu 20 % führen kann. Das entspricht einer Zunahme der Sauerstoffaufnahme um durchschnittlich 2–3 ml/kg KG/ min. Eine Steigerung um dieses Ausmaß erscheint auf den ersten Blick wenig bedeutsam, allerdings kann diese im Alltag zu einer erheblichen Verbesserung der Lebensqualität führen. Auch wir konnten nach EMS-Therapie einen bedeutsamen und signifikanten Anstieg der VO2AT demonstrieren. Dabei war der Effekt in der exEMS-Gruppe mit einer prozentualen Steigerung von 29,6 % deutlicher ausgeprägt als in der limEMS-Gruppe (17,5 %). Die Betrachtung der Steigerungsraten legt die Annahme einer Dosis-Wirkungs-Beziehung nach dem Prinzip „je mehr Muskulatur stimuliert wurde, desto intensiver ist der Anstieg der Sauerstoffaufnahme“ nahe. Allerdings erreicht der Unterschied exEMS zu limEMS keine statistische Signifikanz. Weitere Untersuchungen dieser Beobachtungen sind nötig, um die Rolle der stimulierten Muskelmasse auf die Belastungsparameter zu objektivieren.
Linksventrikuläre Funktion und Dimension In der vorliegenden Studie kam es in der exEMS-Gruppe zu einer signifikanten Verbesserung der EF von 36,9 % auf 42,4 %. In der limEMS-Gruppe konnte ebenfalls eine Erhöhung der LVEF nachgewiesen werden, allerdings war hierbei der Unterschied nicht signifikant. Ähnliche Effekte auf die Auswurfleistung des linken Ventrikels nach Einleitung eines körperlichen Ausdauertrainings konnten, allerdings teilweise nach einem längeren Beobachtungszeitraum, auch in anderen Studien gezeigt werden [18]. Der in unserer Studie zu beobachtende Effekt der verbesserten EF könnte durch einen optimierten Muskelmetabolismus, eine Erhöhung der Kapillarisierungsdichte gefolgt von einer Absenkung des systemischen Widerstandes, einer Absenkung der sympathischen Stimulation und verminderter Vasokonstriktion erklärt werden. Dieses sollte im Rahmen von zukünftigen Studien auch durch die Entnahme von Muskelbiopsien nach erfolgter EMS-Therapie weiter untersucht werden. Auch die kürzlich durch Gielen et al. beschriebene Senkung der Proteasen-Aktivität in Muskelbiopsien von CHF-Patienten nach Ausdauertraining könnte dann weitere interessante Mechanismen der EMS-Therapie offenlegen [2]. Signifikante Änderungen der linksventrikulären Diameter wurden im Gegensatz zu Hambrechts et al. Studien nicht nachgewiesen [17]. Eine mögliche Ursache hierfür mag in dem im Vergleich zur Hambrechtstudie kürzeren Beobachtungszeitraum liegen (6 Monate vs. 10 Wochen). Unsere Daten sind vergleichbar mit den Ergebnissen von Haykowsky et al., in der nach 4 Monaten Ausdauertraining eine signifikante Erhöhung der peakVO2, nicht aber eine Abnahme der linksventrikulären Volumina nachgewiesen werden konnte [19]. Der in unserer Studie unveränderte LVEDD und die gleichbleibende linksventrikuläre Masse bei gleichzeitiger Zunahme der EF weisen darauf hin, dass die morphologische Adaption des Herzens sich offenbar erst nach einer längeren Periode eines verbesserten funktionellen Status einstellt. Diese Vermutung wird durch Ergebnisse aus der Leipziger Arbeitsgruppe unterstrichen, wonach die Verkleinerung des LVEDV und der LV-Masse zeitlich deutlich nach der zellulären und molekularen Erholung des Skelett- und des Herzmuskels auftraten [17]. Dass ein solcher Remodeling-Prozess ein Zeitraum von 6 Monaten oder
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funktion (63,63 ± 45,8 auf 93,93 ± 20,1 p = 0,048) zeigten sich signifikante Verbesserungen in der exEMS-Gruppe. In der limEMSGruppe zeigte sich eine signifikante Verbesserung im Bereich Vitalität (37,5 ± 6,9 auf 52,9 ± 12,5, p = 0,02). Die körperlichen (SKS) und psychischen Summenscores (SPS) zeigten ebenfalls ▶ Tab. 2). eine Verbesserung, jedoch ohne Signifikanz (●
länger in Anspruch nimmt, zeigte sich auch in Untersuchungen bei CHF-Patienten, die einer Resynchronisationstherapie zugeführt wurden [20]. Auch die linksventrikuläre Wanddicke blieb bei den in dieser Studie untersuchten Patienten unverändert, wobei zu beachten ist, dass in beiden Gruppen auch vor der Einleitung der EMSTherapie Normwerte vorlagen. Nach Analyse der vorliegenden Studie kann zu den EMS-Effekten nach einem Zeitraum von länger als 10 Wochen keine Aussage gemacht werden. Da die Studie nicht unter randomisierten kontrollierten Bedingungen durchgeführt wurde, kann auch ein selection bias nicht sicher ausgeschlossen werden. Zudem sind Patienten mit Schrittmachern oder implantierten Defibrillatoren angesichts der Ausschlusskriterien nicht in die Studie mit eingeschlossen worden, was weiterführende Untersuchungen nötig macht.
Kernbotschaft EMS stellt ein effektives Trainingskonzept für Patienten mit CHF dar. Insbesondere in der Mobilität eingeschränkte Patienten könnten hierdurch von einer Erhaltung der muskulären Strukturen profitieren. Es konnten in der vorgelegten Untersuchung signifikante Erhöhungen der Sauerstoffaufnahme und der EF nachgewiesen werden. Die Auswirkungen scheinen bei Patienten, die mit exEMS trainierten, höher zu sein als bei Patienten, die sich einem limEMS-Training unterzogen. Erstmals konnte gezeigt werden, dass sich auch die QoL nach EMS verbessert. Dieses gilt für alle Teilbereiche des SF-36-Fragebogens. Aufgrund der positiven Ergebnisse des EMS-Trainings ist es angezeigt, mögliche Interaktionen der EMS mit Implantaten zur Resynchronisation bzw. Defibrillation im Rahmen von kontrollierten randomisierten Studien zu untersuchen, da viele CHF-Patienten mit entsprechenden Systemen versorgt sind. Vor diesem Hintergrund betrachten wir EMS als sinnvoll und hilfreich, CHF-Patienten vor einer Progression muskulärer Atrophie zu bewahren und somit den Circulus vitiosus der chronischen Herzinsuffizienz zu durchbrechen.
Interessenkonflikt: Keiner der Autoren hat einen Interessenkonflikt zu erklären. Literatur 1 Piepoli MF, Conraads V, Corrà U et al. Exercise training in heart failure: from theory to practice. A consensus document of the Heart Failure Association and the European Association for Cardiovascular Prevention and Rehabilitation. Eur J Heart Fail 2011; 13: 347–357 2 Gielen S, Sandri M, Kozarez I et al. Exercise training attenuates MuRF-1 expression in the skeletal muscle of patients with chronic heart failure independent of age. Circulation 2012; 125: 2716–2727
3 Piepoli MF, Corrà U, Agostoni PG et al. Recommendations for performance and interpretation part II: How to perform cardiopulmonary exercise testing in chronic heart failure. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2006; 13: 300–311 4 Gerovasili V, Tripodaki E, Karartzanos E et al. Short-term systemic effect of electrical muscle stimulation in critically ill patients. Chest 2009; 136: 1249–1256 5 Banerjee P, Caulfield B, Crowe L et al. Prolonged electrical muscle stimulation exercise improves strength and aerobic capacity in healthy sedentary adults. J Appl Physiol 2005; 99: 2307–2311 6 Banerjee P, Caulfield B, Crowe L et al. Prolonged electrical muscle stimulation exercise improves strength, peak VO2, and exercise capacity in patients with stable chronic heart failure. J Card Fail 2009; 15: 319–326 7 Fritzsche D, Fruend A, Schenk S et al. Elektromyostimulation (EMS) bei kardiologischen Patienten. Wird das EMS-Training bedeutsam für die Sekundärprävention? Herz 2010; 35: 34–40 8 Dobsák P, Nováková M, Siegelová J et al. Low-frequency electrical stimulation increases muscle strength and improves blood supply in patients with chronic heart failure. Circ J 2006; 70: 75–82 9 Deley G, Kervio G, Verges B et al. Comparison of low-frequency electrical myostimulation and conventional aerobic exercise training in patients with chronic heart failure. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2005; 12: 226–233 10 Dobsák P, Nováková M, Fiser B et al. Electrical stimulation of skeletal muscles. An alternative to aerobic exercise training in patients with chronic heart failure? Int Heart J 2006; 47: 441–453 11 Duarte Freitas P, Haida A, Bousquet M. Short-term impact of a 4-week intensive cardiac rehabilitation program on quality of life and anxietydepression. Ann Phys Rehabil Med 2011; 54: 132–143 12 van Buuren F, Mellwig KP, Prinz C et al. Electrical myostimulation improves left ventricular function and peak oxygen consumption in patients with chronic heart failure. Clin Res Cardiol 2013; 102: 523–534 13 Muschalla B, Glatz J, Karger G. Kardiologische Rehabilitation mit strukturierter Schulung bei Herzinsuffizienz – Akzeptanz bei Patienten und Veränderungen in Krankheitswissen und Wohlbefinden. Rehabilitation 2011; 50: 103–110 14 Cheitlin MD, Armstrong WF, Aurigemma GP et al. ACC/AHA/ASE 2003 guideline update for the clinical application of echocardiography: summary article. Circulation 2003; 108: 1146–1162 15 Mezzani A, Agostoni P, Cohen-Solal A et al. Standards for the use of cardiopulmonary exercise testing for the functional evaluation of cardiac patients. Eur J Cardiovasc Prev Rehabil 2009; 16: 249–267 16 Dickstein K, Cohen-Solal A, Filippatos G et al. ESC Guidelines for the diagnosis and treatment of acute and chronic heart failure 2008. Eur Heart J 2008; 29: 2388–2442 17 Hambrecht R, Gielen S, Linke A et al. Effects of exercise training on left ventricular function and peripheral resistance in patients with chronic heart failure: A randomized trial. JAMA 2000; 283: 3095–3101 18 Gielen S, Adams V, Möbius-Winkler S et al. Anti-inflammatory effects of exercise training in the skeletal muscle of patients with chronic heart failure. J Am Coll Cardiol 2003; 42: 861–868 19 Haykowsky MJ, Brubaker PH, Stewart KP et al. Effect of endurance training on the determinants of peak exercise oxygen consumption in elderly patients with stable compensated heart failure and preserved ejection fraction. J Am Coll Cardiol 2012; 60: 120–128 20 van Bommel RJ, Gorcsan J, Chung ES et al. Effects of cardiac resynchronisation therapy in patients with heart failure having a narrow QRS Complex enrolled in PROSPECT. Heart 2010; 96: 1107–1113
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