High intensity & interval training (HIIT)

Körperliches Training ist eine klinisch bewährte, kosteneffektive, primäre Intervention zur Prävention und Behandlung zahlreicher chronischer Erkrankungen. Eine Meta-Analyse zur Primärprävention zeigte unabhängig von Alter und Geschlecht eine signifikante inverse Beziehung zwischen Bewegungsintensität und Gesamtsterblichkeit [1]. 

Die Copenhagen Heart Study an n=5106 gesunden Probanden konnte eindrucksvoll belegen, dass die relative Intensität, nicht aber die Dauer der Belastung mit einer Senkung sowohl der Gesamt – wie auch der KHK-Mortalität verbunden ist [2]. Bei älteren Menschen ist eine höhere Trainingsintensität mit einem größeren positiven Effekt auf die KHK-Inzidenz assoziiert [3]. Intervalltraining ist gekennzeichnet durch einen Wechsel von Belastung und Erholung. Diese Form des Trainings ermöglicht, in den Belastungsphasen wiederholt über einen definierten Zeitraum eine hohe Intensität aufrechtzuerhalten. Im wissenschaftlichen Fokus steht insbesondere das hochintensive Intervalltraining (HIIT), definiert als wiederholte kurze (≤ 45 s) bis lange (2 – 4 min) Belastungsphasen mit sehr hoher, aber nicht maximaler Intensität (≥ 90 % VO_2peak), die wechselweise mit Erholungsphasen bei moderater bis niedriger Intensität durchgeführt werden [4].

Ein Training nach der Intervallmethode ist nicht eindeutig definiert und bietet viele Gestaltungsmöglichkeiten. Es kann über die Dauer und Intensität sowie das Verhältnis zwischen Belastung und Erholung (1:1, 1:2, 2:1) individuellen Bedürfnissen angepasst werden. HIIT wird oft als angenehmer empfunden als ein moderates kontinuierliches (aerobes) Ausdauertraining (MCT) [1] und ermöglicht ein effektives Training in kürzerer Zeitdauer. Dies ist bedeutsam vor dem Hintergrund, dass „Zeitmangel“ die meistgenannte Barriere bei der Adhärenz an körperliche Aktivität ist [6]. Die Effektivität eines HIIT bei Gesunden ist u.a. durch zwei Metaanalysen belegt [7, 8]. Beide Methoden führen zu den größten Änderungen bei Frauen und Männern mit zuvor niedriger Fitness. Trainingsinterventionen längerer Dauer hatten einen größeren Effekt.

Hochintensives Intervalltraining in der kardiologischen Rehabilitation (CR)

Primäres Ziel individuell angepasster Trainingsinterventionen im Rahmen einer CR ist es, Verlauf und Prognose der bereits vorliegenden kardiovaskulären Erkrankung günstig zu beeinflussen. Sekundäre Ziele sind die Verbesserung körperlicher Leistungsfähigkeit und der Belastungstoleranz, die Verminderung alters- oder krankheitsbedingter Abbauprozesse und dadurch eine Erhöhung der Lebensqualität und Unabhängigkeit des Patienten. Die maximale Sauerstoffaufnahme (VO_2peak) gilt als ein unabhängiger Risikomarker für Morbidität und Mortalität bei kardiovaskulären und/oder metabolischen Erkrankungen einschließlich koronarer Herzkrankheit (KHK) und chronischer Herzinsuffizienz (chronic heart failure, CHF). Die Ergebnisse einer größeren Kohortenstudie bestätigen die prognostische Bedeutung der kardiorespiratorischen Fitness (CRF) bei KHK-Patienten. Sie zeigte, dass eine während einer 12-wöchigen CR erzielte Verbesserung der Leistungsfähigkeit um jeweils ein metabolisches Äquivalent (MET) im Mittel mit einer Senkung der Gesamtmortalität um 13 %, bei Patienten mit initial niedriger körperlicher Leistungsfähigkeit sogar um 30 % assoziiert ist [9]. Ergebnisse einer großen multizentrischen Kohorten-Studie zeigen, dass bei KHK-Patienten die Teilnahme an einem Intervalltraining (einschließlich HIIT) als auch MCT im modernen CR-Setting grundsätzlich mit einem geringen Risiko für relevante Zwischenfälle verbunden ist [10]. Die Tabelle zeigt die potenziellen Vorteile von HIIT im Vergleich zu MCT.

Tabelle Signifikante Veränderung nach HIIT (high-intensity-interval-training) im Vergleich zu MCT (moderate-intensity-continuous-training). (FATP-1 =Fatty acid transport protein; FAS Fatty acid synthase) [11].

Signifikante Veränderung durch HIIT im Vergleich zu MCT
VO2peak , O2-Puls	▲
systolischer und diastolischer Blutdruck	▼
HDL-Cholesterin	▼
Triglyzeride und Nüchtern Blutzucker	▼
Oxidativer Stress und Entzündung	▼
FATP-1 und FAS	▼
Adiponectin, Insulinsensitivität, ß-Zellen Funktion	▲
Peroxisome-proliferator activated γ coactivator (PGC)-1α	▲
Maximale Ca++ Resorptionsrate	▲
Nitritoxid-Verfügbarkeit	▲
Kardiale Funktion	▲
Lebensqualität	▲

Hochintensives Intervalltraining bei Patienten mit KHK

In der ersten multizentrischen prospektiven randomisierten Studie (SAINTEX-CAD; n = 200 KHK-Patienten, erhaltene LV-EF) wurden durch ein 12-wöchiges Training vergleichbar positive Effekte für HIIT und MCT festgestellt. Dies traf für die Verbesserung der VO_2peak, der peripheren Endothelfunktion (A. brachialis), für den Einfluss auf CV-Risikofaktoren, die Lebensqualität (QoL) sowie für Sicherheitsaspekte zu [12]. Eine interessante Beobachtung in dieser Studie ist, dass Patienten der HIIT-Gruppe tendenziell weniger intensiv als vorgegeben (88 % statt 90 – 95 % HF_max) trainierten, während die MCT-Gruppe tendenziell intensiver (80 % statt 70 – 75 % HF_max) ihr Training absolvierte. Die Autoren leiten daraus ab, dass es primär auf eine ausreichend hohe Intensität und ausreichenden Umfang des Trainings ankommt, um gute Trainingseffekte zu erreichen. Die Ergebnisse einer aktuellen Metaanalyse von 55 Trainingsstudien in der kardiologischen Rehabilitation bestätigt diese Vermutung. Sie belegen, dass die Effektivität eines Ausdauertrainings maßgeblich durch die Trainingsintensität bzw. den Gesamt-Energieumsatz (total energy expenditure, TEE) und nicht die Trainingsform beeinflusst wird. Im Mittel wurde eine Erhöhung der VO_2peak um 3,3 mL/kg/min durch das Ausdauertraining erzielt. Eine um 10 % höhere Trainingsintensität (% VO_2peak oder % HF_max) war im Mittel mit einer um 1 mL/kg/min stärkeren Verbesserung der VO_2peak assoziiert [13]. 

Ergebnisse einer nachträglichen Analyse an einem kleinen Studienkollektiv der SAINTEX-CAD-Studie zeigen signifikant höhere Energieumsätze für das MCT im Vergleich zum HIIT entgegen des ursprünglich vorgebenden 4 x 4 min Protokolls. Der Energieumsatz stellt folglich kein eigenständiges Ziel der CR dar, sondern die Erhöhung der VO_2peak steht aus prognostischen Gründen im Vordergrund. HIIT und MCT stellen als zwei gleichwertig nebeneinander existierende Trainingsformen dar [14]. Ergebnisse mehrerer Studien belegen, dass die angestrebte sehr hohe Intensität von 90 – 95 % HR_max auch nur von einem Teil der Patienten beim Training tatsächlich erreicht werden kann [12, 15, 16]. Gomes-Neto et al. wiesen in einer Meta-Analyse zusammenfassend nach, dass die Vorteile eines HIIT bei Verwendung isokalorischer Protokolle nicht mehr nachweisbar sind [17].

Nachhaltigkeit und die Langzeiteffekte eines HIIT untersuchte eine norwegische Studie an 51 KHK-Patienten mit 6-monatigem Heimtraining nach initial 4-wöchiger CR [18]. Das Heimtraining führte nur in der HIIT-Gruppe zu einer signifikanten weiteren Steigerung der VO_2peak. Die Autoren vermuten, dass dieser Effekt durch die höhere Intensität des Heimtrainings in der Gruppe zu Stande kommt. Dies könnte ein Hinweis darauf sein, dass die Patienten durch HIIT ein größeres Vertrauen in die eigene Leistungsfähigkeit gewinnen und sich zu Hause mehr zutrauen. Dieser Effekt wurde auch bei der Nachbeobachtung der HIIT-Gruppe der SAINTEX-CAD Studie beobachtet [19].

HIIT bei Patienten mit chronischer Herzinsuffizienz (CHF) bei eingeschränkter linksventrikulärer Pumpfunktion (HFrEF)

Ziel der ersten großen randomisiert-prospektiven multizentrischen Studie (SMARTEX-HF) (n = 261 HFrEF; LV-EF ≤ 35 %) war es, im multizentrischen Setting die Effektivität der des 4×4 Protokolls (90 – 95 % HR_max) im Vergleich zum MCT bei 60 – 70 % HF_max oder zu herkömmlichen Empfehlung körperlicher Aktivität (recommendation of regular exercise, RRE) über 12 Wochen zu überprüfen [20]. Beide Interventionen führten wie erwartet zu einer signifikanten Steigerung der VO_2peak. Der Unterschied zwischen den beiden Trainingsgruppen war nicht signifikant, im Vergleich zu RRE hingegen signifikant. Hinsichtlich relevanter unerwünschter Ereignisse traten keine Unterschiede auf, numerisch ergab sich in diesem ausgesprochenem Hochrisiko-Probandenkollektiv in der Nachbeobachtungsphase jedoch ein Trend zu mehr nicht-tödlichen wie auch tödlichen Zwi­-
schenfällen für HIIT im Vergleich zu MCT, ohne dass dieses Unterschiede jeweils signifikant waren. Die Autoren folgern, dass bei HFrEF-Patienten selbst in einem überwachten CR-Setting das MCT Standard der Trainingsintervention bleiben sollte [20, 21]. Im Gegensatz zu den aktuellen deutschen und europäischen Leitlinien hat die American Heart Association (AHA) bereits in ihrem vorletzten Update von 2007 das Intervalltraining bei aeroben Belastungen als eine der Kernkomponenten mit klassischem MCT und Kraft(ausdauer)training gleichgestellt, die genaue Dosierung bzw. der Anteil des HIIT am Gesamtumfang des körperlichen Trainings jedoch offen gelassen [22].

Fazit

Die Effizienz (auch höher dosierter) körperlicher Aktivität zur Präven­tion, Sekundärprävention kardiovaskulärer und metabolische Erkrankungen, aber auch in der CR von manifesten kardiologischen Erkrankungen ist wissenschaftlich gut belegt, ebenso die unmittel­baren Effekte eines HIIT auf die körperliche Fitness (VO_2peak) und zahlreiche kardiovaskuläre Risikofaktoren. Es fehlen methodisch bedingt noch Langzeitbeobachtungen

• HIIT kann zusätzlich zu MCT auf individueller Basis unter Berücksichtigung der Präferenzen und der körperlichen Leistungs­fähigkeit des einzelnen Patienten bei stabil und op­-
  timal eingestellter KHK im Laufe einer CR in ein Trainingsprogramm integriert werden. Es ist bei stabilen Patienten nicht mit einem generell höheren Risiko verbunden als MCT.
• Interessant scheint das HIIT insbesondere im Rahmen einer ambulant oder zuhause durchgeführten („home-­based“) CR bzw. für die selbständige nachhaltige Fortführung eines effektiven Trainings in der Phase III zu sein [23]. Die Mischung beider Kon­zepte ist vermutlich das geeignete Vorgehen, auch aus Gründen der Motivation für den einzelnen Patienten.
• Die durch HIIT angestoßene Fokussierung auf die Trainings­intensität und nicht nur -dauer begleitet durch Ergebnisse primärpräventiver Studien (z. B. Copen­hagen Heart Study) ist positiv zu bewerten. Hier liegt aus Autorensicht die retrospektiv größte Bedeutung der aktuellen Diskussion um die Wertigkeit von HIIT insbesondere in der CR. Höhere Inten­sitäten werden von Patienten gut toleriert und gehen mit einer größerer Effizienz des Trainings einher. 
• HIIT-Protokolle sollten bei zukünftigen Untersuchungen differenzierter auch mit Impetus auf Einhaltung der vorgebenden Protokolle / des Gesamt-­Energieumsetzes (total energy expenditure, TEE) untersucht werden, um für spezifische Patientengruppen differenzierte Empfehlungen geben zu können. 
• Die Daten der SMARTEX-HF-­Studie weisen darauf hin, dass möglicherweise auch ein „Zuviel“ bzw. eine Überdosierung an körperlicher Aktivität insbesondere bei Hochrisi­ko-Kollektiven wie CHF (HFrEF-)-Patienten ähnlich einer pharmakolo-
  gischen Therapie bestehen kann.

Literatur
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(20) Ellingsen Ø, Halle M, Conraads V et al: High intensity interval training in heart failure patients with reduced ejection fraction. Circulation 2017;135:839-849

(21) S3-Leitlinie zur kardiologischen Rehabilitation (LL-KardReha) im deutschsprachigen Raum Europas Deutschland, Österreich, Schweiz (D-A-CH). Version 1.1 (07.01.2020). AWMF-Registernummer: 133-001

(22) Balady GJ, Williams MA, Ades PA, et al. Core Components of Cardiac Rehabilitation / Secondary Prevention Programs: 2007 Update: A Scientific Statement from the American Heart Association Exercise, Cardiac Rehabilitation, and Prevention Committee, the Council on Clinical Cardiology; the Councils on Cardiovascular Nursing, Epidemiology and Prevention, and Nutrition, Physical Activity, and Metabolism; and the American Association of Cardiovascular and Pulmonary Rehabilitation. Circulation 2007; 115: 2675-2682

(23) Bartlett JD, Close GL, MacLaren DP et al. High-intensity interval running is perceived to be more enjoyable than moderate-intensity continuous exercise: Implications for exercise adherence. J Sports Sciences 2011;29: 547-553