Het arteriële systeem is een netwerk van vaten dat is ontworpen om de intermitterende bloedstroom vanuit het hart om te zetten in een continue en gestage stroom via de arteriële boom, waardoor de nabelasting die aan het hart wordt opgelegd wordt verminderd. Veranderingen in deze dempende functie, door toename van de arteriële stijfheid, leiden tot systolische hypertensie, linker ventrikel hypertrofie en verminderde coronaire perfusie,1-3 waardoor het cardiovasculaire risico toeneemt.4-6

Verschillende risicofactoren, zoals veroudering, obesitas, diabetes, dyslipidemie, zijn geïdentificeerd als determinanten van arteriële stijfheid.7-14 Andere risicofactoren zijn een slechte cardiorespiratoire fitheid15-20 en weinig fysieke activiteit.21,22 De aard van de associaties tussen cardiorespiratoire fitheid en fysieke activiteit enerzijds en arteriële stijfheid anderzijds is echter niet goed bekend. Zij zouden beide de relatie tussen elkaar en arteriële stijfheid kunnen verstoren en/of mediëren of, zoals is gesuggereerd, fysieke activiteit zou de arteriële stijfheid gunstig kunnen beïnvloeden onafhankelijk van cardiorespiratoire fitheid.15,18 Bovendien kunnen cardiorespiratoire fitheid en/of fysieke activiteit de arteriële stijfheid beïnvloeden via een gunstige invloed op de lichaamssamenstelling (d.w.z. minder lichaamsvet),23-25 die zelf een sterke determinant is van arteriële stijfheid bij jonge mensen.7-9

In het licht van deze overwegingen onderzochten wij in een cohort van jonge volwassenen uit Noord-Ierland de associaties tussen cardiorespiratoire fitheid, fysieke activiteit, en arteriële stijfheid. Associaties met stijfheid (zoals geschat door pulse wave velocity ) van 2 arteriële segmenten (de elastische aortoiliacale en de musculaire aortodorsalis pedis segmenten) werden onderzocht.

Methodes

Study Population

Deze studie werd uitgevoerd als onderdeel van een lopende longitudinale studie, The Young Hearts (YH) Project, waarbij aanvankelijk de prevalentie van coronaire risicofactoren werd onderzocht in een aselecte steekproef van jongeren (n=1015; leeftijd 12 jaar of 15 jaar) in Noord-Ierland. De steekproefprocedures, onderzoeksopzet en responspercentages van de eerste twee screeningsfasen (YH1 en YH2) worden elders in detail beschreven.26,27 Alle proefpersonen in het oorspronkelijke cohort werden uitgenodigd om deel te nemen aan een derde screeningsfase (YH3: oktober 1997-oktober 1999) wanneer ze 20 tot 25 jaar oud waren. Tweehonderd éénenvijftig mannen (48,7% van het oorspronkelijke mannelijke cohort) en 238 vrouwen (51,3% van het oorspronkelijke vrouwelijke cohort) namen deel aan de derde fase van het onderzoek.28 De huidige analyses betroffen 405 proefpersonen (203 vrouwen) van wie op dit tijdstip volledige gegevens over arteriële stijfheid, cardiorespiratoire fitheid en lichamelijke activiteit beschikbaar waren. Tabel 1 toont de belangrijkste kenmerken van de studiepopulatie. Elke proefpersoon gaf schriftelijke toestemming, en de studie werd goedgekeurd door de Medisch Ethische Commissie van de Queen’s University of Belfast.

Cardiorespiratoire fitheid en fysieke activiteit

Cardiorespiratoire fitheid werd gemeten met behulp van een submaximale fietsergometertest die elders in detail werd beschreven.27 In het kort moesten de proefpersonen in een constant tempo (50 tot 70 pedaalomwentelingen/min) trappen voor de duur van de test, die gewoonlijk 15 minuten duurde. De belasting werd na elke periode van 3 minuten opgevoerd tot een hartslag van ongeveer 170 spm werd bereikt. De hartslag werd gemiddeld over de laatste 15 seconden van elke belasting (Polar Vantage hartslagmeter, Polar, Finland). De zuurstofopname werd tijdens de hele test gecontroleerd met een on-line ademgasanalysator (Quinton QMC) en de maximale zuurstofopname (Vo2max) werd voorspeld door extrapolatie van de Vo2 bij 170 spm naar de voor de leeftijd gecorrigeerde geschatte maximale hartslag, en uitgedrukt in ml/kg per minuut.

Gegevens over frequentie, duur en type van de gewoonlijk ondernomen fysieke activiteiten werden verkregen met behulp van een wijziging van de Baecke-vragenlijst voor gebruikelijke fysieke activiteit, die was ontworpen om werk, sport en niet-sportieve vrijetijdsactiviteit te kwantificeren.29 De scores voor werk, sport en niet-sportieve vrijetijdsbesteding werden berekend op basis van 5-punts Likert-schalen; deze 3 scores werden vervolgens opgeteld om tot een totale score voor lichamelijke activiteit te komen.

Arteriële stijfheid

We gebruikten een niet-invasieve optische methode om PWV te schatten, door de transittijd (TT) te bepalen die de dilatatiegolf, die zich in de arteriële wand voortplant als gevolg van de drukgolf gegenereerd door samentrekking van de linker ventrikel, nodig had om over een bekende afstand op een distale plaats aan te komen.30,31 TT metingen werden uitgevoerd met een fotoplethysmografische sonde en werden getriggerd door de R-golf van het ECG (in milliseconden). De afstand tussen de sternale inkeping tot de femorale slagader en tussen de sternale inkeping tot de dorsalis-pedis slagader (in 0,1 centimeter) werd vervolgens gedeeld door de TT van de pulsgolf om op elk van deze arteriële plaatsen aan te komen om de PWV (uitgedrukt in m/s) van respectievelijk de aortoiliacale en de aortodosalis pedis segmenten te bepalen. Eén enkele opgeleide technicus voerde alle metingen uit bij de proefpersonen die tevoren 15 minuten in rugligging hadden gerust in een rustige kamer met temperatuurregeling. Alle metingen werden uitgevoerd aan de linkerzijde van het lichaam. Schattingen van TT gebaseerd op <10 cycli, of die waarbij de variantiecoëfficiënt >20% was, werden verworpen. Alle proefpersonen hadden zich onthouden van roken en cafeïnehoudende dranken op de dag dat de metingen werden uitgevoerd.

Potentiële stoorzenders/tussenvariabelen

De beoordeling van lichaamslengte, gewicht en huidplooien, bloeddruk, lipiden- en glucoseniveaus, rookgedrag, alcoholconsumptie en inname van voedingsstoffen is eerder in detail beschreven.23,26-28,30

Statistische analyse

We gebruikten meervoudige lineaire regressiemodellen om de relatie te onderzoeken tussen Vo2max en fysieke activiteitsscores enerzijds (determinanten) en PWV van 2 verschillende arteriële segmenten anderzijds (uitkomsten). De analyses werden in verschillende stappen uitgevoerd op basis van een initieel model met aanpassingen voor leeftijd, geslacht, gemiddelde arteriële druk, en lichaamslengte en -gewicht (model 1); verdere aanpassingen voor potentiële confounders zoals rookstatus (niet-, lichte en zware roker, zoals bepaald door het seksespecifieke mediane aantal sigaretten dat per dag onder rokers wordt gerookt), alcoholgebruik (niet-, matige en zware drinker, zoals bepaald door het seksespecifieke mediane aantal grammen alcohol dat per dag onder drinkers wordt geconsumeerd), en vetinname (als % van de totale energie-inname), en/of intermediaire (d.w.z. in het traject tussen de determinanten en het resultaat) variabelen, zoals lichaamsvetheid (zoals uitgedrukt door de som van 4 huidplooien), werden onderzocht. Wederzijdse aanpassingen tussen Vo2max en fysieke activiteit werden ook uitgevoerd om niet alleen de sterkte van de relaties met arteriële stijfheid onafhankelijk van elkaar te beoordelen, maar ook hun mogelijke confounding/intermediaire rol in de onderzochte associaties.

Nadat we de hoofdeffecten hadden beoordeeld, voegden we interactietermen tussen onze hoofddeterminanten en geslacht toe aan de lineaire regressiemodellen. Wanneer de waarschijnlijkheidswaarde van de interactieterm significant was (d.w.z. <0,05), werden gestratificeerde analyses uitgevoerd en werden de resultaten afzonderlijk voor mannen en vrouwen gepresenteerd. Alle analyses werden uitgevoerd met het Statistical Package of Social Sciences, 10.1 voor Windows (SPSS Inc).

Resultaten

Cardiorespiratoire fitheid en arteriële stijfheid

Vo2max was invers en significant geassocieerd met PWV van zowel het elastische aortoiliacale segment als het gespierde aortodorsalis pedis segment. Deze verbanden waren slechts iets sterker voor het gespierde segment en waren onafhankelijk van (d.w.z. niet beïnvloed of gemedieerd door) leefstijlvariabelen, lichaamsvetheid en lichaamsbeweging (tabel 2).

Physical Activity and Arterial Stiffness

Sportgerelateerde fysieke activiteitsscore was invers en significant geassocieerd met PWV van alleen het aortodorsalis pedis segment (Tabel 3). Aanpassing voor andere leefstijlvariabelen en lichaamsvetheid verminderde de sterkte van deze laatste associatie niet, die echter aanzienlijk afnam (≈40%) na verdere aanpassing voor Vo2max.

Omgekeerd, en alleen bij de mannen, werden positieve associaties gevonden tussen (niet-sportieve) vrijetijdsgerelateerde lichamelijke activiteit en PWV van beide slagaderlijke segmenten, hoewel sterker en significanter met de PWV van het aortoiliacale segment alleen (P=0,001 en P=0,021 voor interactie met geslacht in de associaties tussen vrijetijdsgerelateerde lichamelijke activiteit en PWV van de aortoiliacale en de aortodorsalis pedis segmenten, respectievelijk). Ook hier werden deze associaties niet verzwakt na aanpassing voor andere leefstijlvariabelen en lichaamsvetheid. Verdere aanpassing voor Vo2max versterkte de associaties echter, zodat de associatie tussen lichamelijke activiteit tijdens de vrijetijdsbesteding en PWV van het aortodorsalis pedis segment nu significant was. Er werden geen significante associaties gevonden tussen werkgerelateerde activiteit en PWV van beide segmenten.

Discussie

De belangrijkste bevindingen van onze studie waren dat cardiorespiratoire fitheid invers geassocieerd was met arteriële stijfheid (zoals gemeten door PWV). Wat het niveau van lichamelijke activiteit betreft, waren alleen sportgerelateerde lichamelijke activiteiten gunstig (d.w.z. omgekeerd) geassocieerd met arteriële stijfheid (een fenomeen dat werd gemedieerd door cardiorespiratoire fitheid), terwijl lichamelijke activiteiten in de vrije tijd, alleen bij mannen, ongunstig (d.w.z. positief) waren geassocieerd met arteriële stijfheid. Al deze associaties waren onafhankelijk van andere levensstijlvariabelen en lichaamsvetheid. Dit is het eerste bevolkingsonderzoek waarin de associaties van cardiorespiratoire fitheid en lichamelijke activiteit (met onderzoek naar de verstorende en/of mediërende rol van elkaar in de relaties) met arteriële stijfheid in dezelfde populatie worden gerapporteerd. Dit heeft de mogelijkheid geëlimineerd dat verschillen in de aldus verkregen resultaten, in vergelijking met eerdere rapporten, zouden kunnen worden toegeschreven aan een verschillende studieopzet en/of methodologieën voor het meten van arteriële eigenschappen.

De sterke associaties tussen cardiorespiratoire fitness en arteriële stijfheid weerspiegelen grotendeels die welke zijn gerapporteerd in andere bevolkingsonderzoeken met betrekking tot Vo2max-niveaus en arteriële stijfheid bij jongere32 en oudere volwassenen17 , evenals in kleinschaliger onderzoeken.15,18,19 Bovendien hebben verschillende onderzoeken naar training aangetoond dat verbeteringen in cardiorespiratoire fitheid gepaard gaan met gunstige veranderingen in arteriële stijfheid, zowel bij gezonde personen15,18,33 als bij hartpatiënten.34 Dergelijke oefeningen moeten echter cardiovasculair van aard zijn (d.w.z. aëroob, waarbij grote spiergroepen betrokken zijn), omdat er overtuigend bewijs bestaat dat krachttraining (of weerstandstraining) geassocieerd is met een grotere arteriële stijfheid.35-37 Het is echter niet duidelijk of aërobe lichamelijke activiteit moet leiden tot een toename van de Vo2max om gunstig geassocieerd te zijn met arteriële aanpassingen.15,18,21,33 Twee recente interventiestudies hebben aangegeven dat een aëroob trainingsprogramma van 3 maanden de arteriële stijfheid significant verminderde, met als argument dat deze afname van de arteriële stijfheid onafhankelijk was van gelijktijdige toename in Vo2max (en gunstige veranderingen in andere risicofactoren).15,18 Deze toename was inderdaad aanwezig in beide studies en was zelfs significant in een van de studies,15 maar de gegevens om een dergelijk argument te ondersteunen (d.w.z. de rol van toename in lichamelijke activiteit onafhankelijk van Vo2max) werden, helaas, niet getoond. In de huidige studie hebben onze statistische analysemodellen zich specifiek op deze vraag gericht. Wij vonden dat alleen sportgerelateerde activiteiten (bv. joggen, zwemmen, tennis), die per definitie een hogere intensiteit hebben dan activiteiten in de vrije tijd (bv. wandelen, fietsen), gunstig geassocieerd waren met arteriële stijfheid, een associatie die in hoge mate gemedieerd werd door gelijktijdige niveaus van Vo2max. Dit wijst erop dat de voordelen van lichaamsbeweging voor de arteriële stijfheid het grootst zijn als het voorschrijven van lichaamsbeweging bij jongvolwassenen gericht is op verbetering van de Vo2max.

In tegenstelling daarmee werd een ongunstige relatie tussen vrijetijdsgerelateerde lichamelijke activiteiten en arteriële stijfheid gevonden, en deze was tot op zekere hoogte seksespecifiek, in die zin dat de mannen, maar niet de vrouwen, van onze steekproef consistent ongunstige relaties tussen deze soorten activiteiten en PWV vertoonden. Hoewel een verklaring van de mechanismen achter een sekseverschil in de associatie tussen een onderzochte determinant en arteriële stijfheid een oestrogeen-afhankelijk fenomeen zou kunnen zijn, is een dergelijke verklaring in het huidige cohort onwaarschijnlijk (aangezien er geen andere sekse-interacties werden gevonden). Wij stelden daarom de hypothese voorop dat een verschil in het soort lichamelijke activiteiten die mannen in hun vrije tijd ondernemen in vergelijking met vrouwen, dit sekseverschil zou kunnen verklaren. Met dit in gedachten onderzochten we verder de 4 items die bijdragen aan de score voor lichamelijke activiteit in de vrije tijd: televisiekijken, wandelen, fietsen, en fietsen van en naar het werk of winkelen. Wij vonden dat televisiekijken significant (P=0,006) meer bijdroeg bij mannen dan bij vrouwen aan de vrijetijdsactiviteitsscore, terwijl wandelen significant (P<0,001) meer bijdroeg aan de vrijetijdsactiviteitsscore van vrouwen dan van mannen, waarmee onze hypothese werd bevestigd.

De differentiatie van de activiteitsscores in werk-, vrijetijds- en sportgerelateerde activiteiten was een belangrijk kenmerk van onze studie, die ons meer inzicht verschafte in de relaties tussen lichamelijke activiteit en arteriële stijfheid, die anders gemaskeerd zouden zijn geweest door het gebruik van een algemene, totale gewoonte-activiteitsscore (gegevens niet weergegeven). Het gedrag van lichamelijke activiteit is moeilijk te meten, en zelfgerapporteerde lichamelijke activiteit is onderhevig aan bias bij het herinneren en misclassificatie (in tegenstelling tot cardiorespiratoire fitheid, die objectief kan worden gemeten, met behulp van laboratoriumtechnieken, zoals in de huidige studie). Dit kan de relatief zwakkere associaties verklaren die gevonden zijn tussen arteriële stijfheid en (sportgerelateerde) lichamelijke activiteit dan met cardiorespiratoire fitheid. Ondanks deze beperking toont onze studie duidelijk aan dat een gedetailleerde karakterisering van fysieke activiteiten door individuen (d.w.z. niet alleen hun frequentie, duur en intensiteit, maar ook het soort activiteit) essentieel is en uit vragenlijsten moet worden geëxtraheerd om de relatie tussen fysieke activiteit en arteriële stijfheid beter te begrijpen.

De associaties tussen cardiorespiratoire fitness en arteriële stijfheid waren onafhankelijk van leefstijlvariabelen en lichaamsvetheid. Andere mechanismen kunnen dus de waargenomen associaties verklaren. Verdere aanpassingen voor andere traditionele cardiovasculaire risicofactoren (zoals nuchter LDL-, HDL- en totaalcholesterol, trygliceriden en plasmaglucosespiegels) verminderden de sterkte van de gerapporteerde associaties niet (gegevens niet aangetoond). De enige andere variabele die dat in aanzienlijke mate deed, was de hartfrequentie in rust (veranderingen van β=-0,18, naar β=-0,15, , in het aortoiliacale segment en β=-0,20, naar β=-0,13, , in het aortodorsalis pedis segment). Het is aangetoond dat de hartfrequentie een belangrijke factor is in de intra-individuele variatie van PWV, en zou daarom een belangrijke confounder kunnen zijn geweest in de onderzochte associaties.38,39 Een andere mogelijkheid is dat een verlaagde hartfrequentie in rust een bekende aanpassing is aan uithoudingstraining, en daarom, althans gedeeltelijk, een mechanisme zou kunnen vormen dat een hoge cardiorespiratoire fitheid koppelt aan een lage arteriële stijfheid. Aangezien de hierboven gerapporteerde associaties echter significant bleven, kunnen ook andere factoren een rol spelen. Aanpassing aan schuifspanningskrachten kan zowel de acute als de chronische aanpassingen aan door training veroorzaakte verbeteringen van de cardiorespiratoire fitheid bij mensen verklaren.40 Tijdens inspanning neemt de bloedstroom toe, wat leidt tot hogere intraluminale krachten, die het vrijkomen van vaatverwijdende factoren, zoals stikstofmonoxide (NO) en prostacycline, door het endotheel stimuleren.41 Bij een gegeven inspanningsintensiteit is een dergelijke toename van de arteriële bloedstroomsnelheid echter aanzienlijk groter aan de distale dan aan de proximale zijde van de abdominale aorta,42 wat dus de sterkere associaties tussen het gespierde in vergelijking met het meer elastische segment, en cardiorespiratoire fitheid kan verklaren.20,32,43 Bovendien zouden veranderingen in de relatieve verhoudingen van collageen en elastine binnen de vaatwand als gevolg van aerobe training44,45 (in het bijzonder van de slagaders die de ledematen bevloeien die meer bij de training betrokken zijn)46 een ander mechanisme kunnen vormen dat de waargenomen gunstige associaties verklaart.

Perspectieven

Onze studie heeft relevante implicaties voor de kliniek en de volksgezondheid. De klinische relevantie van onze bevindingen ligt in de belangrijke rol die cardiorespiratoire fitness kan spelen op de etiologie van arteriële stijfheid-gerelateerde ziekten zoals linker-ventriculaire hypertrofie, hartfalen, en beroerte. Cardiorespiratoire fitheid is namelijk een sterke, onafhankelijke risicofactor voor cardiovasculaire sterfte en sterfte door alle oorzaken. De resultaten van de huidige studie, verkregen bij een jonge en ogenschijnlijk gezonde volwassen bevolking, suggereren dat deze gunstige associaties hun wortels hebben in het vroege leven, en ondersteunen het concept dat arteriële stijfheid in het causale pad tussen fysieke fitheid en aan stijfheid gerelateerde morbiditeit kan liggen. Vanuit het oogpunt van de volksgezondheid is de verbetering van de cardiorespiratoire fitheid dan ook een belangrijk instrument voor de primaire preventie van hart- en vaatziekten. Dit kan worden bereikt door op regelmatige basis aan sportactiviteiten deel te nemen.

Voetnoten