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The acute effect of exercise on flow-mediated dilation in young people with cystic fibrosis

Der akute Effekt des Trainings auf den Fluss vermittelte Dilatation bei jungen Menschen mit Mukoviszidose

  • Introduction: Cystic fibrosis (CF) is a genetic disease which disrupts the function of an epithelial surface anion channel, CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). Impairment to this channel leads to inflammation and infection in the lung causing the majority of morbidity and mortality. However, CF is a multiorgan disease affecting many tissues, including vascular smooth muscle. Studies have revealed young people with cystic fibrosis lacking inflammation and infection still demonstrate vascular endothelial dysfunction, measured per flow-mediated dilation (FMD). In other disease cohorts, i.e. diabetic and obese, endurance exercise interventions have been shown improve or taper this impairment. However, long-term exercise interventions are risky, as well as costly in terms of time and resources. Nevertheless, emerging research has correlated the acute effects of exercise with its long-term benefits and advocates the study of acute exercise effects on FMD prior to longitudinal studies. The acute effects of exercise onIntroduction: Cystic fibrosis (CF) is a genetic disease which disrupts the function of an epithelial surface anion channel, CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator). Impairment to this channel leads to inflammation and infection in the lung causing the majority of morbidity and mortality. However, CF is a multiorgan disease affecting many tissues, including vascular smooth muscle. Studies have revealed young people with cystic fibrosis lacking inflammation and infection still demonstrate vascular endothelial dysfunction, measured per flow-mediated dilation (FMD). In other disease cohorts, i.e. diabetic and obese, endurance exercise interventions have been shown improve or taper this impairment. However, long-term exercise interventions are risky, as well as costly in terms of time and resources. Nevertheless, emerging research has correlated the acute effects of exercise with its long-term benefits and advocates the study of acute exercise effects on FMD prior to longitudinal studies. The acute effects of exercise on FMD have previously not been examined in young people with CF, but could yield insights on the potential benefits of long-term exercise interventions. The aims of these studies were to 1) develop and test the reliability of the FMD method and its applicability to study acute exercise effects; 2) compare baseline FMD and the acute exercise effect on FMD between young people with and without CF; and 3) explore associations between the acute effects of exercise on FMD and demographic characteristics, physical activity levels, lung function, maximal exercise capacity or inflammatory hsCRP levels. Methods: Thirty young volunteers (10 people with CF, 10 non-CF and 10 non-CF active matched controls) between the ages of 10 and 30 years old completed blood draws, pulmonary function tests, maximal exercise capacity tests and baseline FMD measurements, before returning approximately 1 week later and performing a 30-min constant load training at 75% HRmax. FMD measurements were taken prior, immediately after, 30 minutes after and 1 hour after constant load training. ANOVAs and repeated measures ANOVAs were employed to explore differences between groups and timepoints, respectively. Linear regression was implemented and evaluated to assess correlations between FMD and demographic characteristics, physical activity levels, lung function, maximal exercise capacity or inflammatory hsCRP levels. For all comparisons, statistical significance was set at a p-value of α < 0.05. Results: Young people with CF presented with decreased lung function and maximal exercise capacity compared to matched controls. Baseline FMD was also significantly decreased in the CF group (CF: 5.23% v non-CF: 8.27% v non-CF active: 9.12%). Immediately post-training, FMD was significantly attenuated (approximately 40%) in all groups with CF still demonstrating the most minimal FMD. Follow-up measurements of FMD revealed a slow recovery towards baseline values 30 min post-training and improvements in the CF and non-CF active groups 60 min post-training. Linear regression exposed significant correlations between maximal exercise capacity (VO2 peak), BMI and FMD immediately post-training. Conclusion: These new findings confirm that CF vascular endothelial dysfunction can be acutely modified by exercise and will aid in underlining the importance of exercise in CF populations. The potential benefits of long-term exercise interventions on vascular endothelial dysfunction in young people with CF warrants further investigation.show moreshow less
  • Einleitung: Mukoviszidose (CF) ist eine genetische Erkrankung, die die Funktion eines Epithelien Oberflächenanionenkanals, CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), stört. Eine Beeinträchtigung dieses Kanals führt zu Entzündungen und Infektionen in der Lunge, die den Großteil der Morbidität und Mortalität verursachen. CF ist jedoch eine Multiorganerkrankung, die viele Gewebe einschließlich vaskulärer glatter Muskeln betrifft. Studien haben gezeigt, dass junge Menschen mit Mukoviszidose, die keine Entzündung und Infektion aufweisen, immer noch eine vaskuläre Dysfunktion aufweisen, gemessen anhand der durchflussbedingten Dilatation (FMD). In anderen Krankheitskohorten, u.a. Diabetes und Fettleibigkeit, wurde gezeigt, dass Ausdauersporteingriffe diese Beeinträchtigungen verbessern oder reduzieren. Langfristige Bewegungseingriffe sind jedoch riskant und kostenintensiv in Bezug auf Zeit und Ressourcen. Nichtsdestotrotz hat die aufkommende Forschung die akuten Auswirkungen von körperlicher Bewegung mit ihren langfristigenEinleitung: Mukoviszidose (CF) ist eine genetische Erkrankung, die die Funktion eines Epithelien Oberflächenanionenkanals, CFTR (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator), stört. Eine Beeinträchtigung dieses Kanals führt zu Entzündungen und Infektionen in der Lunge, die den Großteil der Morbidität und Mortalität verursachen. CF ist jedoch eine Multiorganerkrankung, die viele Gewebe einschließlich vaskulärer glatter Muskeln betrifft. Studien haben gezeigt, dass junge Menschen mit Mukoviszidose, die keine Entzündung und Infektion aufweisen, immer noch eine vaskuläre Dysfunktion aufweisen, gemessen anhand der durchflussbedingten Dilatation (FMD). In anderen Krankheitskohorten, u.a. Diabetes und Fettleibigkeit, wurde gezeigt, dass Ausdauersporteingriffe diese Beeinträchtigungen verbessern oder reduzieren. Langfristige Bewegungseingriffe sind jedoch riskant und kostenintensiv in Bezug auf Zeit und Ressourcen. Nichtsdestotrotz hat die aufkommende Forschung die akuten Auswirkungen von körperlicher Bewegung mit ihren langfristigen Vorteilen korreliert und befürwortet die Untersuchung akuter Bewegungseffekte auf FMD vor longitudinalen Studien. Die akuten Auswirkungen von körperlicher Bewegung auf FMD wurden bisher bei jungen Menschen mit Mukoviszidose nicht untersucht, konnten jedoch Erkenntnisse über die potenziellen Vorteile langfristiger Bewegungseingriffe liefern. Die Ziele dieser Studien waren, 1) die Zuverlässigkeit der FMD-Methode und ihre Anwendbarkeit zu entwickeln, um akute Übungseffekte zu untersuchen; 2) Vergleich der Grundlinien-FMD und der Akutübungswirkung bei FMD zwischen Jugendlichen mit und ohne CF; und 3) Zusammenhänge zwischen den akuten Auswirkungen von körperlicher Bewegung auf FMD und demographischen Merkmalen, der körperlichen Aktivität, der Lungenfunktion, der maximalen körperlichen Belastbarkeit oder den entzündlichen hsCRP-Spiegeln zu untersuchen. Methoden: Dreißig junge Freiwillige (10 CF-Patienten, 10 gesunde und 10 aktive, gesunde Kontrollpersonen) im Alter von 10 bis 30 Jahren führten zuvor Blutabnahmen, Lungenfunktionstests, maximale Belastungstests und Grundlinien-FMD-Messungen durch Rückkehr etwa 1 Woche später und Durchführung eines 30-minütigen Dauerlasttrainings bei 75% HFmax durch. FMD-Messungen wurden vor, unmittelbar nach, 30 Minuten nach und 1 Stunde nach konstantem Belastungstraining durchgeführt. ANOVAs und ANOVAs mit wiederholten Messungen wurden verwendet, um Unterschiede zwischen Gruppen bzw. Zeitpunkten zu untersuchen. Die lineare Regression wurde implementiert und evaluiert, um Korrelationen zwischen FMD und demographischen Merkmalen, körperlichen Aktivitätsniveaus, Lungenfunktion, maximaler Belastungskapazität oder inflammatorischen hsCRP-Spiegeln zu bestimmen. Für alle Vergleiche wurde die statistische Signifikanz auf einen p-Wert von α < 0,05 eingestellt. Ergebnisse: Jugendliche mit Mukoviszidose zeigten eine verminderte Lungenfunktion und maximale Belastbarkeit im Vergleich zu Kontrollpersonen. Baseline FMD (%) war auch in der CF-Gruppe (CF: 5.23% v nicht-CF: 8.27% v nicht-CF-aktive: 9.12%) signifikant verringert. Unmittelbar nach dem Training war die FMD in allen Gruppen mit CF, die immer noch die minimalste FMD aufwiesen, signifikant abgeschwächt (~40%). Follow-up-Messungen von FMD zeigte eine langsame Erholung in Richtung Baseline-Werte 30 Minuten nach dem Training und Verbesserungen in der CF-und nicht-CF-aktive Gruppen 60 Minuten nach dem Training. Die lineare Regression zeigte signifikante Korrelationen zwischen maximaler Belastungsfähigkeit (VO2-Peak), BMI und FMD unmittelbar nach dem Training. Feststellung: Diese neuen Ergebnisse bestätigen, dass die vaskuläre Dysfunktion der CF durch sportliche Betätigung akut verändert werden kann und dazu beitragen wird, die Bedeutung von Bewegung in CF-Populationen zu unterstreichen. Die potenziellen Vorteile von Langzeitübungsinterventionen bei vaskulärer Dysfunktion bei jungen CF-Patienten rechtfertigen weitere Untersuchungen.show moreshow less

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Metadaten
Author:Michael RectorORCiD
URN:urn:nbn:de:kobv:517-opus4-438938
DOI:https://doi.org/10.25932/publishup-43893
Advisor:Frank Mayer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:English
Year of Completion:2019
Publishing Institution:Universität Potsdam
Granting Institution:Universität Potsdam
Date of final exam:2019/09/23
Release Date:2020/01/14
Tag:Fluss vermittelte Dilatation; Mukoviszidose; Sporttraining; vaskuläre Dysfunktion
cystic fibrosis; exercise; flow-mediated dilation; vascular dysfunction
Pagenumber:121
RVK - Regensburg Classification:ZX 9880, YC 5835
Organizational units:Humanwissenschaftliche Fakultät / Department Sport- und Gesundheitswissenschaften
Dewey Decimal Classification:6 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften / 61 Medizin und Gesundheit / 610 Medizin und Gesundheit
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