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Karin Maria Franke

• HINTERGRUND Ziel dieser Studie war es Normwerte bei gesunden Frankfurter Kindern für die Fahrradergometrie in halbliegender Position mithilfe des Godfrey Protokolls zu erstellen. Normwerte Gesunder sind in der Kinderkardiologie der Uniklinik Frankfurt vor allem für die Untersuchung von herzkranken Kindern als Referenzwerte wichtig. METHODEN Die Fahrradspiroergometrie erfolgte bei 122 Schülern (65 Jungen und 57 Mädchen) im Alter von 7 bis 15 Jahren. Alle Tests fanden unter vergleichbaren Bedingungen statt und wurden von zwei erfahrenen Untersuchern durchgeführt. Die Belastung begann bei 20 Watt und wurde jede Minute entsprechend der Körpergröße gesteigert. Kinder, die kleiner als 150 cm groß waren, wurden um 15 Watt/min gesteigert, Kinder über 150 cm Körpergröße hatten Belastungsstufen von 20 Watt/min zu bewältigen. ERGEBNISSE Ein Fragebogen gab Auskunft über den alltäglichen Bewegungsumfang der Schüler neben dem Sportunterricht. Es zeigte sich, dass ein Großteil der Probanden im Vereinssport aktiv war und dass der Schulweg nur bis zu einer Distanz von etwa 2 km auch zu Fuß oder per Fahrrad zurückgelegt wird. Geschlechtsspezifische Unterschiede in der Fahrradergometrie konnten bereits in den präpubertären Jahrgängen zugunsten der Jungen festgestellt werden. Auch das Alter erwies sich bei den Schülern abgesehen von den weiblichen, älteren Jahrgängen (13-15 Jahre) als guter Bezugspunkt für Leistung. Ebenso auffällig wie die nahezu gleiche Leistung der Mädchen diesen Alters waren auch die annähernd gleichen Körpergrößen. Mithilfe linearer Regression konnte eine Normalverteilung der Leistung aller Probanden bezogen auf die Körpergröße belegt werden. Das Alter ist ein angemessener Bezugspunkt für die Leistung solange Kinder wachsen. Besser ist die Körpergröße, da sie auch die Leistung von Kindern, deren Größe nicht dem Alter entspricht, angemessen beurteilt. Verglichen mit vorherigen Fahrradergometriestudien fiel die niedrigere Leistung der Frankfurter Probanden auf. Der direkte Vergleich mit der Godfrey Studie (Godfrey 1974) ergab sowohl geringere Arbeitslasten bezogen auf die Körpergröße der Frankfurter Schüler, als auch höhere maximale Herzfrequenzen und Sauerstoffaufnahmen der Godfrey Probanden. Auch Kölner Schüler, die 1987 von Klemt (Klemt 1987) auf dem Fahrradergometer belastet wurden, zeigten eine größere Leistungsfähigkeit. Das Klemt Protokoll führt durch lang andauernde Belastungsstufen, die körpergewichtsabhängig definiert werden, zu langen Belastungszeiten. Darin könnte ein Grund für bessere Leistungen der Kölner Kinder liegen. Die WIAD Studie (WIAD 2003) stellte erhebliche Leistungsminderungen bei über 20.000 deutschen Schülern in Ausdauer-, Kraft-, und Koordinationstests fest. Die Abnahme der Leistungsfähigkeit liefert einen Grund für niedrigere maximale Arbeitslasten der Frankfurter Kinder. Dennoch stellte sich die Frage ob die Frankfurter Kinder tatsächlich ausbelastet waren und welchen Einfluss die halbliegende Position in der Ergometrie einnimmt. Die Bestimmung der Ausbelastung einzelner Probanden anhand von Ausbelastungskriterien stellte sich schwierig dar. Ein Plateauwert der maximalen Sauerstoffaufnahme konnte nicht zuverlässig ermittelt werden. Maximale Herzfrequenzen der Frankfurter Probanden streuten weit und lagen im Durchschnitt unter denen zur Ausbelastung geforderten Werten. Diesen niedrigen Herzfrequenzen standen hohe Werte der Atemäquivalente und des relativen Atemminutenvolumens entgegen, die eine Ausbelastung anzeigten. Wichtig erscheint es neben objektiven Messdaten, die je nach Untersuchungsbedingungen starken Schwankungen unterliegen, auch subjektive Ausbelastungskriterien zu berücksichtigen. Die überwiegende Mehrheit an Fahrradergometerstudien findet in sitzender Position statt. Veröffentlichte Daten der liegenden Fahrradergometrie berichten von niedrigeren maximalen Arbeitslasten und maximalen Herzfrequenzen. Diese Beobachtung konnte durch unsere Probanden gestützt werden. Unterschiedlich wurde der Einfluss der Position auf das pulmonale System beurteilt. Unserer Beobachtung zufolge führt die halbliegende Position zu niedrigeren maximalen Sauerstoffaufnahmen, höheren Atemminutenvolumina und Atemäquivalenten. Die Lunge arbeitet weniger ökonomisch als im Sitzen. Die Atemhilfsmuskulatur kommt weniger effizient zum Einsatz. Möglich ist, dass die maximalen Schlagvolumenwerte bei Belastung im Sitzen höher sind als im Liegen. Darin könnte ein Grund für niedrigere Sauerstoffaufnahmen in liegender Position gefunden werden. SCHLUSSFOLGERUNG Die Maximalleistung bei Kindern während der Fahrradergometrie wird bedeutend durch die Körpergröße, die körperliche Fitness, das Belastungsprotokoll und die Position des Probanden auf dem Ergometer beeinflusst. Diese Studie belegt reduzierte Leistungen der Probanden in halbliegender Position mit größeren Anforderungen an das ventilatorische System. Untersuchungen, die speziell sitzende und liegende Fahrradergometrie bei den selben Probanden durchführen, sind nötig, um vor allem die Hintergründe für die schlechtere Atemökonomie zu erforschen und die Reaktion des Schlagvolumens auf Belastung zu beobachten.
• BACKGROUND The purpose of this study was to establish normative data for healthy children of the Frankfurt area for bicyle ergometry in semi-supine position by means of the Godfrey protocol. Setting standards for the ergometry in semi-supine position is of special interest in this laboratory for the examination of children with congenital heart diseases. METHODS Data was obtained on 122 students (65 boys and 57 girls) aged 7 to 15 years. All exercise tests were carried out under similiar conditions in the same laboratory of the Frankfurt University Pediatric Cardiology by two experienced examiners. Tests were started at a 20 Watt workload and increased every minute according to the child´s height until fatigue. Children under 150 cm tall were given work increments of 15 Watts/min and for children over 150 cm work loads increased by 20 Watts/min. RESULTS A questionnaire helped the investigation of a level of daily physical activity of the students not including physical education at school. It showed that most test persons took part in club-sports in their spare time and that only few walk or cycle to school when school is more than 2 km from their home. As a result of the bicycle ergometry gender differences were already evident in pre-pubertal age with boys reaching higher work loads than girls. Age proved to be a good reference point for the efforts of our subjects except pubertal girls aged 13 to 15. A lack of increasing work loads was evident in these age groups. By means of linear regression we found out that there was a normal distribution of our subjects when referring the maximum work loads to the height of each test person. An explanation for the lack of increasing work loads could not only be found in their sensible age but more importantly in their height as the average height of subjects of these age groups was approximately the same. Therefore age can only be a good reference point as long as the child is growing. Thus we concluded that height is a more distinct reference point in assessing the maximum work load than age. Compared to previous studies it appeared that the performance of our subjects did not meet expectations. A comparison to Godfrey´s study (Godfrey 1974) showed that maximum workload correlated to height as well as maximum heart rates and maximum oxygen consumption were higher in these children. German children who underwent bicycle ergometry after the Klemt protocol in 1987 (Klemt 1987) proved also high performance. The main difference to the Godfrey protocol is in long three minute intervals. These ensure for long testing times and might be one of the reasons for a better performance of the Klemt children. A reduction of physical fitness and motor ability was the result of a study called WIAD (WIAD 2003). Over 20,000 German students took part in this study being tested on strength, endurance and coordination. The decrease of physical fitness in German students over the last years is one of the reasons for lower maximum workloads of the Frankfurt subjects. Regarding these differences in performance the question was whether or not the students had achieved maximum performance and to what extend did the semi-supine position influence the performance. Defining maximum effort by the criteria of heart rate, a plateau of maximum oxygen consumption, oxygen pulse and respiratory equivalent was difficult. A plateau of maximum oxygen consumption was not reliably found in most students. Maximum heart rates of Frankfurt subjects scattered widely and proposed values were not reached by average. Contrary to the peak heart rate did the respiratory equivalent indicate a reached maximum effort. Respiratory equivalents were clearly above the suggested value. Taking these results into account it is difficult to come to a final conclusion concerning the maximum effort of our subjects. It seems that a combination of objective as well as subjective indicators of fatigue are necessary to assure maximum effort in children. Results of the indicators of maximum effort spread widely depending much on the conditions of examination. Compared to other published bicycle ergometry tests a vast majority uses the sitting position. It has been published that the supine position provides for lower workloads and maximum heart rates. These observations seem to be true for the children of our study as well. There have been contrary opinions on the influence on the ventilatory system and the stroke volume during ergometry. Our observation is that the semi-supine position leads to a lower oxygen consumption, a higher minute ventilation as well as repiratory equivalent with the pulmonary system being less economic than in the sitting position. If supine bicycle exercise is associated with lower maximum stroke volume this might explain lower maximum oxygen consumption in the Frankfurt subjects. CONCLUSION Maximum effort in children in bicycle-ergometry is influenced considerably by the child´s height, physical condition, the used ergometry protocol and the subject´s position during bicycle-ergometry. The findings indicate reduced efforts in the semi-supine position associated with lower heart rates and greater demands on the respiratory system. Further investigation comparing the sitting and semi-supine position in the same subjects with regard to the influence on the pulmonary system and stroke volume is needed.