Associations between physical activity and lung function in a cohort of German adolescents

Smith, Maia Phillips (2017): Associations between physical activity and lung function in a cohort of German adolescents. Dissertation, LMU München: Medizinische Fakultät

Abstract

Physical activity (PA) is one of the best-known health behaviors in the developed world, protective against diabetes and cardiovascular diseases, but also conditions such as depression and cancer. While it is generally accepted that most people would benefit from increased PA, neither current activity levels in the general population nor the relative importance of different activity domains have been well established. While PA has been associated with improved respiratory function in different lung diseases, associations in populations with healthy lungs are less well studied. Children, adults and athletes specializing in different sports have been studied; however, results are confounded by anthropometric and sociocultural differences in populations. Furthermore neither PA nor lung health is quantified in the same way across studies, and methods of PA assessment vary in validity, replicability, and cost. Thus while it often appears that active healthy people have better lung function than inactive peers, the relationship is not clear. PA is generally quantified as minutes per day of moderate or vigorous physical activity, i.e. activity requiring more than 3 or 6 metabolic equivalents, respectively, but occasionally also as sport participation; it can be measured either subjectively by self-report and parental report, or objectively by accelerometry, calorimetry, and/or direct observation by trained observers. Lung health may be quantified as incidence, prevalence, exacerbation or remission of different respiratory diseases; or as lung function, which at the population level is typically quantified as spirometric indices. Although spirometry is standardized, ascertainment, diagnosis, and treatment of lung diseases are often heterogeneous between populations. For all these reasons, while existing evidence proves the benefit of pulmonary rehabilitation and suggests that children with respiratory diseases are less active, there is less evidence for a relationship between PA and spirometry in healthy children or for a relationship with respiratory diagnoses, as opposed to symptoms. In this thesis, PA and lung function were cross-sectionally determined in two large population samples, the GINIplus and the LISAplus birth cohorts. PA was measured in 1411 subjects (47% male) ages 14-17, most of whom also contributed allergy data and spirometry. PA was measured by a combination of one-week accelerometry and activity diary: it was quantified both as minutes spent in moderate and/or vigorous activity (MVPA) and as participation in leisure sport, school sport or active transportation to school (i.e. by foot or bicycle.) Lung health was measured both by medical history (reported presence or absence of doctor-diagnosed allergic diseases, allergic symptoms, or smoking) and by spirometry. With these data we sought to answer the following questions: 1) How physically active were these adolescents? How important were different activity domains (school sport, leisure sport, transportation, school time, and all other time) in determining total moderate and vigorous activity? 2) When the effects of asthma and smoking were excluded, did physically active children of either sex have better spirometrically-assessed lung function than inactive ones? 3) Was any allergic respiratory condition (asthma, allergic rhinitis, aero-allergen sensitization, wheezing, rhinoconjunctivitis) associated with either reduced participation in sport, or decreased moderate or vigorous PA? We observed a generally active lifestyle, with girls less active than boys. Over 2/3 of subjects participated in leisure-time sport: however, PA levels were still substantially below recommendations especially for girls. Boys and girls achieved the World Health Organization’s recommended 60 minutes per day MVPA on only 27% and 17% of days, averaging 46 and 38 minutes per day: however there was large variation between individuals. Leisure sport provided 16% of total MVPA, school sport provided 5%, and transportation to school 8%. Sport participation was not associated with symptoms, female gender, or respiratory diagnoses: and while there was no association between PA and spirometry in lung-healthy children, boys with diagnosed asthma and rhinitis tended to be less active. The effect did not appear to be driven by allergic symptoms, and was only present in boys. We conclude that traditionally vulnerable adolescent populations participated fully in sport in Germany, but sport was not sufficient to ensure adequate PA especially for girls and for asthmatic boys. Observed levels of PA did not appear to benefit healthy lungs; however interventions are needed to address causation.

Abstract

Körperliche Aktivität gehört zu den etablierten, gesundheitsfördernden Verhaltensweisen in den Industrienationen. Regelmäßige Aktivität beugt einer Vielzahl von Krankheiten wie Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, sowie Depression und Krebs vor. Doch obwohl allgemein bekannt ist, dass die meisten Menschen von einer Steigerung der körperlichen Aktivität profitieren würden, sind weder die aktuellen Aktivitätslevel westlicher Populationen zufriedenstellend, noch ist der Beitrag einzelner Tagesaktivitäten in Bezug auf die Gesamtaktivität gut erforscht. Während bei verschieden Lungenerkrankungen regelmäßige körperliche Aktivität häufig mit einer verbesserten Atemwegsfunktion assoziiert wird, ist dieser Zusammenhang bei lungengesunden Populationen weniger erforscht. Bisher haben Studien Kinder, Erwachsene und Sportler unterschiedlicher Disziplinen untersucht, doch die Ergebnisse sind nicht eindeutig, was möglicherweise auf die Studienpopulationen mit anthropometrischen und soziokulturellen Unterschieden zurückgeführt werden kann. Auch wurden in den Studien weder die Atemwegsfunktion noch die körperliche Aktivität mit gleicher Methodik erfasst, so variiert die Messung der körperlicher Aktivität in Validität, Replizierbarkeit, Genauigkeit sowie Kosten. Obwohl es häufig den Anschein erweckt, dass körperlich aktive, gesunde Menschen eine bessere Lungenfunktion aufweisen als ihre inaktive Vergleichsgruppe, ist der Zusammenhang nicht bewiesen. Der Aktivitätslevel wird in der Regel in Minuten von moderater bis starker körperlicher Aktivität pro Tag, das heißt, Aktivität, die mehr als drei oder sechs metabolische Äquivalente benötigt, erfasst. Gelegentlich wird aber auch die Dauer einer gezielten sportlichen Aktivität oder die Teilnahme an Sportprogrammen als Maß herangezogen. Die Erfassung basiert entweder auf subjektiven Angaben durch Selbstbeobachtung oder bei Kindern durch die elterliche Beobachtung bzw. die Beobachtung durch ausgebildete Fachkräfte. Objektive Methoden stellen die Akzelerometrie und die Kalorimetrie dar. Die Lungengesundheit kann mittels Fragebogen zur Inzidenz, Prävalenz, Exazerbation oder Remission von Lungenerkrankungen beurteilt werden oder wird durch die Lungenfunktionsmessung erfasst, wobei in Kohorten dafür typischerweise die Spirometrie eingesetzt wird. Während die Spirometrie ein standardisiertes Verfahren darstellt, variieren die Erhebung, Diagnose und Behandlung von Lungenerkrankungen zwischen einzelnen Populationsstudien. Unter Berücksichtigung dieser Aspekte kann festgehalten werden, dass der der positive Einfluss von körperlicher Aktivität für die Lungenrehabilitation als belegt angesehen werden kann und vieles darauf hindeutet, dass Kinder mit Atemwegserkrankungen weniger aktiv sind. Unklar ist der Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und Lungenfunktion bei lungengesunden Kindern oder bei Lungenerkrankungen mit und ohne Symptomfreiheit. Für die vorliegende Arbeit wurden körperliche Aktivität und Lungenfunktion in zwei großen, deutschen Geburtskohorten, der GINIplus und der LISAplus Studie gemessen und mittels Querschnittsanalysen mögliche Assoziationen unter Berücksichtigung bekannter Einflussgrößen ermittelt. Die körperliche Aktivität wurde bei 1411 Probanden (47% davon männlich) im Alter von 14-17 erfasst; von den meisten Probanden lagen auch Daten zur Spirometrie sowie allergischen Erkrankungen vor. Die körperliche Aktivität wurde über eine Woche mittels Akzellerometrie zusammen mit einem Bewegungstagebuch erfasst und die Minuten von moderater und/oder starker körperlicher Aktivität pro Tag (MVPA) bestimmt. Durch das Tagebuch konnten spezifische sportliche Aktivitäten, wie die Teilnahme an Sportprogrammen oder Schulsport sowie der Aktivitätsgrad auf dem Schulweg - wie mit dem Fahrrad oder dem PKW gebracht - ausgewertet werden. Die Lungengesundheit wurde einerseits durch die medizinische Vorgeschichte (dokumentiertes Vorhandensein oder Nichtvorhandensein von ärztlich festgestellten allergischen Erkrankungen, allergischen Symptomen oder Rauchen) sowie durch die Lungenfunktion beurteilt. Auf der Basis dieser Daten habe ich folgende Fragen adressiert: 1) Wie körperlich aktiv waren die Jugendlichen? Welchen Beitrag leisteten unterschiedliche Aktivitätsbereiche (Schulsport, Freizeitsport, Aktivitätsgrad auf dem Schulweg) zur gemessenen moderaten bis starken Gesamtaktivität und welcher Anteil wurde während der Schul- und Freizeit geleistet? 2) Haben lungengesunde, körperlich aktive Jugendliche beiderlei Geschlechts eine bessere spirometrisch eingeschätzte Lungenfunktion als körperlich inaktive? 3) Sind allergische Erkrankungen (Asthma, allergische Rhinitis, aero-Allergen-Sensibilisierung) oder deren Symptome (Pfeifatmung, Rhinokonjunktivitis) mit einer geringeren körperlichen Aktivität oder geringeren Teilnahme an sportlichen Aktivitäten assoziiert? Insgesamt gesehen beobachtete ich einen aktiven Lebensstil der Jugendlichen, mehr als zwei Drittel der Probanden übten während ihrer Freizeit mindestens eine Sportart aus. Trotzdem lag die Dauer der täglichen körperlichen Aktivität wesentlich unterhalb der 60-minütigenWHO-Empfehlung, nur an 27% bzw. 17% der Tage wurde diese von den Jungen bzw. Mädchen erfüllt. Die Mädchen waren weniger aktiv als die Jungen, im Mittel betrug MVPA bei Jungen 46 min/Tag und bei Mädchen 38 min/Tag, zeigte aber eine große individuelle Variabilität. Der Beitrag durch Freizeitsport zur gesamten MVPA betrug 18%, Schulsport trug 5% und der aktive Schulweg 8% bei. Mädchen übten Freizeitsport genauso häufig wie Jungen aus, ebenso war die Teilnahme bei Jugendlichen mit allergischen Erkrankungen bzw. Symptomen nicht eingeschränkt. Während sich ein Zusammenhang zwischen körperlicher Aktivität und der spirometrischen Messgrößen bei lungengesunden Jugendlichen nicht nachweisen ließ, neigten Jungen mit der Diagnose Asthma und/oder Rhinitis dazu, weniger aktiv zu sein. Diese Einschränkung schien nicht durch das Vorhandensein von allergische Symptome erklärbar zu sein und war nur bei Jungen zu beobachten. Aus meinen Studien schließe ich, dass in Deutschland die traditionell gesundheitlich eher anfällige jugendliche Bevölkerung doch häufig Freizeitsport ausübt, aber dieser nicht ausreicht, um insbesondere bei Mädchen und asthmatischen Jungen, eine ausreichende körperliche Aktivität sicherzustellen. Trotz der hohen Variabilität der körperlichen Aktivität konnte kein Einfluss auf spirometrische Kenngrößen bei lungengesunden Jugendlichen nachgewiesen werden. Allerdings muss der Querschnittscharakter der Studie berücksichtigt werden und Interventionsstudien wären erforderlich, um eine definitive Schlussfolgerung zu ziehen.

• Dokumententyp: Dissertationen (Dissertation, LMU München)
• Themengebiete: 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften ; 600 Technik, Medizin, angewandte Wissenschaften > 610 Medizin und Gesundheit
• Fakultäten: Medizinische Fakultät
• Sprache der Hochschulschrift: Englisch
• Datum der mündlichen Prüfung: 14. Februar 2017
• 1. Bericht­erstatter:in: Nowak, Dennis