Alter und Gesundheit
Prof. Dr. Helmut Heseker Universität Paderborn Fakultät für Naturwissenschaften Institut für Ernährung, Konsum und Gesundheit
Alter, Altersentwicklung und Lebenserwartung Gene und Ernährung Erfolgreiches Altern (successful aging) Gesundheitsprobleme im Alter Ernährung und Gesundheit Beispiele: Energiezufuhr Antioxidantien Vitamine Folat und Vitamin B12
Die Entwicklung der Lebenserwartung (Stat. Bundesamt, 2009)
Hochbetagte in Deutschland (2006) > 5 Mio. Personen sind 80 Jahre und älter (~ 6 % der Bevölkerung) ~ 150.000 Personen waren 95 Jahre und älter ~ 8.000 Personen sind 100 Jahre und älter (1950: 352; 1994: 4602 (w:4404, m: 558) 332 Personen waren 105 Jahre und älter > Der/die erste Lebenszeitmillionär/in wird bei uns in den nächsten Jahren erwartet. (keine genauen Daten über Hochbetagte vorhanden: Stat. Bundesamt fasst nur über 95jährige Personen zusammen; Bundespräsidialamt gratuliert traditionell zum 100., 105. und jedem höherem Geburtstag: 2004 = 4454 Personen (außerdem: 101-104jährige) Prognose für 2025: 44.200 Menschen, die 100 Jahre und älter sind
Gründe für höhere Lebenserwartung und bessere Gesundheit älterer Menschen Bei unverändertem menschlichen Genom wird durch verbesserte Lebensumstände mehr und mehr all das ausgeschöpft, was an Plastizität im Genom steckt.
medizinischer und technischer Fortschritt
bessere Ernährung
gesünderer Lebensstil
weniger gefährliche und weniger belastende Arbeitsplatzbedingungen
Einfluß von Ernährung, Umwelt, Lebensstil und Genen auf die Entstehung chronischer Erkrankungen und Alterungsprozesse
erbliche Veranlagung Epigenetik
Ernährung Umwelt Lebensstil
Krankheit Alterung
Polymorphismen DNA Sequenzen, die Proteinfunktion weniger stark verändern
Krankheitsassoziierte Mutationen verändern die Proteinfunktion (nach Miedzybrodzka, 1998)
funktionales Protein
Nicht-funktionales oder fehlendes Protein ( z.B. Erbkrankheiten)
Epigenetische Programmierung CH3
CH3
CH3
CH3
Die DNA wird durch Methylierungen und Acetylierungen während der Schwangerschaft und im Säuglings- und Kleinkindalter verändert: Gene werden hierdurch gezielt an- oder ausgeschaltet, in ihrer Wirkung gestärkt oder geschwächt (metabolic imprinting). Gene werden hierdurch stabilisiert und weniger anfällig für Mutationen. Diese Plastizität ermöglicht eine kurzfristige Anpassung an wechselnde Umweltbedingungen.
Normales biologisches Altern
Rückbildungsprozesse innerhalb aller Organgebiete: - Hautveränderungen - Ergrautes und dünneres Haar - Abnahme von Muskulatur und Knochendichte - Veränderung des Stoffwechsels - Veränderung der Organfunktionen - Veränderungen des Gehirns Manifestation als Krankheit möglich!
“successful aging” Theorie des erfolgreichen Alterns
Altern ist individuell unterschiedlich mit Krankheit, Behinderung und Beeinträchtigung verbunden. Alter und chronische Krankheiten sind assoziiert.
Übliches Altern: altersbedingte Veränderungen, die durch Krankheit, negative Umwelt- und Lebensstilfaktoren gesteigert sind. Erfolgreiches Altern: altersbedingte Veränderungen werden nicht durch Krankheit, negative Umwelt- und Lebensstilfaktoren beschleunigt. >> Liefert Hinweise auf entscheidende Einflußfaktoren.
Altersabhängigkeit von Körperfunktionen
Funktionsmaximum
Funktion
6 0
4 0
2 0
Selbständigkeit kritische Schwelle
Hilfe/Pflegebedürftigkeit 0
0
20
40
60 Alter (Jahre)
80
100
120
Veränderungen von Organfunktionen zwischen 30.- und 75. Lebensjahr Gehirngewicht Abnahme Gedächtnisleistung herabgesetzt Reaktionsgeschwindigkeit verlangsamt Anzahl Nervenfasern 63 % Nervenleitgeschw. 90 % Hörleistung Abnahme Geschmacksknospen 35 % Regulation des Blut-pH 20 % Herzschlagvolumen 70 % Nierenglomerula 56 % Filtrationsleistung 70 % der Nieren
max. O2-Aufnahme (Blut) 40 % max. Ventilationsrate reduziert Vitalkapazität 56 % Nebennierenfunktion Abnahme Gonadenfunktion Abnahme Handmuskelkraft 55 % max. Dauerleistung 70 % max. Spitzenleistung 40 % Grundumsatz 80 % Gesamtkörperwasser 82 % Körpergewicht 88 %
Gesundheitsprobleme im Alter Die menschliche Architektur ist auf das hohe und sehr Alter schlecht vorbereitet. Häufung von chronischen Belastungen: 80 % erleiden Verluste in 3 bis 6 Bereichen: z.B. Sehen, Hören, Kraft, funktionale Kapazität, Krankheiten, Intelligenz. Beträchtliche Prävalenz von Demenzen (ungefähr 50% im Alter von 90 Jahren und älter). Hohes Ausmaß an Gebrechlichkeit, Funktionseinschränkungen und Multimorbidität. Zunehmende Verluste in den positiven Dingen des Lebens (Glücklichsein, soziale Kontakte).
Schwachstellen des Körpers Muskeln, die Masse und Spannkraft verlieren Knochen, die nach dem 30. Lebensjahr Mineralien verlieren Ohren mit anfälligen Hörzellen schwache Verbindung zwischen Netzhaut und Sehnerv anfällige Bandscheiben Beinvenen mit Krampfaderneigung Gelenke, die sich abnutzen Herz-Kreislauf-System nach DZFA, 2006
Die häufigsten Erkrankungen bei über 70-Jährigen 1. Fettstoffwechselstörung (76 %) 2. Venenleiden (72%) 3. Zerebralarteriosklerose (65%) 4. Herzinsuffizienz (56%) 5. Osteoarthrose (55%) 6. Rückenleiden (46%) 7. Bluthochdruck (46% ) .. .. Typ 2-Diabetes mellitus .. Krebserkrankungen
Risiko- und Schutzfaktoren (Ernährung und Lebensstil)
übermäßige Energiezufuhr Menge&Art der Nahrungsfette Alkohol, Tabak Unerwünschte Nahrungsbegleitstoffe (z.B. Cholesterin) krebserregende Substanzen - Schimmelpilzgifte - Umweltschadstoffe - Schadstoffe, die bei unsachgemäßer Zubereitung entstehen (z.B. Nitrosamine, Acylamid, Benzpyrene .. ) - Nitrosoverbindungen aus Hämeisen („rotes Fleisch“)
antioxidative Vitamine (Vitamin C, E) antioxidative Spurenelemente (Selen) sekundäre Pflanzenstoffe (z.B. Phytoöstrogene, Phytosterine, Flavonoide) Ballaststoffe Körperliche Aktivität - Herzkreislaufsystem - Muskelkraft - Gehirn
Bedeutung der Energiezufuhr im Alterungsprozess
Restriktion der Energiezufuhr bei Nagetieren - weniger starker Anstieg der Cholesterinspiegel - weniger starke Akkumulation von Körperfett - Fettzellen reagieren besser auf Hormonsignale - geringere Veränderungen endokriner Funktionen - reduzierte Verluste im Immunsystem - höhere Lebenserwartung
>> Größte Wirkung, wenn ab Geburt, aber auch im jungen und mittleren Erwachsenalter (der Ratte) noch Wirkung >> Energierestriktion verlangsamt altersassoziierte Einbußen physiologischer Funktionen, verzögert Krankheitsprozesse, verlängert Lebensdauer.
Überlebenskurven von Ratten mit begrenzter und unbegrenzter Energieaufnahme
100 unbegrenzt begrenzt (- 40 %)
80 60 40 20 0 0
500
1000 Alter [Tage]
Yu et al., 1982
1500
2000
Bedeutung einer knappen Ernährung für den Alterungsprozess
Restriktion der Energiezufuhr bei Nagetieren - weniger starker Anstieg der Cholesterinspiegel - weniger starke Akkumulation von Körperfett - Fettzellen reagieren besser auf Hormonsignale - geringere Veränderungen endokriner Funktionen - reduzierte Verluste im Immunsystem - höhere Lebenserwartung
>> Größte Wirkung, wenn ab Geburt, aber auch im jungen und mittleren Erwachsenalter (der Ratte) noch Wirkung >> Energierestriktion verlangsamt altersassoziierte Einbußen physiologischer Funktionen, verzögert Krankheitsprozesse, verlängert Lebensdauer.
Langzeitexperiment mit Rhesusaffen (Wisconsin National Primate Research Center )
Universität Paderborn
Bedeutung für den Menschen
Tierversuche sind nicht direkt auf den Menschen übertragbar (z.B. kürzere Lebensdauer, schnelleres Wachstum). Beim Tier war die Energiequelle weniger wichtig als Gesamtenergiezufuhr. Die Hypothese kann nur in Langzeitversuchen am Menschen überprüft werden. Eine Begrenzung der Energiezufuhr ist in jedem Fall im Sinne einer Adipositasprävention (Adipositas beim 40jährigen verkürzt die Lebenserwartung um 6-8 Jahre!). Eine Restriktion im Kindesalter wenig sinnvoll, würde optimale Entwicklung möglicherweise behindern.
Obst, Gemüse und Krebs
In Deutschland erkranken jedes Jahr 340.000 Menschen an Krebs; 210.000 sterben an den Krankheitsfolgen. Krebs steht an 2. Stelle der Todesursachen. 30-40 % der Krebserkrankungen werden ursächlich auf eine falsche Ernährung zurückgeführt. Von allen Nahrungsfaktoren, die mit Krebserkrankungen in Verbindung gebracht werden, sind die inversen Beziehung zwischen Obst-/Gemüseverzehr und Krebsrisiken die konsistentesten Beziehungen.
Krebsrisiko-Faktoren Tabak 30%
unbekannt 15% Medizin 1% Reproduktion 7%
Ernährung 35%
Beruf 4% Alkohol 3% Geophysik 3% Umwelt 2%
Die Oxidans- und Antioxidanshypothese ihre Entwicklung ...
1984: Steinberg formuliert die LDL-Oxidanshypothese genotoxische Wirkung von freien Radikalen Fall-Kontroll- und der Kohorten-Studien zeigten relativ konsistent korrelative Zusammenhang zwischen der Aufnahme antioxidativer Vitamine und dem Herzinfarktsowie dem Krebsrisiko weitere biochemische Untersuchungen und in-vitro- und invivo-Studien unterstützten die Hypothese die positiven Ergebnisse der Grundlagenforschung führten zur Durchführung großer Interventionsstudien (RCT): ATBC, CARET, CHAOS, GISSI, HOPE, HPS, MVP, PHS, PPP, WHS, WAVE
H.Heseker, UPB
Die Oxidans- und Antioxidanshypothese ... und ihre Folgen Die Vorstellung, dass Herzinfarkt und einige Krebserkrankungen durch oxidative Schädigungen verursacht und potentiell durch antioxidative Vitamine vermieden werden können, hat
zur Entwicklung und intensiven Vermarktung spezieller Nahrungsergänzungsmittel und auch funktioneller Lebensmittel geführt,
in der Fach- und Laienpresse ein beachtliches Medienecho ausgelöst, dazu geführt, dass viele gesunde Menschen heute freiwillig und regelmäßig antioxidative Vitamine (und Selen) verwenden.
Literatur: Maxwell SR: Antioxidant vitamin supplements: update of their potential benefits and possible risks. Drug Safety 1999; 21: 253-266 H.Heseker, UPB
Bewertung der Interventionsstudien
Seit Beginn der 90er Jahre wurden in den USA und Europa mehr als 12 RCT durchgeführt. Endpunkte: Krebs- oder Herzkreislauferkrankungen Insgesamt nahmen über 110 000 freiwillige Probanden an den Interventionen teil. Dauer der Intervention: 3 – 12 Jahre Die Ergebnisse wurden in Meta-Analysen systematisch ausgewertet.
Ergebnis: keine signifikanten Effekte nachweisbar! U.S. Preventive Services Task Force: Routine vitamin supplementation to prevent cancer and cardiovascular disease: recommendations and rationale. Ann Intern Med 2003; 139: 51-55 Morris CD, Carson S: Routine vitamin supplementation to prevent cardiovascular disease: a summary of the evidence for the U.S. Preventive Services Task Force (USPSTF). Ann Intern Med 2003; 139: 56-70 Heyden S: Das Ende der Supplementierung mit antioxidativen Vitaminen. Akt Ern med 2003; 28: 113-120 H.Heseker, UPB
Steigerung des Lungenkrebsrisikos durch ß-Carotinpräparate Ergebnis aus 2 Interventionsstudien: The α-Tocopherol, ß-Carotene Cancer Prevention Trial (ATBC) National Cancer Institute and the National Public Health Institute of Finland Kollektiv: 29.133 männliche Raucher in Finnland (50-69 Jahre) Supplement: 50mg Tocopherol, 20 mg ß-Carotin oder beides (Placebo kontrolliert) Dauer: 5-8 Jahre Ergebnis: 18% mehr Lungenkarzinome, 8% mehr Todesfälle The ß-Carotene Cancer and Retinol Efficiency Trial (CARET) National Cancer Institute (USA) Kollektiv: 18.314 Teilnehmer (50-69 Jahre), Raucher oder entwöhnte R. Supplement: Retinol und 30 mg ß-Carotin (Placebo kontrolliert) Dauer: 4 Jahre Ergebnis: 46% mehr Lungenkarzinome, 17% mehr Todesfälle
H.Heseker, UPB
Zusammenfassende Bewertung von Antioxidantien Für die gesundheitlichen Wirkungen von Obst und Gemüse können keine einzelnen Inhaltsstoffe verantwortlich gemacht werden.
Es stellt sich heute die Frage, ob man Gesundheitsvorbeugung mit isolierten Antioxidantien überhaupt erreichen kann-
Vermutlich senkt die Vielfalt an pflanzlichen Inhaltsstoffen (inklusive Ballaststoffe) und essentielle Nährstoffe das Krankheitsrisiko!
H.Heseker, UPB
Folat (lat: folium = Blatt) Gruppe der B-Vitamine, wasserlöslich; aktive Formen: u.a. 5-MTHF, 10-MTHF gute Quellen: grüne Gemüse, Kohl, Salat, Tomaten, Getreide, Orangen, (Leber) Bioverfügbarkeit: hoch aus NEM; bessere Absorption aus tierischen als aus pflanzlichen Lebensmitteln (~ 50 %) Funktionen: Akzeptor und Überträger von C1-Einheiten; wichtig für die Synthese und Methylierung von DNA; wichtig für die Blutbildung und Cholinbiosynthese
Folatdefizite sind an der Entstehung verschiedener Erkrankungen beteiligt.
H.Heseker, UPB
Mangelerscheinungen primär in Zellsystemen mit hoher Zellteilungsrate • verlangsamte Erythropoese >> makrozytäre, hyperchrome Anämie, aber auch Leukopenie und Thrombopenie • Schleimhautveränderungen (bes. im Gastrointestinal- und Urogenitaltrakt) • erhöhte Homocysteinkonzentrationen • später: Polyneuropathie Vitamin C Aminosäuren B6, Cu, Fe Hämoglobin Häm Vitamin E Zellteilung H.Heseker, UPB
Folat, Vit.B12
Neuralrohrdefekte (NTDs) Spina bifida und Anenzephalie
häufigste angeborene Fehlbildungen des Nervensystems Störung des Neuralrohrverschlusses Verschluss erfolgt 4 Wo nach Konzeption in D: 470 - 800 lebend geborene Säuglinge mit NTD pro Jahr (~6 NTD/10.000) plus ~ 500 Schwangerschaftsabbruch nach pränataler Diagnose 10-20fach erhöhtes Risiko bei Frauen, die bereits ein Kind mit NTD hatten erhöhtes Risiko auch bei früheren Fehloder Totgeburten perikonzeptionelle Folatgaben reduzieren das Risiko erheblich
H.Heseker, UPB
Der Folat-Stoffwechsel Nahrung Folsäure / Folate
M ethionin M ethioninsynthase (M TR) S-Adenosylm ethionin Vitam in B 12 M ethionin-Synthase-Reduktase (M TRR)
Tetrahydrofolat 5,10-M ethylenTetrahydrofolat
5-M ethylTetrahydrofolat
*2
5,10-Methylen-Tetrahydrofolat-Reduktase (MTHFR)
Homocystein
Cystathionin- β -Synthase *1 (CBS) Vitam in B 6 Cystathionin e C ystein
DNA S ynthese H.Heseker, UPB
S-Adenos ylhom ocystein
*1 Homocystinurie *2 leichte erhöhte Homocysteinwerte
DNA M eth ylierung
Polymorphismen der 5,10-MethylenTetrahydrofolat-Reduktase (MTHFR)
thermolabile Varianten der MTHFR >> reduzierte MTHFR-Enzymaktivitäten; reduzierte MTHF-Konzentrationen; erhöhte Homocysteinkonzentrationen
Genotype: MTHFR C 677 T: Thymin statt Cytosin - homozygote Variante (TT): Enzymaktivität um ~70 % reduziert - heterozygote Variante (TC): Enzymaktivität um ~35 % reduziert
H.Heseker, UPB
Häufige Polymorphismen der MTHFR- Gene
Normale Allele
Gen-Sequenz Protein-Sequenz
…..GCG GGA GCC GAT……………… ……Ala Gly Ala Asp ………………
677 C->T Allele
Gen-Sequenz …..GCG GGA GTC GAT……………. Protein-Sequenz ……Ala Gly Val Asp ……………. _________________________________________________
H.Heseker, UPB
Temporal asociation between folic acid fortification and increase of colorectal cancer rates. (US) (Mason et al., 2007)
Colorectal cancer: age-adjusted incidence in the US. Age-adjusted CRC incidence from 1986 to 2002 based on nationally representative databases. H.Heseker, UPB
The excess incidence of CRC in the US compared with prefortification trends. The excess incidence of CRC was calculated as deviations from linear regressions based on the years preceding the institution of voluntary fortification: the 1986-1995 trend
Temporal association between folic acid fortification and increase of colorectal cancer rates (Canada) (Mason et al., 2007)
Colorectal cancer: age-adjusted incidence in Canada. Age-adjusted CRC incidence from 1986 to 2002 based on nationally representative databases. H.Heseker, UPB
The excess incidence of CRC in Canada compared with prefortification trends. The excess incidence of CRC was calculated as deviations from linear regressions based on the years preceding the institution of voluntary fortification: the 1986-1996 trend.
Nutzen und Risiko höherer Folsäureaufnahmen
0
H.Heseker, UPB
Vitamin B12 Absorption: nur in Anwesenheit eines von der Magenschleimhaut gebildeten Faktors (= Intrinsic- Factor) möglich. Bei Fehlen eine Absorption nicht möglich (z.B. bei chronischer Gastritis); aktiver Absorptionsmechanismus Speicherung: in der Leber, Speicherkapazität 3-5 Jahre Mangelerscheinungen: bei gastrischer Ursache perniziöse Anämie makrozytäre Anämie mit Leukopenie, Degeneration des Rückenmarks, Parästhesien, Zungenbrennen, Glossitis Mangelursachen: unzureichende Zufuhr und/oder Resorption, Veganer, chronische Gastritis, Fischbandwurm In Deutschland: der häufigste Vitaminmangel!
H.Heseker, UPB
Bedeutung der Magendehnung
H. Heseker UPB
Warum ist eine hohe Fettzufuhr ungünstig? Fett hat eine hohe Energiedichte (9 kcal/g) Fett sättigt nicht so gut wie Kohlenhydrate ( keine kurzfristigen Sättigungssignale) Die Fettoxidation ist ineffektiv reguliert Fettspeicherung verbraucht wenig Energie Fett ist besonders schmackhaft Hohe Zufuhr an gesättigten Fettsäuren erhöht das Herzinfarktrisiko H. Heseker UPB
Unterschiedliche Effekte von ω- 3- und ω- 6-Fettsäuren
H. Heseker UPB
Speisefette und Öle Kriterien für die Beurteilung: Ernährungsphysiologischer Wert Fette Fettsäurenzusammensetzung (n3-, n6-, n9-Fettsäuren, gesättigte Fettsäuren, Verhältnis n6:n3 Fettsäuren, Trans-Fettsäuren) Vitamin E unerwünschte Begleitstoffe (z.B. Cholesterin) Küchentechnische Nutzung Öle Verhältnis n6:n3 Fettsäuren H. Heseker UPB
Lebensmittel vorwiegend tierischen Ursprungs Kriterien für die Beurteilung: Ernährungsphysiologischer Wert – Energiedichte – Nährstoffdichte (Calcium, Eisen, Zink, Selen, B-Vitamine, Vit. D) – Fettqualität (gesättigte Fettsäuren, n3-Fettsäuren) Präventive Aspekte - Verminderung des Risikos für Krebs- und Herz-/Kreislauferkrankungen
H. Heseker UPB
Lebensmittel vorwiegend pflanzlichen Ursprungs
Kriterien für die Beurteilung: Ernährungsphysiologischer Wert – Energiedichte – Nährstoffdichte (Vitamine, Mineralstoffe, Ballaststoffe) – sekundäre Pflanzenstoffe
Präventive Aspekte – Verminderung des Risikos für Krebs- und Herz/Kreislauferkrankungen – Verminderung des Risikos für Typ-2 Diabetes mellitus
H. Heseker UPB
Getränke
Kriterien für die Beurteilung: Ernährungsphysiologischer Wert – Energiegehalt (gering: 7% Kohlenhydrate) – Essenzielle Nährstoffe – Sekundäre Pflanzenstoffe – Anregende Substanzen – Süßungsmittel
H. Heseker UPB
Wichtige Empfehlungen zum Erhalt der Gesundheit 1. Vermeiden von Übergewicht und Adipositas 2. pro Tag 5 Portionen Gemüse und Obst essen 3. Kohlenhydrate im botanischen Verbund bevorzugen 4. Abwechslung bei der Lebensmittelauswahl (inkl. mageres Fleisch, Milchprodukte, Fisch) 5. fettmoderat essen; ω6 / ω3- Verhältnis beachten 6. regelmäßig körperliche Bewegung 7. kein übermäßiger Alkoholkonsum 8. nicht rauchen H. Heseker UPB
