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DOI: 10.1055/s-2003-44265
COPD, die Systemerkrankung: Ernährung: zu wenig beachtet und noch ungelöst
COPD, the Systemic Disease: Nutrition - an Underestimated and Unresolved Problem Experten-Workshop am 11. und 12. Juli 2003 in Fleesensee. Leitung: Prof. Dr. Harald Morr. GreifensteinUnterstützungBoehringer Ingelheim Pharma GmbH & Co KG, IngelheimPublication History
Publication Date:
17 November 2003 (online)
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Physiologie und Pathophysiologie der Ernährung bei COPD
Annemie Schols, Abteilung Pneumologie der Universität Maastricht
Die COPD ist charakterisiert durch eine Flusslimitierung infolge von Atemwegsobstruktion, Entzündung, strukturellen Veränderungen des Lungengewebes und mukoziliärer Dysfunktion. In den letzten Jahren trat die systemische Komponente dieser Erkrankung zunehmend in den Vordergrund. Zu den sekundären Effekten der COPD zählen die Mitbeteiligung von Muskulatur, Skelettsystem und Kreislauf.
Welche Gründe sprechen für eine ernährungsmedizinische Intervention bei COPD? In großen epidemiologischen Studien fand man einen klaren Zusammenhang zwischen dem Ernährungszustand und dem Überleben von COPD-Patienten. Bei Untergewicht war die mittlere Überlebenszeit reduziert [1]. Umgekehrt fand man nach klinischen Interventionen, mit denen das Gewicht verbessert wurde, ein verlängertes Überleben. Auch die Hospitalisierungsrate wird durch den Ernährungszustand beeinflusst. Patienten mit Gewichtsverlust während eines stationären Aufenthaltes mussten danach signifikant häufiger erneut in die Klinik aufgenommen werden [2].
In Maastricht betrachtet man die COPD schon längere Zeit als systemische Erkrankung. Dementsprechend ist das Management nicht auf die Lunge beschränkt. Ziel der Behandlung ist die generelle Verbesserung der Gesundheit, nicht nur die Steigerung der Lungenfunktion. Die körperliche Belastbarkeit eines Patienten wird sowohl durch das Ausmaß der Lungenerkrankung bestimmt als auch durch die Funktion der Skelettmuskulatur. Letztere kann man auf verschiedene Weise erfassen. Man kann die Muskelmasse bestimmen, morphometrische Messungen aus Muskelbiopsien vornehmen oder den Stoffwechsel der Muskulatur analysieren. Zur Bestimmung der Muskelmasse stehen verschiedene nicht-invasive Verfahren zur Verfügung: die Ganzkörpermessung mit DEXA, die bioelektrische Impedanz-Analyse und das regionale MRT.
Im MRT war die Muskelfläche am Oberschenkel bei Gesunden größer als bei COPD-Patienten [3]. Patienten mit mittelgradiger bis schwerer COPD (jedoch nicht solche mit leichter COPD) hatten eine um 25 % reduzierte Muskelmasse, wenn man die bioelektrische Impedanz-Analyse verwendete [4]. Außerdem korrelierte die nicht-invasive Bestimmung der fettfreien Körpermasse gut mit dem Muskelfaserquerschnitt aus Muskelbiopsien [5].
Muskelbiopsien erlauben nicht nur Aussagen über die Muskelmasse, sondern man kann die einzelnen Typen von Muskelfasern voneinander unterscheiden. Die Typ-I-Fasern werden bei aeroben Belastungen genutzt, Typ IIx-Fasern eher bei anaerober Belastung (Abb. [1]). Die Muskelatrophie bei COPD betrifft überwiegend die IIx-Fasern [5]. Außerdem ist die oxidative Kapazität der Muskulatur reduziert [6]. Bereits in Ruhe findet man erhöhte Konzentrationen von Inosin-Monophosphat, IMP, im Muskel. Unter Belastung werden die Energiespeicher schnell geleert. Zudem ist die Erholung der Muskulatur der Patienten mit stark eingeschränkter Lungenfunktion verzögert.
Abb. 1 Typen von Muskelfasern (mit freundlicher Genehmigung von Frau Dr. Schols).
Die Situation bei COPD ist demnach charakterisiert durch einen Gewichtsverlust, eine reduzierte Muskelmasse und durch intrinsische Veränderungen der Muskulatur. Therapeutische Strategien müssen sich daher auf genau definierte Patientengruppen beziehen.
In Maastricht wurde ein komplexes Behandlungsprogramm für COPD entwickelt. In einem Flussdiagramm können je nach Situation des Patienten die einzelnen Schritte abgelesen werden (Abb. [2]). Die beiden wesentlichen Elemente sind Supplemente in Form von Trinknahrung sowie Maßnahmen, die den Patienten körperlich aktiv halten.
Abb. 2 Diagnostik und Therapie bei COPD: Vorgehen der Arbeitsgruppe in Maastricht unter Berücksichtigung von Ernährung und körperlichem Belastungstraining (mit freundlicher Genehmigung von Frau Dr. Schols).
Gewichtsverlust ist bedingt durch ein Ungleichgewicht zwischen Energieaufnahme und Energieverbrauch. Personen mit COPD haben einen erhöhten Ruheenergieumsatz, der vor allem durch die chronischen Entzündungsprozesse bedingt ist. Unabhängig davon stellte man auch Veränderungen der belastungsinduzierten Thermogenese fest. COPD-Patienten benötigen für dasselbe Ausmaß körperlicher Belastung mehr Energie als Gesunde. Hinsichtlich der Lungemechanik besteht eine Hyperinflation, die sich besonders bei körperlicher Belastung bemerkbar macht und in einem erhöhten Energieverbrauch für die Atemarbeit resultiert. Doch nicht nur die Atemmuskulatur, sondern auch die übrige Skelettmuskulatur ist bei COPD beeinträchtigt. So fand man eine reduzierte oxidative Kapazität der Beinmuskulatur, die mit einer verminderten mechanischen Effizienz der Muskeln einherging [7].
Neue Ergebnisse zur Regulation des Energie-Stoffwechsels zeigen, dass eine wesentliche Rolle das Uncoupling-Protein 3 spielt. Es beeinflusst die oxidative Phosphorylierung und damit den Stoffwechsel der Fettsäuren. Fettsäuren sind ein wichtiger Energiespeicher und können dementsprechend nur unzureichend genutzt werden, wenn - wie bei COPD - das Uncoupling-Protein 3 reduziert ist [8].
Auf die veränderten metabolischen Bedingungen reagieren Skelettmuskulatur und Zwerchfell unterschiedlich. Bei der Extremitätenmuskulatur kommt es zu einer Verschiebung von Typ-I- zu Typ-IIx-Fasern mit dem Resultat einer reduzierten Ausdauer der Muskulatur. Beim Zwerchfell nehmen IIx-Fasern ab und Typ-I-Fasern entsprechend zu, was die Kraft des Zwerchfelles vermindert. Gehen durch Gewichtsverlust weitere IIx-Fasern verloren, wirkt sich dies zusätzlich negativ auf die Muskelkraft aus.
Abb. 3 Erniedrigte Lungenfunktion und Mortalität in drei großen Studien: West Scotland [25], Buffalo Health [26] und Malmö [27]. Personen mit erniedrigter Lungenfunktion hatten ein erhöhtes Relatives Risiko (mit freundlicher Genehmigung von PD Dr. Welte).
Welche Ergebnisse kann man mit Ernährungstherapie erzielen? Ältere Studien mit Interventionen über nur zwei Wochen ergaben zwar Verbesserungen beim Körpergewicht und bei der Funktion der Atemmuskulatur, jedoch nicht bei der Funktion der Extremitätenmuskulatur. Dies konnte erst durch eine längere ernährungsmedizinische Betreuung erreicht werden. In Maastricht führte man eine Studie über drei Monate durch und fand eine Zunahme der fettfreien Körpermasse, der Funktion der Atem- und der Extremitätenmuskulatur, der Belastbarkeit und der Lebensqualität. Diese günstigen Ergebnisse wurden mit Trinknahrung erreicht, die die Patienten zwei- bis dreimal täglich in kleinen Portionen zu sich nahmen. Es gab aber auch Patienten, die von dieser Maßnahme nicht profitierten. Hier stellte sich heraus, dass sie die Supplemente anstelle von Mahlzeiten zu sich nahmen, so dass die Energiezufuhr ungenügend war.
Wichtig ist, die ernährungsmedizinische Intervention mit einem Programm für körperliches Training zu verbinden. Nur so kann erreicht werden, dass nicht nur die Muskelkraft, sondern auch die Ausdauer verbessert wird. Die einfache Botschaft heißt also: mehr essen und mehr Bewegung! Dies zeigte sich auch in einer Studie mit Patienten, die zur Rehabilitation gekommen waren. Eine Verbesserung der fettfreien Körpermasse wurde nur dann erreicht, wenn die Patienten zusätzlich zur Rehabilitation Trinknahrung erhielten [9]. Schols warnte jedoch auch davor, unterernährte Patienten körperlich zu ausgiebig zu trainieren, weil man damit eine katabole Reaktion induzieren kann.
Zu den Personen, die schlecht auf eine Ernährungstherapie ansprechen, gehören vor allem Patienten mit Hinweisen auf eine systemische Entzündung. Dies zeigte eine Studie, in der TNF-α-Konzentrationen untersucht wurden [10]. Wahrscheinlich wird der Appetit durch Entzündungsprozesse gedrosselt. Außerdem erhöhen Entzündungsprozesse den Ruheenergieumsatz. Verzweigtkettige Aminosäuren spielen wahrscheinlich auch eine Rolle. Wenn bei Entzündungsprozessen verstärkt Akute-Phase-Proteine gebildet werden, ist die Proteinsynthese der Leber allgemein stimuliert. Die Aminosäuren dazu kommen teilweise aus der Skelettmuskulatur und stehen dann dort nicht mehr für die Proteinsynthese zur Verfügung. Tatsächlich fand man bei Emphysempatienten mit reduzierter Muskelmasse eine reduzierte Proteinsynthese, jedoch keinen vermehrten Muskelabbau [11].
Der Ernährungszustand kann auch mit Pharmaka wie anabolen Steroiden und Wachstumshormon moduliert werden. In einer neuen Studie aus Maastricht wurden drei Gruppen von Patienten gebildet: nur Rehabilitation, Rehabilitation plus Ernährung und Rehabilitation plus Ernährung plus anaboles Steroid (Nandrolon). Die dritte Gruppe hatte die besten Ergebnisse für Gewichtszunahme und Zunahme der fettfreien Körpermasse. Patienten, die auf anabole Steroide ansprachen, hatten außerdem eine bessere Überlebenszeit als Non-Responder [12]. In einem anderen Projekt verglich man Rehabilitation mit anabolen Steroiden (Creutzberg, 2003, in press). Die Symptome nahmen zwar ab und man fand auch Verbesserungen der fettfreien Körpermasse, aber insgesamt hatten die anabolen Steroide keinen durchschlagenden Effekt. Eine Ausnahme waren männliche Patienten, die gleichzeitige orale Kortikosteroide erhielten. In dieser Gruppe verbesserten sich maximale körperliche Belastbarkeit und maximaler Inspirationsdruck (Creutzberg 2003 in press). Womöglich heben anabole Steroide die negativen Effekte oraler Kortikosteroide auf den Proteinabbau auf. Auch die klinische Erfahrung zeigt, dass Patienten mit oraler Kortikosteroidtherapie häufig schlecht auf eine Ernährungstherapie ansprechen. In einer neuen Studie hatten Patienten, die täglich mehr als 5 mg Prednisolon-Äquivalent einnahmen, eine reduzierte Überlebenszeit, auch wenn sie mit Patienten mit ähnlich reduzierter Lungenfunktion verglichen wurden [13].
Wenn Muskelfasern atrophieren, ist die Balance zwischen Regeneration und Apoptose nicht ausgeglichen. Bei COPD-Patienten mit reduzierter Muskelmasse fand man keinen Hinweis auf eine verstärkte Apoptose [8]. Jedoch zeigte sich, dass die Typ-IIx-Fasern ihre metabolische Aktivität praktisch eingestellt hatten [5] [13]. Die Regeneration von Muskulatur wird durch so genannte Satellitenzellen, Myoblasten, beeinflusst. Verstärkte Entzündung mit erhöhten Konzentrationen von TNF-α blockiert die Aktivierung dieser Zellen. Daraus resultiert eine beeinträchtigte Differenzierung in Muskelzellen.
Welche Herausforderungen ergeben sich aus diesen Erkenntnissen für die Zukunft? Es wird wichtig sein, die pathophysiologischen Abläufe zwischen Entzündung und Muskelstoffwechsel genauer zu erforschen. Man versucht, regulatorische Moleküle zu identifizieren, die man in klinischen Studien aus Muskelbiopsien messen kann. Lohnend wären auch Untersuchungen zu speziellen Substanzen wie Kreatin, Aminosäuren, Antioxidantien und ω-3-Fettsäuren. Ziel ernährungstherapeutischer Interventionen ist eine Verbesserung der Gesamtbelastbarkeit und der allgemeinen gesundheitlichen Situation der Patienten.
Literatur
- 1 Landbo C, Prescott E, Lange P. et al . Prognostic value of nutritional status in chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 1999; 160 1856-1861
- 2 Pouw E M, Ten Velde G P, Croonen B H. et al . Early non-elective readmission for chronic obstructive pulmonary disease is associated with weight loss. Clin Nutr. 2000; 19 95-99
- 3 Bernard S, LeBlanc P, Whittom F. et al . Peripheral muscle weakness in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 1998; 158 629-634
- 4 Schols A M, Soeters P B, Dingemans A M. et al . Prevalence and characteristics of nutritional depletion in patients with stable COPD eligible for pulmonary rehabilitation. Am Rev Respir Dis. 1993; 147 1151-1156
- 5 Gosker H R, Mameren H van, Dijk P J van. et al . Skeletal muscle fibre-type shifting and metabolic profile in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Eur Respir J. 2002; 19 617-625
- 6 Maltais F, LeBlanc P, Whittom F. et al . Oxidative enzyme activities of the vastus lateralis muscle and the functional status in patients with COPD. Thorax. 2000; 55 848-853
- 7 Franssen F M, Wouters E F, Baarends E M. et al . Arm mechanical efficiency and arm exercise capacity are relatively preserved in chronic obstructive pulmonary disease. Med Sci Sports Exerc. 2002; 34 1570-1576
- 8 Gosker H R, Schrauwen P, Hesselink M K. et al . Uncoupling protein-3 content is decreased in peripheral skeletal muscle of patients with COPD. Eur Respir J. 2003; 22 88-93
- 9 Creutzberg E C, Wouters E F, Mostert R. et al . Efficacy of nutritional aupplementation therapy in depleted patients with chronic obstructive pulmonary disease. Nutrition. 2003; 19 120-127
- 10 Nguyen L T, Bedu M, Caillaud D. et al . Increased resting energy expenditure is related to plasma TNF-alpha concentration in stable COPD patients. Clin Nutr. 1999; 18 269-274
- 11 Morrison W L, Gibson J N, Scrimgeour C. et al . Muscle wasting in emphysema. Clin Sci (Lond). 1988; 75 415-420
- 12 Schols A M, Slangen J, Volovics L. et al . Weight loss is a reversible factor in the prognosis of chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 1998; 157 1791-1797
- 13 Schols A M, Wesseling G, Kester A D. et al . Dose dependent increased mortality risk in COPD patients treated with oral glucocorticoids. Eur Respir J. 2001; 17 337-342
- 14 The COPD Guidelines Group of the Standards of Care Committee of the BTS . BTS guidelines for the management of chronic obstructive pulmonary disease. Thorax. 1997; 52 Suppl 5 1-28
- 15 Global Initiative for Chronic Obstructive Lung Disease .Global strategy for the diagnosis, management, and prevention of chronic obstructive pulmonary disease. NHLBI/WHO Workshop Report, Executive Summary. 2701A. 2001 National Institutes of Health. National Heart, Lung, and Blood Institute. World Health Organisation
- 16 Worth H, Buhl R, Cegla U. et al . Leitlinie der Deutschen Atemwegsliga und der Deutschen Gesellschaft fur Pneumologie zur Diagnostik und Therapie von Patienten mit chronisch obstruktiver Bronchitis und Lungenemphysem (COPD). Pneumologie. 2002; 56 704-738
- 17 Harik-Khan R I, Fleg J L, Wise R A. Body mass index and the risk of COPD. Chest. 2002; 121 370-376
- 18 Mannino D M, Buist A S, Petty T L. et al . Lung function and mortality in the United States: data from the First National Health and Nutrition Examination Survey follow up study. Thorax. 2003; 58 388-393
- 19 Arif A A, Delclos G L, Lee E S. et al . Prevalence and risk factors of asthma and wheezing among US adults: an analysis of the NHANES III data. Eur Respir J. 2003; 21 827-833
- 20 Guerra S, Sherrill D L, Bobadilla A. et al . The relation of body mass index to asthma, chronic bronchitis, and emphysema. Chest. 2002; 122 1256-1263
- 21 Chailleux E, Laaban J P, Veale D. Prognostic value of nutritional depletion in patients with COPD treated by long-term oxygen therapy: data from the ANTADIR observatory. Chest. 2003; 123 1460-1466
- 22 Marquis K, Debigare R, Lacasse Y. et al . Midthigh muscle cross-sectional area is a better predictor of mortality than body mass index in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Am J Respir Crit Care Med. 2002; 166 809-813
- 23 Gesundheitsberichterstattung des Bundes - Robert Koch Institut .Gesundheitsbericht für Deutschland 1998. 1998: 1-11
- 24 Bang K M, Gergen P J, Kramer R. et al . The effect of pulmonary impairment on all-cause mortality in a national cohort. Chest. 1993; 103 536-540
- 25 Hole D J, Watt G C, Davey-Smith G. et al . Impaired lung function and mortality risk in men and women: findings from the Renfrew and Paisley prospective population study. BMJ. 1996; 313 711-715
- 26 Schunemann H J, Dorn J, Grant B J. et al . Pulmonary function is a long-term predictor of mortality in the general population: 29-year follow-up of the Buffalo Health Study. Chest. 2000; 118 656-664
- 27 Engstrom G, Lind P, Hedblad B. et al . Lung function and cardiovascular risk: relationship with inflammation-sensitive plasma proteins. Circulation. 2002; 106 2555-2560
- 28 Behar S, Panosh A, Reicher-Reiss H. et al . Prevalence and prognosis of chronic obstructive pulmonary disease among 5,839 consecutive patients with acute myocardial infarction. SPRINT Study Group. Am J Med. 1992; 93 637-641
- 29 Sin D D, Man S F. Why are patients with chronic obstructive pulmonary disease an increased risk of cardiovascular diseases? The potential role of systemic inflammation in chronic obstructive pulmonary disease. Circulation. 2003; 107 1514-1519
- 30 Anker S D, Ponikowski P, Varney S. et al . Wasting as independent risk factor for mortality in chronic heart failure. Lancet. 1997; 349 1050-1053
- 31 Anker S D, Negassa A, Coats A J. et al . Prognostic importance of weight loss in chronic heart failure and the effect of treatment with angiotensin-converting-enzyme inhibitors: an observational study. Lancet. 2003; 361 1077-1083
- 32 Anker S D, Coats A J. Plasma brain natriuretic peptide as an indicator of left ventricular systolic function and long-term survival after acute myocardial infarction. Circulation. 1997; 95 538-539
- 33 Meyer P A, Mannino D M, Redd S C. et al . Characteristics of adults dying with COPD. Chest. 2002; 122 2003-2008
- 34 Vermeeren M A, Wouters E F, Nelissen L H. et al . Acute effects of different nutritional supplements on symptoms and functional capacity in patients with chronic obstructive pulmonary disease. Am J Clin Nutr. 2001; 73 295-301
- 35 McKeever T M, Scrivener S, Broadfield E. et al . Prospective study of diet and decline in lung function in a general population. Am J Respir Crit Care Med. 2002; 165 1299-1303
- 36 Habib M P, Tank L J, Lane L C. et al . Effect of vitamin E on exhaled ethane in cigarette smokers. Chest. 1999; 115 684-690
- 37 Weisberg J, Wanger J, Olson J. et al . Megestrol acetate stimulates weight gain and ventilation in underweight COPD patients. Chest. 2002; 121 1070-1078
- 38 Burdet L, Muralt B de, Schutz Y. et al . Administration of growth hormone to underweight patients with chronic obstructive pulmonary disease. A prospective, randomized, controlled study. Am J Respir Crit Care Med. 1997; 156 1800-1806
- 39 Schols A M, Soeters P B, Mostert R. et al . Physiologic effects of nutritional support and anabolic steroids in patients with chronic obstructive pulmonary disease. A placebo-controlled randomized trial. Am J Respir Crit Care Med. 1995; 152 1268-1274
- 40 Ferreira I M, Verreschi I T, Nery L E. et al . The influence of 6 months of oral anabolic steroids on body mass and respiratory muscles in undernourished COPD patients. Chest. 1998; 114 19-28
- 41 Yeh S S, DeGuzman B, Kramer T. Reversal of COPD-associated weight loss using the anabolic agent oxandrolone. Chest. 2002; 122 421-428
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