Körperliche Aktivität, Alter und Immunsystem

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1 Körperliche Aktivität, Alter und Immunsystem Holger H.W. Gabriel Abteilung für Sportmedizin Institut für Sportwissenschaften Friedrich-Schiller-Universität Jena 1

2 Summary Various functions of the immune system decline with age. Elderly are more susceptible to infections, tumors, malignancies and autoimmune diseases and vaccinations against infectious diseases are less successful than in young people. The thymic involution represents the decline of the cell-mediated immune functions and i.e. can be measured in low T-lymphocyte counts in peripheral blood, decline of proliferative response of T-lymphocytes and lower antibody productions of B- lymphocytes. The interaction of immune function in the elderly and physical activity is yet not complete. Both, in young and older individuals acute physical exercise leads to a catecholamine induced mobilisation of leukocytes in peripheral blood circulation. Regular physical activity results in an enhanced natural-killer-cell-cytotoxicity against tumor cells in vitro. Monocytes of enduranced trained athletes provide increased resistance towards infections. It is not clear, how far these adaptive processes are dependent on aging. I.e. experiments in animals indicate enhanced killing of tumor cells by macrophages after training for several months, but no complete picture can be provided. Because decreasing immune functions with age gets more importance for health care, it should be more extensively evaluated, how far physical activity programs might be benefitial for the immune system. 2

3 Das körpereigene Abwehrsystem (Immunsystem) Das körpereigene Abwehrsystem ist eine Staffelung von mehrere Systemen, die unspezifisch oder spezifisch gegen Infektionen, Krebszellen oder Fremdkörper wirken (Tabelle 1). Ein Defekt von Immunzellen hat Erkrankungen wie Infektionen oder Krebs zur Folge. Die Überreaktion des Immunsystems auf Fremdsubstanzen führt zu Allergien, im schlimmsten Fall zu einer sog. Anaphylaktischen Reaktion mit Todesfolge. Autoimmunerkrankungen treten bei einer Reaktion des Körpers gegen sich selbst auf. Im Mittelpunkt des Immunsystems stehen sog. Immunzellen, die entweder als durch den Körper wandernde Patrouillengänger oder stationär in den einzelnen Organen wirken. Eine Unterdrückung der Immunantwort ist beispielsweise im Rahmen von Überreaktionen im Rahmen von Allergien und Autoimmunerkrankungen des Immunsystems erwünscht oder nach Organtransplantationen, um eine Abstoßungsreaktion des Transplantats zu vermeiden. Diese Immunsuppression wird medikamentös herbeigeführt, u.a. durch synthetisch hergestellte Abkömmlinge des körpereigenen Cortisols. Daraus kann eine erhöhte z.b. Anfälligkeit für Infektionen resultieren. Impfungen stellen die beste Möglichkeit dar, Infektionen vorzubeugen. Dabei wird durch die Einnahme oder Injektion von inaktivierten Krankheitserregern oder ihrer Bruchstücke eine Immunreaktion ausgelöst, die wiederum eine Antikörperproduktion gegen diesen Krankheitserreger induziert. Tabelle 1: Wesentliche Komponenten des Immunsystems (3) Lösliche Faktoren Immunzellen Angeborene unspezifische Immunität (Resistenz bleibt auch nach wiederholten Infektionen unverändert) Lysozym, Komplement, Akute-Phase-Proteine (z.b. C-reaktives Protein) Phagozyten (Monozyten/Makrophagen, Neutrophile), natürliche Killerzellen Erworbene spezifische Immunität (Resistenz nach wiederholten Infektionen verbessert) Antikörper T-Lymphozyten, B-Lymphozyten 3

4 Das Immunsystem im Alter Wichtige lymphatische Organe wie der Thymus werden während des Alterns zurückgebildet. Die Anzahl und Funktion der T-Lymphozyten verringert sich. Die Antikörperproduktion der B-Lymphozyten und die Fähigkeit der Antikörper an Antigene zu binden nimmt im Alter ab. Die Folge sind vermehrt auftretende Infektionen und Krebserkrankungen. Der Erfolg von Impfungen ist vermindert (1, Tabelle 2). Darüber hinaus werden durch B-Lymphozyten vermehrt Autoantikörper, d.h. Antikörper, die gegen den eigenen Organismus reagieren, mit dem Ergebnis gebildet, dass vermehrt Autoimmunerkrankungen auftreten. Die Entzündungsprozesse im Organismus nehmen zu, erkenntlich an den vermehrt auftretenden entzündungsfördernden Botenstoffen (Interleukin-2, -6, Tumornekrosefaktor). Tabelle 2: Veränderungen der Immunfunktionen im Alter und ihre Auswirkungen (8). T-Lymphozyten CD4/CD8 CD45RA CD45RO Proliferationsrate Thymusgrösse/-funktion B- Lymphozyten Antikörperantwort (z.b. nach Impfungen) Autoantikörper Bindungsfähigkeit/Funktion von Antikörpern NK-Zellen Zytotoxizität Zytokine Interleukin-2, Interleukin-2-Rezeptor Interleukin-6, Tumornekrosefaktor α Auswirkungen Inzidenz von Infektionen Autoimmunerkrankungen Krebserkrankungen Impfreaktionen/-erfolg : Abnahme; : Zunahme, NK-Zellen: natürliche Killerzellen 4

5 Körperliche Aktivität und Immunsystem Akute körperliche Belastungen gehen mit zellulären und humoralen Veränderungen des Immunsystems einher, die wesentlich durch die hormonelle Regulation bedingt sind. Bei kurzen Belastungen und zu Beginn von langen Belastungen überwiegt die adrenalinbedingte Aktivierung des Immunsystems, die beispielsweise durch die erste Phase der Belastungsleukozytose erkennbar wird. Mit zunehmender Belastungsdauer gewinnt u.a. wegen der einsetzenden Entzündungsreaktion die Wirkung des Cortisols an Bedeutung und führt zu suppressiven Effekten auf Neutrophile und Monozyten (3-5). Die in Tabelle 3 aufgeführten Belastungen gehen mit vorübergehend negativen Auswirkungen auf das Immunsystem einher. Diese vorübergehend verminderte Abwehrfähigkeit des Organismus wird als das Openwindow für die begünstigte Entstehung von Infektionen bezeichnet (8). Regelmäßiges körperliches Training führt zu einer verbesserten Zytotoxizität der natürlichen Killerzellen gegenüber Tumorzellen (6). Monozyten weisen bei trainierten Personen eine erhöhte Resistenz gegenüber Infektionen auf (4). Das Auftreten von Infektionen der oberen Luftwege im Zusammenhang wird mit dem Modell der J- förmigen Kurve beschrieben (6). Dieses Modell beinhaltet, dass körperlich inaktive Personen ein mittleres Risiko besitzen, eine Infektion zu bekommen. Sportler mit einem individuell moderaten und nicht überbelastenden Trainingsumfang haben ein geringeres Risiko zu erkranken. Demgegenüber besitzen übertrainierte Sportler und solche, die einmalige überfordernde Belastungen durchführen, das höchste Risiko. Dieses Modell wird jedoch nicht durch alle Untersuchungen gestützt (3, 10). Die Frage nach der Beeinflussung des Krebsrisikos durch regelmäßige körperliche Aktivität kann nicht abschließend beurteilt werden. Tabelle 3: Körperliche Einzelbelastungen mit vorübergehenden und i.d.r. weniger als 24 Stunden andauernden negativen Auswirkungen auf Immunzellen (3). Art der Belastung Beispiel Erschöpfende mehr- bis vielstündige Marathonwettkampf, Ausdauerbelastungen Ultraausdauerleistungen (Triathlon, Radfahren, Laufen) Hochintensive Ausdauerbelastungen Tempodauerlauf Längere Belastungen mit hoher Intensives Intervalltraining, Tempoläufe anaerober Komponente 5

6 Körperliche Aktivität und das Immunsystem im Alter Nur wenige Studien untersuchten bislang die Auswirkung von körperlicher Aktivität auf das Immunsystem bei Älteren. Die mögliche Relevanz körperlicher Aktivität für den alternden Menschen ist jedoch nicht nur von grundlegendem Interesse, sondern hat eine klinische Relevanz im gehäuften Auftreten von Infektionen. Bei jüngeren Personen ergeben sich durch eine verbesserte Funktion von natürlichen Killerzellen und Monozyten/Makrophagen eine begünstigte Abwehrlage gegenüber Infektionen (3, 4, 6, 8). Die Häufigkeit von Infektsymptomen ist bei moderat trainierenden Ausdauersportlern verringert. In einer Studie mit zwei Gruppen im Mittel 72jähriger Frauen führte die Interventionsgruppe ein mehrwöchiges Trainingsprogramm im Vergleich zu einer inaktiven Kontrollgruppe durch. Die Aktivität der natürlichen Killerzellen der Trainingsgruppe lag nach Abschluss des Trainingsprogramms höher als in der Kontrollgruppe (2). Ein Querschnittsvergleich von ausdauertrainierten im Mittel 73jährigen Frauen im Vergleich zu untrainierten inaktiven Gleichaltrigen ergab ebenfalls eine höhere Aktivität der natürlichen Killerzellen und darüber hinaus eine verbesserte Proliferationsrate der T-Lymphozyten (7). Die tierexperimentellen Studien ergeben kein einheitliches Bild, obwohl es Hinweise auf eine verbesserte Tumorzell-Abtötung durch Makrophagen und natürliche Killerzellen zu geben scheint (7, 8, 9). Fazit Der Alterungsprozess des Menschen geht mit einer erhöhten Inzidenz von Malignomen, Autoimmunerkrankungen und Infektionen einher. Das gehäufte Auftreten der vorgenannten Erkrankungen ist u.a. auf eine verminderte Funktion des zellulären Immunsystems zurückzuführen. Regelmäßige körperliche Aktivität im Sinne des Gesundheitssports geht mit einer verminderten Infekthäufigkeit und verbesserten Funktion von natürlichen Killerzellen und Monozyten/Makrophagen einher. Da die trainingsbedingten immunologischen Befunde im wesentlichen bei jüngeren Menschen erhoben wurden, ist eine unmittelbare Übertragung auf ältere Menschen nicht möglich. Die wenigen Befunde bei älteren Menschen und die tierexperimentellen Studien geben jedoch Anlass für zukünftige Untersuchungen. Eine zu überprüfende Hypothese könnte wie folgt lauten: Gesundheitssportprogramme bei Älteren führen zu einer Verbesserung der Immunfunktionen und einer verminderten Inzidenz von Infektionen und 6

7 Tumorerkrankungen. Abschließend kann festgehalten werden, dass für körperliche Aktivität i.s. der Gesundheitssportempfehlungen bislang keine negativen immunologischen Auswirkungen beschrieben wurden und damit auch eine Abstinenz von diesen Empfehlungen aus immunologischer Sicht bei Älteren nicht empfohlen werden kann. Autor Univ.-Prof. Dr. med. Holger Gabriel Abteilung für Sportmedizin Institut für Sportwissenschaften Friedrich-Schiller-Universität Jena Wöllnitzerstr Jena 7

8 Literatur 1. BEN-YEHUDA, A, M.E. WEKSLER: Immune senescence: mechanisms and clinical implications. Cancer Investigations 10 (1992) CRIST, D.M., L.T. MACKINNON, R.F. THOMPSON ET AL.: Physical exercise increases natural cellular-mediated tumor cytotoxicity in elderly women. Gerontology 35 (1989), GABRIEL, H., W. KINDERMANN: Infektionen und Sport: Häufigkeit, Ursachen und präventive Aspekte. Deutsche Zeitschrift für Sportmedizin 46 (1995), GABRIEL, H.: Sport und Immunsystem Modulationen und Adaptionen der Immunität durch Belastung und Training. Verlag Karl Hofmann, Schorndorf, (2000). 5. GABRIEL, H., W. KINDERMANN: The acute immune response to exercise: What does it mean? International Journal of Sports Medicine 18 (1997), S28-S NIEMAN, D.C.: Exercise, upper respiratory tract infection, and the immune system. Medicine and Science in Sports and Exercise 26 (1994), NIEMAN, D.C., D. A. HENSON: Role of endurance exercise in immune senescence. Medicine and Science in Sports and Exercise 26 (1994), PEDERSEN, B.K.: Exercise immunology. Chapman and Hall, New York (1997). 9. SHEPHARD, R.J., P.N. SHEK: Exercise, aging and immune function. International Journal of Sports Medicine 16 (1995) WEIDNER, T.G.: Literature review: Upper respiratory illness and sport and exercise. International Journal of Sports Medicine 15 (1994),