Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin Molekulare und Zelluläre Sportmedizin. Wettkampfsport im Alter Fluch oder Segen?"

Transkript

1 Wettkampfsport im Alter Fluch oder Segen?"

2 Usain Bolt 200m 19,19s Gordon Payton M80 200m 30,89s

3 I. Sinkende Leistungsfähigkeit mit dem Alter II. Veränderung der Regenerationsfähigkeit Hochintenisve Belastungen möglich? III. Positive und Negative Auswirkungen von hohen körperlichen Belastungen auf Gewebe und Organe

4 Leistungsabnahme mit dem Alter Rittweger et al. 2009

5 Faktoren die zur Abnahme der Leistungsfähigkeit führen am Beispiel Ausdauer Lepers and Stapley 2016

6 Veränderungen der Abnahme der Leistungsfähigkeit am Beispiel Ausdauer Stärkere Abnahme der Leistungsfähigkeit nach dem 60 Lebensjahr Lepers and Stapley 2016

7 Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin

8 Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin

9 Lungenfunktion nimmt mit dem Alter ab Training hat wenig Effekt Degens et al. 2012

10 Die Leistungsfähigkeit nimmt mit dem Alter ab Die Abnahme der Leistungsfähigkeit betrifft praktisch alle für die Leistungsgenerierung wichtigen Organe und Gewebe Die Leistungsabnahme lässt sich durch Training nicht grundsätzlich aufhalten Ab dem 60 Lebensjahr beschleunigt sich der Prozess der Leistungsabnahme

11 I. Sinkende Leistungsfähigkeit mit dem Alter II. Veränderung der Regenerationsfähigkeit Hochintenisve Belastungen möglich? III. Positive und Negative Auswirkungen von hohen körperlichen Belastungen auf Gewebe und Organe

12 Extrazellularmatrix (ECM): Reaktion und Anpassung auf Trainingsreize Gesamtheit der Makromoleküle außerhalb der Membran von Zellen und Geweben (Interzellularraum). Nach neuen Erkenntnissen auf molekularer Ebene ein wichtiger Ort von Zellaufbau, -abbau, -migration. Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin iochemische Veränderungen bei körperlicher Belastung Neuron Glucose Pyruvate A cetyl-coa Glycolysis TCA cycle Ox Phos 30 A T P 2 A T P in Glut3 H + Glut1 MCT2 out Glucose Lactate MCT1 Lactate H + Glut1 MCT1 MCT4 out Glut1 Glycoge n in Astrocyte Glucose Glycolysis 2A tp Pyruvate A cetyl-coa TCA cycle Ox Phos 30 ATP Energiebereitstellung und Stoffwechsel bei untersch. intensiven Belastungen: Funktionelle und strukturelle Gefäßregulation, Anteil unpopulärer Energieträger (Laktat, Proteine); Transportmechanismen bei unterschiedlich intensiven Trainingsreizen u. Trainierbarkeit; zellulärer und subzellulärer Transport; Mechanische und hypoxische Reize Training induziert Biomassenumsatz: Gewebeschädigung und Regeneration, Mechanotransduktion in aktiven und passiven Geweben; Stammzellreaktionen; molekular und zellbiologische Biomarker für Belastung und Überbelastung;

13 Leistungsfähigkeit Regeneration Training Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin Biochemische Veränderungen durch körperliche Belastung und Regeneration Alterseinfluss? Zeit Proteinmodulation Proteinabbau Proteinaufbau Mod. Flück M, J Exp Biol Proteinmodulation, Proteinabbau, Autophagie, Proteinaufbau, Proteinumbau Optimierung der Struktur Steigerung (Erhalt) der Funktion

14 Mechanistische Basis der Trainings-/Belastungsantwort Belastungs-/ Regenerationsstimulus e = f(x1.xi) Prädispositionsmatrix m = f(g,y,s,alter,m,t,h,n,i,..) Mechanische Stimuli Neuronale Stimuli Metabolische Stimuli Hormonelle Stimuli Signal transduktion s = f(e,m, ) Organe, Gewebe, Zellen, Moleküle, Gene, Metabolismus Mechano-bio-psycho Antwort a = f(s) Anpassungseffekt z = f(a) Modifiziert nach Toigo, Boutellier 2006

15 Sie machen das gleiche Training aber der Effekt ist unterschiedlich die Prädispositionsmatrix bzw. der Sportler verändert sich (Alter) Kurzzeit Trainingszyklus Langzeit Minuten bis Stunden Stunden bis Monate Monate bis Jahre Änderung der Trainingsperiodisierung notwendig

16 Am Beispiel der Skelettmuskulatur Der Muskel verändert sich - weniger schnelle (pink) mehr langsame Fasern (rot) weniger motorische Einheiten Reduktion der Satellitenzellen Veränderung des Bindegewebes Demontis et al Was hat dies mit der Regeneration zu tun?

17 Muskelfaserremodulation im Alter Muskel ZNS Verlust von Motorneuronen Alterung Weniger Motorische Einheiten Mehr Fasern

18 Am Beispiel der Skelettmuskulatur Die Skelettmuskulatur verliert im Alter an Regenerationsfähigkeit Demontis et al. 2013

19 Muskel braucht ständigen Umbau 1-2% der Muskelproteine werden jeden Tag ausgetauscht Irving et al. 2012

20 Muskel braucht ständigen Umbau 1-2% der Muskelproteine können jeden Tag ausgetauscht werden Irving et al. 2012

21 Anpassung der Skelettmuskelfasern abhängig von Kerndomainen - Zahl und Funktion Kerndomainen 2000µm 2 Wachstum und Reparatur Satellitenzellen Proteinsynthese in Muskelfasern

22 ruhende Satellitenzelle aktivierte Satellitenzelle fusionierte Myoblasten Hyperplasie neue Kerne B Im Alter reduziert sich die Zahl der Satellitenzellen Wie kann die Zahl aufrechterhalten werden. Training und Regeneration SZ

23 Rad-(Ausdauer)training saisonale Modulation des Skelettmuskels Juniorenradrennfahrer (n=10; ;17-18 Jahre); >5 Jahre Rennerfajrung; km/jahr Leistungsdiagnostik Leistungsdiagnostik Leistungsdiagnostik Muskelbiopsie Biopsie Biopsie Feb Okt Feb TP CS RP TP

24 Zahl PAX7 positiver Satellitenzellen in Muskelfasern 1,40 Nr of PAX7+ SC per muscle fiber 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 * Feb 08 Oct 08 Feb 09

25 Kerne pro Faser 6,00 * Myonuclear number (nuclei per fibre) 5,00 4,00 3,00 2,00 1,00 0,00 Feb Oct Feb

26 Kernzahl Kleiner Nukleäre Domainen Metabolische Stimuli Androgene Proteinsynthese Muskelwachstum Mechanische Stimuli Ernährung Mod. Harridge Exp. Physiol 2007

27 Periodische Wechsel von Intensität und Volumen (und Erholung?) als Chance zu verbesserter Muskelanpassung (Regeneration) durch Wechsel von Hyperplasie (Stammzellenabhängig)- und Hypertrophietraining Im Alter wichtiger?

28 Bindegewebeveränderungen beeinträchtigen Regeneration

29 Trainingsstimuli induzieren Anpassung, die vor allem während der Erholungsphase zur Anpassung von Geweben führen. Bisher ist jedoch relativ wenig über die sinnvolle Gestaltung der Erholungsphase bekannt. Das Gewebe verändert im Alter seine Charakteristik und Anpassungsfähigkeit können wir dies durch eine spezifischere Trainings und Regenerationssteuerung beeinflussen? Welche Strategien der Regenerationsgestaltung braucht es im Alter eine Frage für die Zukunft. Könnten höhere Belastungen mit spezifischer Regenerationssteuerung ein Weg sein?

30 Folgen fürs Immunsystem? Abwehrlage des Körpers verschlechtert? Folge für akute und chronische Erkrankungen?

31 Veränderungen des Immunsystems bei Leistungsportler Leistungssportler Anteil Gedächtniszellen (CD3+CD4+CD45RA-CD45RO+) Alter (Jahre)

32 Sport und Gleichgewicht der Immunabwehrregulation T reg Immunantwort T T reg reg T Treg T reg reg Mills K, Nat Rev Immunol, 2004

33 Veränderungen bei Hochleistungssportlern T reg -Anteil an T 4 -Lymphozyten ,5 5 N=34 N=71 N= J J. Leistungssportler

34 Abhängig von der VO2peak 1C * * * Relative VO2peak Weinhold et al. J Allergy Clin Immunol. 2015

35 Trainingslager 7 Tage Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin Hockey National Team p = Weinhold et al. J Allergy Clin Immunol. 2015

36 Einmalige Ausbelastung MIF Schmidt et al. Br J Sport Med 2009 MIF erhöht Tumorzellmigration reduziert NK Aktivität Knockenberger et al. J Immunol. 2008

37 II. 15 Wochen Training bei postmenopausalen Frauen mit Brustkrebs N=118 3xWoche ca 30min 70-75% VO2max NK zelluläre Zytotoxizität steigt Fairey et al. J Appl Physiol 2005

38 Befunde aus Marathon Studie Schnelle Aktivierung von NK-Zellen - 15% über Laktatschwelle

39 Befunde aus Marathon Studie 10 Tage vor Halbmarathon Prä Post 12 h Post 15 Krebspatienten in der Nachsorge Wettkampf 15 alters und geschlechtsgematchte Gesunde Leistungsdiagnostik FACS, RT-PCR, Immunocytochemie Kooperationspartner: Gefördert durch: Milon industries GmbH, Fresenius Kabi

40 Zunahme von aktivierten NK-Zellen im Blut nach dem Halbmarathon

41 Molekulare und Zelluläre Mechanismen die kurz-, mittel-, und langfristige Effekte von körperlicher Aktivität zeigen und erklären Epigenetische Mechanismen Bedeutung für den körperliche Leistungfähigkeit im Alter

42 Epigenetische Modulation während der Entwicklung und danach

43 NDUFB6 reguliert Mitochondrienfunktion Neben genetischen sind epigenetische Mechanismen für die Genregulation verantwortlich Epigenetic: DNA methylation Ling et al. JCI 2007 Ling et al in genetischer Vorteil kann zum Nachteil im Alter werden

44 Das Leben verändert das funktionelle Genom die Lebenszeit verändert sich Epigenetisch jung halten

45 Verfügbarkeit und Aktivität von Genen wird epigenetisch reguliert

46 Epigenetik und Sport Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin

47 Epigenetisches Zellprofil verändert sich durch Training rhaltene Methylierung von Entzündungsgenen über die Lebenszeit Training Nakajima et al. 2011

48 Training Epigenetische Regulation Muskelfasertypveränderung Modified from Potthoff et al. JCI 2007

49 Molekulare und Zelluläre Mechanismen die neuroprotektive Wirkung von körperlicher Aktivität zeigen

50 Vor Nach Schmidt et al BDNF IL-1α BDNF IL-1α IL-6 IL-6 Angiogenin + BDNF +++ BLC- BMP-4- IGFBP-4+ IGFBP-2+ IFN gamma + IL-10+ IL-13+ IL-15+ IL-1 alpha+++ IL-3+ IL-6+++ Leptin MIG++ PARC++ PDGF-bb+ GRO alpha++ IL-6R++ IL-8+++ stnfrii++ SDF-1 ns GM-CSF ns

51 Drei Wochen 30min Training täglich auf dem Rad mit Multiple Sklerose Patienten * BDNF Plasmaspiegel Rest t1 Rest t2 CPET t1 CPET t2 Zeitpunkt Time point Bansi et al. 2012

52 Faktoren die bei körperlicher Aktivität erhöht werden und die Neurogenese machen IGF-1 Serotonin BDNF VEGF Grote und Hannan 2007 Lauftraining erhöht die Neurogenese im Tiermodell Helfer et al. 2010

53 Hippocampusvolumen nimmt nach 3 Monaten Fahrradtraining um 12% bei Schizophrenen zu Pajonk et al Wichtig Bereiche des Gehirns wachsen durch Training! Wilhelm Bloch Köln 16. September 2011

54 Energiebereitstellung in den Nervenzellen und Oligodendrozyten durch Laktat und Glukose Gomez-Pinilla et al. 2009

55 Laktat ernährt die Nervenzellen Magistretti and Pellerin 1999

56 Laktat alternative Energiequelle zum Schutz der Axone Angepasst von Cambron et al J Cerebral Blood Flow and Metabolism Laktat

57 Laktat wird während Belastung verstärkt aufgenommen Quistorff et al. FASEB J. 22, (2008)

58 1 Stunde auf dem Fahrradergometer 1 Stunde vor der Testung * Rohwert mit Intervention ohne Intervention 50 0 DT Rohwert richtiger Reaktionen Bf-S Rohwert FVW Anzahl der Treffer Aber nur bei intensiverer Belastung!

59 Hochintensive Belastung/ Training ist machbar und effektiv auch im Alter 8 Wochen / Jahre Stoffwechseleffekt Hwang et al. 2016

60 Hochintensive Belastung/ Training ist machbar und effektiv auch im Alter Sauerstoffaufnahme Herzleistung Hwang et al. 2016

61 Hochintensive Belastungen sind für auch im Alter machbar Regenerationsfähigkeit muss jedoch berücksichtigt werden Trainingshistorie spielt eine Rolle für die Leistungs- und Regenerationsfähigkeit Der Körper darf auch im Alter gefordert werden insofern keine Kontra-Indikationen bestehen

62 I. Sinkende Leistungsfähigkeit mit dem Alter II. Veränderung der Regenerationsfähigkeit Hochintenisve Belastungen möglich? III. Positive und Negative Auswirkungen von hohen körperlichen Belastungen auf Gewebe und Organe

63 Verletzungsrisiko steigt grundsätzlich nicht mit dem Alter der Masterathleten Ganse et al. 2014

64 Trainingshistorie spielt eine Rolle für den Zustand des Bindegewebes

65 Auswirkungen auf die Gelenke / Osteoathrose > 65 Jahre - > 30% Knie-Athrose

66 Altersveränderungen des Knorpels

67 Gefahr Mechanischer Überlastung Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin Niehoff, Bloch et al. 2010

68 Circulation 2016 Kein Hinweis auf Arrythmogene Myopathie des Rechten Ventrikel bei Masterathleten

69 Ältere Wettkampfsportler sind nicht frei von kardiovaskulären Risikofaktoren

70 Institut für Kreislaufforschung und Sportmedizin

71 Prävalenz für chronische Erkrankungen nimmt mit dem Alter zu Bei gesunden Altersportlern besteht jedoch keine Häufigkeit für Verletzungen Bei Berücksichtigung der Grunderkrankungen ist das Risiko für kardiale Komplikationen nur gering verändert Wettkampfsport im Alter Mehr Segen als Fluch Wenn der Gesundheitszustand berücksichtigt wird

72 Danke für die Aufmerksamkeit!