Malnutrition bei COPD

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Zusammenfassung:

In den letzten Jahren ist zunehmend die Erkenntnis gewonnen worden, dass bei COPD viele Faktoren für die beobachtete Unterernährung eine Rolle spielen. Hierbei wurde klar, dass eine komplexe Veränderung des Metabolismus bei COPD-Patienten vorliegt, die durch eine reine Ernährungstherapie wenig zu beeinflussen ist. In dem Übersichtsartikel wird anhand der aktuellen Literatur auf die Malnutrition und den veränderten Metabolismus bei COPD-Patienten eingegangen und die Ernährungsintervention bei diesen Patienten diskutiert.

Unser Blickfeld bezüglich der Therapie muss sich dahin richten, dass wir bei der COPD nicht eine lokale Erkrankung des Bronchialbaumes haben, sondern eher eine systemische Erkrankung, die von der Lunge ausgeht und dort die Hauptsymptome verursacht, aber auch andere Systeme mit einbezieht. Ziel weiterer Studien muss es daher sein, die Muskelfunktion und die Veränderungen in diesem Bereich bei COPD-Patienten noch besser zu verstehen, um dann hierauf Einfluss nehmen zu können. Zukünftige Therapien sollten sich daher nicht nur auf die Behandlung der Inflammation und Dilatation der Bronchien beschränken, sondern darauf ausgerichtet sein, den veränderten Metabolismus bei COPD-Patienten zu beeinflussen, um so die Belastbarkeit der Patienten und vielleicht auch die Prognose zu verbessern.

Malnutrition in COPD:

During the last years our knowledge about the malnutrition of patients with COPD has grown. Weight loss is a problem of some patients with COPD, but, as we know today by techniques of body composition measurement much more patients have reduced muscle mass. The reason for this is complex and involves many body systems. Nutritional intervention alone is not successful in many patients. We have to accept that COPD is a kind of systemic disease which does not only involve the lung. Thus, future therapies have to include not only treatment of the bronchial system.

Einleitung

Chronische Bronchitis, das Lungenemphysem sowie Mischformen aus beiden werden hauptsächlich durch Rauchen verursacht. Im angloamerikanischen und zunehmend auch im deutschen Sprachgebrauch werden die beiden Krankheitsbilder unter dem Begriff COPD zusammengefasst. Die Inzidenz und die Prävalenz der COPD steigen. Trotz der Tatsache, dass Rauchen der Hauptrisikofaktor für das Erkranken an einer COPD ist, entwickeln nur ca. 15 - 20 % der Raucher diese Erkrankung. Es liegt daher nahe zu vermuten, dass genetische Faktoren einen Einfluss haben. Möglicherweise spielt auch die Ernährung, z. B. in Form von besserem antioxidativen Schutz, eine Rolle.

Unter- und Mangelernährung sind bei Patienten mit COPD sehr häufig. In der Literatur wird, abhängig auch von der Schwere der Erkrankung, eine Inzidenz zwischen 20 % - 60 % angegeben [4] [19] [21] [24] [34] [38]. Eine klare Korrelation zwischen Bodymass-Index (BMI) und Lungenfunktionsparametern konnten ebenso gefunden werden wie zwischen BMI und Mortalität [5] [34].

Bedeutung der Ernährung für die Atmung

Gewichtsverlust bei Patienten mit COPD und anderen Lungenerkrankungen und die Bedeutung der Ernährung für die Atemfunktion sind seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts mehr oder weniger bekannt. Sie haben in den letzten Jahren aufgrund neuer Erkenntnisse zunehmend an Bedeutung gewonnen. So ist der untergewichtige „pink puffer”-Emphysematiker ebenso ein alter Begriff wie der übergewichtige „blue bloater”-Patient mit chronischer Bronchitis. Diese Beschreibungen der Patienten, ebenso wie alle älteren Studien, beziehen sich nur auf das Körpergewicht. Daten über die Körperzusammensetzung dieser Patienten lagen bis vor einigen Jahren nicht vor.

Die neueren Erkenntnisse beruhen auf der Tatsache, dass man sich inzwischen mit dem viel interessanteren Anteil der Körperzusammensetzung beschäftigt, nämlich mit dem „Activity metabolizing tissue” das indirekt durch die fettfreie Masse (= Muskelmasse) gemessen werden kann. Diese ist ein viel besserer Parameter als das reine Körpergewicht. So ist inzwischen bekannt, dass auch übergewichtige COPD-Patienten oft eine niedrige Muskelmasse haben [56]. Heute weiß man, dass die Reduktion der Muskelmasse relativ früh auftritt und nicht mit dem Schweregrad der Erkrankung korreliert [42]. Diese Tatsache verlangt ein völlig neues Verständnis von dem, was wir bisher unter „pulmonaler Kachexie” verstanden haben, die im Endstadium einer Lungenerkrankung auftritt.

Mittlerweile gibt es einige Studien, die gezeigt haben, dass der Verlust an Muskelmasse ein nicht zu vernachlässigendes Problem bei vielen COPD-Patienten darstellt. Eine erniedrigte Muskelmasse konnte schon bei Patienten mit nur leicht- und mittelgradiger obstruktiver Ventilationsstörung beobachtet werden. Eine Korrelation mit dem Schweregrad der Obstruktion fand sich nicht, sondern eher mit der Diffusionskapazitität [12] [53]. Es konnte gezeigt werden, dass eine verminderte Muskelmasse besonders bei Emphysematikern zu beobachten ist: 37 % der Emphysematiker und 12 % der Patienten mit chronischer Bronchitis zeigten eine erniedrigte Muskelmasse [14].

Die Beobachtung, dass bei COPD-Patienten ein Verlust an Muskelmasse vorliegt, erklärt auch die bekannte Klinik der Patienten, die unter verminderter Belastbarkeit und peripherer Muskelschwäche leiden [2] [3] [37] [55]. Diese korrreliert deutlich mit dem Grad der Lebensqualität [30] [40].

Folgen von Malnutrition auf die Atmung

Der Verlust von Muskelmasse hat einen direkten Einfluss auf die Ventilation und die Atemmuskulatur. Im Gegensatz zu früheren Meinungen konnte in Studien der Achtziger Jahren gezeigt werden, dass die Atemmuskulatur ebenso wie die übrige Skelettmuskulatur den katabolen Veränderungen bei Mangelernährung und Stress in Form von reduzierter Proteinsynthese und erhöhtem Abbau unterworfen ist. Es scheint sogar so zu sein, dass der Verlust an Muskelmasse insgesamt die Atemmuskulatur prozentual mehr betrifft als die übrige Muskulatur [1] [25].

Außerdem führt eine Mangel- und Unterernährung zu strukturellen Veränderungen der Lunge und Atemwege sowie zu einer Verminderung der pulmonalen Abwehrmechanismen. In Tiermodellen wurde hierfür eine Abnahme der Makrophagen-Aktivität verantwortlich gemacht [39]. Es konnte gezeigt werden, dass Mangelernährung die antibakterielle Abwehr der Lunge vermindert [28]. Zudem kommt es zu einer Veränderung des Arachidonsäuremetabolismus in Alveolarmakrophagen mit verminderter Produktion von Leukotrien B₄ und erhöhter Freisetzung von Thromboxan B₂ und Prostaglandin E₂ [41].

So existiert ein oft zu wenig beachteter Circulus vitiosus: eine chronische Lungenerkrankung wie COPD führt häufig zu Malnutrition, in deren Verlauf es zu Unter- und Mangelernährung mit einer Progression der chronischen Lungenerkrankung kommt.

Mechanismen der Malnutrition bei COPD

Unter dem Begriff der pulmonalen Kachexie ist bekannt, dass Patienten im Endstadium ihrer Lungenerkrankung Gewicht verlieren. Die meisten Studien hierzu wurden bei COPD-Patienten durchgeführt. Wie oben erwähnt, beginnt dieser Prozess aber bereits viel früher, nämlich bevor Untergewicht oder Kachexie zu beobachten sind, indem es zu einem Verlust der Muskelmasse kommt.

Die Ursachen hierfür sind vielfältig und noch nicht gänzlich geklärt. Eine negative Energiebilanz, die bei Gewichtsverlust bei chronisch Lungenkranken vorhanden sein muss, kann folgende Ursachen haben: Reduzierte Aufnahme von Nahrung, verminderte Absorption, erhöhter Energieverbrauch, veränderter Metabolismus.

Reduzierte Aufnahme von Nahrung

Für die verminderte Aufnahme von Nahrung bei Patienten mit fortgeschrittener Lungenerkrankung gibt es selten nur einen einzigen Grund. Es sind mehrere Faktoren, die dazu beitragen, wie

• chronische Mundatmung bei respiratorischer Insuffizienz führt zu vermindertem Geschmacksempfinden und daraus resultierendem mangelnden Interesse an Essen.

• Dyspnoe, die oft bereits in Ruhe vorhanden ist, verstärkt sich bei Belastung, z. B. auch durch Nahrungsaufnahme. Zunehmende Dyspnoe fördert Müdigkeit und Abgeschlagenheit, was zu verkürzten Essenszeiten führt. Zudem führt Dyspnoe auch dazu, dass die Patienten sich nicht selbst etwas kochen und nicht zum Essen ausgehen.

• Aerophagie, die bei COPD-Patienten häufiger ist als bei Gesunden, führt zu vorzeitigem Sättigkeitsgefühl oder sogar Beschwerden.

• Sauerstoffabhängigkeit: Gerade Patienten, die Sauerstoff über eine Maske zu sich nehmen, haben beim Essen nur die Wahl zwischen Nahrungsaufnahme oder Sauerstoff.

• Medikamente wie Antibiotika, Theophyllin, etc. führen nicht selten zu gastrointestinalen Beschwerden, die wiederum zu mangelndem Appetit und ungenügender Nahrungsaufnahme führen. Auch die Menge an Medikamenten, die oft vor oder zum Essen genommen werden sollen, führt bei manchen Patienten zu Völlegefühl und Appetitlosigkeit.

• Depressionen bei Patienten, die unter zunehmender Immobilität, Dyspnoe und Behinderung durch die Erkrankung leiden, sind häufig und führen ebenfalls zu verminderter Nahrungsaufnahme.

Reduzierte Absorption

Malabsorption spielt bei Patienten mit COPD keine wesentliche Rolle [7].

Erhöhter Energieverbrauch

Eine der Ursachen für einen höheren Ruhe-Energieverbrauch bei respiratorisch eingeschränkten Patienten ist die erhöhte Atemarbeit. Bei Gesunden werden in Ruhe ca. 2 - 3 % der Gesamtenergie für die Atmung benötigt. Bei Patienten mit COPD wird alleine aufgrund der verminderten Elastizität des Thorax und der mechanisch ungünstigeren Ausgangslage bei Überblähung mehr Energie für die Atmung benötigt [10]. Ob bei Patienten mit Lungenerkrankungen in einer stabilen Phase ein hypermetabolischer Zustand vorliegt, wird kontrovers diskutiert. Sicher ist dies aber der Fall bei Infekten, die bei diesen Patienten gehäuft auftreten. Es gibt jedoch Hinweise darauf, dass auch bei stabilen COPD-Patienten einige inflammatorische Zytokine erhöht sind und diese für einen Hypermetabolismus verantwortlich sind. Insbesondere TNF-α wurde untersucht, das im Sputum und Plasma von Patienten mit COPD als erhöht beschrieben wird. Hierbei fand sich, dass Patienten mit Untergewicht und/oder Gewichtsverlust höhere Werte von TNF-α zeigten als gewichtsstabile. Für die löslichen TNF-Rezeptoren (sTNF-R 55 und sTNF-R-75) liegen unterschiedliche Ergebnisse vor [6] [9] [31]. Unklar bleibt allerdings, ob der beobachtete höhere TNF-α-Spiegel bei Patienten mit Untergewicht Ursache für den Gewichtsverlust ist, oder ob er durch den Gewichtsverlust verursacht wird. Eine Studie, die zeigte, dass anorektische Patienten einen hohen TNF-Spiegel haben und nach Nahrungszufuhr dieser Spiegel sank, sprechen für letzteres [46]. Aber auch Hypoxie führt zu einer Aktivierung des TNF-α-Systems und könnte bei COPD-Patienten eine Rolle spielen [45]. Letztlich ist noch nicht völlig klar, ob TNF-α und andere inflammatorische Zytokine veranwortlich für den Gewichtverlust sind oder ob dies sekundäre Phanomene sind.

Auch in der Behandlung der Lungenerkrankungen häufig eingesetzte Medikamente wie Theophyllin und β₂-Sympathomimetika führen zu einer Erhöhung des Grundumsatzes. Kortikosteroide in höheren Dosierungen (> 60 mg/d) verursachen eine Reduktion der Atemmuskelstärke [51]. Nicht ganz so klar ist der Effekt einer niedrigen Steroid-Dosis (< 20 mg/d). Die meisten Studien deuten aber auch bei den niedrigeren Dosen auf einen negativen Effekt auf die Atemmuskulatur bei Patienten mit fortgeschrittenen Lungenerkrankungen hin [8] [49].

Es gibt verschiedene Möglichkeiten, den Ruhe-Energiebedarf (Grundumsatz) zu berechnen. Die bekannteste Formel ist die Harris-Benedict-Formel [22], die für Patienten mit COPD modifiziert wird [29]
♀ 655 + (9,56 × KG [kg] + 1,85 × Größe [cm]) - (4,68 × Alter [Jahre])
♂ 66,5 + (13,7 × Gewicht [kg] + 5 × Größe [cm]) - (6,78 × Alter [Jahre])
modifiziert für COPD
♀ 515 + (14,1 × Gewicht [kg] + 1,85 × Größe [cm]) - (4,68 × Alter [Jahre])
♂ 952 + (11,5 × Gewicht [kg] + 5 × Größe [cm]) - (6,78 × Alter [Jahre])

Veränderter Metabolismus

In den letzten Jahren ist zunehmend darüber Erkenntnis gewonnen worden, dass der Metabolismus bei Patienten mit COPD gegenüber Gesunden verändert ist. Hierbei ist auch ein Unterschied zwischen Patienten mit Emphysem und chronischer Bronchitis zu beobachten. Diese Veränderungen wurden insbesondere durch Analysen von Muskeln gewonnen. So ist beschrieben, dass die Zusammensetzung der Muskelfasertypen sich zwischen Gesunden und COPD-Patienten unterscheiden [35]. Das Überwiegen von anaeroben Typ-1-Muskelfasern bei COPD-Patienten könnte mitverantwortlich sein für die frühere Ermüdung der Patienten, weil diese Muskeln ATP weniger effizient produzieren und die Produktion von Laktat höher ist. Auch die Aktivität der oxidativen Enzyme im Muskel von COPD-Patienten wurde als deutlich erniedrigt beschrieben [27].

In mehreren Studien wurde nachgewiesen, dass die Aminosäurezusammensetzung sowohl im Blut als auch im Muskel bei Patienten mit COPD verändert ist [23] [32]. Engelen konnte kürzlich zeigen, dass auch bei COPD Patienten ohne Hypoxämie Veränderungen der Aminosäurezusammensetzung in Plasma und Muskel (M. quadriceps) zu finden sind [17]. Insbesondere fanden sich bei COPD-Patienten niedrigere Spiegel der verzweigtkettigen Aminosäuren, besonders Leucin. Interessanterweise bestand auch ein Unterschied zwischen COPD-Patienten mit und ohne Emphysem. Bei den Emphysematikern waren die Unterschiede zu den Gesunden noch deutlicher. Erhöhte Glutaminspiegel wurden bei den COPD-Patienten ohne Emphysem beobachtet, während sie bei Patienten mit Emphysem eher erniedrigt waren [13] [32]. Sie sprechen für einen erhöhten Muskel-Protein-Turnover. Inwieweit die ebenfalls beobachtete Hyperinsulinämie bei den Patienten dafür mitverantwortlich ist, ist derzeit noch ungeklärt. Auch die Untersuchung des Protein-Breakdowns und der Proteinsynthese mittels Infusion von Phe- und Tyr-gelabelten Tracern zeigte, dass dieser bei COPD-Patienten gegenüber Gesunden erhöht war [15].

Interessanterweise verändert sich der Aminosäuremetabolismus nach Belastung. Engelen untersuchte die Zusammensetzung der Aminosäuren bei Gesunden und COPD-Patienten vor und nach Belastung [16]. Hierbei zeigte sich, dass bei COPD-Patienten die Konzentration fast aller Aminosäuren im Muskel nach Belastung erniedrigt war, im Plasma dagegen erhöht, ein weiterer Hinweis auf einen erhöhten Umsatz und Ausstrom von Aminosäuren aus dem Muskel bei COPD-Patienten.

Welche Rolle die Erniedrigung der Fettmasse bei COPD-Patienten spielt, ist derzeit noch unklar. Fett ist nicht nur Energiereservoir, sondern spielt auch eine Rolle bei unterschiedlichen Stoffwechselprozessen. Auch die Rolle von Leptin bei COPD wird kontrovers diskutiert. Leptin wurde vor wenigen Jahren entdeckt und unzählige Studien bei Über- und Untergewicht publiziert. Tabatake und Schols fanden einen erniedrigten Leptin-Spiegel bei COPD-Patienten, der mit dem BMI korrelierte [36] [44]. Schols konnte zeigen, dass der Spiegel besonders bei Emphysempatienten erniedrigt war. Die Korrelation zwischen Zytokinen und Leptin war in beiden Studien nicht eindeutig, lediglich für sTNF-R55 fand sich bei Emphysematikern eine Korrelation zum Leptin-Spiegel. Welche Rolle Leptin bei COPD spielt und wie es reguliert wird, bedarf weiterer Studien.

Ernährungs-Intervention bei COPD

Inzwischen liegen einige Studien vor, die zeigen konnten, dass eine Verbesserung des Ernährungszustandes bei untergewichtigen COPD-Patienten zu einer Kräftigung der Atemmuskulatur und besseren Funktionsparametern führen kann [11] [52] [ 54]. Einige Autoren berichten aber auch, dass trotz einer Gewichtssteigerung kein Effekt auf die Atemmuskulatur zu beobachten war [26] [33]. In den meisten Studien kam aber auch zum Ausdruck, dass die gesteigerte Kalorienzufuhr bei vielen COPD-Patienten nicht unproblematisch war. In erster Linie sind die oben aufgeführten Gründe für eine geringe Nahrungsaufnahme verantwortlich. Obwohl Rehabilitationsmaßnahmen kombiniert mit Ernährungsberatung und -intensivierung zusammen mit körperlichem Training die sinnvollste Maßnahme sind, gibt es derzeit keine aussagekräftigen Studien, in welchem Ausmaß sich hierdurch Lungenfunktion und Belastbarkeit steigern lassen. So zeigt eine bei älteren Patienten durchgeführte Studie, bei der Ernährungstherapie und körperliches Training mit alleiniger Ernährungstherapie verglichen wurde, bei Kombination einen positiven Effekt, der alleine nicht erreicht wurde [20].

Eine kürzlich erschienene Studie untersuchte die Akut-Effekte einer Supplementnahrung bei COPD-Patienten [48]. Die Zufuhr von 1048 kJ und 2092 kJ zeigte keinen wesentlichen messbaren negativen Effekt auf die Ventilation der Patienten, die niedrigere Zufuhr zeigte aber eine bessere metabolische und ventilatorische Antwort und ein geringeres Völlegefühl. Interessanterweise fand sich eine deutlichere Zunahme der Dyspnoe nach der fettreichen Nahrung als nach der kohlehydratreichen.

Es ist bis heute unklar, ob eine Nahrungssupplementierung das Überleben dieser Patienten verbessert, was gerade im Hinblick auf Kosten und dem Problem, das Gewicht zu halten, eine entscheidende Frage für weitere Langzeit-Studien sein muss. Eine Meta-Analyse aus 272 Publikationen fand kürzlich, dass nur neun randomisierte kontrollierte Studien zur Ernährungssupplementierung bei COPD-Patienten vorliegen. Der Benefit einer solchen Therapie war minimal und es konnte kein Effekt auf die Lungenfunktion und Belastbarkeit gezeigt werden [18]. Zudem zeigte die Analyse, dass die Gabe von Wachstumshormonen nicht effektiv ist.

Ein positiver Effekt auf die Lungenfunktion wurde bei der Einnahme von Zitrusfrüchten, Obst sowie dunkelgrünem Blatt und tiefgelbem bis orangenem Gemüse beschrieben [43] [47]. In einer retrospektiven Auswertung der Essgewohnheiten von Rauchern fand Watson, dass die moderate Einnahme von Obst und Gemüse, insbesondere Apfel, einen signifikanten protektiven Effekt hat und das Risiko für die Entwicklung einer COPD bei Rauchern verringert. Eine der wenigen Studien, die den alten Spruch „An apple a day keeps the doctor away” wissenschaftlich zu belegen versuchte [50].

Neben einer Ernährungsberatung gehören zur adäquaten Behandlung von COPD Patienten:

• Optimierung der Lungenfunktion

• regelmäßiges körperliches Training, anfänglich unter Anleitung, dann selbständig

• Verbesserung der Sauerstoffsättigung durch Sauerstoffgabe

• konsequente Behandlung von Infekten und deren Vorbeugung durch Impfungen (Grippe-Impfung und Pneumokokken-Impfung)

Allgemeine Empfehlungen zur Ernährung bei Patienten mit COPD

Adäquate Kalorienzufuhr (evtl. mit Zusatznahrung)
häufige kleine Mahlzeiten
Anraten von Mahlzeiten, die wenig Vorbereitung benötigen (z. B. Mikrowellen-Fertigmahlzeiten)
Ruhezeiten vor und nach den Mahlzeiten
Zufuhr von frischem Obst und Gemüse

Schlussfolgerung

In den letzten Jahren ist zunehmend die Erkenntnis gewonnen worden, dass bei der COPD viele Faktoren auf das Problem Unterernährung Einfluss haben. Hierbei wurde klar, dass eine komplexe Veränderung des Metabolismus bei COPD-Patienten vorliegt, die durch eine reine Ernährungstherapie wenig zu beeinflussen ist. Dies ist mit großer Wahrscheinlichkeit auch die Ursache für die geringen Erfolge einer Intervention durch Ernährung. Unser Blickfeld bezüglich der Therapie muss sich dahin richten, dass wir bei der COPD nicht eine lokale Erkrankung des Bronchialbaumes haben, sondern eher eine systemische Erkrankung, die von der Lunge ausgeht und dort die Hauptsymptome verursacht, aber auch andere Systeme mit einbezieht.

Ziel weiterer Studien muss es daher sein, die Muskelfunktion und die metabolischen Veränderungen bei COPD-Patienten noch besser zu verstehen, um dann hierauf Einfluss nehmen zu können. Zukünftige Therapien sollten sich daher nicht nur auf die Behandlung der bronchialen Inflammation und Bronchodilatation beschränken, sondern darauf ausgerichtet sein, den veränderten Metabolismus bei COPD-Patienten zu beeinflussen, um so die Belastbarkeit der Patienten und vielleicht auch die Prognose zu verbessern.

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