Cognitive Function and the Risk of Dementia: The Influence of Physical Fitness and Exercise in Older Adults

Kognitive Störungen zählen bei älteren Erwachsenen zu den am häufigsten auftretenden gesundheitlichen Beeinträchtigungen und rücken aufgrund des demografischen Wandels weltweit zunehmend in den Fokus der Gesundheitssysteme. Die Prävalenz kognitiver Beeinträchtigungen wird bei älteren Erwachsenen zwischen 60 und 65 Jahren auf etwa 7 % geschätzt und steigt im weiteren Alterungsverlauf stetig an, so dass ungefähr 40% der Menschen über 80 Jahren unter kognitiven Beeinträchtigungen leiden [1]. Zudem werden die beiden häufigsten neurodegenerativen Erkrankungen älterer Menschen – die Alzheimer-Krankheit (AD) und die Parkinson-Krankheit (PD) - entweder durch das Auftreten kognitiver Beeinträchtigungen charakterisiert (AD) oder erhöhen das Risiko dieser signifikant (PD). Unter dem Begriff kognitive Beeinträchtigungen wird eine Vielzahl an Konditionen subsumiert, die von subjektiven Beeinträchtigungen (SCI) über leichte kognitive Störungen (MCI) bis hin zur Demenz reichen [3, 5-7]. Da keine Heilungsmöglichkeit für an Demenz erkrankte Personen besteht, gewinnen die präklinischen Phasen wie SCI und MCI für die Etablierung neuer Interventionen, die dem weiteren Niedergang kognitiver Funktionen vorbeugen sollen, an Bedeutung[3, 5-7]. Den Patienten in den genannten präklinischen Phasen empfehlen die aktuellen Richtlinien der American Academy of Neurology (AAN) regelmäßig Sport zu treiben, um dem erhöhten Risiko an Demenz zu erkranken entgegen zu wirken [3]. Allerdings basiert diese Empfehlung auf lediglich zwei Studien. Um diese Ergebnisse zu verifizieren, sind Studien mit größeren Stichprobengrößen, standardisierten neuropsychologischen Testmethoden, längeren Interventionszeiten und klar definierten Ein- und Ausschlusskriterien für die Diagnose von MCI erforderlich [3]. Schon eine Präventionsstrategie, die das Fortscheiten der kognitiven Beeinträchtigung hin zur Demenz um nur zwei Jahre verzögern könnte, würde die Gesamtzahl der mit Demenz lebenden Patienten erheblich verringern wovon auch die Gesundheitssysteme unter ökonomischen und sozialen Aspekten entscheidend profitieren würden [8-10]. In dieser Dissertation werden die Auswirkungen von Bewegung auf die Kognition bei Personen mit einem hohen Risiko des Entstehens der Demenz erforscht, um valide Aussagen darüber treffen zu können, ob und falls ja welche gezielte Bewegungsangebote eine ideale Präventionsstrategie darstellen. Hierzu werden verschiedene Sportformen verglichen. Des Weiteren steht die Evaluation der Geeignetheit unterschiedlicher Methoden zur Überwachung der Trainingsintensität und körperlichen Aktivität im Mittelpunkt. Darüber hinaus untersucht diese Arbeit, ob elektrokortikale Marker für die Feststellung des kognitiven Rückgangs bei älteren Erwachsenen geeignet sind. Ziel der 1. Studie war der Vergleich von körperlicher Aktivität und körperliche Fitness im gesamten Spektrum von SCI und MCI, welches weiter in ein frühes (EMCI) und spätes (LMCI) Stadium der Erkrankung unterteilt wurde, . Weiterhin bewertete die Studie 1 die Stärke der Beziehung zwischen diesen physischen Eigenschaften und der Kognition. Insgesamt konnten 121 Teilnehmer rekrutiert werden, die die Einschlusskriterien erfüllten. Die Teilnehmer mit LMCI hatten sowohl in subjektiven (p=0,018) als auch objektiven (p=0,041) Messungen signifikant niedrigere Aktivitätsniveaus. Zusätzlich hatten die Teilnehmer mit LMCI eine geringere körperliche Fitness als die Vergleichsgruppen (p=0,041). Außerdem wurde ein positiver Zusammenhang zwischen Fitness und Kognition (r=0,25; p<0,05) deutlich. Diese Ergebnisse weisen darauf hin, dass körperliche Aktivität und körperliche Leistungsfähigkeit als Indikator für das Risiko eines weiteren kognitiven Rückgangs dienen könnten. Um die Eignung von Elektroenzephalographie (EEG)-Markern für die Ermittlung des kognitiven Rückgangs zu bestimmen, verglich Studie 2 ereigniskorrelierte Potenziale (ERPs) zwischen Teilnehmern mit SCI (n = 13) und MCI (n = 13). Im Gegensatz zu neuropsychologischen Tests, bei denen Teilnehmer mit MCI deutlich schlechter abschnitten (Trail Making Test A: p=0,001, Cohens d=1,5; Trail Making Test B: p=0. 030, Cohens d=0,94; Sprachkompetenz: p=0,001, Cohens d=1,08), bestanden keine Unterschiede in den ERPs von Personen mit SCI und MCI. Basierend auf diesen Ergebnissen scheinen neuropsychologische Tests am besten geeignet zu sein, um zwischen Personen mit SCI und MCI zu differenzieren und sollten bevorzugt in zukünftigen Studien verwendet werden. Studie 3 ermittelte, ob die Trainingsintensität mithilfe der Borg Skala (RPE)) für leichtes, moderates und intensives Training bei älteren Erwachsenen (n=97, 75 ± 6 Jahre) mit MCI und SCI gesteuert werden kann. Obwohl keine Unterschiede zwischen durchschnittlicher Zielherzfrequenz und der während des mithilfe der Borg Skala gesteuerten Trainings ermittelt wurden (mittlere Differenz 1,2 Schläge pro Minute), zeigte diese Studie eine gewisse Variabilität bei der Trainingssteuerung anhand des subjektiven Belastungsempfindens. Etwa die Hälfte der Teilnehmer verfehlte ihre Zielherzfrequenz um ungefähr zehn Schläge pro Minute. Um konkrete Trainingsintensitäten zu erreichen, sollte die subjektive Trainingssteuerung mit anderen Methoden (z. B. Herzfrequenzuhren) kombiniert werden, um sicherzustellen, dass die Zielintensität erreicht wird. Studie 4 evaluierte die Messgenauigkeit eines am Handgelenk getragenen Aktivitätsmonitors. Hierzu gingen 32 ältere Erwachsene (Durchschnittsalter 74,8 ± 5,9 Jahre) eine Strecke von 200 Metern, nachdem der Aktivitätsmonitor am Handgelenk des nicht dominanten Arms befestigt worden war. Dieser ermittelte die Anzahl der Schritte als objektive Messgröße körperlicher Aktivität. Zeitgleich wurden die Schritte manuell gezählt. Anschließend wurden beide Werte miteinander verglichen. Lins Konkordanz-Korrelationskoeffizient zeigte eine starke Korrelation (rc=0,802) zwischen den manuell gezählten und über den Aktivitätsmonitor erhobenen Schritten. Diese Ergebnisse bestätigten die Validität des Aktivitätsmonitors, Schritte genau zu erheben. Um Limitationen vorheriger Studien zu überwinden, zielte das multizentrische NeuroExercise Projekt, die Studie 5 dieser Arbeit, darauf ab, die Auswirkungen eines 12-monatigen strukturierten Trainingsprogramms (entweder Ausdauer oder Stretching und Toning) auf das Fortschreiten der kognitiven Beeinträchtigungen bei Menschen mit MCI im Vergleich zu einer Kontrollgruppe zu untersuchen. Diese randomisierte kontrollierte Studie wurde in drei europäischen Ländern durchgeführt und eine Gesamtzahl von 183 Personen mit MCI wurde in drei verschiedenen Gruppen zugeteilt. Die primäre ANCOVA-Analyse ergab keine Unterschiede in der Kognition (Cohens d 0,11; mittlere Differenz 0,13; 95% CI -0,02-0,28) oder der Lebensqualität (Cohens d 0,02; mittlere Differenz -1,89; 95% CI -4,59 - 1,00) zwischen den Trainingsgruppen und der Kontrollgruppe nach 12 Monaten. Im Gegensatz dazu stieg die körperliche Fitness in den Trainingsgruppen im Vergleich zur Kontrollgruppe signifikant an (Cohen d 0,40, mittlere Differenz -1,76, 95% CI -3,39 - -0,10). Sekundäre Analysen zeigten länderspezifische Unterschiede. Weiterhin wurden Unterschiede zwischen den beiden Trainingsgruppen in Bezug auf die körperliche Fitness festgestellt, wobei sich die aerobe Trainingsgruppe signifikant stärker verbesserte als die Stretching- und Toning-Gruppe. Die verbesserte körperliche Fitness kann ein wichtiger Indikator für die langfristige Entwicklung der Erkrankung bei Personen mit MCI sein, hatte aber nach 12 Monaten keinen unmittelbaren Einfluss auf die Kognition. Ziel der Studie 6 war es, die Wirkung verschiedener Trainingsformen auf die Kognition bei Patienten mit Parkinson zusammen zu fassen und zu vergleichen. Hierfür wurde eine systematische Übersichtsarbeit erstellt, in der insgesamt fünf elektronische Datenbanken durchsucht wurden. In die Datenbanken wurde eine Kombination von Schlüsselwörtern aus drei Kategorien, nämlich Krankheit, Bewegung und Kognition, eingegeben. Nach der Überprüfung von Abstract, Titel und Volltexten von 2.000 Studien erfüllten 11 Studien die definierten Einschlusskriterien. In 5 Studien wurde ein signifikanter Effekt des jeweiligen Sportprogramms auf spezielle kognitive Fähigkeiten deutlich. Ein positiver Effekt von Ausdauertraining auf das Gedächtnis (Effektstärke (ES) = 2,42) und die Exekutivfunktion (ES = 1,54), sowie von kombiniertem Kraft- und Koordinationstraining auf die globale kognitive Funktion (ES = 1,54) konnte gezeigt werden. In zwei weiteren Studien führte ein koordinatives Training zu einer verbesserten Exekutivfunktion im Vergleich zu der von nicht trainierenden Kontrollpersonen (ES = 0,84-1,88). Alle Trainingsformen zeigten das Potential domänspezifische, kognitive Funktionen zu verbessern, wobei ein Ausdauertraining mit dem größten Effekt assoziiert war. Basierend auf den Ergebnissen dieser Arbeit kann nicht abschließend geklärt werden, welche Sportform am besten geeignet ist, um das Fortschreiten kognitiver Beeinträchtigungen bei älteren Personen zu verhindern. Dennoch zeigen die Ergebnisse, wie wichtig es ist, dies in zukünftigen Studien zu berücksichtigen, und dass weitere direkte Vergleiche verschiedener Trainingsformen erforderlich sind. Diese zukünftigen Studien sollten sich auf valide Methoden stützen, um Zielgruppen adäquat zu charakterisieren und Trainingsinterventionen (z. B. Trainingsintensität) und deren Ergebnisparameter (z. B. Schritte) angemessen zu beschreiben - die Ergebnisse dieser Arbeit werden zukünftigen Studien helfen, dies zu tun. Auch wenn in dieser Arbeit kein direkter Einfluss eines Sportprogramms auf die kognitiven Fähigkeiten von Personen mit MCI nachgewiesen werden konnte, kann der ermittelte Zusammenhang zwischen körperlicher Fitness und Kognition auf langfristige Vorteile einer erhöhten Fitness für kognitiv beeinträchtigte Personen hinweisen. Da eine gute körperliche Fitness die treibende Kraft für ein sozial integriertes und erfüllendes späteres Leben ist - insbesondere bei Menschen, die von kognitivem Verfall bedroht sind -, sollte regelmäßige Bewegung bei älteren Erwachsenen mit und ohne kognitive Beeinträchtigung zur Routine werden.