Biomarker für Frailty und Sarkopenie (Nutrition-, age- and muscle-related biomarkers in relation to frailty and sarcopenia)

Ansprechpersonen: Dr. Bastian Kochlik, Prof. Dr. Kristina Norman

Mit zunehmendem Alter nimmt die Prävalenz von Sarkopenie und des Frailty-Syndroms zu, wodurch es zu einem erhöhten Risiko für vermehrte Stürze und Knochenbrüche, Krankenhausaufenthalten und stärkerer Pflegebedürftigkeit sowie zu einer Abnahme der Lebensqualität betroffener Personen kommen kann. Daher sind die Diagnose und Risikobewertung der Sarkopenie und des Frailty-Syndroms, neben der Aufklärung ursächlicher Faktoren, von entscheidender Bedeutung hinsichtlich Prävention und Therapie (potentiell) betroffener Personen. Die hierfür hauptsächlich eingesetzten bildgebenden Verfahren sowie funktionellen Untersuchungen können jedoch in ihrer Durchführbarkeit im klinischen Alltag eingeschränkt sein. Deshalb gewinnt das Finden und Evaluieren geeigneter Biomarker, d.h. Inhaltsstoffe in biologischen Proben wie Blut, im Kontext der Diagnose und Risikobewertung des Frailty- und Sarkopenie-Status zunehmend an Bedeutung. Jedoch wird davon ausgegangen, dass ein einzelner Biomarker alleine für diese Zwecke nicht ausreicht, sondern eine Kombination aus verschiedenen Biomarkern notwendig ist.

Sarkopenie und Frailty weisen gemeinsame zugrundeliegende Merkmale, wie z.B. den Verlust von Muskelmasse, eine geringe Muskelkraft und eine geringe körperliche Leistungsfähigkeit, auf. Diese können durch einen katabolen Muskelzustand, d.h. einen erhöhten Muskelproteinabbau, entstehen. Die Ursachen für die Entwicklung von Sarkopenie und Frailty sind multifaktoriell, jedoch noch nicht vollständig aufgeklärt. Zu den Hauptfaktoren, die mit dem Auftreten des Frailty-Syndroms assoziiert sind und daher als potentielle Risikofaktoren gelten, zählen neben altersbedingten muskuloskelettalen Veränderungen auch hohe Plasmakonzentrationen an Biomarkern des oxidativen Stresses (OS) sowie niedrige Plasma-Mikronährstoffkonzentrationen. Des Weiteren wird ein Plasmamuster, das durch niedrige Konzentrationen an fettlöslichen Vitaminen und Carotinoide gekennzeichnet ist, als Risikofaktor vermutet. Eine weitere wichtige Rolle spielt das Gleichgewicht zwischen anti- und pro-inflammatorischen Stoffen, wobei Fettsäuren (FS) wie z.B. die anti-inflammatorisch wirkenden Omega-3-FS (n-3-MUFS), und FS-Verhältnisse von großer Bedeutung sein können.

In einer eigenen Studie konnten bereits Querschnittsassoziationen zwischen 3-Methylhistidin (3-MH, Freisetzung erfolgt durch Muskelproteinabbau) und die Verhältnisse 3-MH zu Kreatinin (3-MH/Crea) und 3-MH zu geschätzter glomerulärer Filtrationsrate (3-MH/eGFR) im Plasma mit dem Frailty-Status (robust, pre-frail und frail) gezeigt werden (Kochlik et al., J. Clin. Med. 2019). Folglich könnten 3-MH, 3-MH/Crea und 3-MH/eGFR Plasmakonzentrationen geeignete Biomarker sein, um Personen mit Frailty oder Personen mit einem erhöhten Frailty-Risiko zu identifizieren. Zudem führen diese Ergebnisse zu der Annahme, dass sich die genannten Biomarker auf Sarkopenie anwenden lassen könnten. In einer weiteren Querschnittsstudie konnte ebenfalls gezeigt werden, dass niedrige Plasmakonzentrationen bestimmter fettlöslicher Mikronährstoffe (Vitamin D3, Tocopherole, Retinol, Carotine, Lycopin, Lutein/Zeaxanthin, und β‑Cryptoxanthin) zusammen mit hohen Proteincarbonyl-Konzentrationen (OS-Biomarker) mit Frailty und dessen Vorstufe (pre-frailty) assoziiert waren (Kochlik et al., J Cachexia Sarcopenia Muscle 2019). Folglich könnte die ausreichende Versorgung mit fettlöslichen Mikronährstoffen und Carotinoiden über die Ernährung sowie eine daraus resultierende Verringerung des OS von besonderer Bedeutung hinsichtlich Prävention und Therapie sein.

Zukünftige Studien, in denen gleichzeitig verschiedene zirkulierende Biomarker (ernährungsabhängige fettlösliche Mikronährstoffe und FS, OS-Biomarker, sowie muskelabhängige Biomarker) gemessen werden, sollen weitere Informationen hinsichtlich ernährungsbedingter Einflüsse auf Sarkopenie und Frailty liefern. Hierfür könnten auch spezielle zirkulierende Biomarker-Muster herangezogen werden. Zudem sollen in zukünftigen Studien neue Daten hinsichtlich der bereits untersuchten Biomarker sowie möglicher Biomarker-Kombinationen und deren Eignung zur Diagnose und Risikobewertung generiert werden.

Diese Zielstellungen werden u.a. in der Studie “Patterns of circulating nutritional, oxidative stress and muscle protein biomarkers, and cross-sectional associations with frailty and sarcopenia in geriatric patients of the WONDER Study” untersucht. Die Studie verfolgt einen interdisziplinären Ansatz und erfolgt in Kooperation mit den Abteilungen Molekulare Toxikologie und Molekulare Epidemiologie des DIfE sowie mit der Charité – Universitätsmedizin Berlin. Die Finanzierung der Studie erfolgt im Rahmen des „NutriAct Research Stimulus Grant“.