Starke Raucher zeigen eine für Alzheimer typische Hirnatrophie

Eine neue Studie mit MRT-Untersuchungen zeigt, dass Rauchen wichtige Bereiche des Gehirns schädigt, die für das Gedächtnis und das Denken zuständig sind, und dass Übergewicht diese Schäden noch verstärken kann. Dies wirft neue Fragen zur Demenzprävention auf.

Eine kürzlich in der Fachzeitschrift NPJ Dementia veröffentlichte Studie untersuchte den Zusammenhang zwischen Rauchen und Hirnatrophie und untersuchte, ob der Body-Mass-Index (BMI) diesen Zusammenhang beeinflusst. Die Studie ergab, dass Raucher ein signifikant geringeres Volumen an grauer und weißer Substanz im Gehirn aufweisen als Nichtraucher. Bezog man den BMI in statistische Modelle ein, schwächte sich der Zusammenhang zwischen der Anzahl der gerauchten Packungen pro Jahr und dem Hirnvolumenverlust ab. Dies deutet eher auf einen vermittelnden Effekt als auf einen direkten Kausalzusammenhang hin.

Neurodegenerative Erkrankungen: Prävalenz und Risikofaktoren

Bei einer neurodegenerativen Erkrankung verlieren Neuronen im Gehirn und Nervensystem allmählich ihre Funktion, was zu einem Rückgang der körperlichen und kognitiven Fähigkeiten führt. Die Alzheimer-Krankheit (AD) ist die häufigste Demenzform und beeinträchtigt Gedächtnis, Kognition und Verhalten.

Die Prävalenz von Demenz nimmt weltweit zu. Einer aktuellen Studie zufolge sind weltweit rund 47 Millionen Menschen mit Demenz diagnostiziert, und jedes Jahr werden voraussichtlich etwa 10 Millionen Neuerkrankungen hinzukommen.

Zahlreiche Studien haben Risikofaktoren für Demenz im frühen, mittleren und späten Lebensalter identifiziert. Rauchen ist ein Faktor, der schätzungsweise bei bis zu 14 % der Demenzfälle weltweit eine Rolle spielt. Giftstoffe im Zigarettenrauch können Neuroinflammation auslösen, einen Mechanismus, der eng mit Alzheimer verbunden ist. Neben Demenz haben frühere Studien auch gezeigt, dass Raucher ein höheres Risiko für zerebrovaskuläre und Atemwegserkrankungen haben.

Obwohl frühere Metaanalysen Rauchen mit einem erhöhten Demenzrisiko in Verbindung brachten, untersuchten nur wenige große Studien den Zusammenhang zwischen Rauchverhalten und -intensität mit MRT-gemessener Hirnatrophie, einem Biomarker für Neurodegeneration. Um dies zu beurteilen, ist es notwendig, den Zusammenhang zwischen Rauchen und Hirnatrophie zu untersuchen. Dabei handelt es sich um den Verlust von Hirngewebe durch Schrumpfung oder Absterben von Neuronen mit einer Verringerung der Anzahl neuronaler Verbindungen.

Forscher verfolgen die Hirnatrophie bei Alzheimer und anderen neurodegenerativen Erkrankungen typischerweise mithilfe von Neurobildgebung und volumetrischer Beurteilung mittels T1-gewichteter MRT – was sich von der natürlichen Alterung unterscheidet. MRT wird verwendet, um den Hirnvolumenverlust zu beurteilen, einen Biomarker der Neurodegeneration.

Nur wenige große Studien haben den Zusammenhang zwischen Rauchen und mittels MRT gemessener Hirnatrophie untersucht. Dieser Zusammenhang könnte eine Schlüsselrolle beim Verständnis des Beitrags des Rauchens zum kognitiven Abbau und zur Alzheimer-Krankheit spielen.

Über die Studie

Die vorliegende Studie prüfte die Hypothese, dass Personen mit einer Rauchervorgeschichte im Vergleich zu Nichtrauchern eine stärkere Hirnatrophie auf Gesamthirn- und Lappenebene erleiden.

Insgesamt wurden 10.134 Teilnehmer im Alter von 18 bis 97 Jahren aus vier Studienzentren rekrutiert. Alle Teilnehmer unterzogen sich einer Ganzkörper-MRT ohne Kontrastmittel. Vor der Untersuchung füllten sie Fragebögen zu ihren demografischen Daten, ihrer Krankengeschichte und ihrem Rauchverhalten aus. Jeder Teilnehmer gab an, wie viele Packungen er täglich rauchte und wie viele Jahre er bereits rauchte.

Anhand dieser Fragebögen wurden die Teilnehmer in Rauchergruppen (ungleich null Packungsjahre) und Nichtrauchergruppen (null Packungsjahre) eingeteilt. Packungsjahre sind ein Indikator für die Tabakexposition, der die Dauer und Intensität des Rauchens berücksichtigt. Die Rauchergruppe umfasste 3.292 Personen, die Nichtrauchergruppe 6.842 Personen.

Die Studie nutzte FastSurfer, eine bewährte Deep-Learning-Pipeline, um das Hirnvolumen anhand von 3D-T1-Bildern zu quantifizieren. Ein Deep-Learning-Modell wurde zudem zur Segmentierung des intrakraniellen Volumens (ICV) eingesetzt.

Für Raucher wurde ein Regressionsmodell durchgeführt, um die Beziehung zwischen Packungsjahren und Gehirnvolumen zu analysieren:

• Modell 1: adjustiert auf Alter, Geschlecht und Studienzentrum;
• Modell 2: mit zusätzlicher Anpassung für BMI.

Forschungsergebnisse

Im Vergleich zu Nichtrauchern waren Raucher häufiger weiblich, kaukasischer Abstammung, hatten einen höheren BMI, waren älter und litten häufiger an Typ-2-Diabetes und Bluthochdruck. Die durchschnittliche Packungsdauer in der Rauchergruppe betrug 11,93.

Vergleiche zwischen den Regionen zeigten geringere Hirnvolumina in der Rauchergruppe. Die bivariate Pearson-Analyse zeigte eine moderate positive Korrelation zwischen höherem BMI und längeren Packungsjahren. Vergleiche der Modelle 1 und 2 zeigten eine Abnahme der statistischen Signifikanz und der Effektstärke in elf Hirnregionen unter Berücksichtigung des BMI. Dies deutet auf eine mögliche, aber nicht nachgewiesene vermittelnde Rolle des BMI im Zusammenhang zwischen Rauchen und Hirnatrophie hin.

Wichtig ist, dass Raucher selbst nach Berücksichtigung des BMI noch immer eine signifikante Atrophie in mehreren Regionen aufwiesen, darunter in Bereichen, die mit der Alzheimer-Krankheit in Verbindung stehen, wie etwa dem Hippocampus, dem posterioren cingulären Cortex und dem Precuneus.

Schlussfolgerungen

Die vorliegende Studie zeigte, dass Personen mit Rauchervorgeschichte und einer höheren Anzahl an Packungsjahren Anzeichen einer Hirnatrophie aufwiesen. Vorläufige Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass der BMI eine potenzielle Rolle bei der Vermittlung des Zusammenhangs zwischen Rauchen und Hirnvolumenverlust spielen könnte. Somit sind Übergewicht und Rauchen zwei veränderbare Risikofaktoren, die künftig zur Prävention von Demenz, einschließlich Alzheimer, genutzt werden könnten.

In Zukunft sind weitere Studien erforderlich, um den möglichen vermittelnden Effekt des Hyperintensitätsvolumens der weißen Substanz und der Hirnatrophie im Zusammenhang mit der Rauchervorgeschichte zu untersuchen.

Die wichtigsten Stärken dieser Studie liegen in der Analyse einer großen Kohorte mit Raucheranamnese und der quantitativen strukturellen Bildgebung des Gehirns. Darüber hinaus war es möglich, das Gehirnvolumen in von der Alzheimer-Krankheit betroffenen Regionen wie Hippocampus, posteriorem cingulärem Cortex und Precuneus zu messen.

Trotz ihrer Stärken schränkt der Querschnittscharakter der Studie die Möglichkeit ein, kausale Schlussfolgerungen zu ziehen. Zudem enthielt das Studiendesign keine kognitiven Tests oder AD-Biomarker wie Amyloid oder Tau, was die Möglichkeit einschränkt, Hirnatrophie direkt mit Demenz in Verbindung zu bringen. Daher sind Längsschnittstudien erforderlich, um die Rolle des BMI in diesem Zusammenhang zu bestätigen.