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Associations of environmental and lifestyle factors with lung function in youth and adulthood.
München, Ludwig-Maximilians-Universität, Medizinische Fakultät, Diss., 2019, 137 S.
Numerous factors influence lung function throughout the life course. Exposure to risk factors such as passive smoke or respiratory infections early in life have the potential to affect lung function already during lung development and growth. Such insults may result in respiratory impairment, a higher susceptibility to chronic lung diseases, and abnormal lung function decline in adulthood. Although the main determinants of lung function variability are sex, age, height, and ethnicity, the inter-subject variability increases in older age, indicating a complex interplay of early life, environmental, and lifestyle factors throughout life. While many studies have identified factors that are associated with lung function, most examined only one or a few factors at specific periods of life or focused on specific lung diseases as outcomes. Research on the effects of diverse early and current factors at a certain stage or among lung-healthy populations is rare. Therefore, the purpose of this thesis was to investigate on a population-based level which factors are associated with lung function at two periods in life, in adolescence at the stage of almost finalized lung growth and adulthood during age-related lung function decline, respectively. A further aim was to determine which domains of respiratory function obtainable by spirometry, i.e. lung volume or airway function, are involved in the associations found. Cross-sectional analyses were carried out in adolescents using data from the two German birth cohorts GINIplus and LISAplus at the 15-year follow-up and further in adults aged 45-89 years using population-based data of the KORA cohort studies. Early life events as well as current environmental and lifestyle factors were investigated in adolescents representing the stage of lung growth, while analyses at the stage of age-related lung function decline focused on environmental and lifestyle factors in adulthood. In adolescents, emphasis was put on the analysis of aeroallergen sensitization as it is associated with a higher risk of developing allergic respiratory diseases. Although the prevalence of sensitization to aeroallergens at age 15 years was high among adolescents with asthma or allergic rhinitis, the grade of sensitization to aeroallergens i.e. no sensitization up to polysensitization was not associated with lung volume or airway function in lung-healthy adolescents or those with asthma or rhinitis. Moreover, the associations of early life (e.g. parental atopy and education, birth weight, breastfeeding, peak weight velocity, and lower respiratory tract infections), current lifestyle and environmental factors (e.g. active smoking, serum vitamin D concentration, body mass index (BMI), and exposure to air pollution or second-hand smoke), and allergic diseases (e.g. asthma, rhinitis, and allergen sensitization) with spirometric lung function were analyzed. Besides the well-known determinants sex, height, and asthma, weight gain and pulmonary infections during infancy, as well as current BMI, indoor second-hand smoke exposure and serum vitamin D concentration were identified as prevalent factors associated with lung function in 15-year-olds. Overall, the results found for current environmental and lifestyle factors indicated associations with both lung volume and airway function, whereas weight gain and pulmonary infections in early life were consistently associated with lower airway function. However, early life events explained in median less than 5% of the variance, whereas at least Summary 5 75% was captured by sex and height. Nevertheless, small effects already present during the stage of lung growth might have the potential to modify lung function in adolescence. In adults, environmental and lifestyle factors were analyzed using questionnaire-based information on five quality of life health domains (mobility, self-care, usual activities, pain/discomfort, and anxiety/depression). Because self-reported physical functioning was found to be associated with lung function, information on health domains was complemented by the investigation of self-reported physical activity levels. Moreover, the association between physical activity and lung function was more deeply analyzed using rarely investigated German population-based data on physical activity, obtained by accelerometers. Physical activity levels, duration pattern and associations with common chronic diseases including asthma and chronic obstructive pulmonary disease were analyzed. Furthermore, the association of time spent in moderate to vigorous physical activity (MVPA) with spirometric lung function, and additionally with measures of pulmonary gas exchange and respiratory muscle strength was examined in lung-healthy participants. Overall, adults spent about two thirds of the day in sedentary activity, whereas the median time spent in MVPA was only 3%. About 87% of MVPA was accumulated in MVPA bouts of less than 10 minutes, indicating sporadic activity instead of exercise. MVPA was lower among older and obese subjects, while common chronic diseases were not associated with time spent in MVPA. In lung-healthy adults, the most active participants had slightly higher volumetric indices, i.e. about 150 ml higher forced vital capacity and forced expiratory volume in 1 second compared to the least active participants which would correspond to a normal age-related decline of about 6 years. In line with this finding, self-reported inactivity, i.e. no or sporadic exercise, was negatively associated with spirometric volumes. This tendency was further supported by the associations found between slightly lower spirometric volumes and reporting problems with mobility and usual activities, respectively, whereas no associations were found for the other health domains. In summary, the results presented suggest that at the stage of lung growth in adolescence, specific early life events such as weight gain or pulmonary infections should be considered particularly in studies of airway function and, furthermore, that physical activity might be associated with lung volumes in lung-healthy adults representing the period of age-related lung function decline. Although these findings are not generalizable to other populations and the effect sizes found were small, the results nevertheless highlight the need to consider specific factors for the investigation of lung volumes and airway function at different age periods in life. Moreover, studies determining factors associated with lung function already in lung-healthy populations might help define starting points for early health interventions.
Das ganze Leben hindurch beeinflussen zahlreiche Faktoren die Lungenfunktion. Bereits in der frühen Entwicklungs- und Wachstumsphase der Lunge können Risikofaktoren, wie Passivrauchexposition oder respiratorische Erkrankungen, Beeinträchtigungen der Lungenfunktion verursachen, welche das Risiko für chronische Lungenerkrankungen im Erwachsenenalter erhöhen und eine schnellere altersabhängige Lungenfunktionsabnahme bedingen können. Obwohl Geschlecht, Alter, Größe und Herkunft, die interindividuelle Variabilität der Lungenfunktion maßgeblich bestimmen, steigt in höherem Alter die Variabilität der Lungenfunktion an, was auf eine komplexe, lebenslange Wechselwirkung von frühkindlichen Ereignissen sowie Umwelt- und Lebensstilfaktoren schließen lässt. Zahlreiche Studien haben Faktoren identifiziert, die mit der Lungenfunktion assoziiert sind, wobei die meisten davon lediglich einen oder nur einige Faktoren während spezifischer Lebensphasen untersucht haben oder den Fokus auf den Zusammenhang mit Lungenerkrankungen legten. Viel seltener sind hingegen Studien, die verschiedene frühe und gegenwärtige Faktoren während spezifischer Lebensphasen oder lungengesunde Populationen untersuchen. Ziel dieser Arbeit war es, auf Populationsebene zu untersuchen, welche Faktoren eine Assoziation mit spirometrischen Lungenfunktionsparametern während zweier spezifischer Lebensphasen zeigen: bei Jugendlichen in der finalen Phase des Lungenwachstums und bei Erwachsenen während der normalen altersbedingten Lungenfunktionsabnahme. Zudem wurde betrachtet welcher Bereich der Lungenfunktion, d.h. Lungenvolumen oder Atemwegsfunktion, potenzielle Zusammenhänge zeigt. In Querschnittsanalysen wurden Daten von 15-jährigen Jugendlichen aus zwei deutschen Geburtskohorten GINIplus und LISAplus sowie von Erwachsen im Alter von 45-89 Jahren aus den deutschen Kohortenstudien KORA ausgewertet. Frühkindliche Ereignisse und gegenwärtige Umwelt- und Lebensstilfaktoren wurden bei Jugendlichen untersucht, die die Lungenwachstumsphase repräsentieren. Bei Erwachsenen, in der Phase der Lungenfunktionsabnahme, lag der Fokus auf aktuellen Umwelt- und Lebensstilfaktoren. Bei Jugendlichen wurde zunächst spezifisch untersucht, ob die Sensibilisierung gegen Inhalationsallergene, die ein höheres Risiko für allergische respiratorische Erkrankungen birgt, bereits negativ mit Lungenfunktion assoziiert ist. Obwohl die Prävalenz von Asthma und allergischer Rhinitis bei sensibilisierten 15-Jährigen hoch war, wurde weder bei Lungengesunden, Asthmatikern, noch bei denen mit Rhinitis ein Zusammenhang zwischen dem Sensibilisierungsgrad, d.h. keine Sensibilisierung bis hin zur Polysensibilisierung, und Lungenvolumen oder Atemwegsfunktion beobachtet. Des Weiteren wurden Assoziationen zwischen Lungenfunktion und frühen Ereignissen (z.B. Atopie und Bildung der Eltern, Geburtsgewicht, Stillen, Gewichtszunahme, und untere Atemwegsinfekte), gegenwärtigen Umwelt- und Lebensstilfaktoren (z.B. Rauchen, Serum Vitamin D Konzentration, Body-Mass-Index (BMI), Belastung durch Luftverschmutzung, und Passivrauchexposition) und allergischen Erkrankungen (z.B. Asthma, Rhinitis, und Allergen-sensibilisierung) bei 15-Jährigen untersucht. Neben den bekannten Determinanten, Geschlecht, Größe und Asthma, überwogen unter allen Faktoren die Assoziationen zwischen Lungenfunktion und folgenden Faktoren: frühe Gewichtszunahme und Lungeninfekte als frühkindliche Ereignisse sowie BMI, häusliche Passivrauchbelastung und Serum Vitamin D Zusammenfassung 7 Konzentration als gegenwärtige Faktoren bei 15-Jährigen. Während die gegenwärtigen Umwelt- und Lebensstilfaktoren Zusammenhänge sowohl mit Lungenvolumen als auch Atemwegsfunktion zeigten, waren die frühkindlichen Ereignisse, Gewichtszunahme und Lungeninfekte, vorwiegend mit geringerer Atemwegsfunktion assoziiert. Im Gegensatz zu Geschlecht und Größe, die rund 75% der Varianz erklärt haben, lag für frühe Ereignisse der Median bei unter 5% erklärter Varianz, wobei selbst kleine Effekte, die sich bereits während der Lungenwachstumsphase manifestieren, modulierend auf die Lungenfunktion im Jugendalter wirken können. Bei Erwachsenen wurden Umwelt- und Lebensstilfaktoren mithilfe von Fragen zu fünf gesundheitsbezogenen Domänen der Lebensqualität (Mobilität, Für sich selbst sorgen, Allgemeine Tätigkeiten, Schmerzen/körperliche Beschwerden und Angst/Depression) analysiert. Da Assoziationen zwischen körperlichem Gesundheitszustand und Lungenfunktion berichtet wurden, wurden auch fragebogenbasierte Daten zur körperlichen Aktivität in die Analysen einbezogen. Darüber hinaus wurden bisher selten auf deutscher Populationsebene untersuchte Akzelerometerdaten zur körperlichen Aktivität ausgewertet. Betrachtet wurden die verschiedenen Aktivitätslevel und ihre Dauer sowie ihr Zusammenhang mit häufigen chronischen Erkrankungen, wie Asthma oder chronisch obstruktiver Lungenerkrankung. Bei lungengesunden Teilnehmern wurde zudem der Zusammenhang zwischen moderater bis anstrengender körperlicher Aktivität (MVPA) und spirometrisch erfasster Lungenfunktion, sowie mit der pulmonalen Gasaustauschkapazität und Atemmuskelkraft analysiert. Rund zwei Drittel des Tages waren die Teilnehmer körperlich inaktiv, während im Schnitt nur rund 3% der Zeit in MVPA verbracht wurde. Insgesamt waren rund 87% der MVPA kürzer als 10 Minuten in Folge, was mehr auf sporadische, statt sportliche Aktivität hindeutete. Ältere und adipöse Teilnehmer verzeichneten weniger MVPA, während keine Zusammenhänge mit den untersuchten chronischen Erkrankungen beobachtet wurden. Unter den Lungen-gesunden hatten die aktivsten Teilnehmer im Vergleich zu den inaktivsten etwas höhere Lungenvolumina, d.h. eine um rund 150 ml höhere forcierte Vital- und Einsekundenkapazität, was einem normalen altersabhängigen Lungenfunktionsabfall von circa 6 Jahren entsprechen würde. Ergebnisse zur Aktivität basierend auf Fragebogendaten stützten dieses Ergebnis durch einen Zusammenhang zwischen Inaktivität, d.h. kein oder nur sporadischer Sport, und niedrigeren spirometrischen Volumina. Teilnehmer mit Problemen in den aktivitätsrelevanten Gesundheitsdomänen Mobilität und allgemeine Tätigkeiten zeigten die gleiche Tendenz, während für die anderen Gesundheitsdomänen keine Assoziationen beobachten wurden. Zusammenfassend deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass bei Jugendlichen, in der finalen Phase des Lungenwachstums, spezifische frühkindliche Ereignisse wie Gewichtszunahme und Lungeninfekte besonders in Studien zur Atemwegsfunktion berücksichtigt werden sollten. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass bereits bei lungengesunden Erwachsenen, in der Phase der Lungenfunktionsabnahme, körperliche Aktivität mit höheren Lungenvolumina assoziiert sein kann. Obwohl diese Ergebnisse nur eingeschränkt auf andere Populationen übertragbar sind und kleine Effekte beobachtet wurden, zeigen sie dennoch auf, dass spezifische Faktoren für verschiedene Lebensphasen zur Analyse von Lungenvolumen und Atemwegsfunktion berücksichtigt werden sollten. Zudem könnten Studien bei lungengesunden Personen dazu beitragen Ansätze für frühe Interventionen zu definieren.
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Publikationstyp
Sonstiges: Hochschulschrift
Typ der Hochschulschrift
Dissertationsschrift
Quellenangaben
Seiten: 137 S.
Hochschule
Ludwig-Maximilians-Universität
Hochschulort
München
Fakultät
Medizinische Fakultät
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Institute of Epidemiology (EPI)