Haben Viren im Winter leichtes Spiel, weil unsere Immunabwehr dann nicht so fit ist wie im Sommer?
Teil 2 der Artikel-Serie „Saisonalität von Infektionskrankheiten – was können wir für Covid-19 erwarten“ im RiffReporter-Magazin TAKTVOLL
Haus, Heizung, Home-Office – der moderne Mensch lebt hinter Türen, Fenstern und Bildschirmen. Er ist den wechselnden Jahreszeiten unmittelbar meist nur eine kurze Zeit am Tag ausgeliefert. Wenn wir uns mit der Frage beschäftigen, ob eine überlebenswichtige Körperfunktion wie die Immunabwehr im Laufe des Jahres unterschiedlich „gut“ funktioniert, müssen wir im Hinterkopf behalten: wir leben heute vollkommen anders als unsere Urmütter und -väter es taten. Sollte es also aus dem Tierreich Hinweise geben, dass das Immunsystem sich in seiner Aktivität den Jahreszeiten anpasst, könnte das auch für den ursprünglich lebenden Menschen gegolten haben. Finden sich in Studien am Menschen keine Hinweise auf eine zyklische Aktivität der Immunabwehr, könnte dies auch das Ergebnis unseres Lebensstils und der körperlichen Anpassung daran sein.
Einfluss der Tageslänge, das Melatonin
Auch ohne Uhr und Kalender „kennt“ unser Körper eigentlich die Tageszeit und über die variierende Tageslänge kann er auch die Jahreszeit wahrnehmen. Mit Hilfe der Nervenzellen in der Netzhaut unserer Augen erhält eine kleine, kegelförmige Drüse in den Tiefen des Gehirns, die Zirbeldrüse (Epiphyse) die Information darüber, ob es gerade hell oder dunkel, Tag oder Nacht ist. Während der Dunkelheit stellt die Zirbeldrüse das Hormon Melatonin her und gibt es direkt in das Blut und Gehirnwasser ab.
Ob sich lange Sommertage anders auf die Immunabwehr des Menschen auswirken als kurze Wintertage, sei nach aktueller Studienlage unklar, sagt Hannes Stockinger vom Zentrum für Pathophysiologie, Infektiologie und Immunologie an der Medizinischen Universität Wien. Untersuchungen an Tieren zeigten jedoch deutlich: „Über das Melatonin, das den Tag-Nacht-Rhythmus steuert, wirkt sich die Tageslänge auf die hormonelle Lage und damit auch auf das Immunsystem aus“, so der Immunologe.
Immunzellen selbst und auch die Thymusdrüse, ein wichtiges Reifungsorgan für eine Gruppe von Abwehrzellen, tragen Rezeptoren auf ihrer Zelloberfläche, an die das Melatonin andocken kann. Bei Tieren, denen die Zirbeldrüse entfernt wurde, bildet sich der Thymus nicht richtig heraus, die Immunabwehr ist stark geschwächt.
In welche „Richtung“ das Melatonin die Immunfunktion beeinflusst, ob es sie eher antreibt oder bremst, dazu sind die Resultate aus Tierexperimenten sehr unterschiedlich. Lange Nächte und damit „mehr“ Melatonin steigern zum Beispiel die Antikörperproduktion (von (nachtaktiven) Mäusen, stimulieren die Vermehrung von Natürlichen Killerzellen und anderen Immunzellen und scheinen die Balance der Immunzellen untereinander eher in Richtung „Angriff“ als in Richtung „Toleranz“ zu verschieben. Im Gegensatz dazu sind die Fresszellen bei einigen Hamster-Arten (ebenfalls nachtaktiv) und andere Zellen der angeborenen Immunabwehr in Zeiten langer Nächte (im Winter) vergleichsweise weniger aktiv als bei Artgenossen, die unter sommerlichen Lichtbedingungen leben.
Wenn einzelne Immunzellen im Labor hin auf ihre Aktivität unter verschiedenen Bedingungen untersucht würden, müsse man vorsichtig mit den Ergebnissen umgehen, kritisiert Hannes Stockinger. Wenn die Aktivität der ein oder anderen Zellart dabei herauf oder herunter gehe, müsse das für das gesamte Netzwerk noch nichts bedeuten. „Das Immunsystem ist ein höchst ausgeklügeltes System, das sich stets auf einer Gratwanderung zwischen Selbstheilung und Selbstzerstörung befindet“, sagt der Immunologe. Im günstigsten Fall könne ein Erreger ohne viel Aufsehen und Symptomen aus dem Körper beseitigt werden. Im schlimmsten Fall dagegen löse der Kontakt mit einem Erreger oder harmlosen Umweltantigenen eine überschießende Immunantwort aus, die in Autoimmunreaktionen oder Allergien münde.
Zurück zum Melatonin. Das Hormon ist nur ein Mitspieler im Gesamtgefüge, das auf die Immunzellen einwirkt. Andere Faktorenwie zum Beispiel auch die Sexualhormone, Schilddrüsenhormone oder auch die Verfügbarkeit von Nährstoffen beeinflussen die Aktivität der Immunzellen ebenfalls.
Unterm Strich belegen die meisten Studien einen eher immunfördernden Effekt des Melatonins, was eine „Immunstärkung“ in der dunklen Jahreszeit zur Folge haben könnte. In einer Welt, in der die Lebewesen zunehmender Lichtverschmutzung ausgesetzt sind, könnte der Verlust der Nacht zu einer chronischen Schwächung der Immunabwehr von Organismen beitragen und diese anfälliger machen für Infektionen und Entgleisungen der Immunabwehr.
Einfluss der Tageslänge, Vitamin D
Unter Einwirkung von Sonnenlicht wird in der Haut Vitamin D gebildet. Die meisten von uns haben daher am Ende des Sommers den höchsten, am Ende des Winters den niedrigsten Spiegel des Vitamins im Blut. Wirken sich diese Schwankungen, wirkt sich ein Vitamin-D-Mangel auf die Immunabwehr aus?
Menschen, die häufig unter Infektionen der oberen Atemwege leiden, haben meist einen niedrigen Vitamin-D-Spiegel. Ob es sich bei diesen Beobachtungen um einen ursächlichen Zusammenhang handelt, können solche Assoziationsstudien zwar nicht belegen; laut mehrerer klinischer Studien verringert aber die zusätzliche Gabe von Vitamin D die Häufigkeit von Infekten der Atemwege – ein weiterer Hinweise für die positive Wirkung von Vitamin D auf die Immunabwehr.
Vitamin D beeinflusst die Immunfunktion, alle Abwehrzellen haben zumindest Rezeptoren für Vitamin D auf ihrer Zelloberfläche. Bei Mäusen hemmt ein Vitamin-D-Mangel eine wichtige Gruppe von Fresszellen, die Makrophagen. Sie reifen schlecht, bewegen sich nur eingeschränkt und sind insgesamt gehemmt.
Vitamin D unterstützt die Immunabwehr offenbar dabei, angemessen auf eine Bedrohung zu reagieren. Unter dem Einfluss von Vitamin D schütten zum Beispiel die „Dendritischen Zellen“ – das sind Wächterzellen, die gleich zu Beginn aktiv werden und die gesamte Immunreaktion koordinieren – weniger Entzündungsstoffe aus und wirken dadurch einer überschießenden Immunreaktion entgegen. Manche Forscher vermuten, dass der Mangel an Vitamin D im Winter eine Ursache dafür sein könne, warum sich Autoimmunkrankheiten, bei denen die Immunabwehr körpereigenes Gewebe angreift, in der kalten Jahreszeit oft besonders bemerkbar machen.
Einfluss der Ernährung, Mikro-, Makronährstoffe und das Mikrobiom
Frei lebende Tiere und auch ursprünglich lebende Menschen vor Vorratshaltung und globalem Handel sind/waren auf das Nahrungsangebot angewiesenen, das die Natur im Laufe des Jahres bereithält. Die Immunabwehr ist energieaufwändig und auf eine gute Versorgung mit Makro- und Mikronährstoffen angewiesen. Eine dauerhafte Mangel- oder eine Unterernährung wirkt sich schwächend auf die Körperabwehr aus und macht anfälliger für Infektionskrankheiten.
Ein wechselndes Nahrungsangebot oder ein unterschiedliches Ernährungsverhalten im Laufe eines Jahres beeinflusst auch die Bakteriengemeinschaft im Darm und damit indirekt auch das Immunsystem. Wie das Mikrobiom zusammengesetzt ist, hat einen großen Einfluss darauf, ob die Immunabwehr angemessen auf eine Bedrohung reagieren kann oder nicht. Tatsächlich befindet sich die größte „Abteilung“ an Immunzellen in Reichweite des Verdauungstraktes und ist daher ständig in Kontakt und Austausch mit all den „guten“ Bakterien, die die Darmschleimhaut besiedeln und potenziell gefährlichen Eindringlingen.
Einfluss der Temperatur, Hitze schwächt die Immunabwehr
Aus Beobachtungen im Tierexperiment weiß man, dass Teile der Immunabwehr bei sehr hohen Außentemperaturen „schlapp“ machen. Offenbar sind die T-Zellen, genauer die zytotoxischen T-Zellen, die infizierte Zellen oder auch Krebszellen sehr gezielt abtöten können, bei Außentemperaturen über 30 Grad Celsius nicht so munter und effektiv, was sich unter anderem in einer geschwächten Virusabwehr zeigen kann.
Der Immunabwehr zu schaffen macht auch eine andere, nicht natürliche Wärmequelle: die Heizung. Sie kann im Winter für extrem trockene Luft in den Innenräumen sorgen. Wenn die Schleimhäute zu trocken werden, können Erreger leichter über die Atemwege eindringen; der Schleim wird zähflüssiger, den winzigen Flimmerhärchen fällt es immer schwerer, den Schleim und die darin enthaltenen Fremdstoffe, Staub, Viren, Bakterien, zum Ausgang zu befördern, abzuwehren.
Mäuse, die in trockener Luft (20 % relative Luftfeuchtigkeit) gehalten werden, erkranken viel schwerer an einer Influenza-Grippe als ihre Artgenossen, die bei 50 % relativer Luftfeuchtigkeit leben. Die Schleimhautbarriere inklusive Flimmerhärchen leidet, Fresszellen sind weniger aktiv, Entzündungsprozesse dagegen gesteigert, die Fähigkeit des Gewebes, kleine Schäden im Zellverbund rasch zu reparieren, eingeschränkt. Krankheitserreger können leichter eindringen.
Pollen und Schadstoffe stören die Immunabwehr
Eine erhöhte Pollenbelastung in der Luft hemmt die angeborene antivirale Immunabwehr in den Atemwegen, unabhängig davon, ob die Pollen auf den Schleimhäuten einer Allergikerin/eines Allergikers landen oder nicht. Viren können sich stärker in den Atemwegen ausbreiten, wenn diese gleichzeitig mit Pollen belastet sind, das hat ein internationales Forscherteam vor kurzem herausgefunden. Scheinbar hemmt die Anwesenheit der Pollen (über einen bisher unbekannten Mechanismus) die Ausschüttung von Interferon. Das ist ein wichtiger Signalstoff, den Körperzellen sofort nach dem Kontakt mit Viren als Notruf aussenden.
Interferon blockiert die Virusvermehrung und alarmiert andere Immunzellen, die unterstützend herbeieilen. „Die Tatsache, dass sich in Mitteleuropa aufgrund des Klimawandels auch die Blühphase vieler allergener, luftbestäubter Pflanzen zum Jahresbeginn hin verschiebt, könnte bedeuten, dass künftig speziell im Frühjahr auch das Risiko für Atemwegsinfekte ansteigen wird“, schreibt die Helmholtz-Gesellschaft in einer Mitteilung zur Studie.
In manchen Regionen steigt die Belastung der Luft besonders in bestimmten Wetterlagen oder im Winter durch den Betrieb von (Kohle)Öfen besonders stark an. Feinstaubpartikel können die Schleimhäute reizen, Entzündungen auslösen. Unter dem Einfluss von Luftschadstoffen sinkt zum Beispiel die Schlagfrequenz und damit Reinigungsleistung der winzigen Flimmerhärchen in der Nasenschleimhaut, die sich normalerweise knapp 12 mal in der Sekunde bewegen.
Genaktivität im Jahreslauf
Wissenschaftler der Universität Cambridge haben Tausende Gene in menschlichem Probenmaterial untersucht und festgestellt, dass rund 5000 davon im Jahresverlauf unterschiedlich aktiv sind. Die jahreszeitlichen Genschwankungen waren bei Menschen, die in der Nähe des Äquators leben (und damit nicht den vier Jahreszeiten ausgesetzt sind), viel weniger ausgeprägt als bei solchen, die in den USA, Großbritannien, Island oder Australien zu Hause sind.
Unter den zyklisch aktiven Genen sind zahlreiche, die an der Immunabwehr, zum Beispiel der Antikörper-Produktion, mitwirken. Auch die Erbinformation für das Protein ARNTL ist darunter. ARNTL hemmt Entzündungsprozesse und ist laut der Analyse beim Menschen im Sommer aktiver als im Winter.
Die Studie kann zwar nicht ermitteln, ob die erhöhte Aktivität bestimmter Immungene die Ursache oder das Resultat vermehrter Infektionen im Winterhalbjahr ist; dennoch ist als Tendenz aus der Cambridge-Studie wie auch aus den tierexperimentellen Beobachtungen abzulesen, dass das Immunsystem im Winter angriffslustiger ist als im Sommer.
Die erhöhte Aktivität der Immunabwehr in den gemäßigten Klimazonen im Winterhalbjahr könnte sich als ein evolutionärer Vorteil erwiesen und daher bei zahlreichen Tieren (inklusive des Menschen?) durchgesetzt haben, schlagen der Neurowissenschaftler Zachary Weil und seine Kollegen von der Ohio State University vor. Während längerer Tage im Frühling und Sommer lohne es sich, mehr an Körperenergie in die Fortpflanzung und das Wachstum zu stecken; im Herbst und Winter dagegen, bei kälteren Temperaturen und einem geringeren Nahrungsangebot, erhöhten sich die Überlebenschancen, wenn mehr Ressourcen in die Immunabwehr investiert würden.
Was jeder für seine Immunabwehr tun kann
Im Winter könnte unsere Immunabwehr natürlicherweise also eher in Richtung „angriffslustig(er)“ programmiert sein. Wir selbst können unser Immunsystem das ganze Jahr über unterstützen, damit es angemessen auf eine Bedrohung reagieren kann: indem wir uns ausgewogen ernähren, viel an der frischen Luft bewegen, genügend schlafen und auf ausreichende Luftfeuchtigkeit in beheizten Räumen achten.
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Hinweis: Die Arbeit an diesem Artikel sowie die weiteren Teile der TAKTVOLL-Serie „Saisonalität von Infektionskrankheiten – was können wir für Covid-19 erwarten?“ wurde mit Mitteln des Recherchefonds „Covid-19“ der Wissenschaftspressekonferenz (WPK) gefördert. Teil 1: „Wo bleibt die Grippe im Sommer?“