Wird kognitive Leistung durch die Vitamin D-Konzentration beeinflusst? Eine Betrachtung bei Überwinterern in der Antarktis

Einleitung: Langzeitaufenthalte in extremen Umwelten wie der Antarktis sind mit verschiedenen Herausforderungen an den menschlichen Körper verbunden. Unter anderem verringert sich die Vitamin D-Produktion in der Haut durch das deutlich verminderte Sonnenlicht. Auswirkungen von Vitamin D-Mangel auf den Knochenstoffwechsel sind seit vielen Jahren anerkannt. In den letzten Jahrzehnten wurde Vitamin D zudem in Zusammenhang mit dem zentralen Nervensystem gebracht. Der Vitamin D-Rezeptor und die Vitamin D-Metaboliten wurden im Gehirn nachgewiesen und strukturelle Veränderungen des Gehirns sind mit Vitamin D assoziiert. Vitamin D soll auch neurotroph und neuroprotektiv wirken. Beobachtungsstudien haben auf einen Zusammenhang zwischen niedriger Vitamin D-Konzentration und kognitiver Dysfunktion bzw. Demenz hingewiesen. Interventionsstudien konnten dies jedoch nicht hinreichend bestätigen. Das Ziel der Studie ist es, den Einfluss der Vitamin D-Konzentration auf die kognitive Leistungsfähigkeit während eines Langzeitaufenthalts in der Antarktis zu untersuchen. Methodik: Langzeitüberwinterer hielten sich im Rahmen von drei Überwinterungskampagnen (33.–35.) für 14 Monate auf der deutschen Neumayer-Station III in der Antarktis auf. Studienteilnehmer (n = 9 pro Kampagne) waren die Antarktis-Forscher des Alfred-Wegener-Instituts. Die Vitamin D-Konzentration und die kognitive Leistungsfähigkeit wurden monatlich vor, während und nach der Überwinterung gemessen. Die kognitive Leistungsfähigkeit wurde mittels validierter computerbasierter Testbatterien (ANAM4TM oder Cognition) ermittelt. Die untersuchten Leistungsparameter waren die Effizienz und die Reaktionszeit. Die Datenanalyse erfolgte mithilfe eines linear gemischten Modells. Es wurde für Alter und Geschlecht kontrolliert. Ergebnisse: Die Vitamin D-Konzentration nahm während der Überwinterung bei allen Kampagnen signifikant ab und erholte sich zur Nachmessung nur bei den Teilnehmern der 33. und 34. Überwinterungskampagne im Vergleich zur Vormessung. Über die Zeit zeigte sich eine signifikante Verbesserung der Effizienz und der Reaktionszeit bei 9 bzw. 10 der 10 kognitiven Tests in der ANAM4TM-Batterie und bei 6 bzw. 8 der 10 kognitiven Tests in der Cognition-Batterie. Bei höherer Vitamin D-Konzentration verschlechterten sich die Effizienz und die Reaktionszeit signifikant bei 9 bzw. 10 Tests in der ANAM4TM-Batterie und bei 2 bzw. 4 Tests in der Cognition-Batterie. Schlussfolgerung: Die Verbesserung der kognitiven Leistungsfähigkeit über die Zeit beruht vermutlich auf einen Lerneffekt. Der signifikante negative Zusammenhang zwischen der Vitamin D-Konzentration und der kognitiven Leistungsfähigkeit bei den Langzeitüberwinterern in der Antarktis ist deshalb mit Vorsicht zu betrachten. Weitere Studien sind notwendig, um die Einflüsse von Vitamin D auf das Gehirn und die kognitive Leistungsfähigkeit zu klären.
Introduction: Humans face different challenges during extended stays in extreme environments such as Antarctica. Among these challenges is the reduced solar radiation which results in less cutaneous vitamin D synthesis. The effects of vitamin D deficiency on skeletal diseases have been well established. During the past decades, vitamin D has been linked to the central nervous system, as the vitamin D Receptor and metabolites have been located in the brain and as vitamin D has been shown to have neurotrophic and neuroprotective effects. Previous research has also established correlations between vitamin D and structural alterations in the brain. Moreover, observational studies support a correlation between low vitamin D levels and cognitive decline and dementia, respectively. However, interventional studies fail to show this association. The aim of this study is to investigate the impact of vitamin D levels on cognitive performance during an extended stay in Antarctica. Methods: As part of three winter campaigns (33rd-35th), people were overwintering for a duration of 14 months per campaign at the Antarctic German research station Neumayer III. The participants were Antarctic scientists recruited by the Alfred Wegener Institute (n = 9 per campaign). Vitamin D levels and cognitive performance were measured before and after the expedition as well as monthly during their stay. Cognitive performance was determined by validated computerized test batteries (ANAM4TM or Cognition). The performance parameters efficiency and reaction time were evaluated. A linear mixed model was used for statistical analysis, while controlling for the effects of age and gender. Results: Vitamin D levels significantly decreased in all campaigns during overwintering and only for the 33rd and 34th campaign did they recover to the same levels after their return home. Over time, efficiency and reaction time showed significant improvement in 9 and 10 of the 10 ANAM4TM battery cognitive tests, respectively, as well as in 6 and 8 of the 10 Cognition battery cognitive tests, respectively. With high vitamin D levels, efficiency and reaction time worsened significantly in 9 and 10 of the ANAM4TM battery tests, respectively, as well as in 2 and 4 of the Cognition battery tests, respectively. Conclusion: The cognitive improvement over time is presumably caused by practice effects. The significant negative association between vitamin D levels and cognitive performance in the sample should therefore be interpreted with caution. More studies are needed to assess the impact of vitamin D on cognitive performance and the brain.