Endokrinologie
Selfish Brain: Adipositas und Typ-2-Diabetes aus neurobiologischer Sicht
Warum entwickeln so viele Menschen Adipositas und Diabetes mellitus Typ 2? Aus der Sicht der Hirnforschung und Neurobiologie wurde bei der Erforschung von Stoffwechselerkrankungen eine Grundeigenschaft des Gehirns nicht berücksichtigt: die – metaphorisch gesprochen – Selbstsüchtigkeit (engl.: „selfishness“) des Gehirns.
Das sogenannte Selfish Brain1 verbraucht von allen Organen des Menschen am meisten Energie in Form von Glukose – nämlich 130g pro Tag –, die es primär aus dem Körper anfordert. Was passiert jedoch, wenn das Gehirn nur unzureichend Energie aus dem Körper bestellen kann? Sind Adipositas und Typ-2-Diabetes dann möglicherweise Notfallpläne des Gehirns?
Prinzip und Gesetze von Lieferketten
Evidenz für diese letztgenannte Sicht kam von der jüngsten Pub-likation,2 die sich die Prinzipien und Gesetze von Lieferketten, wie sie in der Logistik und der Ökonomie bekannt sind, zunutze macht, um den zentralen und peripheren Energiestoffwechsel in einfacher Weise zu beschreiben. Indem die Methoden von Wirtschaftsanalysen auf Daten zum Energiestoffwechsel angewandt wurden, konnte nachgewiesen werden, dass bei einem Versorgungsengpass zum Gehirn in der zerebralen Lieferkette ein Stau entsteht, der sich in Form auffüllender Fettdepots manifestiert.
Die Lieferkette des Gehirns – mit dem zentralen Nervensystem als dem Endverbraucher – beschreibt die Energie-flüsse von der entfernten Umgebung zur näheren Umgebung durch den Körper zum Gehirn (Abb.). Diese Lieferkette ist verzweigt, d.h., es ist möglich, Energie in Seitenspeichern, wie Muskel- und Fettgewebe, abzulagern.
Push- und Pull-Komponente
Es ist ein generelles Prinzip in logistischen Lieferketten, dass der Fluss durch den Anbieter (Push-Komponente) und durch den Empfänger (Pull-Komponente) bestimmt wird. Mit anderen Worten: Die Flüsse werden jeweils durch Angebot und Nachfrage reguliert. Die Flüsse transportieren Energie in unterschiedlicher Form.
Ineffizienter Brain-Pull bei Diabetes mellitus
Es konnte an der Lieferkette des menschlichen Gehirns gezeigt werden, dass ein gesunder Organismus durch einen effizienten Brain-Pull – d.h. die Fähigkeit des Gehirns, ausreichend Energie aus dem Körper anzufordern – seine systemische Energiehomöostase aufrechterhält und dass die zugrunde liegende Ursache für Adipositas ein ineffizienter Brain-Pull ist.
Das Gehirn setzt effiziente Mechanismen ein, mit denen es aktiv Energie aus dem Körper anfordert. Es gibt zwei Brain-Pull-Mechanismen: Einerseits fordern die Astrozyten, welche die Versorgungszellen von Neuronen sind, bei Bedarf Glukose aus dem Blutkreislauf über die Blut-Hirn-Schranke an. Andererseits geben Neuronen des ventromedialen Hypothalamus Befehle aus, die die Energieflüsse innerhalb des Organismus zum Gehirn umleiten. Diese Neuronen aktivieren das sympathische Nervensystem und hemmen damit die Insulinsekretion aus den Betazellen. So limitiert dieser Brain-Pull-Mechanismus die insulinabhängige Glukoseaufnahme via GLUT4 in Muskel- und Fettgewebe, während die insulinunabhängige Glukoseaufnahme via GLUT1 ins Gehirn erhalten bleibt. Die zirkulierende Glukose steht dann vorrangig dem Gehirn zur Verfügung. Neben den Brain-Pull-Mechanismen gibt es noch Body-Pull-, d.h. Nahrungs-Pull-Mechanismen: Neuronen des lateralen Hypothalamus fordern den Energienachschub aus der Umwelt an, und sie initiieren die Nahrungsaufnahme.
Das Gehirn nimmt nur 1% oder gar nicht ab
Es konnte gezeigt werden, dass ein effizienter Brain-Pull-Mechanismus insbesondere bei Nahrungsmangel unverzichtbar ist, um die zerebrale und periphere Energiehomöostase aufrechtzuerhalten.2 So lassen sich jetzt lang bekannte experimentelle Befunde erklären, die zeigen, dass bei Auszehrung alle Körperorgane bis zu 40% ihres Gewichtes verlieren, während das Gehirn nur 1% oder gar nicht abnimmt.3
Was passiert, wenn die Brain-Pull-Mechanismen nicht effizient arbeiten? Dann ist die zerebrale Versorgung bedroht. Eine metabolische Notfalllösung, um einen derartigen Versorgungsengpass zu kompensieren, besteht darin, die Nahrungsaufnahme zu steigern. Dies führt zwar zu einer ausreichenden zerebralen Glukoseversorgung – als Nebenwirkung kommt es jedoch zu einem Stau in der Lieferkette: Es akkumuliert die Energie im Fettgewebe und Adipositas entsteht. Die Energie akkumuliert auch in den Blutgefäßen, und es entwickelt sich Diabetes mellitus Typ 2.2
Notfallpläne des Gehirns
Aus Sicht der Forschung zum Hirnstoffwechsel sind Adipositas und Typ-2-Diabetes Notfallpläne des Gehirns. Jede Therapie muss als Eingriff in die Selbstregulationskreisläufe des Organismus betrachtet werden und stößt demzufolge unter Umständen auf erhebliche Widerstände. Damit lässt sich erklären, warum viele Ansätze zur Gewichtsreduktion scheitern oder diejenigen, deren Übergewicht auf drakonische Weise abgebaut wurde, mitunter in Depression verfallen. Neue, andere Therapieformen müssen entwickelt werden, wenn nicht die Lösungen von heute die Probleme von morgen werden sollen.
Referenzen:
1 Peters A, Schweiger U, Pellerin L et al: The selfish brain: competition for energy resources. Neurosci Biobehav Rev 2004; 28: 143-180
2 Peters A, Langemann D: Build-ups in the supply chain of the brain: on the neuroenergetic cause of obesity and type 2 diabetes mellitus. Front Neuroenergetics 2009; 1: 2; doi:10.3389/neuro. 14.002. 2009
3 Krieger M: Über die Atrophie der menschlichen Organe bei Inanition. Z Angew Anat Konstitutionsl1921; 7: 87-134
Autor: Univ.-Prof. Dr. Achim Peters, Leiter der Klinischen Forschergruppe SELFISH BRAIN Hirnstoffwechsel, Neuroenergetik, Adipositas und Diabetes Medizinische Klinik 1, Universität zu Lübeck, 23538 Lübeck, Tel.: + 49/451/500-3546, E-Mail: achim.peters@uk-sh.de , http://www.selfish-brain.com </i>
Letztes Update:17 Februar, 2010 - 12:33
