Einführung
Die Verbindung zwischen Leber, Zuckerstoffwechsel und Gehirnfunktion ist ein komplexes und faszinierendes Feld der Forschung. In den letzten Jahren haben Wissenschaftler bedeutende Fortschritte im Verständnis der Rolle der Leber bei der Regulation des Appetits, der Blutzuckerkontrolle und der neuronalen Aktivität gemacht. Dieser Artikel beleuchtet die neuesten Erkenntnisse über die Auswirkungen von Zucker und die komplexen Wechselwirkungen zwischen diesen Organen.
Die Rolle von FGF21
Das Peptid FGF21 (Fibroblast Growth Factor 21) wurde vor einigen Jahren in der Leber entdeckt. Tierstudien haben gezeigt, dass es im Gehirn den Appetit auf Süßes und Alkohol hemmen kann. Analoga dieses Hormons befinden sich bereits in der klinischen Entwicklung als Medikamente gegen Diabetes.
FGF21 und Kohlenhydratverlangen
Frühe Forschungen deuteten darauf hin, dass FGF21 hauptsächlich den Insulinstoffwechsel beeinflusst. Eine genomweite Assoziationsstudie ergab jedoch, dass Varianten des FGF21-Gens beim Menschen mit einem erhöhten Appetit auf Kohlenhydrate verbunden sind. Dies deutete auf eine direkte Wirkung von FGF21 auf das Appetitzentrum im Gehirn hin.
Experimentelle Bestätigung
Experimente von Matthew Potthoff und Matthew Gollum bestätigten, dass FGF21 nach einer kohlenhydratreichen Mahlzeit vermehrt von der Leber freigesetzt wird. Über die Blutbahn gelangt das Hormon ins Gehirn, wo es im Hypothalamus selektiv den Appetit auf Zucker vermindert.
Auswirkungen auf Mäuse
Knockout-Mäuse, denen das Gen für FGF21 fehlt, entwickelten eine ausgeprägte Vorliebe für Zucker. Normale Mäuse produzierten nach einer zuckerhaltigen Mahlzeit vermehrt FGF21. Die Infusion von FGF21 führte bei Mäusen zu einer Abneigung gegen gesüßtes Wasser.
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Wirkmechanismus im Gehirn
FGF21 hat keinen direkten Einfluss auf die Geschmacksrezeptoren auf der Zunge. Die Abneigung gegen Süßes wird vielmehr über den Hypothalamus und speziell über den Nucleus paraventricularis vermittelt, wo sich das Appetitzentrum des Gehirns befindet.
Auswirkungen auf das Belohnungszentrum
Steven Kliewer fand heraus, dass FGF21 im Belohnungszentrum des Gehirns die Ausschüttung des Neurotransmitters Dopamin senkt, was den Anreiz zur Aufnahme zuckerhaltiger Nahrung vermindert. Die Wirkung von FGF21 wird über den Co-Rezeptor beta-Klotho vermittelt.
Natürliche Funktion von FGF21
Die natürliche Funktion von FGF21 könnte darin bestehen, vor der Zufuhr von zuckerhaltigen Nahrungsmitteln mit hohem Nährwert zu warnen, die in der Natur selten sind. Eine mögliche Erklärung ist die spontane Fermentierung von Glukose in Alkohol, einem Schadstoff für die Leber. FGF21 könnte verhindern, dass Tiere zu viel vergorenes Obst zu sich nehmen.
Therapeutisches Potenzial
Es bleibt abzuwarten, ob die appetitmindernde Wirkung auf Kohlenhydrate therapeutisch genutzt werden kann. FGF21-Analoga werden derzeit klinisch untersucht und könnten für Typ-2-Diabetiker und Alkoholabhängige interessant sein.
Stress, Gehirn und Blutzucker
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass Stress den Blutzuckerspiegel beeinflussen kann, und zwar durch eine spezielle Verbindung zwischen Gehirn und Leber.
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Die Rolle der Amygdala
Die Amygdala, auch Mandelkern genannt, ist eine Region im Gehirn, die an der Verarbeitung von Emotionen wie Angst oder Stress beteiligt ist. Sie beeinflusst, wie der Körper auf belastende Situationen reagiert und ist über verschiedene Bereiche im Gehirn mit dem Körper verbunden, einschließlich des Hypothalamus und des sympathischen Nervensystems.
Auswirkungen von Stress auf die Blutglukose
Studien haben gezeigt, dass akuter Stress den Blutzuckerspiegel erhöht, unabhängig von Stresshormonen wie Kortisol. Bereits wenige Sekunden nach Beginn einer Stresssituation werden bestimmte Nervenzellen in der Amygdala aktiv, was zu einem Anstieg des Blutzuckerspiegels führt.
Nervenweg zwischen Gehirn und Leber
Die Signale aus der Amygdala werden über mehrere Nervenbahnen an verschiedene Bereiche im Gehirn und dann zur Leber weitergeleitet. Dieser neu entdeckte Signalweg ermöglicht es dem Körper, innerhalb kurzer Zeit zusätzliche Energie bereitzustellen.
Wiederholter Stress und Blutzuckerkontrolle
Wiederholter Stress kann die Reaktion der Nervenzellen in der Amygdala abschwächen und die Blutzuckerkontrolle verschlechtern. Dies könnte erklären, warum dauerhafter Stress langfristig das Risiko für Typ-2-Diabetes erhöht.
Zucker: Freund oder Feind?
Zucker ist ein allgegenwärtiger Bestandteil unserer Ernährung, der sowohl positive als auch negative Auswirkungen auf unseren Körper haben kann.
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Die Wirkung von Zucker im Körper
Zucker ist eine wichtige Energiequelle für den Körper, die für Aktivitäten wie Atmen, Denken und Laufen benötigt wird. Der Körper kann Zucker aus allen Nahrungsmitteln gewinnen, die wir zu uns nehmen. Die winzigen Zuckerbestandteile werden über das Blut zu den Zellen transportiert, wo sie als Energie genutzt werden. Das Hormon Insulin hilft dem Körper, den Zucker aus dem Blut zu entfernen und zu den Zellen zu transportieren.
Die Reaktion des Gehirns auf Zucker
Neben dem Zuckerstoffwechsel reagiert das Gehirn auch auf Süßes. Schon beim Anblick von Süßem meldet sich das Belohnungszentrum im Gehirn und verbreitet Vorfreude. Die Sinnesrezeptoren auf der Zunge senden positive Signale an das Gehirn, das daraufhin mehr davon verlangt. Das Gehirn ist von Glukose abhängig und kann beim Anblick und Geschmack von Süßem nicht unterscheiden, ob die Zuckerart die richtige ist.
Zuckerreiche und zuckerfreie Ernährung
Der Körper kann Glukose selbst gewinnen und holt den benötigten Zucker aus kohlehydratreichen Nahrungsmitteln wie Kartoffeln, Vollkornbrot und Reis. Die direkte Zuckeraufnahme in Form von Haushaltszucker oder gesüßten Speisen und Getränken ist daher nicht notwendig.
Die Folgen von zu viel Zucker
Zu viel Zucker kann zu einer Reihe von negativen Folgen führen, darunter:
- Karies
- Gewichtszunahme
- Müdigkeit, Antriebslosigkeit und Energielosigkeit
- Nervosität, Schlafstörungen, Konzentrationsschwäche, Depressionen und Angstzustände
- Magen- und Darmprobleme
- Haarausfall und Hautkrankheiten
- Pilzbefall
Zuckerarten und Zuckerverstecke
Es gibt viele verschiedene Zuckerarten, die in Lebensmitteln vorkommen, oft unter verschiedenen Bezeichnungen wie Saccharose, Dextrose, Raffinose und Fruktose. Keine dieser Zuckerarten muss dem Körper extra zugeführt werden, da er alles Wichtige aus einer ausgewogenen Ernährung gewinnen kann.
Empfehlungen für den Zuckerkonsum
Die WHO empfiehlt, dass die Aufnahme von Zucker, zum Beispiel in Form von Haushaltszucker und Fruchtsäften, nicht mehr als 25 bis 50 Gramm pro Tag betragen sollte. In Deutschland nehmen die Menschen durchschnittlich rund das Doppelte davon zu sich.
Zucker und Neurodegeneration
Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass ein hoher Zuckerkonsum, insbesondere Milchzucker, die Neurodegeneration des Gehirns beschleunigen kann.
Auswirkungen von Milchzucker auf das Gehirn
Milchzucker kann sich an Eiweiße anlagern und die Isolierschicht von Zellen verändern, was zu einer schnelleren Abnutzung und Alterung von Gehirnzellen führt. Derartige Prozesse können einer Demenz wie der Alzheimer-Erkrankung den Weg bereiten.
Die Bedeutung von Glukose für das Gehirn
Das Gehirn benötigt Zucker, um Leistung zu erbringen und zu funktionieren. Glukose in Form von Traubenzucker ist ein exzellenter Energielieferant für das Gehirn. Es gilt also, den gesunden Mittelweg zu finden, um den Zuckerhaushalt konstant zu halten und nicht zu unterzuckern, um die geistige und körperliche Leistungsfähigkeit aufrechtzuerhalten.
Der Brain-Pull-Mechanismus
Das Gehirn verbraucht im Normalbetrieb etwa 75 Prozent der in allen Körperzellen verbrauchten Glukose. Um seine Versorgung zu sichern, nutzt es einen Mechanismus, der als Brain-Pull bezeichnet wird. Das Gehirn holt sich die akut nötige Glukosemenge aktiv aus den Energiespeichern in der Leber, in den Muskeln und im Blut.
Die Rolle von Fruktose
Fruktose regt die Entstehung einer Fettleber an und kann Stoffwechselabläufe ungünstig beeinflussen. Sie wird zu etwa 90 Prozent von der Leber extrahiert und unter hohem Energieverbrauch verstoffwechselt. Fruktose ist in höherer Dosis ein unmittelbarer Stimulator der Fettsynthese in der Leber und rege die Harnsäurebildung an.
Die Vorbereitung des Körpers auf die Nahrungsaufnahme
Ein Forschungsteam des Max-Planck-Instituts für Stoffwechselforschung konnte zeigen, dass bereits nach wenigen Minuten Anpassungen in Mitochondrien in der Leber stattfinden, wenn wir hungrig sind und Essen sehen und riechen.
Anpassungen in den Mitochondrien der Leber
Angeregt durch die Aktivierung einer Gruppe von Nervenzellen im Gehirn, verändern sich die Mitochondrien der Leberzellen und bereiten die Leber auf die Anpassung des Zuckerstoffwechsels vor.
Der Einfluss von POMC-Neuronen
Den Effekt an die Leber vermittelt eine Gruppe von Nervenzellen, die so genannten POMC-Neuronen. Diese Neuronen werden durch den Geruch und Anblick von Nahrung innerhalb von Sekunden aktiviert und signalisieren der Leber, sich auf die ankommenden Nährstoffe vorzubereiten.
Die Verknüpfung von sensorischer Wahrnehmung, Mitochondrien und Insulinsensitivität
Die Studie zeigt, wie eng die sensorische Wahrnehmung von Essen, adaptive Prozesse in Mitochondrien und die Insulinsensitivität verknüpft sind.