Diabetes mellitus, insbesondere Typ-2-Diabetes, stellt eine wachsende globale Herausforderung dar. Während die direkten Auswirkungen auf den Blutzuckerspiegel bekannt sind, rücken die langfristigen Folgen für das Gehirn zunehmend in den Fokus der Forschung. Dieser Artikel beleuchtet die vielfältigen Auswirkungen von Diabetes auf das Gehirn, von Insulinresistenz und Durchblutungsstörungen bis hin zu kognitiven Beeinträchtigungen und psychischen Erkrankungen.
Insulinresistenz im Gehirn: Ein Schlüssel zum Verständnis
Insulin wirkt nicht nur in Leber, Muskeln und Fettgewebe, sondern auch im Gehirn. Insofern kann auch das Gehirn insulinresistent werden. Das Gehirn bestimmt, ob der Stoffwechsel funktioniert. Reagiert es nicht empfindlich genug auf Insulin, nehmen Leber-, Fett- und Muskelgewebe zu wenig Glukose auf und der Blutzuckerspiegel steigt. Gewichtszunahme und Typ-2-Diabetes können die Folge sein.
Aktuelle Studien zeigen, dass eine Insulinresistenz im Gehirn zu massiven Stoffwechselstörungen führen kann, die eine Fettleibigkeit verstärken und in Diabetes münden können. Dieser Prozess stellt sicher, dass nach der Nahrungsaufnahme Energie im Körper gespeichert und der Stoffwechsel gut kontrolliert wird. Leider sind etliche Menschen von einer Insulinresistenz des Gehirns betroffen, was langfristig eine Gewichtszunahme fördert. Betroffene Menschen speichern Fett vor allem im Bauch und in der Leber, wodurch ihr Risiko für Folgeerkrankungen steigt.
Auf zellulärer Ebene erhöht Insulin die Aktivität der Mitochondrien, um ausreichende Mengen an Energie für eine gesunde Funktion des Nervensystems zu generieren. Dementsprechend kommt es bei einer neuronalen Insulinresistenz zu einer mitochondrialen Dysfunktion, Adipositas und Kognitionsstörungen. Im Umkehrschluss beeinflusst die mitochondriale Funktion die neuronale Insulinsensitivität und den Stoffwechsel maßgeblich.
Die Wirkung von Insulin in Hirnregionen, die wichtig für Gedächtnis, Belohnung und Kognition sind, unterschiedet sich maßgeblich zwischen Frauen und Männern. Frauen zeigen vor allem mit zunehmendem Alter eine Insulinresistenz im Hippocampus. Da die Ursachen für Adipositas und Typ-2-Diabetes auch im Gehirn liegen, zielen neue Medikamente auch darauf ab, das Zentralnervensystem ansteuern. Dieses ist mit der Entwicklung von Polyagonisten gelungen, welche die Effekte von körpereigenen Darmhormonen wie etwa GLP-1 und GIP zu hochwirksamen Ko-Agonisten kombinieren und im Gehirn regulierend in relevante Stoffwechselprozesse eingreifen. So senken GLP-1:GIP Ko-Agonisten das Körpergewicht effektiver als GLP-1-Monoagonisten wie etwa Semaglutid.
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Durchblutungsstörungen im Gehirn bei Diabetes
Ein langjähriger Typ 2-Diabetes stört die Regulation der Hirndurchblutung, was sich bereits nach zwei Jahren Auswirkungen auf die kognitiven Leistungen der Patienten hatte. Das gesunde Gehirn kann die Durchblutung an den Bedarf anpassen. Hirnregionen, die besonders beansprucht werden, erhalten für die Dauer der gesteigerten Hirnaktivität mehr Sauerstoff und Glukose, dem hauptsächlichen Energieträger für Nervenzellen. Bei Patienten mit Typ 2-Diabetes ist diese Regulation der Hirndurchblutung eingeschränkt.
Teilnehmer mit Typ 2-Diabetes zeigten schon bei der ersten Untersuchung war die Fähigkeit des Gehirns, die Durchblutung auf die Bedürfnisse anzupassen, eingeschränkt. Bei der zweiten Untersuchung hatte sich die Regulation weiter verschlechtert. Parallel dazu kam es zu einer Verschlechterung in den Tests zur Gedächtnisbildung und den Denkleistungen. Auch die Fähigkeiten der Patienten, im Alltag zurechtzukommen, etwa selbstständig zu baden oder zu kochen, hatten nachgelassen.
Die Blutflussregulierung im Gehirn verschlechterte sich bei den Diabetikern im gleichen Zeitrum. Neben dem erhöhten Blutzucker hatten auch Entzündungsparameter einen Einfluss auf die Hirndurchblutung. Ein erhöhtes C-reaktives Protein bei der ersten Untersuchung zeigte einen stärkeren Abfall der Blutflussregulation an. Ein langjähriger Diabetes führt zu einer Atrophie des Gehirns. Am stärksten gefährdet sind frontale und temporale Regionen, die für Entscheidungsfindung, Sprache, Wortgedächtnis und komplexe Aufgaben zuständig sind.
Insulin und Dopamin: Eine wichtige Verbindung
Das Hormon Insulin wirkt im Gehirn des Menschen auch auf den wichtigsten Botenstoff für das Belohnungssystem Dopamin. Insulin senkt den Dopamin-Spiegel in einer spezifischen Region des Gehirns (Striatum), die u.a. Belohnungsprozesse und kognitive Funktionen reguliert. Dieses Zusammenspiel kann ein wichtiger Treiber für die vom Gehirn abgeleitete Kontrolle über den Glukosestoffwechsel und das Essverhalten sein.
Veränderungen in diesen Systemen werden mit Fettleibigkeit und Diabetes in Verbindung gebracht. In der aktuellen Studie haben Forschende des DZD-Partners Institut für Diabetes und Metabolismus Forschung (IDM) des Helmholtz Zentrums München an der Universitätsklinik Tübingen und der Universitätsklinik Tübingen (Innere IV, Direktor Prof. Andreas Birkenfeld) untersucht, wie die beiden Systeme speziell im Belohnungszentrum des Gehirns (Striatum) interagieren.
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In der Studie zeigte, dass das intranasal verabreichte Insulin den Dopamin-Spiegel senkte und zu Veränderungen in der Netzwerkstruktur des Gehirns führte. Insulin ist in der Lage, den Dopamin-Spiegel im Striatum bei normalgewichtigen Menschen zu senken. Die insulinabhängige Veränderung des Dopamin-Spiegels war auch mit funktionellen Konnektivitätsänderungen in großen Gehirnnetzwerken verbunden. Veränderungen in diesem System können ein wichtiger Treiber für Fettleibigkeit und damit verbundene Krankheiten sein.
Die Rolle des Gehirns bei der Glukose-Homöostase
Seit langem weiß man von der regulierenden Wirkung unseres Gehirns auf Organe wie die Leber, Muskeln oder das Fettgewebe. Das Gehirn dient hierbei als übergeordnetes Organ, das den Soll-Zustand unseres Stoffwechsels durch Kontrolle der einzelnen Organfunktionen aufrechterhalten soll. Zur Beibehaltung dieses Gleichgewichts (Homöostase) benötigt unser Gehirn jedoch Signale zum Ist-Zustand jedes einzelnen Organs. Hormonelle Signalstoffe sowie Nahrungsmoleküle wie Glukose spielen in dieser Kommunikation von den Körperorganen an das Gehirn eine entscheidende Rolle.
Die Steuerung dieser Organe durch das Gehirn kann ebenfalls über hormonelle Signalstoffe erfolgen, läuft jedoch meist über die Nervenbahnen unseres autonomen Nervensystems. Das autonome Nervensystem ist der Teil unseres Nervensystems, der unwillkürlich, also ohne unsere bewusste Kontrolle, arbeitet und beispielsweise den Herzschlag und die Verdauung steuert.
Neue wissenschaftliche Studien bringen die Entstehung des Typ-2-Diabetes mit Störungen in Steuerungssystemen zwischen dem Gehirn und den übrigen Organen in Verbindung. Für die Prävention von Diabetes sowie zur Entwicklung neuartiger Therapieformen könnten neue Erkenntnisse in diesem Bereich interessant sein.
Historischer Kontext: Das Gehirn im Fokus der Diabetesforschung
Die Idee, dass das Gehirn bei der Regulation des Glukosestoffwechsels eine zentrale Rolle spielt, ist alles andere als neu: Bereits im Jahr 1854 manipulierte der französische Mediziner Claude Bernard bei Ratten den Boden der 4. Hirnkammer - mit der Folge, dass die Tiere an Diabetes erkrankten. Als 1921 das Insulin entdeckt wurde, geriet diese Erkenntnis aber lange Zeit in Vergessenheit.
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Die Wissenschaft konzentrierte sich darauf, mehr über das blutglukosesenkende Hormon und seine Bedeutung bei Diabetes zu erfahren. Mit Erfolg: So steht längst fest, dass bei Menschen mit Typ-1-Diabetes die insulinproduzierenden Zellen in der Bauchspeicheldrüse zu Grunde gehen. Bei Typ-2-Diabetes werden die Körperzellen unempfindlich für die Wirkung des Insulins und können deshalb den Hauptenergielieferanten Glukose nicht mehr optimal aufnehmen.
Diese sogenannte Insulinresistenz treibt dann den Blutzuckerspiegel der Patientinnen und Patienten in die Höhe. Dass es auch in vielen Hirnregionen Insulinrezeptoren gibt, ist zwar schon länger bekannt. Doch erst seit einigen Jahren wird genauer erforscht, welche Bedeutung das Denkorgan für die Steuerung des Glukosestoffwechsels und damit für die Entstehung von Diabetes hat.
Die Partnerschaft zwischen Gehirn und Bauchspeicheldrüse
Eine normale Blutglukoseregulation hängt ab von einer funktionierenden Partnerschaft zwischen den insulinproduzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse einerseits und Nerven-Schaltkreisen im Gehirn (unter anderem im Hypothalamus, der zum Zwischenhirn gehört,) auf der anderen Seite. Dieses gehirnzentrierte System trägt entscheidend dazu bei, den Glukosestoffwechsel im Gleichgewicht zu halten.
Es gibt in den Regulationszentren wie dem Hypothalamus spezialisierte Nervenzellen, die direkt auf Schwankungen im Glukosespiegel reagieren. Hierbei existieren 2 Arten von glukosesensitiven Nervenzellen, die durch ein zu viel an Glukose aktiviert (Ga) beziehungsweise gehemmt, also inhibiert (Gi), werden können und im Anschluss unterschiedliche Verhaltensprogramme und Stoffwechselprozesse in Gang setzen.
Interessanterweise können Hormone, wie zum Beispiel Insulin, das von der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttet wird, oder Leptin aus dem Fettgewebe, die glukosesensitiven Nervenzellen im Gehirn auch direkt aktivieren. Die Steuerung des Glukose-Gleichgewichts durch das Gehirn erfolgt also durch eine komplexe und wechselseitige Kommunikation zwischen Nervenzellen und anderen Organen, ob über Glukose selbst, über Nervenbahnen des autonomen Nervensystems oder über hormonelle Signalstoffe.
Insulinwirkung im Gehirn: Mechanismen und Folgen
Insulin wirkt nicht nur an den Körperzellen, sondern auch im Gehirn. Insbesondere im Hypothalamus, der den Energiehaushalt des Körpers steuert, gibt es Rezeptoren für das Hormon. Auch die Belohnungszentren des Mittelhirns spielen hier eine zentrale Rolle. Werden bei Mäusen die Insulinrezeptoren im Hypothalamus ausgeschaltet, hat dies zur Folge, dass die Tiere gefräßiger werden und auch mehr Gewicht und Fettmasse zulegen als ihre Artgenossen mit intakten Rezeptoren. Übergewicht und zu viel Fett im Bauchbereich (viszerales Fettgewebe) gehören wiederum zu den wichtigsten Risikofaktoren für Typ-2-Diabetes.
Die nach dem Essen erhöhte Insulinkonzentration im Körper übermittelt dem Gehirn offenbar das Signal: „Ich bin satt, die Kalorienzufuhr soll beendet werden.“ Je unempfindlicher das Gehirn für die Insulinwirkung ist, desto schwerer fiel es den Teilnehmern, abzunehmen und ihr Bauchfett zu reduzieren.
Eine Insulinresistenz, die die Körperzellen betrifft, ist Hauptursache für die erhöhten Blutglukosewerte bei Menschen mit Typ-2-Diabetes. Studien am Tiermodell legten bereits nahe, dass die Insulinsensitivität im Hypothalamus die Wirksamkeit des Hormons im übrigen Körper beeinflusst.
Insulin entfaltet im Gehirn also weitreichende Effekte auf den Energiehaushalt und den Glukosestoffwechsel. Einerseits ist es an der Kontrolle von Kalorienaufnahme und Essverhalten beteiligt. Andererseits hat die Insulinempfindlichkeit bestimmter Hirnareale Einfluss darauf, ob und wie gut das blutglukosesenkende Hormon im Rest des Körpers wirken kann.
Leptin und Insulin: Ein komplexes Zusammenspiel
Insulin im Gehirn steht in zentraler Wechselwirkung mit Leptin, einem der wichtigsten Hormone für die Regulation unseres Körpergewichtes und Essverhaltens. Bei hochgradig adipösen Menschen konnte die Gabe von Leptin die Wirkung von Insulin im Gehirn verbessern. Im Mausmodell konnte dieser Leptin-Effekt mit der Abschwächung von Entzündungsvorgängen und der hierdurch verbesserten Insulinsensitivität im Hypothalamus erklärt werden.
Allerdings ist seit langem bekannt, dass hohe Leptinwerte sowohl in Mäusen als auch im Menschen den Drang nach körperlicher Aktivität abschwächen. Bewegungsmangel als wesentlicher Risikofaktor für den Typ-2-Diabetes kann also durch erhöhte Leptinspiegel noch verstärkt werden.
Leptin hat direkte Effekte auf den Glukosestoffwechsel. Wird den Tieren Leptin in die Hypothalamusregion gespritzt, normalisieren sich - trotz des krankheitsbedingten Insulinmangels - ihre deutlich erhöhten Blutglukosespiegel. Gleiches gilt für die Glukosetoleranz, also die Fähigkeit, die Blutglukose zu verwerten.
Nach dem neuen Modell aktiviert Leptin vielmehr das gehirnzentrierte System der Glukoseregulation, das daraufhin die Glukoseverwertung ankurbelt - auch über Mechanismen, die nicht von der Insulinwirkung an den Körperzellen abhängen. Diese insulinunabhängige Blutglukosesenkung, die ähnlich viel zur gesamten Glukose-Homöostase beiträgt wie das Insulin, wird auch durch andere Botenstoffe befördert.
Bei adipösen Menschen erfüllt das Sättigungshormon Leptin seine Wirkung nicht. Man spricht von einer Leptinresistenz. Molekulare Ursachen für die Leptinresistenz sind bisher nur unzureichend verstanden, werden aber in den Nervenzellen des Hypothalamus vermutet. Erste Ansätze zielen hier zunehmend darauf ab, die Leptin-Sensitivität in dieser Sättigungszentrale des Gehirns wiederherzustellen und damit die körpereigenen Mechanismen zur Gewichtssteuerung wieder zu aktivieren.
Blutzuckerschwankungen und ihre Auswirkungen auf das Gehirn
Ein leicht erhöhter Blutzucker kann bei Menschen ohne Diabetes das Gedächtnis beeinträchtigen. Teilnehmer mit höheren Werten konnten sich etwa weniger Wörter merken. Auch auf zu tiefe Zuckerspiegel reagiert das Gehirn empfindlich. Akut wirkt sich Unterzucker sogar deutlich dramatischer aus. Wer nicht gegensteuert, kann das Bewusstsein verlieren.
Bekannt ist, dass Menschen mit Diabetes häufiger an einer Demenz erkranken. Ein Grund: Erhöhte Zuckerspiegel fördern Gefäßverkalkungen. Das tun auch Bluthochdruck und schlechte Blutfettwerte. Durch Gefäßschäden steigt die Gefahr für einen Schlaganfall. Zudem kann es zu vielen Mini-Durchblutungsstörungen im Gehirn kommen, die allmählich die Gehirnleistung verschlechtern. Bei zu hohen und zu tiefen Blutzuckerspiegeln gelangt zu wenig Zucker in die Zellen, die ihn als Treibstoff brauchen.
Studien mit älteren Typ-2-Diabetikern deuten darauf hin, dass schwere Unterzuckerungen langfristig die geistigen Fähigkeiten beeinträchtigen und das Demenzrisiko erhöhen. Umgekehrt könnte es auch sein, dass Menschen, die bereits beeinträchtigt sind, eher zu schweren Unterzuckerungen neigen - etwa weil sie nicht richtig auf Zuckertiefs reagieren.
Insulinresistenz im Gehirn und Demenzrisiko
Die bei Typ-2-Diabetes typische Insulinresistenz kann auch im Gehirn auftreten. Bei einer Insulinresistenz reagieren die Zellen nicht ausreichend auf das Hormon. Passiert das im Gehirn, scheinen Lernvermögen und Gedächtnis beeinträchtigt zu werden. Der Körper steuert gegen, indem er mehr Insulin produziert. Das kann zu weiteren Problemen führen: Insulin ist ein Eiweiß und wird im Gehirn so abgebaut wie Eiweiße, die für die Entstehung der Alzheimer-Demenz mitverantwortlich gemacht werden. Hohe Insulinspiegel im Gehirn stören möglicherweise den Abbau dieser Eiweiße.
Eine ungünstige Ernährung führt zu Insulinresistenz im Körper und im Gehirn und befeuert womöglich auch die Demenz. Dazu kommt, dass Insulinresistenz im Gehirn unser Sättigungsgefühl beeinflusst: Ist die Insulinwirkung abgeschwächt, essen wir mehr. Weil eine Insulinresistenz im Gehirn weitreichende negative Folgen haben kann, suchen Forscher nach Möglichkeiten, sie zu behandeln. Eine ihrer Überlegungen: Wirken Diabetesmedikamente, die die Insulinwirkung im Körper verbessern, auch im Gehirn? Könnten sie dann vielleicht auch einer Demenz vorbeugen?
Präventive Maßnahmen zum Schutz des Gehirns
Unser Gehirn mag eine ausgewogene Ernährung mit vielen gesunden Fetten (z. B. Rapsöl, fetter Fisch), Obst und viel Gemüse. Essen Sie möglichst wenig Zucker, Fertig- und Weißmehlprodukte. Klären Sie beim Arzt, wie sich Ihre Therapie verbessern lässt. Bei Typ 2 etwa durch ein Medikament ohne Unterzuckerrisiko. Viele Typ-1-Diabetiker nutzen Systeme zur ständigen Zuckermessung. Diese warnen bei drohenden Entgleisungen. So lässt sich gegensteuern.
Auswirkungen von Diabetes auf die Gehirnstruktur
Dauerhaft überhöhte Blutzuckerspiegel können zu einer Verringerung der grauen Hirnsubstanz in verschiedenen Gehirnregionen führen. Dies wirkt sich unter Umständen auf das Gedächtnis, das Sprachvermögen und die Aufmerksamkeit aus.
Diabetes und psychische Gesundheit
Die Diagnose Diabetes ist für die meisten Betroffenen ein Schock - auch, weil die Krankheit oft nur zufällig entdeckt wird. Wenn du erfährst, dass du Diabetes hast, stehst du plötzlich vor einem Berg an Herausforderungen. Kein Wunder also, dass beide Diabetes-Typen das Risiko psychischer Erkrankungen erhöhen. Viele Diabetes-Patientinnen und Patienten erleben depressive Verstimmungen. Der Zusammenhang zwischen Diabetes und Depressionen ist allerdings keine Einbahnstraße: Umgekehrt erhöhen auch Depressionen und Burnout das Risiko, an Diabetes zu erkranken. Wie genau die Psyche den Stoffwechsel beeinflusst, ist noch nicht vollständig geklärt. Wahrscheinlich spielt die Interaktion der verschiedenen Hormone in unserem Körper eine Rolle.
Strategien zur Bewältigung von Diabetes und zum Schutz des Gehirns
Ein Diabetes lässt sich gut einstellen - und manchmal sogar rückgängig machen. Um das zu erreichen, reicht es aber nicht, nur auf Medikamente zu setzen: Die größten Stellschrauben für stabile Blutzuckerwerte sind deine täglichen Gewohnheiten. Weil ungünstige Ernährungsweise zu Diabetes beitragen, solltest du deine Mahlzeiten bewusster gestalten. Vermeide Fertigprodukte, die oft sehr nährstoffdicht sind und reduziere Lebensmittel, die viel Zucker, helles Mehl und gesättigte Fette enthalten.
Regelmäßige Arzttermine sind wichtig. Ein gut eingestellter Diabetes kann dir so die Sorgen vor Folgeerkrankungen nehmen. Fühlst du dich dennoch überfordert oder gestresst, ist es wichtig, dass du dir Unterstützung holst - und etwas findest, was dir hilft, deinen Stress abzubauen. Das kann eine Therapie, ein Coaching oder ein Austausch mit anderen Betroffenen sein. Vielleicht haben auch Meditation, Atemübungen, Yoga oder regelmäßige Auszeiten in der Natur einen positiven Effekt. Hauptsache, es geht dir dadurch besser und du merkst, dass du deinen Diabetes managen kannst.
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