Einleitung
Der „World Brain Day“ am 22. Juli rückt die Prävention neurologischer Erkrankungen in den Fokus. In diesem Zusammenhang wird die Bedeutung einer ausgewogenen Ernährung, insbesondere des Zuckerkonsums, für die Gesundheit des Gehirns hervorgehoben. Das Gehirn, als Hochleistungsorgan, benötigt Glukose, um optimal zu funktionieren. Allerdings kann ein übermäßiger Zuckerkonsum negative Auswirkungen auf die Hirngefäße, die kognitiven Funktionen und das allgemeine Demenzrisiko haben.
Die Rolle von Glukose im Gehirn
Das Gehirn benötigt Glukose als primäre Energiequelle, um seine komplexen Funktionen aufrechtzuerhalten. Prof. Dr. Frank Erbguth, Präsident der Deutschen Hirnstiftung, betont: „Das Gehirn als Höchstleistungsorgan des Körpers benötigt Glukose, um zu funktionieren.“ Ein Mangel an Glukose kann zu schwerwiegenden Problemen führen, bis hin zur Ohnmacht. Daher ist eine ausreichende, aber nicht übermäßige Glukoseversorgung entscheidend.
Die Schattenseite des Zuckerkonsums
Trotz der Notwendigkeit von Glukose kann ein überhöhter Zuckerkonsum dem Gehirn schaden. Hohe Blutzuckerspiegel können die Hirngefäße schädigen und zu Ablagerungen an den Gefäßwänden führen. Diese Ablagerungen verengen die Gefäße und drosseln die Blutzufuhr, was die Versorgung der Gehirnzellen mit Nährstoffen beeinträchtigt. Dies kann zu verschiedenen Einschränkungen führen, je nachdem, welcher Teil des Gehirns unterversorgt ist, und letztendlich eine vaskuläre Demenz verursachen.
Vaskuläre Demenz: Eine Folge von Gefäßschäden
Die vaskuläre Demenz ist nach der Alzheimer-Krankheit die zweithäufigste Ursache für Demenz. In Deutschland erkranken jährlich etwa 250.000 Menschen an einer Demenz, wobei 15 bis 25 Prozent der Fälle auf eine gefäßbedingte Demenz zurückzuführen sind.
Auswirkungen auf die Kognition
Komplexe Zuckermoleküle im Gehirn, sogenannte Glykosaminoglykane, können auch direkt die Kognition einschränken. Sie beeinträchtigen die Funktion der Synapsen, den Schaltstellen zwischen den Nervenzellen, und somit die neuronale Plastizität. Die neuronale Plastizität ist die Fähigkeit von Nervenzellen und Gehirnarealen, sich anzupassen und bei Bedarf zu erweitern - eine wichtige Eigenschaft für die kognitive Entwicklung und das Lernen. Studien haben gezeigt, dass eine fett- und zuckerreiche Ernährung die neuronale Plastizität stören und langfristig die Funktion des Hippocampus, des Gedächtnisareals im Gehirn, beeinträchtigen kann.
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Indirekte Schädigung durch Diabetes
Ein zu hoher Zuckerkonsum kann auch indirekt das Gehirn schädigen, indem er Diabetes mellitus (Typ 2) verursacht. Seit den 90er Jahren ist bekannt, dass Menschen mit Typ-2-Diabetes ein deutlich erhöhtes Demenzrisiko aufweisen. Insulin spielt eine zentrale Rolle bei Diabetes mellitus. Kann der Körper keine ausreichenden Mengen an Insulin mehr produzieren, entstehen Symptome eines Prädiabetes oder einer manifesten Erkrankung. Dem Typ-2-Diabetes liegt dabei eine Insulinresistenz zugrunde, die peripher oder zentral auftreten kann.
Zentrale Insulinresistenz
Die zentrale Insulinresistenz betrifft das zentrale Nervensystem (ZNS). Sie ist häufig mit (milden) kognitiven Beeinträchtigungen verbunden, wie sie auch bei Alzheimererkrankungen auftreten. Dahinter könnte eine gestörte Blut-Hirn-Schranke (Blood-Brain-Barrier, BBB) stecken, denn Insulin muss diese Schranke überwinden, um im ZNS zu wirken. Bei Menschen mit Alzheimer beispielsweise ist der Transport von Insulin über die BBB vermindert. Deshalb wird vermutet, dass Alzheimer auch mit einer ZNS-Insulinresistenz zusammenhängen könnte. Die Insulinpharmakokinetik an der Blut-Hirn-Schranke wird durch viele Faktoren beeinflusst, darunter physiologische Zustände und verschiedene Serumfaktoren wie Alzheimer, Diabetes, Adipositas, Serumtriglyzeride und das Insulinlevel.
Der Teufelskreis des Zuckerkonsums
Die DGN und die Deutsche Hirnstiftung raten zu einem bewussten, möglichst geringen Zuckerkonsum. Dies fällt jedoch vielen Menschen schwer, da der Körper nach Zucker verlangt. Schon nach einer kleinen Dosis Zucker sendet der Darm über den Vagusnerv Signale an das Gehirn, um dort ein starkes Verlangen nach weiterem Zuckerkonsum auszulösen. Zudem wird bei Zuckerkonsum im Gehirn Dopamin ausgeschüttet, ein „Wohlfühlhormon“, was dazu führt, dass man immer mehr davon haben möchte. Prof. Dr. Erbguth kommentiert: „Das könnte der Grund dafür sein, dass manche nach einem Stück Schokolade schnell mal die ganze Tafel aufgegessen haben.“ Daher ist es sinnvoll, durch weitgehenden Verzicht auf Zucker diesem Teufelskreis zu entgehen.
Empfehlungen für einen gesunden Zuckerkonsum
Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V. (DGE) empfiehlt, dass maximal zehn Prozent der Energie aus Zucker stammen sollte. Bei einem durchschnittlichen Kalorienbedarf von 2.000 Kilokalorien pro Tag entspricht dies 50 Gramm Zucker pro Tag, also 18 kg im Jahr. Dabei ist zu beachten, dass nicht nur zugesetzter Zucker, sondern auch natürlich enthaltener Zucker, z. B. in Früchten, berücksichtigt werden muss. Der Zucker-Pro-Kopf-Verbrauch lag im Wirtschaftsjahr 2021/22 bei 33,2 kg - und war damit fast doppelt so hoch wie empfohlen.
Sport und Insulinresistenz
Sportliche Betätigung kann sich positiv auf eine Insulinresistenz auswirken. Das ist für die periphere Insulinresistenz schon länger bekannt. Auch bekannt ist, dass Sport die kognitiven Fähigkeiten von Menschen verbessert. Deshalb wird vermutet, dass körperliche Aktivität nicht nur peripher das Insulinlevel und die Insulinsensitivität erhöht, sondern auch im ZNS, und so zu verbesserten kognitiven Fähigkeiten führt. Darauf deuten Studien hin, in denen das Insulinlevel im ZNS bei Nagetieren und bei Menschen gezielt erhöht wurde. Sie wiesen bessere Gedächtnisfunktionen auf. Sport beeinflusst die Pharmakokinetik des Insulins über Veränderungen des physiologischen Zustands und der Level verschiedener Serumfaktoren, wie beispielsweise der Triglyzeride. Sie sind bekannt dafür, den Insulintransport über die BBB zu verschlechtern und sich somit negativ auf die Signalantwort des Insulinrezeptors im ZNS auszuwirken. Gleichzeitig sorgt Sport dafür, dass mehr Proteine in der Peripherie freigesetzt werden. Dazu zählen Myokine wie Irisin, Leberproteine wie das Gpdl1 oder Wachstumsfaktoren wie der brain-derived neurotorphic factor, kurz BDNF. Letzterer hilft auch, das Gedächtnis zu verbessern.
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Studie zum Insulintransport über die Blut-Hirn-Schranke
Eine amerikanische Studie hat sich näher mit dem Insulintransport über die Blut-Hirn-Schranke befasst. Die Ergebnisse wurden im »Journal of Applied Physiology« veröffentlicht. Ziel der präklinischen Studie war es, zu untersuchen, ob Sport den Insulintransport über die Blut-Hirn-Schranke verbessern kann. Dadurch wollte das Team herausfinden, ob sich so das Signaling des ZNS-Insulinrezeptors verbessern ließe und dies ein Mechanismus sein könnte, der den trainingsinduzierten Verbesserungseffekt auf das Gedächtnis erklärt.
Methodik der Studie
Das Team forschte an zwei Monate alten männlichen und weiblichen CD-1 Mäusen. Die Tiere wurden bei 12-stündigen hell-dunkel Zyklen mit Futter und Wasser ad libitum gehalten. Vor Beginn der eigentlichen Interventionsphase wurden die Tiere zwei Tage lang an ihre neue Umgebung mit einem statischen Laufrad gewöhnt. Anschließend erfolgte die zufällige Zuteilung in verschiedene Gruppen, darunter Trainingsgruppen und Sitzgruppen, für unterschiedliche Analysen. In den Trainingsgruppen wurden die Laufräder für jeweils 24 Stunden freigeschaltet. Um die Pharmakokinetik an der Blut-Hirn-Schranke zu quantifizieren, setzte das Team selbst hergestellte radioaktive Tracer ein. Nach der 24-stündigen Laufzeit wurden die Mäuse anästhetisiert und ihnen das radioaktiv gelabelte Insulin und Albumin in die rechte Jugularvene gespritzt. Anschließend wurden Blutproben und Gewebeproben aus verschiedenen Körperstellen entnommen und untersucht. Im Serum maß das Team die Konzentration von acht verschiedenen metabolischen Hormonen. Die Gewebeproben wurden mittels Pierce BCA Protein Assay Kit und Western Immunoblot auf ihren Proteingehalt getestet.
Ergebnisse der Studie
Die Experimente zeigten, dass sich das Training nicht auf die Clearance von Seruminsulin ausgewirkt hatte - weder bei den weiblichen noch bei den männlichen Tieren. Bei den Männchen war auch kein signifikanter Unterschied in der Insulintransportrate im olfaktorischen Bulbus zu messen, wohl aber in der vaskulären Bindung von Insulin. Im Hypothalamus ließ sich ebenfalls kein Unterschied in der Insulinpharmakokinetik finden. Der Gesamtinsulintransport über die Blut-Hirn-Schranke war aber fast zweifach höher in den Tieren, die 24 Stunden lang ad libitum im Laufrad gelaufen waren. Bei den Weibchen wirkte sich das Training anders aus. Die Ergebnisse waren insgesamt weniger robust als bei den männlichen Tieren. Auf das gesamte Gehirn gesehen zeigte sich kein Trainingseffekt hinsichtlich des Insulintransportes über die Blut-Hirn-Schranke. Anders sah das aber aus, wenn nur die vaskuläre Insulinbindung nach dem Training betrachtet wurde. Hier hatten die trainierten Tiere ein fast 50% größeres Bindeniveau. Auch die regionale Aufnahme von Insulin unterschied sich je nach Geschlecht der Tiere. Während sie durch das Training bei männlichen Tieren nicht beeinflusst wurde, zeigten die weiblichen Tiere einen signifikanten Effekt des Trainings auf regionale Aufnahmen. Neben der Insulinaufnahme in den verschiedenen Hirnregionen untersuchte das amerikanische Team auch, wie sich das Training auf Serumfaktoren wie verschiedene Hormone auswirkt. Sie fanden eine signifikante Interaktion zwischen dem Training und dem Geschlecht für das Hormon Leptin. Bei Weibchen war das Hormon nach dem Training signifikant niedriger. Als Maß für das Signaling der Insulinrezeptoren nahm das Team die Proteinphosphorylierung von Akt (pAkt). Daraus schließt das Team, dass Training die Insulininteraktion an der Blut-Hirn-Schranke und das Insulinrezeptorsignaling im ZNS bei jungen und gesunden Mäusen beeinflussen kann.
Fazit der Studie
Sportliches Training verbessert den Insulintransport über die Blut-Hirn-Schranke bei Mäusen. Auch die Insulinbindung an das Gefäßsystem im Gehirn verbessert sich. Die Effekte sind jedoch unterschiedlich je nach Geschlecht der Tiere. Bei männlichen Tieren war der Effekt robuster. Sie zeigten nach dem Training einen signifikant größeren Insulintransport über die Blut-Hirn-Schranke. Bei weiblichen Tieren hingegen waren die Effekte insgesamt deutlich schwächer ausgeprägt. Das Team schließt aus den Ergebnissen, dass sportliches Training die Kognition beeinflussen könnte, in dem es den Insulintransport über die Blut-Hirn-Schranke und die Bindung von Insulin an das vaskuläre System im Gehirn beeinflusst.
Prävention ist der Schlüssel
Die Anstrengung, den Zuckerkonsum zu reduzieren und sich ausreichend zu bewegen, lohnt sich. Allein 40 % aller Demenzfälle und 90 % aller Schlaganfälle sind vermeidbar. Die Deutsche Gesellschaft für Neurologie und die Deutsche Hirnstiftung betonen daher die Wichtigkeit von Präventionsmaßnahmen zur Gesunderhaltung des Gehirns.
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