Stoffwechsel im Gehirn verbessern: Methoden für ein leistungsfähiges Denkorgan

In einer Gesellschaft, in der Übergewicht und damit verbundene Stoffwechselerkrankungen wie Diabetes mellitus Typ 2 weit verbreitet sind, rückt die Bedeutung eines gesunden Gehirnstoffwechsels immer stärker in den Fokus. Das Gehirn spielt eine zentrale Rolle bei der Regulation des Körpergewichts, des Appetits und des gesamten Stoffwechsels. Eine beeinträchtigte Insulinwirkung im Gehirn, auch Insulinresistenz genannt, kann weitreichende Folgen haben.

Adipositas: Mehr als nur eine Frage der Kalorien

Adipositas, die krankhafte Fettleibigkeit, betrifft in Deutschland mehr als 16 Millionen Menschen. Längst hat sich das Verständnis dieser chronischen Erkrankung gewandelt. Es geht nicht mehr nur um ein Ungleichgewicht zwischen Kalorienaufnahme und -verbrauch. Vielmehr spielen neurobiologische und hormonelle Faktoren eine entscheidende Rolle. Adipositas ist eine Erkrankung mit weitreichenden Folgen. Nicht nur der Anteil der betroffenen Menschen nimmt zu. Auch die Krankheitslast mit der Fülle von Begleitproblemen ist hoch.

Die Rolle des Gehirns bei Insulinresistenz und Gewichtszunahme

Mangelnde Bewegung und ungesunde Ernährung gelten häufig als Ursache für starkes Übergewicht und Typ-2-Diabetes. Die Mechanismen im Körper, die zu diesen Erkrankungen führen, sind allerdings vielschichtiger. Eine entscheidende Rolle spielt das Gehirn: Bei Übergewicht, Prädiabetes und Typ-2-Diabetes reagiert es nicht mehr richtig auf Insulin. Eine Insulinresistenz des Gehirns beeinträchtigt nicht nur die Appetitkontrolle, sondern auch den gesamten Stoffwechsel.

Zahlreiche Studien des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD) e.V. und seiner Partnerinstitute haben entscheidend dazu beigetragen, diese Zusammenhänge zu erkennen. Die Brain Academy des DZD erforscht, wie Insulin im Gehirn wirkt und welche Veränderungen im Körper den Übergang von einem gesunden Stoffwechsel hin zu Diabetes und seinen Folgeerkrankungen einleiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verbinden Erkenntnisse aus den Neurowissenschaften mit der klinischen Diabetesforschung. Ihr Ziel ist, neue Strategien zu entwickeln, um die Insulinsensitivität im Gehirn zu verbessern - über alle Lebensphasen hinweg.

Kurzfristige Ernährungssünden und ihre langfristigen Folgen

Die Insulinempfindlichkeit des Gehirns steht im Zusammenhang mit langfristiger Gewichtszunahme und einer ungesunden Fettverteilung im Körper. Doch welche Prozesse spielen sich dabei im Gehirn genau ab und welche Auswirkungen hat die Insulinwirkung im Gehirn auf normalgewichtige Menschen? Diese Fragen untersuchte ein Forschungsteam des Universitätsklinikums Tübingen, des DZD und von Helmholtz Munich um Prof. Dr. Stephanie Kullmann.

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Ihre Ergebnisse sind aufschlussreich und überraschend: Bereits eine kurze Phase mit erhöhter Kalorienzufuhr - konkret fünf Tage mit zusätzlichen 1.500 Kalorien durch hochverarbeitete Lebensmittel wie Chips und Schokoriegel - führte zu einer messbaren Insulinresistenz im Gehirn. Interessanterweise zeigt das Gehirn bei gesunden Studienteilnehmern eine ähnliche Abnahme der Empfindlichkeit gegenüber Insulin nach kurzzeitiger hoher Kalorienzufuhr wie bei Menschen mit krankhaftem Übergewicht. Sogar eine Woche nach der Rückkehr zur normalen, ausgewogenen Ernährung blieb die verringerte Insulinempfindlichkeit bestehen. Parallel stieg auch der Fettgehalt in der Leber deutlich an.

Im gesunden Zustand wirkt Insulin im Gehirn appetitzügelnd. Wird das Gehirn jedoch unempfindlich gegenüber Insulin, verliert dieser Mechanismus seine Wirkung - die Esskontrolle gerät aus dem Gleichgewicht, was langfristig zu Übergewicht führen kann. Das Gehirn reagiert offenbar früher auf ungesunde Ernährung als der Körper - lange bevor sichtbare Gewichtszunahme einsetzt.

Wege zur Verbesserung der Insulinempfindlichkeit im Gehirn

Doch was lässt sich gegen die Insulinresistenz im Gehirn unternehmen? Eine Studie des DZD, des Universitätsklinikums Tübingen und von Helmholtz Munich macht Hoffnung: Schon acht Wochen gezieltes Ausdauertraining reichten aus, um die Insulinempfindlichkeit im Gehirn bei übergewichtigen Erwachsenen deutlich zu verbessern.

An der Studie nahmen 21 übergewichtige oder adipöse Frauen und Männer zwischen 21 und 59 Jahren teil. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten mithilfe funktioneller Magnetresonanztomographie (MRT) die Reaktion des Gehirns auf Insulin vor und nach dem Trainingsprogramm. Regelmäßiges Training erhöhte die Insulinwirkung in Hirnregionen, die für Hunger, Sättigung, Motivation und Bewegungsverhalten verantwortlich sind - auf ein Niveau, das sonst nur bei normalgewichtigen Menschen beobachtet wird. Die verbesserte Insulinreaktion ging einher mit einem besseren Stoffwechsel, verringertem Hungergefühl und einer Reduktion von ungesundem Bauchfett. Die Ergebnisse zeigen, dass die Insulinresistenz im Gehirn möglicherweise reversibel ist.

Neben Lebensstilinterventionen wie mehr Bewegung wünschen sich Ärztinnen und Ärzte auch effektive Medikamente, um Menschen mit Adipositas zu unterstützen. Dass sich die Insulinresistenz im Gehirn generell mit Pharmaka umkehren lässt, zeigte eine Pilotstudie des DZD und mehrerer Partnerinstitute. 40 Menschen mit Prädiabetes bekamen acht Wochen lang entweder den SGLT2-Hemmer Empagliflozin oder ein Placebo. Anhand moderner Bildgebung zeigte sich: Nur in der Empagliflozin-Gruppe nahm die Insulinempfindlichkeit im Gehirn zu. Auch verbesserten sich Blutzuckerwerte und der Fettgehalt der Leber, obwohl das Körpergewicht unverändert blieb.

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Neue Medikamente und innovative Therapiekonzepte

Für Menschen mit krankhaftem Übergewicht war lange eine operative Magenverkleinerung die einzige Option, zielführend abzunehmen. Eine neue Generation von Medikamenten (Polyagonisten) hat vor kurzem einen entscheidenden Durchbruch bei der Behandlung von Adipositas und Typ-2-Diabetes geschafft. Polyagonisten vereinen die Effekte von mehreren körpereigenen Hormonen. Der erste Vertreter dieser neuen Medikamentenklasse ist bereits in den USA und Europa zur Behandlung von Typ-2-Diabetes und Adipositas zugelassen.

In dem Medikament werden Agonisten für die Rezeptoren GLP-1 (Glucagon-like Peptide-1) und GIP (Glucose-dependent insulinotropic Polypeptide) vereint. Durch diese gezielte, mehrdimensionale Wirkung auf den Stoffwechsel gelingt eine deutliche Gewichtsreduktion. GLP-1-Rezeptoren befinden sich unter anderem im Magen-Darm-Trakt und im Gehirn. Entwickelt wurde das innovative Wirkkonzept u.a. von Forschenden des DZD und Helmholtz Munich. Zusätzlich zur Gewichtsabnahme zeigen sich positive Effekte auf den Blutzuckerspiegel, auf die Leberverfettung, auf Nierenerkrankungen sowie auf das Herz-Kreislauf-System und auf das Fettgewebe. Diese neuartigen Wirkstoffe eröffnen vielversprechende Perspektiven für die zukünftige medikamentöse Behandlung von Adipositas - weit über die reine Gewichtsreduktion hinaus.

Aktuelle Forschungsergebnisse könnten sogar den Weg für noch gezieltere Medikamente gegen Übergewicht ebnen. Ein Team von Helmholtz Munich, DZD und Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU) um Prof. Dr. Timo Müller hat nun herausgefunden, warum die Aktivierung (Agonismus) als auch eine Blockade (Antagonismus) des GIP-Rezeptors im Gehirn die Gewichtsabnahme fördert. Der Grund: GIPR-Agonisten und -Antagonisten wirken im Gehirn über völlig unterschiedliche Mechanismen, um Körpergewicht und Nahrungsaufnahme zu regulieren.

Ein Mangel an GIPR-Signalen in GABAergen Neuronen hebt die gewichtsreduzierende Wirkung von GIPR-Agonisten auf - nicht jedoch die von Antagonisten. Umgekehrt blockiert ein Mangel an GLP-1R-Signalen die Wirkung von GIPR-Antagonisten, nicht aber die von Agonisten. Nur der GIPR-Antagonismus ahmt die GLP-1R-Signalgebung im Hinterhirn nach - einem Bereich, der entscheidend an der Steuerung von Appetit und Körpergewicht beteiligt ist. Diese neuen Erkenntnisse könnten die Entwicklung zielgerichteter, effektiver Medikamente gegen Fettleibigkeit maßgeblich verbessern.

Orthomolekulare Medizin zur Unterstützung des Gehirnstoffwechsels

Die orthomolekulare Medizin setzt auf die gezielte Zufuhr von Mikronährstoffen, um die Gehirngesundheit zu unterstützen und das Risiko für Demenz zu senken. Studien zeigen, dass bestimmte Nährstoffe und Lebensstilfaktoren nicht nur das Fortschreiten einer beginnenden Demenz verlangsamen, sondern auch präventiv wirken können.

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Was ist orthomolekulare Medizin?

Die orthomolekulare Medizin wurde in den 1960er Jahren vom zweifachen Nobelpreisträger Linus Pauling geprägt. Der Begriff bedeutet wörtlich „die richtigen Moleküle“ - gemeint ist die Versorgung des Körpers mit optimalen Konzentrationen natürlicher Mikronährstoffe (Vitamine, Mineralien, Aminosäuren, Fettsäuren etc.), um Gesundheit zu erhalten und Krankheiten vorzubeugen.

Wie Mikronährstoffe bei der Demenz-Prävention helfen

Alzheimer-Demenz ist eine komplexe neurodegenerative Erkrankung, bei der über Jahrzehnte schleichend Gehirnzellen (Neuronen) absterben und geistige Fähigkeiten verloren gehen. Typisch sind Eiweißablagerungen im Gehirn - Beta-Amyloid-Plaques außerhalb der Zellen und Tau-Fibrillen innerhalb der Neuronen. Diese Veränderungen gehen mit chronischen Entzündungsreaktionen, oxidativem Stress, Störungen im Energiestoffwechsel und Synapsenverlust einher.

Mikronährstoffe können an verschiedenen Stellen dieser Krankheitsentwicklung ansetzen:

• Antioxidativer Schutz: Antioxidantien wie Vitamin C, Vitamin E, Carotinoide und Selen neutralisieren freie Radikale und schützen die Zellen.
• Entzündungshemmung: Omega-3-Fettsäuren (DHA, EPA) aus Fischöl, Vitamin D und bestimmte Pflanzenstoffe (z.B. Curcumin aus Kurkuma oder Resveratrol aus Trauben) haben antientzündliche Effekte im Nervensystem gezeigt.
• Homocystein und Gefäßgesundheit: B-Vitamine (B₆, B₁₂ und Folsäure) bauen Homocystein ab und schützen die Gefäße.
• Energiehaushalt und Insulinsignalwege: B-Vitamine, Coenzym Q10, Magnesium und L-Carnitin unterstützen den Energiestoffwechsel der Zellen.
• Neurotransmitter und Synapsen: Gewisse Vitamine und Aminosäuren sind Bausteine für Neurotransmitter (Botenstoffe im Gehirn).
• Amyloid-Clearance: Vitamin D moduliert die Immunabwehr und fördert in Laborversuchen die Aufnahme und den Abbau von Amyloid-β durch Immunzellen.

Wichtigste Mikronährstoffe zur Demenz-Prävention

• B-Vitamine (B₆, B₁₂, Folsäure): Schützen Nervenzellen, senken Homocystein und beugen Hirnatrophie vor.
• Omega-3-Fettsäuren (DHA/EPA): Entzündungshemmende „Brain Food“-Fette, essentiell für Hirnmembranen und Synapsen.
• Vitamin D: Hormonähnliches „Sonnenvitamin“, wichtig für Immunfunktion und Schutzmechanismen im Gehirn.
• Antioxidantien (Vitamin C, E, Selen): Neutralisieren freie Radikale im energiehungrigen Gehirn.
• Magnesium: Wichtig für die Signalübertragung zwischen Gehirnzellen und Gedächtnisbildung.
• Zink & Selen: Spurenelemente, essentiell für Wachstum und Reparatur von Nervenzellen.
• Coenzym Q10 & L-Carnitin: Unterstützen die Mitochondrien (Kraftwerke der Zelle).
• Lithium (Spurenelement): In sehr kleinen Mengen essentiell fürs Gehirn.

Dopamin: Das Motivationshormon aktivieren

Dopamin ist ein Neurotransmitter, der eine wichtige Rolle im Belohnungssystem des Gehirns spielt. Es wird ausgeschüttet, wenn wir eine Aufgabe erledigen oder ein Ziel erreichen, und erzeugt Glücksgefühle, die uns motivieren, neue Ziele anzugehen.

Wie Dopamin wirkt

Dopamin leitet Reize unmittelbar ans Gehirn weiter und reagiert auf äußere Impulse: Es wird ausgeschüttet und verströmt gute Gefühle, wenn wir die Laufrunde oder Prüfung geschafft haben. Erst Dopamin sorgt also für einen Belohnungseffekt. Und einmal gespürt, wollen wir immer mehr davon.

Was passiert bei Dopamin-Mangel?

Befindet sich der Dopamin-Spiegel aber im Keller, bleiben Reize unbeantwortet - und eine Folge davon kann fehlende Motivation sein. Ein Dopamin-Mangel kann verschiedene Ursachen haben: Dahinter können eine Unterversorgung mit bestimmten Vitaminen und Stoffen stecken. Aber auch der schlichte Umstand, schon lange kein Erfolgserlebnis mehr gehabt zu haben. Das Gehirn verlernt sozusagen, wie schön es sich anfühlt, Ziele zu erreichen.

Wie kann man Dopamin aktivieren?

• Kleine Erfolgserlebnisse: Um das Gehirn daran zu erinnern, wie schön Erfolgserlebnisse sind, sollte man sich zunächst kleine Zwischenziele stecken.
• Passende Ernährung: Lebensmittel mit vielen Omega-3-Fettsäuren erhöhen die Versorgung, weil sie Strukturen für die Dopamin-Bahnen im zentralen Nervensystem aufbauen. Genauso empfehlenswert sind vitamin- und nährstoffreiche Lebensmittel wie Obst, Gemüse, aber auch Vollkornprodukte, Reis und Kartoffeln, weil sie viele B- und C-Vitamine enthalten.
• Sport und ausreichend Schlaf: Sport und ausreichend Schlaf sind wichtige Faktoren für ein gesundes Dopaminsystem.

Ernährung für ein leistungsfähiges Gehirn

Das Gehirn benötigt eine konstante Versorgung mit Energie und Nährstoffen, um optimal funktionieren zu können. Eine ausgewogene Ernährung, die reich an Vitaminen, Mineralstoffen, Antioxidantien und Omega-3-Fettsäuren ist, kann die Gehirnleistung verbessern und das Risiko für neurodegenerative Erkrankungen reduzieren.

Wichtige Nährstoffe für das Gehirn

• Glukose: Das Gehirn setzt als Energielieferanten praktisch ausschließlich Traubenzucker (Glukose) ein.
• Flavonoide: Flavonoide stecken in vielen Obst- und Gemüsesorten und sorgen für deren Färbung, etwa in Beeren, Äpfeln, Paprika und Zwiebeln. Auch in Kakao, grünem und schwarzem Tee sind diese sekundären Pflanzenstoffe enthalten. Flavonoidreiche Lebensmittel schützen die Gehirnfunktion.
• Omega-3-Fettsäuren: Fisch liefert reichlich Omega-3-Fettsäuren, genauer die Fettsäuren DHA und EPA. Sie wirken entzündungshemmend und halten die Wände unserer Zellen geschmeidig.
• B-Vitamine: Nüsse, Haferflocken, Beeren und Kichererbsen versorgen uns mit B-Vitaminen.
• Eiweiß: Für den internen Informationsaustausch, also beim Lernen und Erinnern, benötigt unser Gehirn auch reichlich Aminosäuren. Die bekommt es aus Eiweiß, zum Beispiel aus Eiern oder Quark, aber auch aus pflanzlichen Quellen: Kichererbsen liefern neben Eiweiß reichlich B-Vitamine und auch Sojabohnen (zum Beispiel Sojamilch, Tofu) sind nicht nur gute Eiweißquellen, sondern enthalten auch die Vitamine B1, B2 und B6, dazu Eisen, Magnesium und Zink.

Vagusnerv-Stimulation: Eine neue Methode zur Beeinflussung des Energiestoffwechsels

Der Vagusnerv spielt eine zentrale Rolle bei der Kommunikation zwischen Gehirn und Körper und kann mit einer elektrischen Stimulation am Ohr gezielt angeregt werden. Eine Studie hat gezeigt, dass die Stimulation des Vagusnervs die Aktivität des Magens beeinflussen kann, was zu einer langsameren Verdauung führen sollte.

Wie funktioniert die Vagusnerv-Stimulation?

Für die Stimulation wird eine Elektrode so am Ohr platziert, dass ein geringer Stromfluss bereits genügt, um einen Ast des Vagusnervs anzuregen. Dieser Ast des Vagusnervs verläuft bis in den Hirnstamm.

Ergebnisse der Studie

Als Folge der Vagusnerv-Stimulation wurde eine deutliche Verlangsamung der Schrittmacherzellen des Magens beobachtet, was zu einer langsameren Verdauung führen sollte. Auf den Grundumsatz hatte die Stimulation keine akute Auswirkung.

Ausblick

Die Ergebnisse weisen auf das große Potenzial der Methode der Vagusnerv-Stimulation hin. Die Schaltstelle zwischen Körper und Gehirn ist wichtig für unsere Gesundheit, da Veränderungen in der Wahrnehmung von körpereigenen Signalen häufig ein Merkmal von psychischen Störungen wie Depressionen oder Essstörungen sind.

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