Das Gehirn ist ein energiehungriges Organ, das für seine optimale Funktion auf eine konstante Versorgung mit Glukose angewiesen ist. Ein Mangel an Zucker im Gehirn, auch bekannt als Hypoglykämie, kann jedoch schwerwiegende Folgen haben. Dieser Artikel beleuchtet die Ursachen und Auswirkungen von zu wenig Zucker im Gehirn und bietet Lösungsansätze zur Aufrechterhaltung eines gesunden Blutzuckerspiegels.
Die Rolle von Zucker für das Gehirn
Unser Gehirn verbraucht jede Menge Energie. Im Normalbetrieb beansprucht es etwa 75 Prozent der in allen Körperzellen verbrauchten Glukose. Glukose, in Form von Traubenzucker, ist ein exzellenter Lieferant 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.
Ursachen für zu wenig Zucker im Gehirn
Ein niedriger Blutzuckerspiegel kann verschiedene Ursachen haben, sowohl bei Menschen mit als auch ohne Diabetes.
Funktionelle Hypoglykämie bei Nicht-Diabetikern
„Dass auch Nicht-Diabetiker gefährliche hypoglykämische Attacken erleben können, hat sich leider noch zu wenig herumgesprochen“, sagt Seufert. Verantwortlich für das Absinken des Glukosespiegels ist das Hormon Insulin, das die Bauchspeicheldrüse nach dem Essen ausschüttet. Das Hormon gibt Muskeln und Fettgewebe die Anweisung, den Zucker aus dem Blut aufzunehmen. Meist geschieht das etwa ein, bis eineinhalb Stunden nach dem Essen. Bei manchen Patient*innen ist die Reaktion allerdings verzögert, ihr Glukosewert sinkt erst nach drei bis vier Stunden.
Risikogruppen für funktionelle Hypoglykämie
Jochen Seufert und seine Kolleg*innen am Universitätsklinikum Freiburg prüfen zunächst den Verdacht: Sind wirklich Hypoglykämien der wahre Auslöser der Probleme? Dann beginnt die Suche nach dem Grund, warum die Zuckerwerte regelmäßig abstürzen: „Wir versuchen, die Diagnose auf feste Beine zu stellen“, sagt der Endokrinologe. Da sind zum einen die sehr schlanken Frauen. Weibliche Geschlechtshormone machen den Körper besonders insulinempfindlich. Deshalb wird bei Frauen der Zucker besonders schnell aus dem Blut aufgenommen. Für sehr schlanke Personen kann das zum Problem werden, weil sie weniger Fettgewebe besitzen. Gruppe Nummer zwei sind ehrgeizige Sportler. Körperliche Anstrengungen treiben die Blutzuckerspiegel nach unten, weil der arbeitende Muskel die Glukose als Treibstoff nutzt. Wird immer wieder während des Trainings nicht ausreichend Energie nachgetankt, stellt sich der Muskel um. Er wird besonders insulinempfindlich, um besser an seinen Treibstoff zu kommen. „Die Muskeln saugen die Glukose dann geradezu aus den Gefäßen“, erklärt Seufert.
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Hypoglykämie bei Menschen mit Diabetes
Bei Menschen mit Diabetes kann es sowohl zur Überzuckerung als auch zur Unterzuckerung, der sogenannten Hypoglykämie, kommen. Liegt der Blutzuckerwert unter 50 mg/dl spricht man von einem Unterzucker. Das bedeutet, dass sich zu wenig Zucker in Form von Glucose im Blut befindet. Hypoglykämien entstehen meistens durch Fehler im Umgang mit Insulin. Für Menschen mit Diabetes ist es sehr wichtig, regelmäßig zu essen. Das Auslassen von Mahlzeiten kann schnell zu einer Hypoglykämie führen, ebenso exzessiver Sport oder Alkoholkonsum.
Weitere Faktoren, die die Insulinwirkung beeinflussen
Es gibt Faktoren, die die Wirkung von Insulin beeinflussen. Sie haben Insulin nicht subkutan, also in das Unterhautfettgewebe, sondern intramuskulär, also in den Muskel gespritzt. So tritt nicht die normale Depotwirkung des Insulins ein. Vor allem bei Menschen mit Diabetes mellitus Typ 1 ist es möglich, dass sie die Warnzeichen einer drohenden Unterzuckerung nicht wahrnehmen. Expertinnen und Experten sprechen von der sogenannten Wahrnehmungsschwelle, die immer weiter sinkt, je häufiger eine Unterzuckerung erlebt wurde.
Stress und der "Brain-Pull"
Die Wissenschaftler um Achim Peters glauben, eine Antwort auf die Frage gefunden zu haben, was den "Brain-Pull" so aus dem Tritt bringt, dass er nicht mehr genug Zucker heranschaffen kann. Ob der Brain-Pull ordnungsgemäß funktioniert, und ob wir dick werden oder schlank bleiben, hängt aus ihrer Sicht davon ab, wie wir mit Stresssituationen umgehen. A-Typen nehmen bei Dauerstress ab, weil das Gehirn die Stresshormone Adrenalin und Cortisol ausschüttet und große Zuckermengen aus den Speichern in den Muskeln und in der Leber bestellt. So sorgt der Brain-Pull dafür, dass nur wenig Zucker für die Energiespeicher des Körpers übrig bleibt. Daher bleiben A-Typen auch bei Dauerstress schlank. Da ihr Stresssystem auf Hochtouren arbeitet, steigt jedoch der Cortisolwert im Blut. Ein überhöhter Cortisolwert macht krank, drückt die Stimmung und fördert die Entstehung von Herzinfarkten. B-Typen haben eine andere Stressstrategie entwickelt. Ihr Gehirn hat sich an den Dauerstress angepasst und dämpft die Reaktion des Stresssystems. Es schüttet weniger Stresshormone aus und hält so den Cortisolwert im Blut auf einem niedrigen Niveau. Damit sinkt das Risiko für Schäden durch eine hohe Cortisolbelastung. Andererseits aber steigt das Risiko, dick zu werden: Wenn der Brain-Pull nicht mehr richtig funktioniert, wird dem Gehirn auf Dauer zu wenig Zucker angeliefert. Um den Engpass auszugleichen, steigert es die Nahrungsaufnahme.
Auswirkungen von zu wenig Zucker im Gehirn
Ein Mangel an Glukose im Gehirn kann eine Vielzahl von Symptomen verursachen, die von leicht bis lebensbedrohlich reichen.
Frühsymptome einer Hypoglykämie
Bemerkt unser Gehirn eine Unterzuckerung, schüttet es Adrenalin aus und es entstehen die Frühsymptome einer Hypoglykämie. Typische Warnzeichen sind Nervosität, Schweißausbruch, Zittern, Blässe, Hungergefühl und Herzrasen.
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Neurologische Symptome und Spätfolgen
Fällt der Blutzucker jedoch weiter ab, machen sich die Folgen der Minderversorgung des Gehirns mit Glukose bemerkbar: Der Betroffene nimmt Sehstörungen, Schwindel, Kopfschmerzen, Sprachstörungen oder Parästhesien (z. B. Kribbeln oder Taubheitsgefühl) wahr. In der zweiten Phase der Hypoglykämie droht bereits das diabetische Koma.
Langzeitfolgen von Hypoglykämien
Eine ähnliche Frage - wer war zuerst da, die Henne oder das Ei? - kann man bezüglich des Zusammenhangs zwischen wiederkehrenden schweren Hypoglykämien und dem Auftreten von Demenzerkrankungen bei älteren Menschen mit Typ-2-Diabetes stellen, wie Dr. Choudhary mit Verweis auf eine Arbeit von Yaffe et al. berichtete. Hier zeige sich ein wechselseitiger Zusammenhang: Wer immer wieder schweren Unterzuckerungen ausgesetzt ist, hat demnach ein doppelt so hohes Risiko, im Alter eine Demenzerkrankung zu entwickeln. Gleichzeitig neigen ältere Menschen mit Typ-2-Diabetes, die eine Demenzerkrankung haben, auch eher zu schweren Hypoglykämien als Patienten ohne Demenz. Letztere Beobachtung lässt sich vermutlich auf das infolge der Demenz verschlechterte eigenständige Diabetesmanagement zurückführen.
Lösungsansätze und Behandlung
Die Behandlung von Hypoglykämie hängt von der Ursache und dem Schweregrad ab.
Sofortmaßnahmen bei Unterzuckerung
In der ersten Phase der Unterzuckerung helfen zuckerhaltige Getränke oder Traubenzucker am besten. Traubenzucker hilft meist innerhalb weniger Minuten. Säfte oder Cola (mit Zucker) wirken schnell. Fett verlangsamt die Aufnahme von Zucker. Schokolade hilft also leider nicht so schnell, dafür aber beispielsweise eine Hand voll Gummibärchen. Sollte sich keine Besserung einstellen, sollten Sie unbedingt den Rettungsdienst verständigen. Nachdem die Symptome der Unterzuckerung abgeklungen sind, ist es wichtig, eine kohlehydratreiche Mahlzeit zu sich zu nehmen. Nach dem Essen kann dann in aller Ruhe der Blutzucker kontrolliert werden. In der zweiten Phase der Hypoglykämie droht bereits das diabetische Koma. In der zweiten Phase kann nur noch medizinisches Personal helfen oder Personen, die speziell für diabetische Notfälle geschult wurden. Sofern noch nicht geschehen, muss dringend der Rettungsdienst informiert werden. Dieser verabreicht dann Glukose, also eine hochprozentige Zuckerlösung, über die Vene.
Langfristige Strategien zur Blutzuckerkontrolle
Vielen Hypoglykämie-Patient*innen reicht schon eine umfassende Umstellung der eigenen Ernährung. Denn ob der Blutzucker eines Menschen in die Tiefe rauscht, hängt stark davon ab, was von ihm, wann und wie gegessen wird. Reicht das nicht, können auch Medikamenten helfen. Der Wirkstoff Diazoxid ist zum Beispiel in der Lage, die Insulinausschüttung der Bauchspeicheldrüse nach dem Essen zu bremsen. Ähnlich wirken auch sogenannte Somatostatin-Analoga, die allerdings gespritzt werden. Und wenn all das nicht hilft, gibt es noch eine weitere Methode, sich vor Unterzuckerungen zu schützen: Gewicht zuzulegen. Weil die Muskeln dann durch die Hormone der Fettzellen weniger insulinempfindlich werden.
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Ernährungsempfehlungen
Für Menschen mit Diabetes mellitus ist es ganz besonders wichtig auf ihre Ernährung zu achten. Bekanntermaßen schadet Zucker den Zähnen - weil Bakterien in den Zahnbelägen diese Zuckerstoffe „verdauen“ und dabei Säuren ausscheiden, die den Zahnschmelz auflösen. Wer seinen Zähnen (und überhaupt seiner Gesundheit) etwas Gutes tun will, ernährt (und trinkt) also zuckerarm.
Die Rolle des Gehirns bei der Blutzuckerregulation
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. Die Wissenschaft konzentrierte sich darauf, mehr über das blutglukosesenkende Hormon und seine Bedeutung bei Diabetes zu erfahren.
Das gehirnzentrierte System der Glukose-Homöostase
Aus zahlreichen Studien konnte schließlich im Jahr 2013 ein Modell formuliert werden, das dem Einfluss des Gehirns Rechnung zollt: 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, wie die Forschenden es nennen, trägt entscheidend dazu bei, den Glukosestoffwechsel im Gleichgewicht zu halten.
Glukosesensitive Nervenzellen im Hypothalamus
Heute wissen wir, dass es in den Regulationszentren wie dem Hypothalamus spezialisierte Nervenzellen gibt, 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. Bei einer Hypoglykämie wird durch abfallende Glukosespiegel der Gi-Zelltyp aktiviert, was die sofortige Nahrungssuche und Kalorienzufuhr in Gang setzt. Über eine Aktivierung des autonomen Nervensystems werden zudem die Stresshormone Adrenalin und Noradrenalin sowie das Pankreas-Hormon Glukagon ausgeschüttet. Dies wiederum erhöht die Produktion von Glukose in der Leber, senkt die Freisetzung von Insulin aus der Bauchspeicheldrüse und reduziert die Aufnahme von Glukose in die Muskeln, erhöht also letztendlich unseren Blutglukosespiegel.
Die Rolle von Insulin im Gehirn
Dass Insulin nicht nur an den Körperzellen wirkt, sondern auch im Gehirn, ist seit einiger Zeit bekannt. 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.
Insulinresistenz im Gehirn
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.
Die Rolle von Leptin
Forschende des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung (DZD) konnten in den vergangenen Jahren zudem Belege dafür finden, dass Insulin im Gehirn in zentraler Wechselwirkung steht mit Leptin, einem der wichtigsten Hormone für die Regulation unseres Körpergewichtes und Essverhaltens. Leptin hat direkte Effekte auf den Glukosestoffwechsel. Das zeigen Versuche an Ratten und Mäusen mit Typ-1-Diabetes. 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.
Neue Behandlungsansätze
Wissenschaftler von der Universität in San Francisco, USA, sind seit kurzem einem neuen Behandlungsansatz auf der Spur, der möglicherweise helfen könnte, das Gehirn vor Schäden durch Unterzuckerung zu bewahren. Bei der Entdeckung geht es um Pyruvat einem Salz der Brenztraubensäure, dass als natürliches Nebenprodukt bei der Verstoffwechselung von Glukose im Körper anfällt. Für ihre Untersuchungen verabreichten die Wissenschaftler hypoglykämischen Tieren, die bereits 30 Minuten im diabetischen Koma lagen, eine Infusion mit Pyruvat und Glukose. Durch die Zugabe von Pyruvat konnten schwerwiegende Gehirnschäden vermieden werden: Die Denkprozesse verliefen nach der lang anhaltenden, schweren Unterzuckerung sehr viel reibungsloser und es gingen 70 bis 90 Prozent weniger Nervenzellen zugrunde als bei Vergleichstieren.
Zuckerarme Ernährung und ihre Auswirkungen auf das Gehirn
Wissenschaftler des Universitätsklinikums Regensburg aus dem Bereich Neurologie verweisen darauf, dass Ablagerungen in den Blutgefäßen, die auf zuckerhaltige Nahrungsmittel zurückgehen, zu Durchblutungsstörungen auch des Gehirns führen können. Das wiederum kann das Risiko für Schlaganfall erhöhen, zu Demenz und weiteren erheblichen Gesundheitsstörungen führen durch Unterversorgung von Hirnbereichen mit frischem Blut.
Milchzucker (Laktose) und seine Auswirkungen
Dabei fiel den Wissenschaftlern besonders ein Zucker auf, der manchen Menschen gar nicht als Zucker bewusst ist: Milchzucker, fachlich Laktose. Insbesondere dieser natürliche, in der Milch enthaltene Zucker kann die Leistungsfähigkeit des Gehirns deutlich verringern und erweist sich als besonders riskant bei sogenannten Autoimmunerkrankungen wie Multiple Sklerose. Die Studien zeigten, dass sich Laktose leicht an Eiweißzellen anlagert und diese mit der Zeit zerstört. Auch das Risiko für Demenz und Alzheimer steigt mit solchen Laktose-Ablagerungen.
Die richtige Wahl des Zuckers
Kompliziert sei, dass das Gehirn einerseits Zucker braucht, um überhaupt arbeiten zu können - und Zucker andererseits Risiken mit sich bringt. Einen Ausweg können die Neurologen derzeit nicht aufzeigen, außer, dass Glukose wie Traubenzucker oder Fruchtzucker offenbar sinnvoller sind als Milchzucker, weil die Erstgenannten sich nicht an Eiweiße im Gehirn anlagern.