Die moderne Ernährung, reich an Zucker und Fetten, stellt eine wachsende Herausforderung für unsere Gesundheit dar. Während diese Stoffe dem Körper Energie liefern, können sie bei übermäßigem Konsum negative Auswirkungen auf das Gehirn haben. Dieser Artikel beleuchtet, wie Zucker und Fette die Gehirnfunktion beeinflussen, welche Mechanismen dabei eine Rolle spielen und welche Konsequenzen für unsere Gesundheit entstehen können.
Die Rolle des Belohnungssystems
Sowohl fettige als auch kohlenhydratreiche Speisen aktivieren das Belohnungssystem im Gehirn. Diese Aktivierung erfolgt jedoch über unterschiedliche Signalwege. Interessanterweise wird dieser Effekt noch verstärkt, wenn Kohlenhydrate und Fette gemeinsam in einer Mahlzeit vorkommen.
In der Natur sind Lebensmittel, die einen hohen Anteil an Fetten und Kohlenhydraten vereinen, selten. Entweder sind sie fettreich wie Nüsse oder kohlenhydratreich wie Kartoffeln und Getreide. Eine bemerkenswerte Ausnahme bildet die Muttermilch, die von allen Säugetieren konsumiert wird.
Experimentelle Studien
Um zu untersuchen, wie Menschen auf unterschiedliche Kalorienquellen reagieren, führten Forscher des Max-Planck-Instituts für Stoffwechselforschung in Zusammenarbeit mit der Yale Universität eine Studie durch. Dabei spielten 40 Freiwillige gegen einen Computer um den Erwerb von Lebensmitteln, die entweder fett-, kohlenhydratreich oder eine Kombination aus beidem waren.
Die Probanden mussten den Computer überbieten, um ein bestimmtes Lebensmittel zu erhalten. Die Bereitschaft, für ein Lebensmittel mehr zu bezahlen, diente als Indikator für die Präferenz. Es zeigte sich, dass die Teilnehmer am meisten Geld für die fett- und kohlenhydratreichen Lebensmittel boten. Während des Spiels wurde die Gehirnaktivität der Probanden mittels Magnetresonanztomographie (MRT) aufgezeichnet. Diese Aufnahmen bestätigten, dass das Belohnungszentrum im Gehirn bei dem Angebot von fett- und kohlenhydratreichen Speisen besonders aktiv war.
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Evolutionäre Hintergründe und moderne Konsequenzen
Dieser Belohnungsreiz, der in der Evolution zum Überleben der Menschheit beigetragen hat, wird in unserer heutigen Welt des Überflusses zum Problem. Marc Tittgemeyer vom Max-Planck-Institut betont: „Wir sind nicht dazu gemacht, ständig Nein zu sagen. Deshalb hören wir meistens nicht auf zu essen, obwohl wir satt sind.“ Die Belohnungssignale überlagern das Sättigungsgefühl, was zu Übersättigung und Übergewicht führen kann. Es ist bemerkenswert, dass fett- und kohlenhydratreiche Speisen nicht zwangsläufig mehr Kalorien enthalten als andere Lebensmittel, dennoch werden sie bevorzugt.
Übergewicht und seine Folgen für das Gehirn
Übergewicht ist ein wachsendes Problem, das sich negativ auf die Gesundheit auswirkt. In Deutschland schleppen zwei Drittel der Männer und die Hälfte der Frauen zu viel Körperfett mit sich herum, wobei ein Viertel der Erwachsenen als fettleibig gilt. Weltweit hat sich die Zahl der dicken Männer seit den 1970er Jahren verdreifacht und die der Frauen verdoppelt.
Dieses überschüssige Körperfett hat auch negative Auswirkungen auf das Gehirn. Übergewichtige Menschen entwickeln häufiger Diabetes, eine Erkrankung, die das Gehirn schrumpfen lässt und das Risiko für Schlaganfälle und Demenzerkrankungen erhöht. Selbst Personen, die lediglich übergewichtig sind und noch nicht an Diabetes leiden, können ein verkleinertes Gehirnvolumen und kognitive Einschränkungen aufweisen.
Die Schwierigkeit der Forschung
Die langfristigen Zusammenhänge zwischen Ernährung, Übergewicht und Gehirn sind schwer zu untersuchen. Wir nehmen täglich wechselnde, komplexe Mischungen von Nährstoffen zu uns, die sich weder leicht exakt dokumentieren noch gut dauerhaft kontrollieren lassen. Ihre Effekte auf den Körper bauen sich über Jahrzehnte auf und können von vielen anderen Aspekten des Lebensstils beeinflusst werden.
Die unterschiedlichen Wirkungen von Zucker
Kohlenhydrate bestehen aus verschiedenen Einfachzuckern, darunter Glukose (Traubenzucker), aus dem Stärkemoleküle bestehen, und Fruktose (Fruchtzucker), der zusammen mit Glukose den weißen Haushaltszucker (Saccharose) bildet. Glukose ist ein wichtiger Brennstoff für den Körper und insbesondere für das Gehirn. Ein zu hoher Glukosespiegel im Blut kann jedoch schädlich sein, da Überschüsse sich an Eiweiße anlagern und Glykoproteine bilden, die zu lokalen Entzündungsprozessen führen und Zellen und Gefäße schädigen können.
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Insulin und der Glukosestoffwechsel
Wenn der Glukosespiegel im Blut steigt, schüttet die Bauchspeicheldrüse Insulin aus. Insulin ermöglicht es den Zellen, Glukose aufzunehmen und aus dem Blut zu entfernen. Die Zellen können Glukose entweder direkt als Energiequelle nutzen oder sie in Form von Glykogen (in Muskelzellen und Leber) oder Fettsäuren (in Fettzellen) speichern.
Bei längerem Mangel an Glukose im Blut stimulieren andere Hormone wie Glucagon gegenläufige Prozesse, um den Energiebedarf des Körpers zu decken. Glykogenvorräte werden abgebaut, Fettzellen setzen ihre Vorräte frei, und die Leber stellt bei Bedarf selbst Glukose aus Eiweißabbauprodukten her.
Kontroverse um kohlenhydratarme Ernährung
Es gibt eine Kontroverse darüber, ob eine kohlenhydratarme Ernährung vorteilhaft ist. Befürworter argumentieren, dass ein ständiger Zuckeransturm im Blut dank erhöhter Insulinausschüttung Fetteinlagerungen begünstigt. Daher sollte eine Reduktion der Kohlenhydrate es erleichtern, auf Körperfettreserven zuzugreifen und den Appetit zu zügeln. Sie argumentieren, dass der Mensch darauf eingestellt sei, da Kohlenhydratbomben erst durch die moderne Landwirtschaft möglich geworden seien.
Die Gegenposition sieht das Problem eher im Nahrungsüberangebot insgesamt, das unabhängig vom Kohlenhydratgehalt zu exzessivem Konsum führt. Wer ständig mehr isst, als er verbraucht, nimmt zu. Beide Seiten sind sich jedoch einig, dass der Insulinstoffwechsel im Gleichgewicht bleiben sollte, um Insulinresistenz und das Risiko für Diabetes zu vermeiden.
Fruktose: Eine ungesunde Alternative?
Die Weltgesundheitsorganisation empfiehlt, den Konsum zugesetzten Zuckers auf unter 10 Prozent der täglichen Energiezufuhr zu reduzieren, idealerweise sogar auf unter 5 Prozent. Dies liegt auch daran, dass süße Speisen in der Regel nicht nur Glukose, sondern auch Fruktose enthalten. Fruktose löst keine Insulinausschüttung aus und wurde daher lange Zeit als gesunde Alternative für Diabetiker empfohlen.
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Inzwischen gilt Fruktose jedoch als ungesünder als Glukose. Sie wird vor allem in der Leber verstoffwechselt und dort überwiegend in Fett umgewandelt. Fruktose stimuliert die Fetteinlagerung und kann die Insulinresistenz, insbesondere in der Leber, erhöhen.
Unverarbeitete Kohlenhydrate
Ob sich der regelmäßige Verzehr kohlenhydratreicher Nahrung auch unabhängig von einem hohen Zuckeranteil negativ auf den Stoffwechsel auswirkt, bleibt umstritten. Vertreter einer kohlenhydratreichen Mischkost argumentieren, dass viele Kohlenhydrate unproblematisch sind, solange unverarbeitete Nahrungsmittel wie Vollkornprodukte konsumiert werden, die den Blutzuckerspiegel nicht so schnell erhöhen wie Weißmehlprodukte oder zuckerhaltige Getränke.
Die Rolle von Nahrungsfetten
Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung rät in ihren Leitlinien dazu, wenig Fett zu essen, da Fett aufgrund seiner hohen Energiedichte zu einer übermäßigen Kalorienaufnahme und somit zu Übergewicht führe. Es ist jedoch wichtig zu beachten, dass unterschiedliche Fette unterschiedliche Auswirkungen auf den Stoffwechsel und das Gehirn haben.
Transfette: Die ungesunden Fette
Transfette, die bei der industriellen Fetthärtung und beim Braten, Backen oder Frittieren entstehen, sind schädlich für den Körper. Sie beeinflussen die Blutfettverteilung und Entzündungswerte ungünstig und erhöhen das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Es gibt auch Hinweise darauf, dass sie zu Übergewicht, Insulinresistenz, kognitiven Beeinträchtigungen, Depressionen, Aggressionen und Demenzerkrankungen beitragen können.
Ungesättigte Fette: Die gesünderen Alternativen
Ungesättigte Fette, die bei Raumtemperatur flüssig sind, genießen einen besseren Ruf. Einfach ungesättigte Fettsäuren, die in Oliven, Avocados, Fleisch, Nüssen und Milchprodukten vorkommen, sowie mehrfach ungesättigte Omega-3-Fettsäuren, die insbesondere in fettem Seefisch enthalten sind, sind von Vorteil. Sie bilden einen wichtigen strukturellen Bestandteil biologischer Membranen, helfen, diese flexibel zu halten und Entzündungen zu vermeiden.
Das Gehirn nutzt besonders gerne die Omega-3-Fettsäure DHA, die sich vor allem in den Zellmembranen von Nervenzellen anreichert. Omega-3-Fettsäuren gelten als eine der wenigen Nährstoffe, die einen nachweislich positiven Effekt auf die kognitive Entwicklung und Leistung, die psychische Gesundheit und die Widerstandskraft gegen Demenz haben.
Das Verhältnis von Omega-3 zu Omega-6
Die positive Wirkung von Omega-3-Fettsäuren kann jedoch beeinträchtigt werden, wenn gleichzeitig zu viele Omega-6-Fettsäuren, die in vielen Ölsaaten enthalten sind, um die Enzyme konkurrieren, die im Omega-3-Stoffwechsel zum Einsatz kommen. Ein Übermaß an Omega-6-Fettsäuren kann Entzündungswerte erhöhen und das Risiko für Erkrankungen wie Alzheimer-Demenz steigern. Da viele beliebte Speiseöle wie Sonnenblumen- oder Rapsöl reich an Omega-6-Fettsäuren sind, ist das Mengenverhältnis zwischen diesen und Omega-3-Fettsäuren in Industrieländern oft ungünstig. Daher wird empfohlen, durch vermehrten Verzehr von öligem Fisch und Fetten, die weniger Omega-6 enthalten, ein günstigeres Omega-Verhältnis anzustreben.
Gesättigte Fette: Eine komplexe Betrachtung
Die gesundheitlichen Auswirkungen von gesättigten Fetten sind weniger klar. Während sich jahrzehntelange Annahmen, dass sie den Stoffwechsel grundsätzlich negativ beeinflussen, bislang kaum erhärten ließen, hält sich der Verdacht, dass sie kognitive Funktionen beeinträchtigen und Demenz fördern, hartnäckiger. Die Studienlage bleibt jedoch uneindeutig. Es ist unwahrscheinlich, dass gesättigte Fette grundsätzlich schlecht für den Gehirnstoffwechsel sind, da der Körper selbst einen Großteil seiner Energievorräte in Form gesättigter Fettsäuren speichert.
Tierische Fette und Gehirnfunktion
Eine Studie der Medizinischen Universitätsklinik Tübingen deutet darauf hin, dass der Konsum von tierischen Fetten die Gehirnfunktion und den Schlaf verändern kann. Eine gesteigerte Aufnahme von Milchfett führte zu erhöhten Blutzuckerwerten, einer verminderten Gehirnaktivität und weniger Bewegung. Dies war bei einer vergleichbaren Aufnahme von Rapsöl, das reich an ungesättigten Fettsäuren ist, nicht der Fall. Die Forscher weisen darauf hin, dass Fette mit einem hohen Anteil an gesättigten Fettsäuren das Diabetesrisiko erhöhen und die Hirnleistung reduzieren können.
Die Bedeutung der Fettqualität
Die gute Verfügbarkeit von Lebensmitteln mit einer hohen Energiedichte wird heute als eine der Hauptursachen für Übergewicht und Diabetes mellitus Typ 2 angesehen. Neben der Gesamtfettaufnahme wird der Fettqualität eine entscheidende Rolle beigemessen. In Mäusestudien konnte nachgewiesen werden, dass zu viele gesättigte Fettsäuren in der Nahrung zu erhöhten Blutzuckerwerten und einer verschlechterten Insulinwirkung im Gehirn führen. Übergewichtige Mäuse zeigten ein reduziertes Bewegungsverhalten, eine Beeinträchtigung der Gehirnaktivität und ein verändertes Schlafmuster. Ungesättigte Fettsäuren führten hingegen zu keinen Veränderungen im Blutzuckerprofil, obwohl auch diese Mäuse übergewichtig waren.
Auch beim Menschen konnte das Forscherteam ähnliche Effekte nachweisen. Obwohl die Probanden nach einer 3-monatigen Aufnahme von Joghurt, der mit Milchfett oder Rapsöl angereichert war, keine Veränderungen im Körpergewicht oder Blutzucker zeigten, war die Gehirnaktivität bei denen, die vermehrt gesättigte Fettsäuren gegessen hatten, reduziert. Dies betraf vor allem Gehirnregionen, die für das Sättigungsgefühl, das Gedächtnis und das Bewegungsverhalten verantwortlich sind. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass zu viel Fett in der Nahrung immer zu Übergewicht führt, aber nur gesättigte Fettsäuren, wie sie in tierischen Fetten enthalten sind, sich negativ auf den Blutzucker, die Gehirnaktivität und die körperliche Bewegung auswirken, was dann zu einer weiteren Gewichtszunahme führt.
Die Allgegenwärtigkeit des Zuckers und seine Auswirkungen
Zucker, das süße „weiße Gold“, ist in vielen Formen vorhanden und mittlerweile in fast jedem Lebensmittel zu finden. Er löst Glücksgefühle aus und liefert schnell verfügbare Energie, ist aber auch einer der Hauptverursacher zahlreicher Krankheiten wie Diabetes und Herzerkrankungen.
Der Pro-Kopf-Verbrauch von Zucker in Deutschland lag im Jahr 2022/23 bei rund 33 Kilogramm, was etwa 90 Gramm Zucker pro Tag entspricht. Die Weltgesundheitsorganisation empfiehlt jedoch, die Zuckermenge pro Tag unter 50 Gramm zu halten.
Dopamin und das Verlangen nach Zucker
Der Verzehr von zuckerhaltigen Lebensmitteln aktiviert unser dopaminerge System, das im Gehirn für Motivation und Belohnung zuständig ist. Dies führt zur Ausschüttung von Dopamin, wodurch das Verhalten, das zu dieser Belohnung geführt hat, verstärkt wird. Eine Studie des Max-Planck-Instituts für Stoffwechselforschung hat gezeigt, dass unmittelbar nach dem Verzehr von zuckerreichen Lebensmitteln Dopamin ausgeschüttet wird, noch bevor die Nahrung den Magen erreicht. Je nach individuellem Verlangen wird sogar zu unterschiedlichen Zeitpunkten unterschiedlich viel Dopamin ausgeschüttet.
Langanhaltende Veränderungen im Gehirn durch Zuckerkonsum
Ein ständiger Zuckerkonsum kann dazu führen, dass wir immer mehr Zucker essen wollen. Eine Studie der Forschungsgruppe Tittgemeyer zeigte, dass Probanden, die über acht Wochen lang täglich einen zucker- und fettreichen Pudding aßen, stärker auf zuckerreiche Nahrung reagierten als diejenigen, die einen Pudding mit der gleichen Kalorienzahl, aber deutlich weniger Fett und Zucker verzehrten. Der erhöhte Zuckerkonsum veränderte die neuronalen Schaltkreise so, dass zuckerreiche Nahrung bei den Probanden eine stärkere belohnende Wirkung hatte und sie nach dem Experiment zucker- und fettreiche Lebensmittel positiver bewerteten.
Zucker und Hirnkrankheiten
Zu viel Zucker kann nicht nur zu Adipositas führen oder Diabetes begünstigen, sondern auch die Entstehung von Hirnkrankheiten wie Demenz fördern. Ein hoher Blutzuckergehalt fördert die Entstehung von Adipositas und Diabetes, ist aber auch eine "neurotoxische" Substanz, die Nervenzellen schädigt.
Die Auswirkungen auf die Blutgefäße
Zu viel Zucker im Blut kann die Blutgefäße schädigen. Durch den veränderten Insulinstoffwechsel können sich Ablagerungen in den Gefäßwänden bilden, die die Gefäße verengen und die Durchblutung des Gehirns beeinträchtigen. Dies kann langfristig zu Demenz, Alzheimer und Schlaganfällen führen. Auch eine Diabetes-Typ-2-Erkrankung erhöht das Demenzrisiko.
Empfehlungen zur Reduktion des Zuckerkonsums
In Deutschland liegt der jährliche Konsum von Zucker bei durchschnittlich 33 Kilogramm, fast doppelt so hoch wie die Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e.V. (DGE). Eine Möglichkeit, den Konsum zu senken, wäre eine Zuckersteuer. Der Ersatz von Zucker durch Süßungsmittel ist laut Experten nicht unproblematisch, da neue Studien andeuten, dass durch den Konsum von Süßungsmitteln auch die Zahl an Gefäßerkrankungen zunimmt.
Die erlernte Vorliebe für Zucker und Fett
Forschende des Max-Planck-Instituts für Stoffwechselforschung in Köln, in Zusammenarbeit mit der Yale University, haben untersucht, warum wir zu Schokolade, Chips und Pommes nur schwer Nein sagen können. Sie fanden heraus, dass die Neigung zu fett- und zuckerreichen Lebensmitteln angeboren sein oder sich als Folge von Übergewicht entwickeln kann, aber dass das Gehirn diese Vorliebe auch erlernt. Durch den Konsum von Süßigkeiten und Fast Food vernetzt sich das Gehirn neu und lernt unterbewusst, belohnendes Essen zu bevorzugen.
Weitere Forschungsergebnisse
Die Auswirkungen einer fettreichen Ernährung auf das Gehirn
Eine fettreiche Ernährung kann bereits nach kurzer Zeit zu einer geringeren Zuckerversorgung des Gehirns führen. Eine Forschungsgruppe um Jens Brüning, Direktor am Max-Planck-Institut für Stoffwechselforschung in Köln, berichtete, dass eine fettreiche Diät schon nach drei Tagen die Aufnahme von Glukose in das Gehirn senkt. Verantwortlich dafür ist das Protein GLUT-1, welches der wichtigste Glukose-Transporter an der Blut-Hirn-Schranke ist.
Der "egoistische" Mechanismus des Gehirns
Das Gehirn wirkt seinem Energiemangel entgegen, indem es den Wachstumsfaktor VEGF produziert, welcher die Bildung von GLUT-1 steigert. Der Ausgleich des Zuckerbedarfs des Gehirns bei weiterhin fettreicher Ernährung funktioniert jedoch nur auf Kosten des restlichen Körpers. Das Gehirn wird "egoistisch", indem es seinen Zucker dadurch bekommt, dass es den Appetit auf süße Nahrungsmittel anregt und die Zuckeraufnahme in Muskeln und Fett verhindert.
Milchzucker und Neurodegeneration
Wissenschaftler der Klinik und Poliklinik für Neurologie des Universitätsklinikums Regensburg (UKR) haben herausgefunden, dass eine zuckerarme Ernährung auch unabhängig vom Blutzuckerspiegel positive Auswirkungen auf die langfristige Leistungsfähigkeit des Gehirns haben könnte. Insbesondere Milchzucker könnte die Neurodegeneration unseres Gehirns beschleunigen. Milchzucker lagert sich an Eiweiße an und verändert auf diese Weise die Isolierschicht von Zellen, was zu einer schnelleren Abnutzung und Alterung von Gehirnzellen führt.