Wie sich das Gehirn gegen Fress-Stress schützt

gesund leben : Wie sich das Gehirn gegen Fress-Stress schützt

Das Insulin, das in der Bauchspeicheldrüse produziert wird, spielt auch eine wichtige Rolle im Gehirn. Es hilft dort unter anderem, Stoffe zu produzieren, die die Hirnzellen vor Stress schützen.

(ml) Wenn von Insulin die Rede ist, denken viele Menschen an Diabetes. Das Hormon wird von der Bauchspeicheldrüse produziert, um nach Mahlzeiten den Zuckergehalt im Blut zu regulieren. Insulin bewirkt, dass der Zucker in die Zellen transportiert wird, wo er zur Energiegewinnung genutzt werden kann.

Eine zucker- und fettreiche Mahlzeit erhöht die Produktion von Insulin. Ernährt man sich dauerhaft ungesund, ist der Ausstoß von Insulin ständig hoch. Die Zellen reagieren schließlich nicht mehr darauf. Dann wird der Zucker nicht mehr aus dem Blut entfernt. Der Betroffene leidet an einer Insulinresistenz, die schließlich in einen Typ-2-Diabetes münden kann.

Insulin schützt das Gehirn Doch Insulin spielt auch im Gehirn eine wichtige Rolle. Allerdings leistet Insulin für die Zuckeraufnahme im Gehirn nur einen sehr kleinen Beitrag. Die meiste Zuckeraufnahme in den Gehirnzellen erfolgt unabhängig vom Insulin. Es gibt nur einzelne Nervenzellen, die eine insulinabhängige Aufnahme von Zucker aufweisen.

Im Gehirn erfüllt Insulin andere wichtige Aufgaben. Es wirkt unter anderem an der Feinabstimmung der Hirnfunktionen mit. Es beeinflusst zum Beispiel die Nahrungsaufnahme, die geistigen Fähigkeiten und die Emotionen.

Insulin unterstützt zudem die Hirnzellen dabei, eine bestimmte Klasse von Eiweißstoffen (Proteinen) zu produzieren, die wichtig für die Gesundheit des Gehirns sind. Offenbar fördert das Insulin die schnelle, präzise und fehlerfreie Herstellung solcher Schutzmoleküle. Das zeigen Untersuchungen mit Mäusen, die Forscher des Deutschen Instituts für Ernährungsforschung in Potsdam und des Deutschen Zentrums für Diabetesforschung in München durchgeführt haben.

„Tiere, denen das Hormon Insulin durch die Nase verabreicht wurde, produzierten im Gehirn mehr Proteine, die die Nervenzellen schützen“, berichtet Dr. André Kleinridders, der leitende Wissenschaftler dieser Studie. „Zudem fraßen die Mäuse weniger wohlschmeckendes, fettreiches Futter als Artgenossen, die kein Insulin bekamen.“

Gestörte Zuckerverwertung Das Insulin im Gehirn stammt wie das im Blut aus der Bauchspeicheldrüse. „Allerdings ist der Insulinspiegel im Gehirn niedriger als im Blut; er liegt bei etwa einen Viertel“, sagt Kleinridders. Eine dauerhaft erhöhte Konzentration von Insulin im Blut kann auch zu einer Insulinresistenz der Gehirnzellen führen. Das vermehrte Aufkommen von Fettsäuren, Zucker, aber auch körpereigenen Stoffen (Zytokine), die Entzündungen auslösen und aufrechterhalten, verursachen die verringerte Insulinantwort im Gehirn.

Dann verliert das Hormon seine Wirkung, obwohl es in ausreichenden Mengen verfügbar ist. Wie Muskelzellen reagieren auch die wenigen Hirnzellen, die für Insulin überhaupt empfänglich sind, nicht mehr auf das Hormon. Die Aufnahme und Verwertung von Zucker ist gestört. Schlimmstenfalls könnte das mit einer Demenzerkrankung im Zusammenhang stehen. Doch eher führt die Insulinresistenz zu Veränderungen von Nervenaktivitäten, die durch das Hormon beeinflusst werden.

Gehirnzellen im Stress Auch Gehirnzellen können unter Stress geraten. Zu viel Stress kann sie schädigen. Wissenschaftler des Instituts für Diabetes und Adipositas am Helmholtz-Zentrum in München hatten beobachtet, dass ein hoher Konsum fett- und zuckerreicher, stark kalorienhaltiger Nahrung im Gehirn Veränderungen hervorruft, die man auch nach Verletzungen des Hirngewebes durch ein Trauma oder eine Erkrankung sieht. Betroffen ist eine Hirnregion namens Hypothalamus, die unter anderem unser Essverhalten steuert. Eine Studie an der Universitätsklinik Schleswig-Holstein hat gezeigt, dass bei stark übergewichtigen Menschen der Hypothalamus entzündet sein kann.

Die Arbeit der Potsdamer und Münchener Forscher belegt, dass die Gehirnzellen auf Stress reagieren, indem sie mehr Schutzmoleküle herstellen. Diese wirken den Schäden entgegen, die Stress auslösen kann. Das Gehirn kann damit auch den Stress bekämpfen, der entsteht, wenn wir ständig zu viel essen, bei einer Adipositas also.

Schutz der Energieversorgung „Meist denken wir beim Begriff Stress an etwas Negatives. Die Reaktion der Zellen auf moderaten Stress ist jedoch ein Prozess, der dafür sorgt, dass die Zellen gesund bleiben“, fasst André Kleinridders das Ergebnis der Studie zusammen. Zu den Schutzmolekülen, die in den Gehirnzellen unter dem Einfluss von Insulin produziert werden, zählen die für den fehlerfreien Zusammenbau von Eiweißstoffen unentbehrlichen Hitzeschock-Proteine HSP10 und HSP60. Diese wirken im Hypothalamus, der Hirnregion, die unser Essverhalten steuert, auf die Funktion der Mitochondrien ein.

Die Mitochondrien werden als Kraftwerke der Zellen bezeichnet. Sie erzeugen mithilfe von Sauerstoff aus dem Zucker, den die Hirnzellen aufnehmen, die erforderliche Energie, die das Gehirn am Laufen und Leben hält.

Ist die Reaktion der Nervenzellen im Gehirn auf Stress jedoch gestört, können die Mitochondrien geschädigt werden. Das richtet die ganze Nervenzellen zugrunde. Der Verlust dieser Schutzmoleküle kann sowohl mit Stoffwechselerkrankungen wie Typ-2-Diabetes als auch mit verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen einhergehen.

Gedämpfter Appetit auf Fettes Bisher war bereits bekannt, dass Insulin, das beispielsweise mit einem Spray durch die Nase verabreicht wird, bei gesunden Menschen das Hungergefühl für zuckerreiche Nahrungsmittel dämpft. In ihrer Studie konnten die Potsdamer und Münchener Forscher jetzt auch nachweisen, dass Insulin, das geschnupft wird, die Lust auf fettreiche Speisen verringert und zudem die Bildung von Schutzmolekülen in den Gehirnzellen anregt.

Die Wissenschaftler untersuchten Mäuse, die unter Typ-1-Diabetes litten, also kein körpereigenes Insulin produzieren konnten, sowie Mäuse mit Typ2-Diabetes, die durch eine fettreiche Nahrung eine Insulinresistenz und funktionsunfähige Bauchspeicheldrüse entwickelt hatten. In beiden Gruppen war die Abwehrreaktion der Gehirnzellen gegen Stress vermindert. Nachdem die Tiere Insulin bekommen hatten, normalisierte sich die Lage jedoch wieder.

„Wir wissen bis heute nicht genau, warum diabetische Patienten ein erhöhtes Risiko für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer haben“, sagt die Doktorandin Kristina Wardelmann, die maßgeblich an der Studie mitgewirkt hat. „Die Erkenntnis, dass Insulin die Reaktion der Gehirnzellen auf Stress reguliert, könnte eine wichtige Erklärung dafür sein.“

Ungesunde Fette schaden dem Gehirn Inzwischen gibt es Erklärungen dafür, wie Fett aus der Nahrung die Stressreaktion im Gehirn beeinflusst. „Das Gehirn nimmt erhöhte Mengen an Fettsäuren im Blut wahr und passt den Stoffwechsel daran an“, erklärt André Kleinridders. Bei einer dauerhaft fettreichen Ernährung sind es offenbar die langkettigen gesättigten Fettsäuren, die die Gehirnzellen stressen. Diese Palmitinsäuren stecken reichlich in verarbeitetem Palmöl, das in vielen Lebensmitteln verwendet wird, beispielsweise in Nussnugatcremes, Eiscremes, Margarine, Süßigkeiten wie Schokolade und Pralinen sowie Fertiggerichten.

Die Studie hat gezeigt, dass ein erhöhtes Aufkommen von Palmitinsäure eine Insulinresistenz in verschiedensten Geweben, wie etwa im Muskel, in der Leber oder im Gehirn, verursacht. Bei einer regelrechten Fettschwemme versagt die Schutzfunktion der Gehirnzellen irgendwann, was die oben erwähnten Veränderungen und Entzündungen des Gehirngewebes hervorrufen könnte.

„Es gibt Hinweise darauf, dass der gleiche Mechanismus auch bei einer zuckerreichen Ernährung abläuft“, sagt André Kleinridders. Deshalb will die Forschergruppe nach Nährstoffen suchen, die eine ähnlich positive Wirkung wie das Insulin auf die Funktion der Mitochondrien und somit auf die Energieversorgung und den Stoffwechsel haben. Das Wissen darum könnte dazu beitragen, neuartige Methoden zu entwickeln, die gesundes Altern fördern.

Fasten hilft dem Gehirn Schon heute weiß man, dass eine Insulinresistenz auch im Gehirn durch eine Änderung des Lebensstils verbessert werden kann. Gemeint sind vor allem gesunde Ernährung und regelmäßige körperliche Bewegung.

Warum Patienten mit Diabetes ein erhöhtes Risiko für Alzheimer haben, ist noch nicht genau geklärt. Die Erkenntnis, dass Insulin die Gehirnzellen vor Stress schützt, könnte eine Erklärung dafür sein. Foto: Getty Images/ istock/Juanmonino

„Auch mit Intervallfasten kann man eine Insulinresistenz bekämpfen“, sagt André Kleinridders. Dabei nimmt man zum Beispiel am Tag innerhalb von acht Stunden zwei Mahlzeiten ein und fastet die restlichen 16 Stunden. Man verzichtet also auf das Frühstück oder das Abendessen. Oder man fastet wöchentlich an zwei aufeinanderfolgenden (Zwei-Tage-Diät) oder an zwei auseinanderliegenden (5:2-Fasten) Tagen. An den Fastentagen nimmt man nur rund 500 Kilokalorien zu sich. „Beim Intervallfasten muss man auf bestimmte Nahrungsmittel nicht einmal verzichten“, sagt der Wissenschaftler.