Insulin und Insulinresistenz im Gehirn

Einleitung

Diabetes, Arteriosklerose und Herz- Kreislauferkrankungen nehmen in den industrialisierten Ländern epidemische Ausmaße an. So leiden in den USA rund 25% der Bevölkerung an einem Metabolischen Syndrom mit erhöhten Blutzuckerwerten, Blutdruck, Harnsäure (Gicht) und erhöhten Blutfettwerten. Bis zu 20% der Menschen leiden unter diabetischen Stoffwechselbedingungen. Neue Erkenntnisse aus der Neurobiochemie zeigen, dass eine Vielzahl dieser scheinbar unterschiedlichen Erkrankungen gemeinsame Ursachen haben. So spielen der Insulinstoffwechsel und die Insulinresistenz eine führende Rolle für das Verständnis von Pathogenese und Frühveränderungen in ganz verschiedenen Organen. Diabetes mellitus Typ II, Gefäß- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Lebererkrankungen und Hormonentgleisungen wurden in diesem Zusammenhang bisher als klassische Erkrankungen des peripheren Insulinsystems betrachtet. Heute wissen wir, dass für das Verständnis von Erkrankungen des Gehirns, im Besonderen der Demenz vom Alzheimertyp, der Insulinstoffwechsel des zentralen Nervensystems entscheidend ist. Tatsächlich sind die Alzheimerdemenz und Diabetes mellitus genauso miteinander vergesellschaftet wie das Metabolische Syndrom und die Demenz vom Alzheimertyp. Diese neuen Erkenntnisse sind nicht nur von theoretisch wissenschaftlichem Interesse, sondern eröffnen ganz neue Therapiemöglichkeiten und therapieunterstützende Strategien. Die diätetische Verwendung der insulinunabhängigen D(+)Galactose bietet dabei ein sehr einfaches und effektives Lösungspotential.

 

Beschreibung und Erklärung zentraler Begriffe

Insulin

Insulin wird von den ß-Zellen der Bauchspeicheldrüse, aber wie erst seit kurzem bekannt auch im Gehirn produziert. Es sorgt für einen ausgeglichenen Blutzuckerspiegel. Insulin fördert die Aufnahme von Glucose in die Zellen, so dass diese über genügend Bausubstanzen und Substrate für die Energiegewinnung verfügen. Insulin reguliert die Verstoffwechselung von Kohlenhydraten, Eiweißen und Fetten.

Insulinresistenz

Insulinresistenz liegt vor, wenn die Empfindlichkeit bzw. Feinjustierung der die Insulinwirkung vermittelnden Bindestellen (die Insulinrezeptoren) gestört und verändert sind. Dann kann Insulin seine biologische Wirkung nicht mehr entfalten. In diesem Zustand sind die Glucoseverfügbarkeit und -verwertung, die durch das Insulin vermittelt werden, in ihrer zentralen Steuerung gestört. Im Blut sind die Zuckerwerte erhöht und schädigen den Organismus. Durch diesen intrazellulären Glucosemangel kann nicht mehr genügend Energie und zelluläre Bausubstanz gebildet werden. So können auch wichtige Neurobotenstoffe wie Acetylcholin (Gedächtnis), Serotonin (Beruhigung und Entspannung), GABA (Erregungshemmung) und Glutamat (Gehirn-Kommunikation und Aktivität) nur noch vermindert produziert werden, was vielgestaltige krankhafte Konsequenzen mit sich bringt. Insulinresistenz führt zu Beeinträchtigungen von Gedächtnisleistungen, Merkfähigkeit, Konzentration und kognitiven Prozessen. Suchtverhalten, Essstörungen, Müdigkeitssyndrom (Chronic fatigue syndrome), Depressionen und Demenz sind genauso mit Insulinresistenz des Gehirns verbunden wie der seit langem bekannte Diabetes mellitus Typ II.

Stress

Stress und seine chemischen Botenstoffe, die Catecholamine (Adrenalin und vor allem Noradrenalin) zusammen mit Cortisol hemmen die Insulinausschüttung. Akut und kurzfristig ist dieser Weg (über a-2 Adrenorezeptoren) sinnvoll – chronisch kann er zum Verhängnis werden. Die Aktivierung der Stressachse Hypothalamus–Hypophyse–Nebenniere mit den ausführenden Mediatoren CRH (stimulierendes corticotropes Ausschüttungshormon), ACTH (adenocorticotropes Hormon) und Cortisol führen zu einem Übergewicht von Hormonen, die dem Insulin entgegenwirken. Dies bei gleichzeitiger Aktivierung von Entzündungs-(TNF alpha, Interleukin-6) und Schmerzbotenstoffen (Substanz P, Neuropeptid Y). Stress und eine verstellte Stressachse bestimmen darüber hinaus die Feinabstimmung der ganzen Insulinsignalübersetzung. An mehreren wichtigen Schnittstellen dieses Stoffwechselweges können Fehlfunktionen zu den unterschiedlichsten Erkrankungen (Angstzuständen, Depression, Psychosen, Posttraumatischer Belastungsstörung, Manie, Schmerz und der Alzheimer-Demenz) führen.

Körperliche Aktivität und Bewegungsverhalten

Eine wichtige Rolle für die Regulation des Insulinstoffwechsels spielen körperliche Aktivität und Bewegung. Diese senken zu hohe Insulinspiegel, verbessern die Empfindlichkeit der Insulinbindestellen und ökonomisieren die Insulinsignalübertragungswege. Selbst manifestierte Zustände von Insulinresistenz können durch körperliche Aktivität und Bewegung erheblich verbessert werden. Ebenso können durch Bewegung gestörte Glucosetoleranz, Glucoseverwertungsstörungen und gestörter Glucosetransport sehr günstig beeinflusst werden. Selbst die Genübersetzungs- und Signalwege an den Schlüsselpositionen (Insulinrezeptorsubstrat IRS und Phosphatidylcholin 3-Kinase) werden für die optimale Regulation und damit Gesundheit aktiviert.

Das Gehirn als Zielgebiet der Insulinwirkung und Manifestationsfelder der Insulinresistenz

Im Gehirn gibt es bezüglich der Bindestellen und Aktivitäten des Insulins sehr weit und fein verteilte Rezeptorsysteme. Von besonderer Bedeutung ist Insulin für das Gedächtnis und für kognitive Leistungen. Insulin und Leptin stehen im Dialog miteinander und teilen gemeinsame Signal- und Informationswege im Hypothalamus – im Dienste der Koordination komplexer Verhaltensweisen. Eine besondere Rolle spielen Insulin und seine Verwandten auch für die Entwicklung und das Verständnis der Alzheimererkrankung.

Diabetes Typ III oder Alzheimerdemenz

Durch die experimentelle Ausschaltung des Insulin-Rezeptors mittels Streptozotocin konnte der Heidelberger Neuropathologe Hoyer 1999 ein Alzheimer-Modell erzeugen, das die Alzheimer-typischen Amyloid-Plaques, die Hyperphosphorylierung des Tau-Proteins sowie die verminderte Versorgung der Zellen des Gehirns mit Glucose deutlich aufzeigte. Neben den gängigen Theorien zur Alzheimer Erkrankung wird dieses Krankheitsbild in neueren Publikationen als „Diabetes mellitus Typ III“ (Lester-Coll et al. 2006) beschrieben. Danach gründet das Auftreten von Morbus Alzheimer und MCI auf einer Insulinfunktionsstörung des Gehirns. Wenn es also gelingt, den Anfang dieser Kaskade zu verstehen und dort einzugreifen, werden neue Möglichkeiten der Prävention und Therapie möglich. Eine Möglichkeit, am Anfang, nämlich bei dem gestörten Insulinhaushalt (Insulinresistenz) einzuwirken, bietet D(+)Galactose. Galactose ist ein einfacher, natürlicher Zucker, der in der Milch vorkommt und auch vom menschlichen Organismus selbst produziert wird. Der entscheidende Punkt: Galactose kann vom Organismus insulin-unabhängig aufgenommen werden; sie kann den zellulären Versorgungsengpass und die Insulinresistenz über einen Umgehungsweg (quasi einen molekularen Bypass) ausgleichen: Galactose gelangt in die Zellen und wird in Glucose umgewandelt. Dadurch wird sowohl die Energiebilanz ausgeglichen wie auch der Baustoffwechsel der Zellen aufrechterhalten oder repariert (Mc Kenna et al. 2006).

Dr. med. Werner Reutter (* 5. Februar 1937 in Hornberg; † 28. Mai 2016)

Professor (em.) für Biochemie und Pathobiochemie Institut für Biochemie und Molekularbiologie
Charité Universitätsmedizin Berlin
Arnimallee 22
14195 Berlin-Dahlem