Diabetes zu viel Zucker im Blut, zu wenig Energie im Gehirn?

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Bertold Schneider
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1 Diabetes zu viel Zucker im Blut, zu wenig Energie im Gehirn? PD Dr. med. Bernd Schultes Kantonsspital St. Gallen

2 Achtung! Es geht hier ausschließlich um den Typ 2 Diabetes, d.h. die häufigste Form des Diabetes. Beim selteneren Typ 1 Diabetes fehlt Insulin, da die ß-Zellen der Bauchspeicheldrüse zerstört sind. Zucker bedeutet in diesem Vortrag immer Glucose (Traubenzucker).

3 Blutzuckerverlauf über den Tag bei Gesunden Essen Essen Essen 150 mg/dl 70 mg/dl Blutzucker wird in bestimmten Grenzen gehalten er wird immer wieder auf den Sollwert reguliert

4 Blutzuckerverlauf bei Menschen mit Diabetes Essen Essen Essen 300 mg/dl 130 mg/dl Bereich der Schwankungen deutlich größer und liegt höher - der Sollwert liegt offensichtlich deutlich höher

5 Wie wird der Blutzucker nach dem Essen wieder runterreguliert bzw. auf den Sollwert eingestellt? Essen Essen 300 mg/dl 150 mg/dl 130mg/dl 70 mg/dl Insulin Gesund Typ 2 Diabetes

6 Merkmale des Typ 2 Diabetes Insulinspiegel im Blut erhöht Insulin wird aber bei Nahrungsaufnahme langsamer ausgeschüttet ß-Zell Funktionsstörung (in der Bauchspeicheldrüse) Insulin wirkt viel schlechter Insulinresistenz

7 Was macht Insulin überhaupt? Zucker Zucker Zucker Zucker Zucker Muskel + + Insulin Bauchspeicheldrüse Leber Fett Insulin fördert die Aufnahme von Zucker in Muskel- und Fettzellen Insulin hemmt die Zuckerproduktion der Leber senkt dadurch den Blutzuckerspiegel

8 Was passiert bei Übergewicht? Zucker Zucker Zucker Zucker Zucker + Insulin + Fettgewebshormone Bei Übergewicht werden vermehrt Fettgewebshormone ausgeschüttet Diese führen zur Insulinresistenz, d.h. verminderter Insulinwirkung, und damit zur Erhöhung des Blutzuckers

9 Was hat das Ganze mit dem Gehirn zu tun? Das Gehirn ist auf eine permanente Zufuhr von Zucker als Treibstoff (Energieträger) angewiesen. Daher darf der Blutzucker eine kritische Grenze niemals unterschreiten bzw. muss immer auf einen bestimmten Sollwert reguliert werden. Es ist daher logisch, dass das Gehirn als übergeordnetes Organ den Zuckerstoffwechsel des Gesamtorganismus reguliert.

10 Glukoseabgabe Steuerung des Zucker-/Energiestoffwechsel durch das Gehirn Verteilung = Allokation Essen Insulinsekretion Systeme Gehirn Stress- Energie-/Zucker- Sensoren Nahrungsaufnahme Glukoseaufnahme Insulinsensitivität Blutzucker

11 Steuerung des Zucker-/Energiestoffwechsel durch das Gehirn Das Gehirn verfügt über Energie- (Zucker-) Sensoren, welche permanent den Blutzucker und Energiegehalt im Gehirn messen. Bei Unterschreiten des Sollwerts wird: 1. die Energie zugunsten des Gehirns umverteilt Aktivierung der Stresssysteme: Insulinausschüttung + Insulinwirkung = Insulinresistenz Aufnahme von Zucker in Muskel/Fett + Zucker aus der Leber 2. vermehrt Nahrung aufgenommen

12 Ist beim Typ 2 Diabetes der Sollwert am Zucker-/Energie-Sensor nach oben verstellt? Fettgewebshormone 130 mg/dl 70 mg/dl Hormone aus dem Fettgewebe und weitere Hormone, welche mit zunehmenden Übergewicht ansteigen, können den Sollwert nach oben verstellen Daneben scheinen auch Erbanlagen (Gene) ein Rolle zu spielen

13 Was bedeutet das für die Praxis? Die heutigen Therapien des Diabetes zielen darauf ab, den Blutzucker -z.b. durch Insulingabe- zu senken. Dadurch wird der erhöhte Sollwert permanent unterschritten. Der Organismus kann darauf nur mit einer erhöhten Nahrungszufuhr reagieren oder mit einer Aktivierung der Stresssysteme, um den Sollwert wieder zu erreichen. Chronische Aktivierung der Stresssysteme kann zu Bluthochdruck und Störungen von Hirnfunktionen (z.b. Gedächtnis) führen.

14 Glukoseabgabe Insulinsekretion Systeme Gehirn Steuerung des Zucker-/Energiestoffwechsel durch das Gehirn Verteilung = Allokation Essen + Stress- Energie-/Zucker- Sensoren Nahrungsaufnahme Glukoseaufnahme Insulinsensitivität Blutzucker

15 Experimenteller Nachweis: Euglycemia Hyperglycem Plasma glucose (mg/dl) Euglycemia Hyperglycemia Time (min) Senkt man den Blutzucker bei Diabetes-Patienten ohne deren Wissen durch eine Insulin-Infusion auf ein Normalniveau, essen diese automatisch mehr. Gesamt (kcal) Schultes et al. Diabetes Care * Fett (kcal)

16 Experimenteller Nachweis: Lam et al. Science, 2005 Wird Zucker direkt ins Gehirn gegeben, sinkt der Blutzuckerspiegel.

17 Ist das Ganze neu? Der Zuckerstich Claude Bernard (* ) Durch einen Stich in den Boden des 4. Ventrikels wurde Diabetes mellitus ausgelöst.

18 Schlafmangel und Diabetes Epidemiologische Studien zeigen einen Zusammenhang zwischen Schlafmangel und der Entstehung von Diabetes (und Übergewicht). Im Schlaf werden die Zuckerspeicher des Gehirns wieder aufgefüllt. Schlafmangel könnte somit zu einem Zucker-/Energiemangel im Gehirn führen, welcher durch eine Erhöhung des Blutzuckers zu kompensieren versucht wird Diabetes.

19 Experimenteller Nachweis: 1. Nacht 2. Nacht Schlaf Schlaf Wach Schlaf Wach Schlaf Schmid & Schultes, 2008 Eine Verkürzung der Schlafdauer von 4 Stunden für nur 2 Tage, führt bei gesunden Versuchspersonen bereits zu einem deutlich erhöhten Zuckeranstieg nach Einnahme eines Frühstücks.

20 Experimenteller Nachweis: 7 h Schlaf 4,5 h Schlaf kein Schlaf Schmid et al. J. Sleep Res Schlafmangel führt zudem zu deutlich erhöhten Hungergefühlen Energiemangel im Gehirn?

21 Wenn der Typ 2 Diabetes die Folge eines Energiemangels im Gehirn oder einer Sollwertverstellung der Energie-/Zucker-Sensoren des Gehirns ist, warum kann dann eine Magen-Darm- Operation, wie sie bei schwer übergewichtigen Menschen durchgeführt wird, häufig Diabetes schlagartig heilen?

22 Wirkung Magenbypass-Operation auf Diabetes Darmhormone, weitere Signale 130 mg/dl 70 mg/dl Rubino F. Diabetes Care 2008 Durch eine operative Veränderung der Nahrungspassage werden Darmhormone anders ausgeschüttet Diese hormonellen Veränderungen verstellen möglicherweise den Sollwert an den Energie-/Zucker-Sensoren

Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Die übergeordnete Rolle des Gehirns in der Regulation des Zuckerstoffwechsels wurde in der Diabetesforschung

23 Zusammenfassung und Schlussfolgerungen Die übergeordnete Rolle des Gehirns in der Regulation des Zuckerstoffwechsels wurde in der Diabetesforschung lange vernachlässigt. Die neuen Erkenntnisse bieten die Chance für neue, erfolgreichere Therapieansätze, welche direkt oder indirekt am Gehirn ansetzen.

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