Ernährungsmedizin des Hungers

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1 Ernährungsmedizin des Hungers Präsentation vom zur Projektarbeit von Nils Schumacher, Fachbereich Oecotrophologie der Fachhochschule Münster

2 Hungerstoffwechsel bei Personen mit negativer Energiebilanz in Industrie- und Entwicklungsländern Hunger ist die schlimmste Form von Gewalt (Mahatma Gandhi) 2

3 Inhaltsübersicht 1. EINLEITUNG 2. WAS IST HUNGER? Definition der Unterernährung Wie kann die Unterernährung diagnostiziert werden? Epidemiologie 3. DER HUNGERSTOFFWECHSEL Die Energiespeicher Postabsorptive Phase Frühe Hungerphase Späte Hungerphase Prolongierte Hungerphase 3

4 1. Einleitung Hunger und Unterernährung sind weltweit eines der größten Gesundheitsprobleme. Nicht nur in den Dritte-Welt-Ländern, sondern auch in den Industrienationen ist Hunger und Unterernährung ein ernst zunehmendes Thema. - Die "ideale Figur" als Motivation zum Fasten - Die psychischen Störungen Anorexia nervosa oder Bulimie nervosa - Die Altersanorexie in Pflegeheimen oder Krankenhäusern - Die kindliche Vernachlässigung Gerade die Oecotrophologie kann mit seinem interdisziplinären Aufgabenfeld einen Beitrag zur Lösung beisteuern. 4 Aber wissen wir überhaupt was Hunger ist? Denn Hunger wird, in Zeiten wo viele Menschen eher über- als unterernährt sind, kaum noch in den neuen Lehrbüchern abgehandelt.

5 2. WAS IST HUNGER? - Übersicht - Definition der Unterernährung Wie kann die Unterernährung diagnostiziert werden? - Bodymass - Index (BMI) - Mid-Upper Arm Circumference (MUAC) Epidemiologie - Unterernährung und Hunger in der Welt - Unterernährung in Deutschland 5

6 2. WAS IST HUNGER? Hunger ist kein fest definierter Begriff, unter anderem auch deswegen, weil er emotional belastet ist. In der Literatur werden deshalb Begriffe wie: Unterernährung Mangelernährung Malnutration verwendet, mit denen sich der Ernährungszustand eines Menschen auch quantitativ beschreiben läßt. 6

7 2. WAS IST HUNGER? - Definition der Unterernährung - Die Unterernährung tritt ein, wenn die tägliche Energiezufuhr für einen längeren Zeitraum unter dem Bedarfsminimum liegt, welches für einen gesunden Körper und ein aktives Leben benötigt wird Quelle: Welternährungsorganisation (FAO) Die Unterernährung ist eine Verringerung der Energiespeicher Quelle: Leitlinie zur enteralen Ernährung der Deutsche Gesellschaft für Ernährungsmedizin (DGEM) 7

8 2. WAS IST HUNGER? - Wie kann die Unterernährung diagnostiziert werden? - Zur Diagnostik des Ernährungszustandes bzw. der Unterernährung stehen eine Vielzahl von einfachen, gut evaluierten Methoden zur Verfügung: 1. Anthropometrische Methoden Trizepshautfaltendickemessung (TSF) Oberarmmuskelumfang (MAC) Bodymass - Index (BMI) Mid-Upper Arm Circumference (MUAC) 2. Apparativen Methoden Bioelektrische Impedanzanalyse (BIA) 3. Laborchemische Methoden 8

9 2. WAS IST HUNGER? - Wie kann die Unterernährung diagnostiziert werden? - Tabelle: Einteilung des Ernährungszustandes nach BMI Body Mass - Index (BMI) Ernährungszustand BMI [Kg (m²) -1 ] Der BMI wird berechnet, indem man das Körpergewicht (in kg) durch das Quadrat der Körpergröße (in Metern) dividiert. schwere Unterernährung mittlere Unterernährung <16 16,1-17,5 BMI = Körpergewicht [Kg] Körpergröße 2 [m 2 ] leichte Unterernährung 17,6-18,5 Der von der WHO empfohlene untere Grenzwert des BMI- Normalbereiches für Erwachsene beträgt 18,5 Kg [m²] -1. Normalgewicht 18,6-25,0 Übergewicht 25,1-30,0 Adipositas >30 9 extreme Adipositas >40

10 2. WAS IST HUNGER? - Wie kann die Unterernährung diagnostiziert werden? - Der der BMI ist unter anderem vom Alter, Geschlecht und Rasse abhängig. Aus diesem Grund sollte bei Kindern und Jugendlichen die Unterernährung anhand von altersund geschlechtsspezifischen BMI- Perzentilen bestimmt werden. Abbildung: Perzentile für den BMI von Mädchen 10 Bei einem gemessenen BMI < 10 Perzentile besteht ein erhöhtes Risiko für Unterernährung bei Kindern und Jugendlichen. Abbildung: Perzentile für den BMI von Jungen

11 2. WAS IST HUNGER? - Wie kann die Unterernährung diagnostiziert werden? - Mid-Upper Arm Circumference (MUAC) Eine weitere wichtige Methode zur Erfassung des Ernährungszustandes bei Kindern stellt die Messung des Oberarmumfangs dar. Kinder weisen im Alter von 1-5 Jahren einen Oberahmumfang > 14 cm auf. Wie in der Tabelle dargestellt ist, weisen Werte unter 12,5 cm auf eine schwere Unter- bzw. Mangelernährung hin. Tabelle: Oberarmumfang (MUAC) Oberarmumfang (MUAC) Ernährungszustand > 13,5cm hinreichend gut 12,5-13,5cm Mangelernährung 11 < 12,5cm schwere Mangelernährung

12 2. WAS IST HUNGER? - Epidemiologie - 12

13 2. WAS IST HUNGER? - Epidemiologie Millionen Menschen haben nicht genug zu essen das ist mehr als die Bevölkerung von USA, Kanada und Europa zusammen. 820 Millionen in den Entwicklungsländern Ca. 9 Millionen in den Industrieländern und 28 Millionen im ehemaligen Ostblock Besonders vom Hunger betroffen sind Südasien und Afrika Hunger und Armut fordern täglich 25,000 Menschenleben. Mehr als 60% der chronisch Hungerleidenden sind Frauen. Unterernährung für Personen unter 18 Jahren betrifft schätzungsweise 350 bis 400 Millionen Kinder 9,7 Millionen Kinder unter fünf Jahren sterben jedes Jahr in den Entwicklungsländern. 13 Nach laufenden Berechnungen wächst weltweit die Anzahl chronisch Hungerleidender um durchschnittlich vier Millionen Menschen jedes Jahr

14 2. WAS IST HUNGER? - Epidemiologie - % Jungen (n=580) 6 5,4 Ausgeprägtes Untergewicht (<P3) 5 4 4,4 3,6 Untergewicht (>P3-P10) 3,6 3,5 4, ,8 1,6 1,4 2,1 1 0 Alter Gesamt Diagramm: Prävalenz von Unterernährung bei Jungen im Alter von Jahren (Perzentile nach Kromeyer- Hauschild et al. 2001) 14

15 2. WAS IST HUNGER? - Epidemiologie - % Ausgeprägtes Untergewicht (<P3) Untergewicht (>P3-P10) Mädchen (n=544) , ,4 4 3,5 3, ,6 2 0 Alter Gesamt Diagramm: Prävalenz von Unterernährung bei Mädchen im Alter von Jahren (Perzentile nach Kromeyer- Hauschild et al. 2001) 15

16 2. WAS IST HUNGER? - Epidemiologie - % ,7 6,3 4,9 Männer BMI < 18,5 Fraun BMI < 18,5 4 3, ,2 1,9 1 0 Alter 0,7 0,8 0,8 0,6 0,6 0,2 0,30,4 0, Gesamt Diagramm: Prävalenz von Unterernährung bei Männern und Frauen im Alter von Jahren 16 Quelle: Max Rubner-Institut Bundesforschungsinstitut für Ernährung und Lebensmittel (Hg.): Ergebnisbereicht Teil 1 Nationale Verzehrsstudie II. Karlsruhe 2008

17 2. WAS IST HUNGER? - Epidemiologie - Die NVS II erfasste vor allem bei den jüngeren Teilnehmern untergewichtige Personen. Bei den Mädchen stieg die Zahl der Untergewichtigen zwischen dem 14. und 17. Lebensjahr an. Im Alter von 17 Jahren sind fast 10% der Mädchen dieses Alters untergewichtig. Mit zunehmendem Alter sinkt die Zahl der untergewichtigen Personen kontinuierlich ab. Bei den Männern finden sich die meisten Untergewichtigen im Alter von 18 und 19 Jahren (6,7% nur in dieser Altersgruppe). 17

18 - Übersicht- 18 Die Energiespeicher Postabsorptive Phase Der Glucosestoffwechsel Der Glykogenabbau Frühe Hungerphase Der Aufbau von Glucose aus glucoplastischen Aminosäuren (Gluconeogenese) Der Aufbau von Glucose aus Lactat (Cori-Zyklus) Der Aufbau von Glucose aus Glycerin Späte Hungerphase Begrenzung der Proteolyse Umstellung auf die Fettsäureoxidation Die Ketonkörpersynthese Thermoregulation und Gewichtsabnahme während des Hungerns Prolongierte Hungerphase

19 Als Hungerstoffwechsel wird die durch Nahrungsmangel bzw. Nährstoffmangel verursachte Adaption des Stoffwechsels bezeichnet. Die Stoffwechselumstellung auf Nahrungskarenz umfasst folgende Regulationsprinzipien: - Zu jedem Zeitpunkt muss der Organismus ausreichend mit Energie in Form von ATP versorgt werden. - Da ein Proteinverlust von mehr als 30-40% nicht mehr mit dem Leben vereinbar ist, kann dieser Nährstoff nur für eine begrenzte Zeit zur Energieversorgung des Organismus verfügbar sein. - Während des Hungerns muss die Versorgung der glucoseabhängigen Gewebe (Nervengewebe, Erythrozyten, Nierenmark) sichergestellt sein. 19

20 Aufgrund einer regelhaften Folge von Adaptionsmechanismen kann man die Hungerperiode in mehrere, fließend ineinander übergehende Phasen einteilen: Postabsorptive Phase Frühe Hungerphase Späte Hungerphase Prolongierte Hungerphase Der Stoffwechsel stellt sich auf Katabolismus um, d.h. während des Hungerns gewinnt der Organismus die für ihn notwendige Energie aus den Energiespeichern. 20 Dabei greift er zunächst auf die begrenzten Kohlenhydratreserven und dann auf seinen größten Energiespeicher das Depotfett zurück, um die Umwandlung lebenswichtiger Proteine zu Glucose einzuschränken.

21 - Die Energiespeicher - Tabelle: Energiereserven normalgewichtiger und massiv übergewichtiger Menschen sowie Überlebenszeit beim totalem Fasten Normales Körpergewicht Massives Übergewicht Körperbestand [Kg] Verfügbare Reserven [Kg] Energie [kcal] Körperbestand [Kg] Verfügbare Reserven [Kg] Energie [kcal] TG des Fettgewebes Proteine aus Zellemasse Glykogen aus Leber und Muskel 0,25 0, ,25 0, Summe der verfügbaren Energiereserven Überlebenszeit, Tage (GU = 2000 kcal/d)

22 - Postabsorptive Phase - Diese erste Phase des Hungerstoffwechsels beginnt nach Beendigung der Resorption, d.h. etwa 5 bis 6 Stunden nach der letzten Nahrungszufuhr. Die postabsorptive Phase zeichnet sich vor allem durch die Mobilisation von Leberglykogen aus, um den Glucosebedarf des Körpers, besonders die glucoseabhängigen Gewebe, wie ZNS, Erythrozyten und Nierenmark, die absolut auf Glucose angewiesen sind, erfüllen zu können. Selbst unter Hungerbedingungen muss der Blutglucosespiegel über 40mg*dl -1 (2,2mM) gehalten werden. 22

23 - Postabsorptive Phase - Der Glucosestoffwechsel Während der ersten Stunden der Nahrungskarenz kommt es zu einem Absinken des Blutzuckerspiegels (BZ), welcher einen Abfall der pankreatischen Insulinsekretion nach sich zieht. Abbildung: Nüchternblutzuckerwerte (n = 22) 23 Abbildung: Insulinbestimmung (n = 28) im Fasten

24 - Postabsorptive Phase - Die Folge ist eine Verminderung der Glucoseaufnahme im Muskel- und Fettgewebe sowie in der Leber. 24 Abbildung: Die Wirkung von Insulin auf den Einbau von GLUT-4 in die Zellmembran

25 - Postabsorptive Phase - 25 Abbildung: Glucokinase-Aktivität

26 - Postabsorptive Phase - Der Glykogenabbau Die größten und wichtigsten Glykogenspeicher sind die Leber und das Muskelgewebe. 26 Bei einem gut ernährten gesunden Menschen (70 kg schwerer Mann) verfügt die Leber über ca. 75g Glykogen und die Muskulatur über ca. 150g. Infolge des abfallenden BZ wird schon nach wenigen Stunden im Hypothalamus eine sympathikotone Stimulation provoziert, die zu einer verstärkten Adrenalinausschüttung ins Blut führt. Zudem wird Glucagon aus den α- Zellen des Pankreas sezerniert und ins Blut abgegeben Abbildung: Adrenalin- und Noradrenalinausscheidung im Urin und Blutzuckerverhalten im Fasten

27 - Postabsorptive Phase - Adrenalin stimuliert deutlich den Glykogenabbau im Skelettmuskel und nur im geringen Ausmaß in der Leber, während Glucagon in der Leber den Abbau der Glykogenspeicher fördert. Abb.: Glucagon Rezeptor 27 Abbildung: Hormonelle Regulation des Glykogenstoffwechsels

28 - Postabsorptive Phase - Nur die Leber ist in der Lage das gespeicherte Glykogen als freie Glucose an das Blut abzugeben, da nur sie über die Glucose-6-Phoshatase verfügt. Die Muskeln können ihre Glykogenspeicher demnach nur für sich selbst nutzen, so steht ihnen auch im Notfall direkt Energie zur Verfügung. In zunehmendem Maße kommt es in den ersten Fastentagen zu einem Absinken des Insulinspiegels, während der Glucagonspiegel ansteigt. Diese Hormonkonstellation bewirkt die Stimulation von Enzymen in der Leber, welche die Glucolyse hemmen und die Gluconeogenese stimulieren. 28

29 - Frühe Hungerphase - Die frühe Hungerphase schließt sich an die postabsorptive Phase an. Da die Glykogenspeicher nach stündigem, spätestens nach dreitägigem Fasten weitestgehend aufgebraucht sind, muss die Gluconeogenese in Gang gebracht werden, um eine ausreichende Glucoseversorgung der glucoseabhängigen Gewebe, insbesondere des Gehirns, zu gewährleisten. Zwar greift der Körper auch sofort auf seine Fettreserven zurück, doch ist ihre Mobilisation im Fastenstoffwechsel zu Beginn relativ langsam. Hauptorte der Gluconeogenese sind die Leber und die Nieren. Die hepatische Glucoseproduktion beträgt in der Frühphase des Fastens ca. 180g am Tag. 29 Die Nieren stellen in der postabsorptiven Phase weniger als 10% der gesamten Glucoseproduktion bereit. Ab der zweiten Fastenwoche liefern sie fast die Hälfte der Glucose.

30 - Frühe Hungerphase - Nach etwa 24 Stunden entstammen über 66% der Glucose aus der Gluconeogenese. Sie beherrscht in den ersten zehn Fastentagen das Stoffwechselgeschehen. 30 Abbildung: Prozentuale Anteile der Brennstofflieferanten im Fastenstoffwechsel

31 - Frühe Hungerphase - Zu den Substraten die zur Glucoseproduktion herangezogen werden, gehören: glucoplastische Aminosäuren Lactat und Pyruvat Glycerin 31

32 - Frühe Hungerphase - Der Aufbau von Glucose aus glucoplastischen Aminosäuren (Gluconeogenese) Das im Blut ansteigende Glucagon wird jetzt zum Steuerungsfaktor einer bedarfsgerechten Proteolyse und aktiviert unter steigendem Kortisoneinfluss die Gluconeogenese. Dazu stehen die Eiweißreserven aus dem Blut, dem subkutanen Bindegewebe, der Muskulatur und der Basalmembranen der Kapillaren zur Verfügung. 32

33 - Frühe Hungerphase - Der Proteinabbau in der frühen Phase der Nahrungskarenz dokumentiert sich in einem N-Verlust über den Urin von etwa 12g d -1, welches ca g Protein am Tag entsprechen. 33 Abbildung: Täglicher Eiweiß-Abbau und renale Stickstoffausscheidung während einer 28tägigen Fastenperiode

34 - Frühe Hungerphase - Die durch die Proteolyse bereitgestellten Aminosäuren müssen, bevor sie in die Gluconeogenese einfließen können, transaminiert werden. +NH 3 H -OOC R 1 + -OOC O R 2 Aminotransferase O +NH 3 -OOC R 1 -OOC R 2 - Aminosäure - Ketosäure - Ketosäure - Aminosäure + H Das Substrat der Gluconeogenese ist für die Nieren vorwiegend das Glutamin, für die Leber hauptsächlich das Alanin. - Alanin und Glutamin entstehen im Muskel wenn das Kohlenstoffgerüst verzweigt-kettiger Aminosäuren als Brennstoff benutzt wird Das durch die Transaminierungsreaktion entstehtende Ammoniak wird auf Pyruvat und Glutamat übertragen, wobei Alanin und Glutamin entstehen. Diese werden an das Blut abgegeben und transportieren so den Stickstoff zur Leber und den Nieren.

35 - Frühe Hungerphase - Abbildung: Alanin-Glucose-Zyklus 35

36 - Frühe Hungerphase - H 2 O NH 3 H 2 O; NAD + NH 3 ; NADH+H + Glutamin Glutamat -Ketoglutarat Glutaminase GLDH Abbildung: Glutamatstoffwechsel in der Niere (GLDH = Glutamatdehydrogenase) 36 Abbildung: Kohlenhydratstoffwechsel in den Nieren

37 - Frühe Hungerphase - Das bei der Desaminierung von Glutamin entstehende Ammoniak (NH 4+ ) wird über die Niere ausgeschieden. Dadurch entfällt die energieaufwendige Harnstoffbildung. Dadurch steht gleichzeitig eine nahezu äquivalente Menge von Ammoniumionen zur Kompensation der im Harn erscheinenden sauren Stoffwechselprodukte (Ketonkörper, Lactat, Harnsäure) zur Verfügung. So trägt die Niere zur Stabilisierung des zur Azidose neigenden Säure-Basen-Haushaltes bei. Stickstoff wird schließlich im Urin zu etwa 50% als Ammoniumionen und nur noch zu etwa 12% als Harnstoff ausgeschieden. 37 Die Verschiebung der Stickstoffmetaboliten zugunsten des Ammoniumion zeigt, dass ein Teil der Gluconeogenese von der Leber in die Nieren verlagert wird. Abb.: Stickstoffausscheidung mit dem Urin

38 - Frühe Hungerphase - Die meisten Aminosäuren werden über Pyruvat, das in den Mitochondrien zu Oxalacetat carboxyliert wird und im Zytoplasma zu Phosphoenolpyruvat umgewandelt, in die Gluconeogenese eingeschleust. Aus 100g Eiweiß lassen sich nur etwas mehr als 50g Glucose gewinnen. Ohne weitere Sparmaßnahmen wäre der Organismus rasch am Ende seiner Eiweißreserven. 38 Ein Spareffekt besteht im Wiederaufbau von Lactat (Cori- Zyklus) und Glycerin zu Glukose. Abbildung: Überblick über den Abbau der Aminosäuren

39 - Frühe Hungerphase - Der Aufbau von Glucose aus Lactat (Cori-Zyklus) 39 Abbildung: Cori-Zyklus

40 - Frühe Hungerphase - Der Aufbau von Glucose aus Glycerin 40 Abbildung: Überblick über die Gluconeogenese

41 - Frühe Hungerphase - In der Frühphase des Fastens werden insgesamt etwa 160g Triacylglycerin, die aus dem Fettgewebe stammen, pro Tag oxidiert. Davon sind etwa 16g Glycerin, welches für die Gluconeogenese genutzt wird. Der eiweißsparende Effekt, durch die Verwendung von Glycerin und Lactat zum Glucoseaufbau, ist aber bei weitem nicht ausreichend. Deshalb muss die Lipolyse, deren Energiegewinnung bisher nur der Gluconeogenese diente, immer mehr in Gang gebracht werden. 41

42 - Späte Hungerphase - Diese Hungerphase beginnt ca. 4 Tage nach der letzten Nahrungsaufnahme und ist durch Adaptationsmechanismen gekennzeichnet, die es dem menschlichen Organismus ermöglichen Hungerperioden von mehreren Wochen zu überleben. In der frühen Hungerphase wird der Glucosebedarf der glucoseabhängigen Gewebe weitestgehend durch die Gluconeogenese aus Proteinen gedeckt. Das Gehirn und die Nerven verbrauchen etwa 80% (ca. 144g) der gesamten Glucose. 42 Die verbleibenden 20% (36g) werden im glykolischen Stoffwechsel anderer Gewebe wie den Erythrozyten, dem Knochenmark, dem Nierenmark und im geringen Umfang auch in der Muskulatur oxidiert.

43 - Späte Hungerphase - Um diese Menge an Glucose zu bilden werden ca. 75g Muskelproteine abgebaut. Da der Verlust von mehr als 40% des Körpereiweißbestands mit dem Leben unvereinbar ist würde etwa nach 4 Wochen, bei diesem Mechanismus der Energieversorgung, der Tod eintreten. Deshalb stellen sich viele Gewebe darauf ein, zur Energieversorgung anstelle von Glucose Fettsäuren und Ketonkörper zu verbrennen. 43

44 - Späte Hungerphase - Begrenzung der Proteolyse Die Begrenzung der Proteolyse und damit der Gluconeogenese dokumentiert sich in der sinkenden Stickstoffausscheidung über den Urin. Beträgt der Stickstoffverlust in der ersten Fastenwoche noch etwa 12g am Tag, so sinkt er bei einer Fastendauer von zwei Wochen auf 4-6g am Tag ab. Der Abbau an Muskelprotein beträgt noch etwa 25g am Tag. 44 Abbildung: Täglicher Eiweiß-Abbau und renale Stickstoffausscheidung

45 - Späte Hungerphase - Die Mechanismen und Signale, welche zu dieser Proteineinsparung führen, sind noch nicht vollständig aufgeklärt: Es wird angenommen, dass die verminderte Plasmakonzentration an Alanin eines der Signale zur Drosselung der Gluconeogenese und damit zur Einschränkung des Proteinabbaus ist. 45 Abbildung: Konzentration verschiedener Aminosäuren im Plasma während einer 40tägigen Fastenperiode.

46 - Späte Hungerphase - - Des Weitern kommt es zu einer hormonellen Umstellung, von der zweiten Woche an steht der Fastenverlauf unter dem Einfluss des STH (somatotrop-wirksame Wachstumshormon). Abbildung: Wachstumshormon- und Blutzuckerspiegel im Fasten (S-GH = Serum Growth Hormone = Somatotropes Hormon [STH]) - STH wird in der Hypophyse gebildet und wirkt in erster Linie über Somatomedine, die an an einem Rezeptor mit Tyrosinkinasekativität binden Auf diese Weise bremst STH den Luxuskonsum der Proteolyse in der Muskulatur und wirkt außerdem stark lipolytisch.

47 - Späte Hungerphase - Umstellung auf die Fettsäureoxidation STH setzt den Verbrauch von Glucose in der Muskulatur herab und bietet dafür in zunehmendem Maße freie Fettsäuren zur Verbrennung an. Der niedrige Blutzuckerspiegel, sowie der niedrige Insulinspiegel erleichtern den Fettsäuren die Passage durch das Sakrolemma und damit den Eintritt in die Muskulatur. Die Skelettmuskulatur, der Herzmuskel, die Nierenrinde und das Bindegewebe werden komplett auf die Fettsäureoxidation umgestellt. 47 Sie oxidieren während des Fastens nur wenig Glucose, da sie aufgrund des niedrigen Insulinspiegels nur wenig Glucose aufnehmen können. Das bei der Lipolyse anfallende Glycerin wird zur Glucosebildung herangezogen und leistet damit ebenfalls einen Beitrag zur Begrenzung der Proteolyse.

48 - Späte Hungerphase - Von der der dritten Fastenwoche an deckt der Organismus seinen Energiebedarf fast ausschließlich aus der Fettsäureoxidation. Die an Albumin gebundenen, zirkulierenden Fettsäuren gelangen in die Leber, werden dort oxidiert (β-oxidation) und zum Teil in Ketonkörper umgewandelt. Die Ketonkörper dienen in zunehmendem Maße als Substrat der Energiegewinnung im Muskel, sowie im Gehirn und in den Nieren. 48

49 - Späte Hungerphase - Acetyl-CoA HS-CoA Die Ketonkörpersynthese Oxalacetat Citrat Citratsynthase H 2 O Abbildung : Citratsynthase-Reaktion Ketonkörper werden vom Körper produziert wenn wenig Kohlenhydrate und viele Fettsäuren im Blut vorhanden sind. In dieser Situation wird die Leber mit Fettsäuren "überschwemmt". Die Leber baut die Fettsäuren in der β-oxidation ab und schleust das entstandene Acetyl-CoA in den Citratzyklus ein. Durch die Gluconeogenese im Hungerzustand kommt es jedoch zu einem Mangel an Oxalacetat, welches zur Einschleusung von Acetyl-CoA in den Citratzyklus erforderlich ist. 49 Da das Acetyl-CoA der Gluconeogenese nicht zugänglich gemachte werden kann und die Leber zur gleichen Zeit bestrebt ist, leicht verfügbare, wasserlösliche Ersatzenergieträger zur Verfügung zu stellen, wird unter diesen Bedingungen das Acetyl-CoA zur Bildung von Acetacetat, D-3-Hydroxybutyrat und Aceton umgeleitet.

50 - Späte Hungerphase - 50 Abbildung: Reaktionen der Ketogenese

51 - Späte Hungerphase - Die wasserlöslichen Ketonkörper werden an das Blut abgegeben und in den Mitochondrien der extrahepatischen Geweben verwertet. Sie werden selbst in Gegenwart von Glucose und Fettsäuren bevorzugt oxidiert und bremsen so zusätzlich die Proteolyse aus der Muskulatur und die Glucoseoxidation. Das Gehirn stellt seine Energiegewinnung auf die Oxidation von Ketonkörpern um, da es sonst aufgrund der verminderten Gluconeogeneserate aus Aminosäuren einen Substratmangel erleiden würde. Auch das Herz nutzt Ketonkörper als Brennstoff. Nach ca. drei Hungertagen wird etwa ein Drittel des Energiebedarfs des Gehirns durch Ketonkörper gedeckt. 51 Eine gesundheitsgefährdene Ketose ist, aufgrund der zwar geringen aber vorhandenen Insulinsekretion, nicht zu befürchten, wie es bei einem abs. Insulinmangel der Fall wäre (z.b. Typ-1 Diabetes).

52 - Späte Hungerphase - 52 Abbildung: Konzentrationen von Glucose, Ketonkörpern und freien Fettsäuren im Blut während einer 40tägigen Fastenperiode

53 - Späte Hungerphase - Thermoregulation und Gewichtsabnahme während des Hungerns Während der Nahrungskarenz kommt es in den ersten Tagen der frühen Hungerphase zu einer Zunahme des Grundumsatzes. - Die erhöhte Konzentration an freien Fettsäuren, steigert die Expression von "uncoupling protein" (UPC) 2 und UPC 3 (Entkopplung der oxidativen Phosphorylierung) und die Katecholamine führen zur Erhöhung des Energieumsatzes in der frühen Hungerphase. Abbildung: Grundumsatz im Fasten

54 - Späte Hungerphase - Mit zunehmender Hungerdauer kommt es zu einer Drosselung der Wärmeproduktion: - Entfall der "Nahrungsinduzierte Thermogenese. - Rückgang des Sauerstoffsverbrauches. Dementsprechend gehen der respiratorische Quotient und der Grundumsatz zurück. Die Urschache für den verminderten Sauserstoffverbrauch ist nicht ganz geklärt Der steile Abfall des STH direkt in den ersten Fastentagen schränkt die Funktion der Schilddrüse ein. - Das Serum-T3 und -T4, sowie der Grundumsatz nehmen ab und die Kälteempfindlichkeit nimmt zu. Abbildung: STH

55 - Späte Hungerphase - Da die Gewichtsabnahme dem Energieerhaltungssatz unterliegt hängt sie direkt von: - Der Strenge der Kostbeschränkung - Der Dauer der Nahrungskarenz - Der körperlichen Arbeitsleistung - Der abgegebenen Wärmemenge ab Der Gewichtsverlust in den ersten 3-4 Tagen (frühe Hungerphase) beträgt ca. 2-3 Kg. Ab der späten Hungerphase beträgt, aufgrund des immer sparsamer werdenden Grundumsatz, der Gewichtsverlust nur noch etwa 250g d Durch diese Mechanismen wird insbesondere der Proteinkatabolismus verzögert und damit die Überlebenschancen für lange Hungerperioden gesichert.

56 - Prolongierte Hungerphase - Nach einer Fastenzeit von 5-6 Wochen sinkt die Glucoseproduktion von anfänglich g auf 74-80g Glucose am Tag ab, wovon: - 39g aus Lactat g aus Glycerin Leber g aus Aminosäuren, zumeist Glutamin Nieren Parallel zur Abnahme der Gluconeogenese nimmt die Proteolyse in der Skelettmuskulatur von 75g auf 20-25g am Tag ab. Dem entsprechend bleibt die Stickstoffausscheidung auf einem niedrigen Niveau von 3-5g am Tag konstant. Abbildung: Renale Stickstoffausscheidung 56

57 - Prolongierte Hungerphase - Das Gehirn hat sich auf die Utilisation von Ketonkörpern eingestellt und die Glucoseverwertung stark vermindert. Nur noch 35-40g Glucose werden vom Geherin oxidiert, 60-80% des zerebralen Energiebedarfes werden durch Ketonkörper gedeckt. Darüber hinaus baut das Gehirn etwa 1/3 der ihm angebotenen Glucose nur bis auf die Stufe des Lactat ab, welches dann der Gluconeogenese wieder zugeführt werden kann. Der Grundumsatz sinkt um 20%. Mit diesen Stoffwechselveränderungen ist eine langfristige, adäquate Energieversorgung der zum Überleben entscheidenden Organe bei gleichzeitiger Schonung des Körpereiweißes gesichert. 57

58 - Prolongierte Hungerphase - Diese Hungerphase wird entweder durch neue Nährstoffaufnahme oder durch den Tod beendet. Wie lange Hunger mit dem Leben vereinbar ist, hängt vorwiegend von der Größe der Fettdepots ab. Was geschieht, wenn die Fettdepots erschöpft sind? Die einzige verbleibende Brennstoffquelle sind die Proteine. Der Proteinabbau nimmt zu und es kommt unvermeidlich zum Tod durch Herz-, Leber oder Nierenversagen. Zudem besteht eine erhöhte Infektanfälligkeit durch den erniedrigten Immunglobulinspiegel (Ig) und einer eingeschränkten zellulären Infektabwehr, welche sehr häufig zum Tode führt. 58

59 - Zusammenfassung- Der Organismus ist durch verschiedene Adaptionsmechanismen in der Lage selbst längere Fastenperioden zu überdauern. Aufgrund einer regelhaften Folge der Adaptionsmechanismen kann man den Fastenverlauf in mehrere, fließend ineinander übergehende Phasen einteilen (Postapsorptive- Frühe-, Späte- und prolongierte Hungerphase). Um die die Organfunktion aufrechtzuerhalten verfügt der Körper über Energiereserven. Während des Hungerns greift er zunächst auf die begrenzten Kohlenhydratreserven zurück, welche jedoch nach ca Sunden erschöpft sind. 59 Damit die Versorgung der glucoseabhängigen Gewebe (Nervengewebe, Erythrozyten, Nierenmark) gewährleistet ist, werden die Aminosäuren aus dem Körpereiweiß zur Glucosebildung herangezogen.

60 - Zusammenfassung- Um die Umwandlung lebenswichtiger Proteine zu Glucose einzuschränken, greift der Körper auf seine größten Energiespeicher, dem Fettgewebe zurück. Nach etwa 2 bis 3 Wochen stellt sich, unter einer weiteren Drosselung des Proteinkatabolismus und einer weitgehenden Umstellung des Gehirnmetabolismus von Glucose zur Ketonkörperoxidation, ein Stoffwechselgleichgewicht ein. Als Ausdruck der fortschreitenden Stoffwechselökonomie sinkt der Energieverbrauch im Verlauf des Fastens deutlich ab. Die letzte Hungerphase wird entweder durch neue Nährstoffaufnahme oder durch den Tod beendet. 60

61 "Zweifle nie daran, dass eine kleine Gruppe engagierter Bürgerinnen und Bürger die Welt verändern kann im Gegenteil: nur so sind jemals Veränderungen passiert" (Margaret Mead, Ethnologin) VIELEN DANK! 61