Das Sättigungsgefühl Übergewichtiger: chronisch reduzierten zerebralen Energiestatus

Medizin am Abend Berlin Fazit: Gestörte Hirn-Energiegewinnung bei Übergewicht

Im Gehirn von adipösen Menschen ist die Gewinnung von Energie aus Glukose (Zucker) stark vermindert. 

Das konnten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Sektion für Psychoneurobiologie im Center of Brain, Behavior and Metabolism (CBBM) der Universität zu Lübeck in einer human-experimentellen Studie zeigen, deren Ergebnisse jetzt im Fachjournal Metabolism veröffentlicht wurden. 

• Die gestörte Energiegewinnung des Gehirns könnte eine Erklärung für das häufig fehlende Sättigungsgefühl Übergewichtiger sein. 

Forscherteam Dipl.-Psych. Ewelina K. Wardzinski, Dr. Uwe H. Melchert, Alina Kistenmacher, M.Sc., Kai Duysen, Prof. Dr. Kerstin Oltmanns (von vorn nach hinten)
Uni Lübeck

 
Übergewicht betrifft laut aktueller Schätzungen weltweit ca. 2,2 Milliarden Erwachsene, davon leiden 650 Millionen an dessen Extremform – der Adipositas. In der Altersgruppe zwischen fünf und 19 Jahren betrifft Übergewicht gemäß Weltgesundheitsorganisation (WHO) 340 Millionen und im Alter unter fünf Jahren noch 41 Millionen Kinder. Allein in Deutschland beläuft sich die Zahl auf ca. 60 Prozent der Bevölkerung, mittlerweile mehr Männer als Frauen. 




Zielregion der 31P-MRS-Messungen im Gehirn  Wardzinski et al. 2018

Gestörte Hirn-Energiegewinnung bei Übergewicht

Gängige Therapieprogramme zur Gewichtsreduktion basieren auf Diätplänen, Ernährungsumstellung, Kalorienrechnern, Sportprogrammen etc. und sind nach aktuellem Kenntnisstand nicht nachhaltig wirksam.

Langfristig führen sie in der überwiegenden Zahl der Fälle zur Wiederzunahme des Gewichts, häufig sogar noch über die Ausgangssituation hinaus (sog. Jojo-Effekt). Die Zahl Übergewichtiger steigt daher kontinuierlich weiter an.

Reduzierter Energiestatus im Gehirn

• Einen Erklärungsansatz für diese Entwicklung sehen Forscher in einer Störung der Energiehomöostase im Gehirn. 

• Das Team um Prof. Kerstin Oltmanns konnte bereits 2010 nachweisen, dass es einen Zusammenhang zwischen steigendem Körpergewicht und reduziertem Energiegehalt im menschlichen Gehirn gibt. 

Die Ursache des erniedrigten Energiestatus war völlig unklar.

Man wusste nur, dass ein hoher zerebraler Energiegehalt Sättigungsgefühle auslöst. Übergewichtige berichten wiederum oft, dass sie Sättigung nicht wahrnehmen.

Eine interdisziplinäre Arbeitsgruppe der Lübecker Sektion für Psychoneurobiologie hat nun unter der Leitung der Diplom-Psychologin Ewelina K. Wardzinski und Prof. Oltmanns in einer aktuellen Studie bei adipösen und normalgewichtigen Männern mittels intravenöser Glukoseinfusion den Blutzuckergehalt – und damit die Zuckerzufuhr für die Energiegewinnung im Gehirn – experimentell erhöht und Veränderungen im Energiestatus des Gehirns untersucht. Dies erfolgte mittels 31P-Magnetresonanz-Spektroskopie, einer Methode, über die nur sehr wenige Forschungszentren weltweit verfügen.

Bei der normalgewichtigen Gruppe stieg der Hirnenergiegehalt nach der Glukosegabe sofort an, während sich bei den adipösen Studienteilnehmern keine Veränderung zeigte. Erst nach einer starken Anhebung des Blutzuckers durch die Infusion erfolgte ein geringer Anstieg auch im Gehirn der übergewichtigen Studienteilnehmer.

Übergewicht als psychoneurobiologische Störung?

• „Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass bei Übergewichtigen eine Störung der Energiegewinnung im Gehirn vorliegt“, erläutert Psychologin Wardzinski. 

• „Möglicherweise erklärt diese Störung den chronisch reduzierten zerebralen Energiestatus bei den Betroffenen und auch, warum Übergewichtige oft kein Sättigungsgefühl spüren. 
• Dann hungert das Gehirn gewissermaßen.“

Interessanterweise finden sich hinsichtlich des erniedrigten Hirn-Energielevels Parallelen zu psychischen Erkrankungen, welche Stimmung und Gefühle beeinträchtigen.

Menschen mit einer Depression zeigen ebenfalls einen reduzierten Hirnenergiegehalt. 

Ähnlich wie bei psychischen Erkrankungen hat offenbar auch bei Übergewicht eine Verhaltenstherapie anstelle von Diätplänen Erfolg.

Ein eigens für Übergewichtige entwickeltes verhaltenstherapeutisches Lernprogramm führt zu einer Verbesserung der Sättigungswahrnehmung, Reduktion der Nahrungsaufnahme und somit Gewichtsverlust, wie erste Zwischenergebnisse einer laufenden Studie zeigen. 

„Offenbar hängen Psyche, Hirnenergiestoffwechsel und Körpergewichtsregulation eng miteinander zusammen, was berücksichtigt werden muss, wenn man dauerhaft abnehmen will“, so Prof. Oltmanns.

Die Studie gehört zum Teilprojekt B04 „Cerebral energy homeostasis and incentive salience of food“ im Sonderforschungsbereich Transregio 134 der Deutschen Forschungsgemeinschaft (“Ingestive behaviour: homeostasis and reward”).

Originalpublikation:
Wardzinski EK, Kistenmacher A, Melchert UH, Jauch-Chara K, Oltmanns KM (2018) Impaired brain energy gain upon a glucose load in obesity. Metabolism, March 6, doi: 10.1016/j.metabol.2018.02.013 [Epub ahead of print]

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Berlin Heart Academy 2018: Die Wirksamkeit von Arzneistoffen - Botenstoffe

Medizin am Abend Berlin Fazit: Kommunikation in der Zelle: wichtiger Teilschritt der Signalübermittlung aufgeklärt

• Die Wirksamkeit neuer Arzneistoffe hängt entscheidend vom grundlegenden Verständnis der komplexen Prozesse einer Körperzelle ab. 

Wissenschaftler der kalifornischen Stanford University und der Charité – Universitätsmedizin Berlin haben einen wichtigen molekularen Schritt der zellulären Signalweitergabe entschlüsselt und im Fachjournal Nature* veröffentlicht. 

Ihre Erkenntnisse können dazu beitragen, spezifische Wirkstoffe gegen verschiedene Krankheiten zu entwickeln, zum Beispiel gegen Asthma und Bluthochdruck. 

Molekülstruktur von Arrestin (lila und türkis), gebunden an einen GPCR (rot) in der Zellmembran (horizontale schwarze Linien). Die veröffentlichte Studie untersuchte, wie der „Kern“ und der „Schwanz“ des Rezeptors Veränderungen in der molekularen Struktur von Arrestin auslösen und damit die Bindung von Arrestin an den Rezeptor stimulieren. Copyright: Naomi Latorraca und Ron Dror/Stanford University.
 
Signale werden innerhalb des Körpers oft mit Hilfe von Botenstoffen übermittelt.

• Diese Moleküle binden an spezifische Andockstellen auf der Oberfläche der Zielzelle und lösen eine Reihe von Folgereaktionen im Inneren der Zelle aus. 

Die größte Familie von Andockstellen sind die sogenannten G-Protein-gekoppelten Rezeptoren (GPCR).

• Diese GPCRs sind nicht nur an der Verarbeitung von Sinnesreizen beteiligt, sie sind auch ein wichtiges Ziel für die medikamentöse Behandlung von Krankheiten wie Asthma, Schizophrenie, Bluthochdruck und Krebs. 

• 30 bis 40 Prozent aller derzeit verschriebenen Medikamente gegen diese Erkrankungen zielen auf die GPCRs ab. 

• Die Funktionsweise der GPCRs in der Zelle hängt davon ab, wie die Rezeptoren mit verschiedenen Proteinen in der Zelle wechselwirken. 

Eines dieser Proteine ist das Arrestin. Es steuert, welche Signalwege durch verschiedene Rezeptoren und ihre verschiedenen Bindungspartner aktiviert werden.

Das Ziel der Studie war es, den molekularen Mechanismus der Aktivierung des GPCR-Arrestin-Komplexes aufzuklären.

Hierzu wurde mit Hilfe von Computersimulationen und Fluoreszenzspektroskopie die Veränderungen in der molekularen Struktur des an den Rezeptor gebundenen Arrestins überwacht.

Die Ergebnisse erlauben erstmals einen detaillierten Einblick in die molekularen Interaktionen von GPCR und Arrestin während der Signalweitergabe in der Zelle. Dr. Martha Sommer vom Institut für Medizinische Physik und Biophysik der Charité über die Bedeutung ihrer Forschung für die Grundlagenmedizin: „Je besser wir verstehen, wie diese Rezeptoren mit den Bindungspartnern im Inneren der Zelle interagieren, desto besser sind wir in der Lage, Medikamente zu entwickeln, die eine gewünschte therapeutische Wirkung haben, aber unerwünschte und schädliche Nebenwirkungen vermeiden.“

Nachfolgende Studien sollen den Blick auf die Vorgänge zwischen GPCR und Arrestin weiter schärfen, um die Entwicklung von Arzneimitteln zu ermöglichen, die spezifisch auf diesen Signalweg einwirken.

Publikation:
* Latorraca NR, et al. Molecular mechanism of GPCR-mediated arrestin activation. Nature. 2018 May 2. DOI: 10.1038/s41586-018-0077-3.

Kooperation und Förderung:
Die Studie ist eine Kooperation zwischen der Charité und Prof. Dr. Ron Dror von der Stanford University in Kalifornien, USA. Die AG Arrestin der Charité wird von der Deutschen Forschungsgemeinschaft gefördert, im Rahmen des Sonderforschungsbereichs 740 „Von Molekülen zu Modulen: Organisation und Dynamik zellulärer Funktionseinheiten“.

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- AG Arrestin am Institut für Medizinische Physik und Biophysik https://biophysik.charite.de/forschung/ag_arrestin/

- Originaltext der Publikation:
https://www.nature.com/articles/s41586-018-0077-3

CAVE: Diskutieren Sie heute am Frühstückstisch: Passivrauchen - Kinder/Jugendliche/Mittelohrentzündung

Medizin am Abend Berlin Fazit: Passivrauchen – eine große Gefahr für die Gesundheit der Kinder

Passivrauchen gefährdet Ungeborene sowie Kinder und Jugendliche in großem Maße, warnt Dr. Freerk Prenzel, Oberarzt an der Klinik und Poliklinik für Kinder- und Jugendmedizin am Universitätsklinikum Leipzig. 

• „Wenn ein Kleinkind ständig unter Mittelohrentzündungen leidet und seine Sachen riechen nach Rauch, sollten Ärzte und Schwestern, aber auch Tanten und Omas aufmerksam werden“, sagt der Experte für Kinderpneumologie und Kinderallergologie.

•  „Denn Mittelohrentzündungen könnten eine Folge davon sein, dass die Eltern rauchen – und das Kind ständig passiv mit.“ 

 Dr. Freerk Prenzel Stefan Straube / UKL

• Wenn die Schwangere selbst raucht oder fortwährendem Tabakkonsum ausgesetzt ist, können beim werdenden Kind Entwicklungsschädigungen entstehen, die sich im gesamten späteren Leben negativ bemerkbar machen. 

• In Extremfällen können diese Schädigungen sogar zur Früh- oder Fehlgeburt führen.

• „Auch plötzlicher Kindstod, Fehlbildungen, eingeschränkte Lungenfunktion, Kreislauferkrankungen, geistige Entwicklungsstörungen und auch Verhaltensstörungen sind mit indirektem Nikotinkonsum assoziiert“, so Dr. Prenzel.

Die Gefahren für das Kind werden nicht weniger, wenn es auf der Welt ist und die Eltern rauchen.

Die dann lauernden Mittelohrentzündungen gehören noch zu den harmlosen Erkrankungen. 

Denn Lungeninfektionen und Asthma, Krebserkrankungen, Stoffwechselstörungen und Veränderungen des Immunsystems sind nicht selten.

„Das tägliche Einwirken von Tabakrauch ist das größte Problem“, so der Leipziger Kinderarzt.

• „Und wenn die Eltern sich selbst beruhigen wollen, indem sie sagen, nur draußen auf dem Balkon zu rauchen – da muss ich sagen: Studien zeigen, dass die Stoffe, die beim Rauchen frei werden, sich an den Händen, der Bekleidung und dann auch im Hausstaub nachweisen lassen. 

• Und auf dem Teppich krabbeln die Kleinen herum. Kein Wunder, dass dann die Abbauprodukte von Nikotin im Urin der Kinder zu finden sind.“

Das Rauchen der Eltern im Auto ist aus der Sicht des Mediziners eine „erhebliche Gefährdung der eigenen Kinder“. Da spiele auch keine Rolle, ob die Klimaanlage laufe, ein Fenster offen sei oder nicht. Eine einzige Zigarette habe auf einem Kubikmeter mehr oder weniger abgeschossenem Raum sehr intensive Wirkung.

Wie Dr. Prenzel weiter sagt, würde die konsequente Umsetzung der WHO Rahmenkonvention zur Eindämmung des Tabakgebrauchs und die Realisierung des vom Medizin-Journal „Lancet“ ausgerufenen Ziels, bis 2040 die Zahl der Raucher unter fünf Prozent der Bevölkerung zu drücken, ein riesiger Schritt auch für die Gesundheit der Kinder sein.

„In Deutschland wurde mit dem Rauchverbot für die meisten Gaststätten, mit der teilweisen Einschränkung von Tabakwerbung und dem Aufdruck von Krankheitsbildern auf Zigarettenschachteln schon einiges bewegt“, so der Leipziger Kinderarzt.

„Dennoch erachte ich es als einen grundlegenden Fehler, die Tabakwerbung nicht komplett zu verbieten.“

Zugleich ist er sicher, dass das Rauchen nicht nur gebrandmarkt werden muss, sondern Rauchern auch geholfen werden muss, von der Sucht loszukommen. 

Unter www.rauchfrei-info.de werde viel Information geboten und gleichzeitig Hilfsangebote gemacht.

„Ich tue mit Nichtrauchen etwas für mich, ich tue mit Nichtrauchen etwas für meine Kinder und ich tue mit Nichtrauchen etwas für meinen Geldbeutel – wenn es gelänge, diese Erkenntnisse in die Hirne der Raucher zu pflanzen, wäre viel gewonnen.“

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