KFO 126: Selfish Brain: Brain Glucose and Metabolic Syndrome

Die Regulation der Gehirnglukose ist von essenzieller Bedeutung für höhere Organismen. Der Mangel an Gehirnglukose erzeugt kognitive Dysfunktionen; sehr niedrige Glukosekonzentration induzieren Konvulsionen, Bewusstseinsverlust und Tod. Es gibt ein konventionelles Paradigma zur Glukoseregulation. In Harrison s Principals of internal medicine (14. Auflage) ist zu lesen, The maintenance of plasma glucose concentrations within narrow bounds is essential for health (Die Aufrechterhaltung der Plasmaglukosekonzentrationen innerhalb enger Grenzen ist wesentlich für die Gesundheit).
Hier formulieren wir ein innovatives Paradigma, in welchem wir den Begriff Plasmaglukose durch den Begriff Gehirnglukose ersetzten. Dieses zugrunde liegende Paradigma wird in unserer Review-Arbeit The Selfish Brain: Competition for Energy Resources vorgestellt (Neuroscience Biobehavioral Reviews, 2004). Das neue Konzept verbindet alle Teilprojekte. Das Ziel der Klinischen Forschergruppe ist es, diesen Paradigmenwechsel vorzubereiten und zu etablieren.
Es gibt vier Grundsätze der Theorie:
-- Das Gehirn setzt die höchste Priorität auf die Anpassung der eigenen ATP-Konzentration. Hoch- und niedrigaffine ATP-sensitive Kalium-Kanäle regulieren die Allokation von Glukose zum Gehirn.
-- Die ATP-Regulation des Gehirns ist ein lernfähiger Regelprozess. Die Glukose-Selbst-Allokation des Gehirns ist unter kurzfristiger und langfristiger Feedback-Kontrolle durch Cortisol und seiner hoch und niedrig affinen Rezeptoren.
-- Das Gehirn nutzt die Plastizität des limbischen Systems, um die Selbst-Allokation langfristig zu stabilisieren. Nach der Erfahrung von Stress kann das Gehirn mittels einer erneut erlangten Konsolidierung und Stabilisierung des Selbst-Allokations-Prozesses seine Energienachfrage-Strategie neu bewerten.
-- Änderungen der Glukose-Allokation kann durch eine Änderung der Nahrungsaufnahme oder durch die Nutzung alternativer Substrate wie Ketonen oder Laktat kompensiert werden. Alternative Strategien des Gehirns, um seine eigenen Energieansprüche abzusichern, können zu Erkrankungen wie Adipositas oder Typ-2-Diabetes führen.
Im Gegensatz zu traditionellen Modellen verändert das von uns vorgeschlagene Paradigma grundsätzlich die Hierarchie der regulierten Größen und stellt den Energiebedarf des Gehirns an die oberste Position. Die Größe der Fettmasse oder Muskelmasse wird damit zu einem Regulationsziel zweiter Ordnung. Gemäß diesem Konzept handelt es sich bei Adipositas und Typ-2-Diabetes um Erkrankungen des Gehirns mit Defekten der neuroendokrinen Funktionen. Anstrengungen zur Prävention oder Behandlung der Adipositas können nur dann erfolgreich sein, wenn diese spezifischen Aspekte berücksichtigt werden.

Zusammenfassend bereiten die theoretischen und experimentellen Ergebnisse der KFO 126 einen Paradigmenwechsel im Feld der Adipositasforschung vor. Früher wurde die aktive Rolle des Gehirns, welches nachgewiesenermaßen „aktiv“ Energie aus dem Körper anfordert, nicht hinreichend berücksichtigt. Dieser Gesichtspunkt ist aber für ein tiefes Verständnis des Energiestoffwechsels unabdingbar. Aus neuroenergetischer Perspektive ergibt sich durch die Arbeiten der KFO 126 ein völlig neues Bild vom menschlichen Energiestoffwechsel. Dieses hat wichtige Implikationen für die Anwendung von Maßnahmen, mit denen der Gewichtszunahme von Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen entgegengewirkt werden kann.