Ihr Gehirn ist ein sehr 'teures' Organ in Bezug auf seinen Energiebedarf. Diese bemerkenswerte Struktur, die bei einem durchschnittlichen Erwachsenen etwa 3 Pfund wiegt, besteht zu etwa 60 Prozent aus Fett, während der Rest seiner Gewebe aus einer Kombination von Wasser, Kohlenhydraten, Proteinen und Salzen besteht. Ihr Gehirn, ohne das Sie vermutlich nicht Sie wären, ist teuer, weil es erstaunliche 20 Prozent der täglichen Energie verbraucht, die benötigt wird, um Ihren gesamten Körper am Laufen zu halten. Dies ist trotz seiner relativ geringen Größe im Vergleich zu Ihrem gesamten Körper.

Was ist also hier los? Warum ist Ihr Gehirn ein solcher Energiefresser und was hat das mit Ketonen und Alzheimer zu tun? Lassen Sie uns einen genaueren Blick darauf werfen, wie Ihr Gehirn Energie nutzt.

Zuerst wollen wir Glukose untersuchen, die die Hauptenergiequelle für Körper und Gehirn ist. Glukose, vom griechischen Wort glykys mit der Bedeutung „süß“, ist als einfacher Zucker bekannt und besteht aus Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Dieser Zucker wird im ganzen Körper verwendet, um den vielfältigen Energiebedarf des Körpers zu decken. Ihr Körper kann Glukose gewinnen, indem er Zucker wie Fruktose und Laktose aus Lebensmitteln abbaut, und er kann stärkehaltige Lebensmittel abbauen, um ebenfalls Glukose zu produzieren.

Ihr Körper kann auch Glukose aus dem in Ihrer Leber und Ihren Muskeln gespeicherten Glykogen in eine verwertbare Form umwandeln. Dies wird als Glykogenolyse (sagen Sie „GLY-ko-gen-OLL-eh-sis“) bezeichnet, von „Lysis“, was „schneiden“ bedeutet.

Eine weitere Möglichkeit, wie Ihr Körper Glukose produziert, ist ein Prozess namens Gluconeogenese (sagen Sie „GLUE-co-neo-GEN-eh-sis“), was Sie wahrscheinlich erraten können, bedeutet die Schaffung neuer Glukose. Dieser Prozess findet hauptsächlich in Ihrer Leber und Ihren Nieren statt, wo Ihr Körper nicht-kohlenhydrathaltige Vorläufer wie Laktat verwendet, um Glukose zu produzieren. Diese Form der Glukoseproduktion ist besonders aktiv, wenn Sie sich von intensivem Training erholen.

Ihr Körper verwendet Glukose zur Produktion von ATP (Adenosintriphosphat), einem Molekül, das Energie transportieren kann. Sie können ATP als die Währung Ihrer Zellen betrachten, da es Energie speichert und bei seinem Abbau Energie freisetzt, die alle lebenswichtigen Prozesse antreibt. Nun zurück zum Gehirn.

Ihr Gehirn, da es den Großteil der Energie Ihres Körpers verbraucht, muss eine zuverlässige und stetige Energiequelle haben, sonst kommt es zu Zellsterben und wahrscheinlich zu dauerhaften Schäden. Diese Energie aus Glukose ist entscheidend für die Informationsverarbeitung in Ihrem Gehirn, einschließlich der Bildung von Langzeitgedächtnissen. Eines der guten Dinge an Glukose ist, dass sie eine gute Energiequelle ist, da jedes Glukosemolekül eine bemerkenswerte Menge an ATP produziert. Dennoch ist der Prozess der Glukoseproduktion nicht sehr effizient, aber er stellt eine sehr bedeutende Energiequelle für Ihren Körper dar, da sie normalerweise leicht verfügbar ist.

Aber was macht das Gehirn, wenn die Glukosespiegel niedrig sind, wie es bei langen Perioden intensiver Bewegung, längeren Zeiten ohne Essen oder sogar bei Krankheitszuständen wie Diabetes der Fall ist? Für ein Organ, das für das Leben entscheidend ist, ist es sinnvoll, dass Ihr Gehirn eine alternative Energiequelle hat, und diese Energiequelle ist Fett. Nicht Fett im normalen Sinne, sondern Fett, das in der Leber in etwas umgewandelt wurde, das Ketonkörper genannt wird.

Ketone sind der klare Gewinner, wenn es um eine Energiequelle für das Gehirn geht, da sie durch einen viel effizienteren Weg als Glukose hergestellt werden, was bedeutet, dass viel mehr ATP pro Molekül produziert wird. Ketone sind auch ein „sauberer“ Brennstoff, da sie viel weniger „schmutzige“ Stoffwechselnebenprodukte produzieren als der Glukosestoffwechsel.

Neuere Forschungen deuten auch darauf hin, dass Ketone neben ihrer Funktion als Brennstoff auch andere Rollen übernehmen, wie zum Beispiel als Regulatoren der Aktivität von Neuronen, mit Auswirkungen auf Genexpression und fungierend als Signalisierung Moleküle in Ihren Gehirnzellen.

Sie müssen keinen Marathon laufen oder tagelang nichts essen, um Ketone zu produzieren, da viele Menschen die sogenannte "Keto-Diät", ein kohlenhydratarmes, fettreiches Programm, verwenden, um in den Ketose-Zustand zu wechseln. Viele Menschen berichten, dass ihre Fähigkeit, sich zu konzentrieren und zu fokussieren, in der Ketose deutlich erhöht ist. Menschen, die regelmäßig intermittierendes Fasten praktizieren, erreichen die sogenannte metabolische Flexibilität und können leicht vom Kohlenhydratverbrennen beim Essen zum Fettverbrennen (und Ketone produzieren) während des Fastens wechseln. Intermittierende Faster berichten auch von denselben Gefühlen erhöhter Konzentration, Fokussierung und Wohlbefinden wie Menschen auf einer Keto-Diät.

 Was hat das alles mit der Alzheimer-Krankheit zu tun?

Im Jahr 2016 wurde ein faszinierender Forschungsartikel in Frontiers In Molecular Neuroscience mit dem Titel „Können Ketone helfen, die Energieversorgung des Gehirns im späteren Leben zu retten? Implikationen für die kognitive Gesundheit im Alter und die Behandlung der Alzheimer-Krankheit.“ veröffentlicht. Die Autoren schlagen vor, dass bei Menschen, die an Alzheimer erkranken, ein Defizit in der Gehirnenergie in Bezug auf Glukose besteht, das lange bevor sie Symptome der Krankheit zeigen, auftritt.

Sie stützen ihre Argumentation auf vier Erkenntnisse:

Eins - Bei Menschen, die älter als 64 Jahre sind und bei Tests kognitiv normal abschneiden, ist die Glukoseaufnahme im Frontalkortex ihres Gehirns niedriger als bei jüngeren Personen.

Zwei - Bei Personen, die jünger als 40 Jahre sind, aber entweder genetische oder lebensstilbedingte Risikofaktoren für Alzheimer haben und gleichzeitig kognitiv normal sind, ist die Glukoseaufnahme im Frontalkortex ebenfalls gering im Vergleich zu gesunden Personen derselben Altersgruppe ohne die genetischen oder lebensstilbedingten Risikofaktoren.

Drei - Personen, bei denen sowohl Alzheimer-Krankheit (AD) als auch leichte kognitive Beeinträchtigung (MCI) diagnostiziert wurden, haben die gleiche beeinträchtigte Glukoseaufnahme wie die Gruppen in eins und zwei oben, aber ihre Aufnahme von Ketonen im Gehirn ist dieselbe wie bei altersentsprechenden Kontrollpersonen, die kognitiv gesund sind.

Hier ist der bisherige Stand der Argumentation des Autors: Die ersten drei Forschungsergebnisse deuten eindeutig auf ein Defizit an Glukose im Gehirn hin, das dem Rückgang der kognitiven Fähigkeiten vorausgeht und sich verschärft, wenn die leichte kognitive Beeinträchtigung in Richtung Alzheimer-Krankheit fortschreitet. Aber werfen Sie einen Blick auf das vierte Forschungsergebnis:

Vier - Wenn Interventionen durchgeführt werden, die die Verfügbarkeit von Ketonen im Gehirn von Menschen mit sowohl MCI als auch AD erhöhen, verbessert sich ihre kognitive Fähigkeit.  

Daraus schließen die Autoren, dass zur Entwicklung eines erfolgreichen therapeutischen Ansatzes für leichte kognitive Beeinträchtigungen sowie Alzheimer diese Erschöpfung der Energieversorgung des Gehirns überwunden werden muss. Da die Aufnahme von Ketonen im Gehirn bei Menschen mit MCI und Alzheimer immer noch normal zu sein scheint, sieht eine Intervention, die dem Gehirn Ketone zuführt, vielversprechend aus, um zumindest die Entwicklung oder das Fortschreiten von Alzheimer zu verzögern. Einige dieser Interventionen sind die Ergänzung mit MCT-Öl (mittelkettige Triglyceride), die sich bei Menschen mit Alzheimer als vorteilhaft erwiesen hat, und andere Methoden wie Fasten, eine fettreiche ketogene Diät oder eine normale Ernährung, der Ketoneester oder MCT-Öl hinzugefügt wird.

Natürlich gibt es noch viel mehr Forschung zu betreiben, aber die Erhöhung der verfügbaren Ketonzufuhr für das Gehirn scheint eine sichere, durch Forschung unterstützte und gut verträgliche Methode zu sein, um das Energiedefizit bei Menschen zu umgehen, deren Gehirne anfällig für Alzheimer sind. 

Referenzen:

1. Cunnane S. C., Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Vandenberghe C., Pierotti T., Fortier M., et al. (2016). Können Ketone die abnehmende Glukoseaufnahme des Gehirns im Alter kompensieren? Implikationen für das Risiko und die Behandlung der Alzheimer-Krankheit. Ann. N. Y. Acad. Sci. 1367 12–20. 10.1111/nyas.12999.

2. D’Agostino D. P., Pilla R., Held H. E., Landon C. S., Puchowicz M., Brunengraber H., et al. (2013). Therapeutische Ketose mit Ketonester verzögert Krampfanfälle durch Sauerstofftoxizität des zentralen Nervensystems bei Ratten. Am. J. Physiol. Regul. Integr. Comp. Physiol. 304 R829–R836. 10.1152/ajpregu.00506.2012.

3. Freemantle E., Vandal M., Tremblay Mercier J., Plourde M., Poirier J., Cunnane S. C. (2009). Metabolische Reaktion auf ein ketogenes Frühstück bei gesunden älteren Menschen. J. Nutr. Health Aging 13 293–298. 10.1007/s12603-009-0026-9.

4. Fulop T., Dupuis G., Baehl S., Le Page A., Bourgade K., Frost E., et al. (2015). Von Inflamm-Aging zu Immun-Paralyse: ein rutschiger Abhang während des Alterns für die Immunanpassung. Biogerontology 17 147–157. 10.1007/s10522-015-9615-7.

5. Burns C. M., Chen K., Kaszniak A. W., Lee W., Alexander G. E., Bandy D., et al. (2013). Höhere Serumglukosespiegel sind mit zerebraler Hypometabolismus in Alzheimer-Regionen assoziiert. Neurology 80 1557–1564. 10.1212/WNL.0b013e31828f17de.

6. Cahill G. F., Jr. (2006). Brennstoffwechsel bei Hungerzuständen. Annu. Rev. Nutr. 26 1–22. 10.1146/annurev.nutr.26.061505.111258.

7. Halestrap A. P., Price N. T. (1999). Die protonengekoppelte Monocarboxylat-Transporter (MCT) Familie: Struktur, Funktion und Regulation. Biochem. J. 343(Pt 2), 281–299. 10.1042/0264-6021:3430281.

8. Hennebelle M., Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Vandenberghe C., Castellano C. A., Fortier M., et al. (2016). Vorläufige Bewertung eines unterschiedlichen Effekts eines alpha-linolensäurereichen Supplements auf die Ketogenese und Plasma-Omega-3-Fettsäuren bei jungen im Vergleich zu älteren Erwachsenen. Nutrition 16 30040–30045. 10.1016/j.nut.2016.03.025.

9. Hertz L., Chen Y., Waagepetersen H. S. (2015). Auswirkungen von Ketonkörpern bei Alzheimer in Bezug auf neuronalen Hypometabolismus, Beta-Amyloid-Toxizität und Astrozytenfunktion. J. Neurochem. 134 7–20. 10.1111/jnc.13107.

10. Castellano C. A., Baillargeon J. P., Nugent S., Tremblay S., Fortier M., Imbeault H., et al. (2015a). Regionaler Glukose-Hypometabolismus im Gehirn junger Frauen mit polyzystischem Ovarialsyndrom: möglicher Zusammenhang mit milder Insulinresistenz. PLoS ONE 10:e0144116 10.1371/journal.pone.0144116.

11. Castellano C. A., Nugent S., Paquet N., Tremblay S., Bocti C., Lacombe G., et al. (2015b). Niedrigere Aufnahme von 18F-Fluorodeoxyglucose im Gehirn, aber normaler 11C-Acetoacetat-Stoffwechsel bei leichter Alzheimer-Demenz. J. Alzheimers Dis. 43 1343–1353. 10.3233/JAD-141074.

12. Clarke K., Tchabanenko K., Pawlosky R., Carter E., Todd King M., Musa-Veloso K., et al. (2012). Kinetik, Sicherheit und Verträglichkeit von (R)-3-Hydroxybutyl-(R)-3-hydroxybutyrat bei gesunden erwachsenen Probanden. Regul. Toxicol. Pharmacol. 63 401–408. 10.1016/j.yrtph.2012.04.008.

13. Courchesne-Loyer A., St-Pierre V., Hennebelle M., Castellano C. A., Fortier M., Tessier D., et al. (2015). Ketogene Reaktion auf die Mitbehandlung mit Bezafibrat und mittelkettigen Triacylglyceriden bei gesunden Menschen. Nutrition 31 1255–1259. 10.1016/j.nut.2015.05.015.

14. Courchesne-Loyer A., Fortier M., Tremblay-Mercier J., Chouinard-Watkins R., Roy M., Nugent S., et al. (2013). Stimulation einer milden, anhaltenden Ketonämie durch mittelkettige Triacylglycerole bei gesunden Menschen: geschätzter potenzieller Beitrag zum Energiehaushalt des Gehirns. Nutrition 29 635–640. 10.1016/j.nut.2012.09.009.

15. Cunnane S., Nugent S., Roy M., Courchesne-Loyer A., Croteau E., Tremblay S., et al. (2011). Gehirnstoffwechsel, Altern und Alzheimer-Krankheit. Ernährung 27 3–20. 10.1016/j.nut.2010.07.021.