Insulin und Insulinresistenzim Gehirn

Diabetes, Arteriosklerose und Herz-Kreislauf-Erkrankungen nehmen

in den industrialisierten Ländern epi-demische Ausmasse an [1]. So leidenin den USA rund 25% der Bevölkerungan einem Metabolischen Syndrom miterhöhten Blutzucker-, Blutdruck-, Harn-säure- (Gicht) und Blutfettwerten. Biszu 20% der Menschen leiden unterdiabetischen Stoffwechselbedingungen[2].

Neue Erkenntnisse aus der Neuro-biochemie zeigen, dass eine Vielzahldieser scheinbar unterschiedlichenErkrankungen gemeinsame Ursachenhaben. So spielen der Insulinstoff-wechsel und die Insulinresistenz eineführende Rolle für das Verständnis vonPathogenese und Frühveränderungenin ganz verschiedenen Organen [3].

Diabetes mellitus Typ II, Gefäss-und Herz-Kreislauf-Erkrankungen,Lebererkrankungen und Hormonent-gleisungen wurden in diesem Zusam-menhang bisher als klassische Erkran-kungen des peripheren Insulinsystemsbetrachtet. Heute wissen wir, dass fürdas Verständnis von Erkrankungendes Gehirns, im Besonderen der De-menz vom Alzheimer Typ, der Insulin-stoffwechsel des zentralen Nervensys-tems entscheidend ist [4,5,6]. Tatsäch-lich sind die Alzheimer-Demenz undDiabetes mellitus genauso miteinandervergesellschaftet wie das MetabolischeSyndrom und die Demenz vom Alz-heimer Typ [7,8].

Diese neuen Erkenntnisse sindnicht nur von theoretisch wissen-schaftlichem Interesse, sondern eröff-nen ganz neue Therapiemöglichkeitenund therapieunterstützende Strate-gien. Die diätetische Verwendung derinsulin-unabhängigen D(+)Galactosebietet dabei ein sehr einfaches undeffektives Lösungspotential.

Beschreibung undErklärung zentraler Begriffe

Insulin

Insulin wird von den β-Zellen derBauchspeicheldrüse, aber – wie erst seitkurzem bekannt – auch im Gehirn pro-duziert [6]. Es sorgt für einen ausgegli-chenen Blutzuckerspiegel. Insulin för-dert die Aufnahme von Glucose in dieZellen, so dass diese über genügendBausubstanzen und Substrate für dieEnergiegewinnung verfügen. Insulinreguliert die Verstoffwechselung vonKohlenhydraten, Eiweissen und Fetten.

Insulinresistenz

Insulinresistenz liegt vor, wenn dieEmpfindlichkeit bzw. Feinjustierungder die Insulinwirkung vermittelndenBindestellen (die Insulinrezeptoren)gestört und verändert sind. Dann kannInsulin seine biologische Wirkungnicht mehr entfalten [2].

In diesem Zustand sind die Glucose-verfügbarkeit und -verwertung, diedurch das Insulin vermittelt werden,in ihrer zentralen Steuerung gestört.Im Blut sind die Zuckerwerte erhöhtund schädigen den Organismus. Durchdiesen intrazellulären Glucosemangelkann nicht mehr genügend Energieund zelluläre Bausubstanz gebildetwerden. So können auch wichtigeNeurobotenstoffe wie Acetylcholin(Gedächtnis), Serotonin (Beruhigungund Entspannung), GABA (Erregungs-hemmung) und Glutamat (Gehirn-Kommunikation und Aktivität) nurnoch vermindert produziert werden,was vielgestaltige krankhafte Konse-quenzen mit sich bringt [9].

Insulinresistenz führt zu Beein-trächtigungen von Gedächtnisleistun-gen, Merkfähigkeit, Konzentration undkognitiven Prozessen. Suchtverhalten,

Essstörungen, Müdigkeitssyndrom(Chronic fatigue syndrome), Depressio-nen und Demenz sind genauso mitInsulinresistenz des Gehirns verbun-den wie der seit langem bekannteDiabetes mellitus Typ II [7].

Stress

Stress und seine chemischen Boten-stoffe, die Catecholamine (Adrenalinund vor allem Noradrenalin), zusam-men mit Cortisol, hemmen die Insu-linausschüttung [10]. Akut und kurz-fristig ist dieser Weg (über α-2 Adreno-rezeptoren) sinnvoll – chronisch kanner zum Verhängnis werden.

Die Aktivierung der StressachseHypothalamus–Hypophyse–Nebennieremit den ausführenden MediatorenCRH (stimulierendes corticotropesAusschüttungshormon), ACTH (adeno-corticotropes Hormon) und Cortisolführen zu einem Übergewicht vonHormonen, die dem Insulin entgegen-wirken. Dies bei gleichzeitiger Akti-vierung von Entzündungs- (TNF alpha,Interleukin-6) und Schmerzbotenstof-fen (Substanz P, Neuropeptid Y) [7].

Stress und eine verstellte Stress-achse bestimmen darüber hinaus dieFeinabstimmung der ganzen Insulin-signalübersetzung. An mehrerenwichtigen Schnittstellen dieses Stoff-wechselweges können Fehlfunktionenzu den unterschiedlichsten Erkran-kungen (Angstzuständen, Depression,Psychosen, Posttraumatischer Belas-tungsstörung, Manie, Schmerz und derAlzheimer-Demenz) führen [11,12].

Körperliche Aktivität undBewegungsverhalten

Eine wichtige Rolle für die Regulationdes Insulinstoffwechsels spielen kör-

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Schweiz. Zschr. GanzheitsMedizin 2007;19(3):138–141. © Verlag für GanzheitsMedizin, Basel. www.ganzheitsmedizin.ch

Kommentar

Kurt Mosetter

Werner Reutter

perliche Aktivität und Bewegung.Diese senken zu hohe Insulinspiegel,verbessern die Empfindlichkeit derInsulinbindestellen und ökonomisierendie Insulinsignalübertragungswege.Selbst manifestierte Zustände vonInsulinresistenz können durch körper-liche Aktivität und Bewegung erheb-lich verbessert werden [13,14,15].Ebenso können durch Bewegung ge-störte Glucosetoleranz, Glucosever-wertungsstörungen und gestörter Glu-cosetransport sehr günstig beeinflusstwerden [16]. Selbst die Genüber-setzungs- und Signalwege an denSchlüsselpositionen (Insulinrezeptor-substrat IRS und Phosphatidylcholin 3-Kinase) werden für die optimaleRegulation und damit Gesundheit akti-viert [17,18].

Gehirn: Zielgebietder Insulinwirkung

Im Gehirn gibt es bezüglich der Bin-destellen und Aktivitäten des Insulinssehr weit und fein verteilte Rezeptor-systeme [4].

Von besonderer Bedeutung istInsulin für das Gedächtnis und fürkognitive Leistungen. Insulin und Lep-tin stehen im Dialog miteinander undteilen gemeinsame Signal- und Infor-mationswege im Hypothalamus – imDienste der Koordination komplexerVerhaltensweisen [6].

Eine besondere Rolle spielen Insu-lin und seine Verwandten auch für dieEntwicklung und das Verständnis derAlzheimer-Erkrankung [5].

Diabetes Typ IIIoder Alzheimer Demenz

Durch die experimentelle Ausschal-tung des Insulin-Rezeptors mittelsStreptozotocin konnte der Heidelber-ger Neuropathologe HOYER 1999 einAlzheimer-Modell erzeugen, das dieAlzheimer-typischen Amyloid-Plaques,die Hyperphosphorylierung des Tau-Proteins sowie die verminderte Ver-sorgung der Zellen des Gehirns mitGlucose deutlich aufzeigte [19].

Neben den gängigen Theorien zurAlzheimer-Erkrankung wird dieses

Krankheitsbild in neueren Publika-tionen als „Diabetes mellitus Typ III“[4] beschrieben. Danach gründet dasAuftreten von Morbus Alzheimer undMCI auf einer Insulinfunktionsstörungdes Gehirns [19].

Wenn es also gelingt, den Anfangdieser Kaskade zu verstehen und dorteinzugreifen, werden neue Möglich-keiten der Prävention und Therapiemöglich. Eine Möglichkeit, am Anfang,nämlich bei dem gestörten Insulin-haushalt (Insulinresistenz) einzuwir-ken, bietet D(+)Galactose. Galactose istein einfacher, natürlicher Zucker, derin der Muttermilch vorkommt undauch vom menschlichen Organismusselbst produziert wird. Galaktosespielt für die Entwicklung des ZNS imaxonalen Transport eine herausragen-de Rolle. Für den schnellen axonalenTransport im Dienste des Nervenzell-

wachstums ist Galaktose der entschei-dende Precusor für alle Glykoproteineund Glykolipide. Dynamische Struktur,Ausrichtung und Funktion des Zyto-skelettes im Dienste einer optimalenEntwicklung und Reifung wird dabeivor allem über Galaktose mitbestimmt[20,21].

Biochemisches Aktivitätsspektrum

der D+Galaktose

D+Galaktose stimuliert neuronalesWachstum, durch Synapsinaktivierungdie Synaptogenese, sowie in ihrenGlykolipid- und Glykoproteinverbin-dungen die Entwicklung und Morpho-genese von Nervenzellverbänden [22].

Der entscheidende Punkt: Galactosekann vom Organismus insulin-unab-hängig aufgenommen werden; siekann den zellulären Versorgungseng-pass und die Insulinresistenz über

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Kommentar

Abb. 1. Für die Aufrechterhaltung der Struktur und Funktion von Nervenzellen ist ausschliess-lich das Monosaccharid Glucose (Traubenzucker) notwendig. Ohne Glucose stirbt eine Nerven-zelle ab. Die Aufnahme der Glucose erfolgt jedoch unter der Kontrolle von Insulin. Insulin kannseine Wirkung nur durch die Vermittlung des Insulin-Rezeptors entfalten. Wenn Insulin vom Insu-lin-Rezeptor erkannt und dadurch aktiviert wird, sendet er sofort Signale ins Zellinnere mit demBefehl, die in Vesikeln gespeicherten Glucosetransporter an die Nervenzellmembran heranzu-bringen, wo sie sofort integriert werden. Dadurch kann die extrazelluläre Glucose in die Zelletransportiert werden. Dort wird sie in die Glykolyse und in den Citratzyklus eingeschleust.Während dieser Metabolisierung wird Energie („ATP“) gewonnen. Ausserdem liefert sie Subs-trate für den Zellaufbau. Signalmoleküle oder Botenstoffe werden an Synapsen, die der Zelleangelagert sind, abgegeben und von spezifischen Rezeptoren erkannt.

einen Umgehungsweg (quasi einenmolekularen Bypass) ausgleichen [23,24]. Galaktose fördert so Aufmerksam-keitsprozesse und Kognitionsleistun-gen. Galactose gelangt in die Zellenund wird in Glucose umgewandelt. Da-durch wird sowohl die Energiebilanzausgeglichen wie auch der Baustoff-wechsel der Zellen aufrechterhaltenoder repariert [9]. Die Abbildungen 1/2veranschaulichen diese Zusammen-hänge (siehe auch www.galactose.de).

Literatur

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Anschrift der Autoren:

Dr. med. Kurt Mosetter ZIT Zentrum für interdisziplinäre TherapienObere Laube 44, DE-78462 Konstanz

Prof. Dr. med. Werner Reutter Charité - Universitätsmedizin BerlinInstitut für Biochemie und MolekularbiologieArnimallee 22, DE-14195 Berlin-Dahlem

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Kommentar

Abb. 2. Bei Morbus Alzheimer ist der für die Aufrechterhaltung von Struktur und Funktion derNervenzelle alles entscheidende Insulin-Rezeptor defekt. Die Insulin-abhängige Glucose-aufnah-me ist nicht mehr oder nur noch eingeschränkt möglich. Im Unterschied zur Glucose wird Galac-tose Insulin-unabhängig von Zellen aufgenommen. Einmal in der Zelle, kann Galactose über spe-zifische Enzymsysteme leicht in Glucose umgewandelt werden. Die intrazelluläre Glucosekon-zentration wird normalisiert. Dadurch wird die Zelle wieder in die Lage versetzt, Energie aus derGlykolyse und dem Citratzyklus zu gewinnen. Das dort gebildete Wasserstoff-übertragendeCoenzym NADH wird in die Atmungskette der Mitochondrien transportiert, wo es für die ATP-Synthese verwendet wird. Nun kann die Zelle ihren normalen Funktionen wieder nachkommen.Die Aufrechterhaltung der Struktur und Funktion der Zelle ist wieder gewährleistet.