Das egoistische Gehirn: Die Ursachen von Adipositas und Typ-2-Diabetes aus neurobiologischer Sicht

Zusammenfassung

Das Gehirn ist das Organ des Menschen, das die größte Menge Glukose verbraucht. Daher behandelt es die Regulation seines eigenen Energiegehalts vorrangig. Dazu setzt es kompetente „Brain-Pull“-Mechanismen ein, mit denen es aktiv Energie anfordert. Astrozyten, welche die Versorgungszellen von Neuronen sind, fordern bei Bedarf Glukose aus dem Blutkreislauf über die Blut-Hirn-Schranke an. Neuronen des ventromedialen Hypothalamus geben Befehle aus, die die Energieflüsse innerhalb des Organismus zum Gehirn umleiten. Sie aktivieren das sympathische Nervensystem, hemmen damit die Insulinsekretion aus den Betazellen und limitieren so die insulinabhängige Glukoseaufnahme in Muskel und Fettgewebe. Dadurch steht die zirkulierende Glukose vorrangig für die insulinunabhängige Glukoseaufnahme ins Gehirn zur Verfügung. Auf diese Weise erfüllt das Stresssystem (Sympathikus und Hypothalamus-Nebennierensystem) die Funktion des „Brain-Pull“ um Energie für das Gehirn aus den Körperdepots anzufordern. Im Gegensatz dazu fordern Neuronen des lateralen Hypothalamus mit „Body-Pull“-Mechanismen Energienachschub aus der Umwelt, d. h. sie initiieren die Nahrungsaufnahme. Die Bedarfsanforderung des Gehirns bei vermehrtem Eigenbedarf (Stress) oder bei Nahrungsmangel orientiert sich am zerebralen Energiebedarf. Nach neuesten Erkenntnissen der Hirnforschung ist die Inkompetenz der „Brain-Pull“-Mechanismen die Ursache von Adipositas und Typ-2-Diabetes. Aus diesen Erkenntnissen ergeben sich weitreichende und tiefgreifende Implikationen für die Therapie von Übergewicht und Typ-2-Diabetes. 

Abstract

The brain is the organ in the human organism that consumes the largest amount of glucose and gives priority to regulating its own energy content. It uses efficient “brain-pull”-mechanisms to actively demand energy. Astrocytes, which are the supply cells of the neurons, requisite glucose across the blood-brain barrier according to their needs. Neurons of the ventromedial hypothalamus send out commands in order to redirect the energy fluxes within the organism towards the brain. These neurons activate the sympathetic nervous system, thereby inhibiting insulin secretion from β-cells and thus limiting the insulin-dependent glucose uptake in muscle and fat. In this way, precedence is given to the circulating glucose to be available for insulin-independent glucose uptake into the brain. Neurons of the ­lateral hypothalamus use “body-pull”-mechanism to promote energy supply from the environment, i. e. they initiate an ingestion of nutrients. The brain’s energy demands during increased ­cerebral needs (stress) or during food shortage is adjusted according to the concentrations of brain glucose and ATP. According to recent findings from brain research, inefficiency of brain-pull mechanisms constitutes the cause of obesity and type 2 diabetes. From these findings far-reaching and profound implications arise for the treatment of obesity and type 2 diabetes. 

Brain-Pull-Mechanismen - Self­ish-Brain-Theorie - sympathisches Nervensystem - Adipositas - Typ-2-Diabetes mellitus - Brain-Pull-Training

brain pull mechanisms - selfish brain theory - astrocytes - sympathetic nervous system - obesity - type 2 diabetes mellitus

Literatur

• 1 Puhl R M, Heuer C A. The stigma of obesity: a review and update.  Obesity (Silver Spring). 2009;  17 941-964
• 2 Peters A, Schweiger U, Pellerin L et al. The self­ish brain: competition for energy resources.  Neurosci Biobehav Rev. 2004;  28 143-180
• 3 Peters A, Kubera B, Hubold C et al. The Self­ish Brain: Stress and Eat­ing Behavior.  Frontiers Neuroscience. 2011;  5 74 DOI: 10.3389/fnins.2011.00074
• 4 Kennedy G C. The role of depot fat in the hypothalamic control of food intake in the rat.  Proc R Soc London Ser. 1953;  140 578-592
• 5 Mayer J. Glucostatic mechanism of regulation of food intake.  N Engl J Med. 1953;  249 13-16
• 6 Krieger M. Über die Atrophie der menschlichen Organe bei Inanition. [On the atrophy of human organs in inanition].  Z Angew Anat Konstitutionsl. 1921;  7 87-134
• 7 Peters A, Bosy-Westphal A, Kubera B et al. Why doesn’t the brain lose weight, when obese people diet?.  Obesity Facts. 2011;  1 1 DOI: 10.1159/000 327 676
• 8 Reinmuth O M, Scheinberg P, Bourne B. Total Cerebral Blood Flow and Metabolism.  Arch Neurol. 1965;  12 49-66
• 9 Peters A, Langemann D. Build-ups in the supply chain of the brain: on the neuroenergetic cause of obesity and type 2 diabetes mellitus.  Front Neuroenergetics. 2009;  1 2 DOI: 10.3389/neuro.14.002.2009
• 10 Peters A, Hitze B, Langemann D et al. Brain size, body size and longevity.  Int J Obes (Lond). 2010;  34 1349-1352
• 11 Boule N G, Chaput J P, Doucet E et al. Glucose homeostasis predicts weight gain: prospective and clinical evidence.  Diabetes Metab Res Rev. 2008;  24 123-129
• 12 Pellerin L, Magistretti P J. Glutamate uptake into astrocytes stimulates aerobic glycolysis: a mechanism coupling neuronal activity to glucose utilization.  Proc Natl Acad Sci U S A. 1994;  91 10625-10629
• 13 Hitze B, Hubold C, van Dyken R et al. How the Self­ish Brain Organizes its “Supply and Demand”.  Front Neuroenergetics. 2010;  2 1 DOI: 10.3389/fnene.2010.00007
• 14 Swanson L W. Cerebral hemisphere regulation of motivated behavior.  Brain Res. 2000;  886 113-164
• 15 Burdakov D, Jensen L T, Alexopoulos H et al. Tandem-pore K⁺ channels mediate inhibition of orexin neurons by glucose.  Neuron. 2006;  50 711-722
• 16 Swanson L W. Cerebral hemisphere regulation of motivated behavior.  Brain Res. 2000;  886 113-164
• 17 Peters A. Das egoistische Gehirn.. Berlin: Ullstein Verlag; 2011
• 18 Sterling P. Principle of allostasis: optimal design, predictive regulation, pathophysiology and rational therapeutics.. In: Schulkin J Allostasis, Homeostasis, and the Costs of Adaptation.. Cambridge: Cambridge University Press; 2004: 17-64
• 19 McEwen B S. Physiology and neurobiology of stress and adaptation: central role of the brain.  Physiol Rev. 2007;  87 873-904
• 20 Tomiyama A J, Mann T, Vinas D et al. Low calorie dieting increases cortisol.  Psychosom Med. 2010;  72 357-364
• 21 Fraser D D, Whiting S, Andrew R D et al. Elevated polyunsaturated fatty acids in blood serum obtained from children on the ketogenic diet.  Neurology. 2003;  60 1026-1029
• 22 Manco M, Fernandez-Real J M, Valera-Mora M E et al. Massive weight loss decreases corticosteroid-binding globulin levels and increases free cortisol in healthy obese patients: an adaptive phenomenon?.  Diabetes Care. 2007;  30 1494-1500
• 23 The ACCORD Study Group . Effects of Intensive Glucose Lowering in Type 2 Diabetes.  N Engl J Med. 2008;  358 2545-2559
• 24 Maciejewski M L, Livingston E H, Smith V A et al. Survival among high-risk patients after bariatric surgery.  JAMA. 2011;  305 2419-2426
• 25 Omalu B I, Ives D G, Buhari A M et al. Death rates and causes of death after bariatric surgery for Pennsylvania residents, 1995 to 2004.  Arch Surg. 2007;  142 923-928
• 26 Chaput J P, Arguin H, Gagnon C et al. Increase in depression symptoms with weight loss: association with glucose homeostasis and thyroid function.  Appl Physiol Nutr Metab. 2008;  33 86-92
• 27 Villareal D T, Fontana L, Weiss E P et al. Bone mineral density response to caloric restriction-induced weight loss or exercise-induced weight loss: a randomized controlled trial.  Arch Intern Med. 2006;  166 2502-2510
• 28 Mellin L M, Slinkard L A, Irwin Jr C E. Adolescent obesity intervention: ­validation of the SHAPEDOWN program.  J Am Diet Assoc. 1987;  87 333-338
• 29 Mellin L, Croughan-Minihane M, Dickey L. The Solution Method: 2-year trends in weight, blood pressure, exercise, depression, and functioning of adults trained in development skills.  J Am Diet Assoc. 1997;  97 1133-1138