Diabetesforschung: Die Rolle des Gehirns

Gut zu wissen

Der Hypothalamus ist die Kontrollinstanz für so wichtige Funktionen wie Fortpflanzung, Ernährung, Temperaturregulation und die innere Uhr. Um diesen Aufgaben nachzukommen, unterhält die zum Zwischenhirn gehörende Struktur zahlreiche Nervenverbindungen zu anderen Hirnarealen und empfängt Signale aus Geweben wie Fett, Bauchspeicheldrüse oder Leber. Viele Nervenzellen des Hypothalamus können zudem direkt Glukose wahrnehmen, dienen also als Sensoren für unseren Blutzuckerspiegel.

Wenn wir etwas essen, werden die Kohlenhydrate aus der Nahrung im Verdauungstrakt in den Einfachzucker Glukose aufgespalten. Über die Darmwand gelangt dieser wichtigste Energielieferant des menschlichen Körpers in den Blutkreislauf, mit der Folge, dass seine Konzentration dort ansteigt. Dieser erhöhte Blutzuckerspiegel regt die Inselzellen der Bauchspeicheldrüse dazu an, verstärkt Insulin freizusetzen. Unter dem Einfluss des Hormons können Zellen und Gewebe wie Leber, Muskeln und Fettgewebe die Glukose dann aufnehmen. Dadurch sinkt der Blutzuckerspiegel auf ein normales Maß ab, und die Insulinausscheidung geht wieder auf ihren Basiswert zurück.

In diesem traditionellen, inselzellzentrierten Modell der Glukosehomöostase kommt das Gehirn nicht vor. Das ist schon deshalb überraschend, weil es an der Kontrolle der meisten überlebenswichtigen physiologischen Vorgänge federführend beteiligt ist – von der Körpertemperatur, über den Schlaf-Wach-Rhythmus bis hin zum Blutdruck. Zudem steuert das Gehirn mit der Nahrungsaufnahme, der Energiespeicherung und dem Energieverbrauch gleich mehrere Prozesse, die großen Einfluss auf den Zuckerstoffwechsel haben.

Kommunikation zwischen Gehirn und Bauchspeicheldrüse

Grund genug für zahlreiche nationale und internationale Forscherteams, die Rolle des Denkorgans bei der Glukosehomöostase genauer zu analysieren. Aus zahlreichen Studien konnte schließlich im Jahr 2013 ein Modell formuliert werden, dass dem Einfluss des Gehirns Rechnung zollt: Eine normale Blutzuckerregulation hängt ab von einer funktionierenden Partnerschaft zwischen den insulinproduzierenden Betazellen der Bauchspeicheldrüse einerseits und neuronalen Schaltkreisen im zum Zwischenhirn gehörenden Hypothalamus sowie verschiedenen anderen Hirnregionen auf der anderen Seite. Dieses gehirnzentrierte System (brain-centered glucoregulatory system oder kurz BCGS), wie die Forscher es nennen, trägt entscheidend dazu bei, den Glukosestoffwechsel im Gleichgewicht zu halten. 

Wie kann das Gehirn Schwankungen im Blutglukosespiegel erkennen und die nötigen Maßnahmen zur Gegenregulation einleiten? Heute wissen wir, dass es in den Regulationszentren wie dem Hypothalamus spezialisierte Nervenzellen gibt, die direkt auf Schwankungen im Glukosespiegel reagieren. Hierbei existieren zwei Arten von Glukose-sensitiven Nervenzellen, die durch ein zu viel an Glukose aktiviert (Ga) bzw. gehemmt (inhibiert) (Gi) werden können und im Anschluss unterschiedliche Verhaltensprogramme und Stoffwechselprozesse in Gang setzen.

  • Bei Unterzucker  wird durch abfallende Glukosespiegel der  Gi-Zelltyp  aktiviert, was die sofortige Nahrungssuche und Kalorienzufuhr in Gang setzt. Über eine Aktivierung des autonomen Nervensystems wird zudem Adrenalin, Noradrenalin sowie Glucagon ausgeschüttet. Dies wiederum erhöht die Produktion von Glukose aus der Leber, senkt die Freisetzung von Insulin und reduziert die Aufnahme von Glukose in Muskeln, erhöht also letztendlich unseren Blutzuckerspiegel.
  • Bei ansteigendem Blutzuckerspiegel werden Ga-Nervenzellen  aktiviert. Dann kommt es zur Hemmung der Glukoseproduktion in der Leber, zur verstärkten Aufnahme von Glukose in Muskeln, sowie zur erhöhten Freisetzung von Insulin, letztlich also wieder zu einem Sinken des Blutzuckerspiegels.

Interessanterweise können auch Hormone wie zum Beispiel Insulin, das von der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttet wird, oder Leptin aus dem Fettgewebe die Glukose-sensitiven Nervenzellen im Hypothalamus sowie in Regionen wie dem Hirnstamm auch direkt aktivieren . Die Steuerung des Glukose-Gleichgewichts durch das Gehirn erfolgt also durch eine komplexe und wechselseitige Kommunikation zwischen Nervenzellen und peripheren Organen, ob über Glukose selbst, über Nervenbahnen des autonomen Nervensystems, oder über hormonelle Signalstoffe. Diese hormonellen Signalstoffe nehmen hierbei eine sehr zentrale Rolle ein, regulieren zudem neben dem Glukose-Stoffwechsel zahlreiche weitere physiologischen Vorgänge wie beispielsweise unser Essverhalten und Körpergewicht, aber auch unsere Fortpflanzung und unser Liebesleben.

Neben dem Hypothalamus und Hirnstamm besitzen noch zahlreiche weitere Hirnregionen Rezeptoren für die hormonellen Botenstoffe, die genauen Regelkreisläufe und funktionellen Zusammenhänge sind jedoch oftmals noch weitgehend unbekannt. Insulin ist nicht an allen Prozessen dieser zentralnervösen Regulation unseres Blutglukosespiegels beteiligt. Dennoch hat Insulin auch im Gehirn eine wichtige Funktion, wie im Folgenden dargelegt wird. Lesen Sie mehr über die Wirkung von Insulin im Gehirn. 

Hier befindet sich ein Video von Vimeo. Mit Ihrer Zustimmung wird eine Verbindung zu Vimeo aufgebaut. Vimeo setzt gegebenenfalls auch Cookies ein. Für weitere Informationen klicken Sie hier.

Kann man den Jojo-Effekt nach Diäten umgehen? Dr. Pfluger vom Institut für Diabetes und Adipositas am Helmholtz Zentrum München erklärt den Leptin-Regelkreis im Interview mit dem Diabetesinformationsdienst München.

Schließen
Informationen zum Inhalt

Quellen:

  • Heni, M. et al.: Nasal insulin changes peripheral insulin sensitivity simultaneously with altered activity in homeostatic and reward-related human brain regions. In: Diabetologia, 2012, 55(6): 1773-1782
  • Könner, C. et al.: Role for insulin signaling in catecholaminergic neurons in control of energy homeostasis. In: Cell Metabolism, 2011, 13(6): 720-728
  • Sartorius, T. et al.: Leptin affects insulin action in astrocytes and impairs insulin-mediated physical activity. In Cellular Physiology and Biochemistry, 2012, 30(19: 238-248
  • Schwartz, M. et al.: Cooperation between brain and islet in glucose homeostasis and diabetes, In: Nature, 2013, 503: 59-66
  • Tschritter, O. et al.: High cerebral insulin sensitivity is associated with loss of body fat during lifestyle intervention. In: Diabetologia, 2012, 55(1): 175-182
  • Kullmann, S., et al.: Hypothalamic insulin responsiveness is associated with pancreatic insulin secretion in humans. In: Physiology & behavior, 2017, 176, 134–138. doi:10.1016/j.physbeh.2017.03.036
  • Heni, M., et al.: Hypothalamic and Striatal Insulin Action Suppresses Endogenous Glucose Production and May Stimulate Glucose Uptake During Hyperinsulinemia in Lean but Not in Overweight Men. In: Diabetes 66, 1797–1806. doi:10.2337/db16-1380
  • Frank-Podlech, S., et al.: Leptin Replacement Reestablishes Brain Insulin Action in the Hypothalamus in Congenital Leptin Deficiency. In: Diabetes Care, 2018, 41, 907–910. doi:10.2337/dc17-1867
  • Kleinridders, A., et al.: Leptin regulation of Hsp60 impacts hypothalamic insulin signaling. In: J Clin Invest, 2013, 123, 4667–4680. doi:10.1172/JCI67615

Letzte Aktualisierung:

12.10.2018

zum Seitenanfang
Druckversion

Wir verwenden Cookies um Ihnen den Besuch der Webseite so angenehm wie möglich zu machen. Wir benötigen Cookies um die Dienste ständig zu verbessern, bestimmte Features zu ermöglichen und wenn wir Dienste bzw. Inhalte Dritter einbetten, wie beispielsweise den Videoplayer. Durch die Nutzung unserer Webseite stimmen Sie der Nutzung von Cookies zu. Wir verwenden unterschiedliche Arten von Cookies. Hier haben Sie die Möglichkeit, Ihre Cookie-Einstellungen zu personalisieren:

Einstellung anzeigen.
In unserer Datenschutzerklärung finden Sie weitere Informationen.

Dort können Sie Ihre Cookie-Einstellungen jederzeit ändern.