Kapitel 10. Abbau und Synthese: Lipide

KOMMENTAR

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Insulin bestimmt den Stoffwechsel während und gleich nach dem Essen, der postprandialen Phase.

Zwischen den Mahlzeiten, im nüchternen oder Fasten-zustand, sinkt Insulin auf den Basiswert und Adrenalin übernimmt, zusammen mit Glucagon, die Führung. Dauert das Fasten ungewohnt lange, geht es in die Hungerphase über.

Die postprandiale Phase

Bedingt durch die Nahrungsaufnahme steigen die Glucose-, Aminosäure- und Lipidkonzentrationen im Blut an. Da aber langfristig erhöhte Konzentrationen schädlich sind, müssen sie so schnell wie möglich auf Normalwerte reduziert werden, ein Vorgang, für den in erster Linie Insulin verantwortlich ist (Glucose und Aminosäuren stimulieren die Insulinsekretion). Konkret (s. Figur): Insulin stimuliert die Aufnahme von Glucose in Muskel und Fettgewebe sowie die Glycogensynthese (und die Fettsäuresynthese aus Glucose). Auch die Aufnahme von Aminosäuren wird durch Insulin gefördert, gefolgt von erhöhter Proteinsynthese (Insulin ist ein anaboles Hormon!). Fettsäuren werden nach der Aufnahme im Darm zum grössten Teil als Triglyceride in Lipoproteinen transportiert (s. Abbildung 7.5) und, nach Aufnahme v.a. im Fettgewebe, als Triglyceride gespeichert. Das Hirn deckt seinen Energiebedarf in dieser Phase vor allem mit Glucose.

Die Nüchternphase

Ist alles Gegessene und Getrunkene verdaut und resorbiert, und haben die Konzentrationen von Glucose etc. ihre Basiswerte erreicht, geht die postprandiale in die Nüchtern- oder Fastenphase über. Das geschieht ca. 3 bis 5 Stunden nach der Einnahme einer Mahlzeit – der Übergang ist fliessend und der Zeitpunkt hängt von verschiedenen Faktoren wie Grösse und Art der Mahlzeit und individuellen Unterschieden ab. In der Praxis, wenn es darum geht, Nüchternwerte zu messen, wählt man einen Zeitpunkt zwischen Aufwachen am Morgen und dem Frühstück.

Der Stoffwechsel steht jetzt, da auch Insulin auf seinem Tiefpunkt angelangt ist, unter dem Einfluss von (v.a.) Adrenalin und Glucagon. Die Konsequenzen lassen sich aus der Figur 2 ablesen:

Das in der Leber gespeicherte Glycogen ist morgens auf ca 50% des Maximalwerts gesunken. Würde man den ganzen Tag durch weiter fasten, blieben noch ca. 15% übrig. Die Gluconeogenese stellt ebenfalls Glucose zur Verfügung, als Substrate dienen neben Lactat aus dem anaeroben Metabolismus Aminosäuren aus Muskelproteinen und Glycerin aus der Lipolyse. Glucose ist immer noch der wichtigste Energielieferant des Hirns, aber Ketonkörper, deren Synthese in der Leber mit zumehmender Fastendauer steigt, übernimmt schon einen Teil.

Die Hungerphase

Die Hungerphase tritt ein, wenn das Fasten tage- oder sogar wochenlang dauert (Abb. 3). Sie ist, wie das Fasten, durch die Lipolyse und seine Folgen – hohe Konzentration freier Fettsäuren im Blut, verstärkter Fettsäureverbrauch in den Geweben und Ketonkörpersynthese in der Leber – charakterisiert. Aber die Gluconeogenese aus Aminosäuren wird eingeschränkt, denn auf die Länge wäre ein Muskelabbau mit dem Überleben nicht vereinbar. Das verkleinerte Glucoseangebot wird durch den stark angestiegenen Ketonkörperverbrauch des Gehirns kompensiert: Bis zu 70% des Energiebedarfs des Hirns können in der Hungerphase durch Ketonkörper gedeckt werden!

Bemerkungen zur Glucose

Da einige Zellen und Organe (Erythrocyten, Nierenmark, Hirn) nicht ohne Glucose auskommen, und weil aus (geradzahligen) Fettsäuren keine Glucose synthetisiert werden kann, muss der Organismus im Hungerzustand Glucose sparen. Wie Tabelle 1 an einem Beispiel zeigt, funktioniert das problemlos: auch nach tagelangem Fasten sinkt die Glucosekonzentration im Blut nicht unter einen zwar niedrigen, aber physiologisch problemlosen Wert.

Tabelle 1 Blutwerte (in mM) einiger Energieträger mit zunehmender Fastendauer (Zeit nach Nahrungsaufnahme).

Energieträger	0h	40h	7 Tage
Glucose	5.5	3.6	3.5
Freie Fettsäuren	0.3	1.15	1.19
Ketonkörper	0.05	2.5	4.5

So wie in einem Finanzhaushalt bei Bedarf Einnahmen (Steuern) erhöht und Ausgaben gekürzt werden können, stehen dem Organismus nicht nur die Gluconeogenese (Steuern), sondern auch eine Sparmassnahme, die physiologische Insulinresistenz, zur Verfügung. Das Phänomen wurde 1846 vom französischen Physiologen Claude Bernard entdeckt und als Hungerdiabetes bezeichnet: wenn Versuchspersonen nach mehrtägigem Hungern eine Mahlzeit zu sich nahmen, konnte man danach in ihrem Urin eine erhöhte Glucosekonzentration feststellen. Der Grund liegt in einer Insulinresistenz, die den Glucoseverbrauch (wie bei einem Diabetiker) vermindert. Natürlich handelt es sich dabei nicht um einen wirklichen Diabetes, denn die Resistenz ist reversibel und verschwindet innerhalb 48 Stunden.

Zu beachten ist auch, dass Erythrocyten und das Nierenmark zwar Glucose "brauchen", aber nicht "ver"brauchen. Denn das Endprodukt des anaeroben Stoffwechsels, Lactat, kann in der Leber zu Glucose resynthetisiert werden. Das "kostet" zwar etwas (ATP), aber die Leber gewinnt das ATP aus Fettsäuren, von denen es während langer Zeit genug hat. Es ist bemerkenswert, dass auch das Hirn im Hungerzustand Lactat exportiert, d.h. nicht sämtliche Glucose vollständig oxidiert. Das mag auf den ersten Blick erstaunen, weil dadurch bloss 2 ATP pro Glucose gewonnen werden, ist aber verständlich, weil Glucose so mehrmals den anaeroben Zyklus durchlaufen kann – auf Kosten der Fettreserven.

Wie schon erwähnt, sinkt der Glycogenspeicher der Leber innerhalb von 24 Stunden auf bloss noch etwa 15%. Aber für das Muskelglycogen trifft dies nicht zu: der Glycogengehalt des Muskels bleibt unverändert, ja, in einzelnen Studien stieg er in der Hungerphase, sogar leicht an. Für den Gesamtorganismus steht dieses Glycogen natürlich nicht zur Verfügung, da Glucose nicht aus Muskelzellen exportiert werden kann.

Bemerkungen zu den Fettsäuren

Aus der Tabelle 1 ist ersichtlich, dass die Konzentration freier Fettsäuren (FFS) mit zunehmendem Fasten/Hungern stark ansteigt. Es werden mehr Fettsäuren durch Lipolyse freigesetzt als für die Energieversorgung benötigt. (Warum? Vielleicht, weil es der Organismus auf das Glycerin, ein wichtiges Substrat für die Gluconeogenese, abgesehen hat). Als Folge ist im Hungerzustand neben der FFS-Konzentration im Blut auch die Triglycerid-Einlagerung im Skelett- und im Herzmuskel erhöht.