Bewegungsphysiologie: Endokrinium

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Endokrinium

Als Endokrinium wird die Gesamtheit aller endokrinen Drüsen bezeichnet, also aller Drüsen, die ihre Sekrete (Hormone genannt) ins Blut abgeben, womit der Wirkort von dem Produktionsort oder genauer, dem Ort der Sezernierung, unterschiedlich sein kann. Dies unterscheidet endokrine Drüsen von exokrinen Drüsen. Hormone können also im Gegensatz zu exokrinen Sekreten eine Fernwirkung erzeugen, auch im ganzen Körper gleichzeitig. Die neuere Forschung zeigt, daß neben den klassischen Fernwirkungen auch parakrine (in der Nachbarschaft des Produktionsortes wirkende) oder autokrine (in der Ursprungszelle wirkende) Drüsengewebe existieren.
Aufgrund der Komplexität des menschlichen Endokriniums sollen hier nur einige der wichtigsten endokrinen Drüsen und Hormone genannt werden ohne den Versuch zu unternehmen, alle Drüsen, Regelkreisläufe und Zusammenhänge zu erklären.

autokrin

Als autokrin wird der Sekretionsmodus von Drüsenzellen bezeichnet, ihr Sekret in das Interstitium abzugeben, aber auch selbst einen Rezeptor für diesen Botenstoff zu besitzen und darauf zu reagieren. Damit ist die autokrine Sekretion ein Sonderfall der parakrinen.

parakrin

Als parakrin wird der Sekretionsmodus von Drüsenzellen bezeichnet, ihr Sekret durch das Interstitium (der Extrazellulärraum zwischen den Zellen) an Nachbarzellen abzugeben. Die parakrine Steuerung ist ein wichtiger Mechanismus der Selbstregulation in Organen. Die parakrinen Sekrete diffundieren im Interstitium und docken an geeigneten Rezeptoren von Zellen an, die sie aktivieren, was ein Signal zu einer Reaktion wie einem Stoffwechselvorgang auslöst.

endokrin

Als endokrin wird der Sekretionsmodus von Drüsenzellen bezeichnet, ihr Sekret in die Blutbahn abzugeben. Die Sekrekt werden auch als Hormone bezeichnet. Sie docken an einen dazu affinen Rezeptor an und aktivieren ihn, was ein Signal zu einer Reaktion wie einem Stoffwechselvorgang auslöst. Die komplexe Gesamtheit des Hormonsystems wird als Endokrinium bezeichnet. Da endokrine Sekrete an das Körperinnere, nämlich das Blut abgegeben werden, ist die endokrine Sekretion genauso wie die innere autokrine und parakrine eine innere Sekretion.

Hypothalamus

Der Hypothalamus (gr.: „unter dem Thalamus“) ist der über der Hypophyse gelegene und mit dieser durch das Infundibulum verbundene Teil des Gehirns, der mit der Hypophyse zusammen eines der wichtigsten endokrinen Steuerungszentren des Körpers darstellt. Üblicherweise wird der Hypophysenhinterlappen (HHL) als Teil des Hypothalamus aufgefasst. Der Hypothalamus bildet viele wichtige Releasing-Hormone (Liberine) und Inhibiting-Hormone (Statine) sowie Dopamin und einige Neuropeptide. Er ist als wichtigstes vegetatives Steuerungszentrum maßgeblich an der vegetativen Steuerung des Körpers beteiligt, die in verschiedenen homoöstatischen Regelkreisen implementiert ist. Hier werden Temperatur (über Thyreotropin (TSH) und Thyreoliberin (TRH)), Blutdruck, Osmolarität (über ADH) des Blutes, Wasseraufnahme und Nahrungsaufnahme (über die hemmende Wirkung von Leptin auf Neuropeptid Y) gesteuert, genauso wie der circadiane Rhythmus und Schlaf (über Histamin, Orexin und die Stimulierung der Melatoin-Freisetzung in der Zirbeldrüse). Auch die Sexualität wird hier mitbeeinflusst.
Liberine und Statine des Hypothalamus steuern die Ausschüttung der Hormone des Hypophyselvorderlappens (Adenohypophyse); die von dem Hypophysenhinterlappen (Neurohypophyse) ausgeschütteten Hormone produziert die Hypophyse selbst.

Hormone des Hypothalamus

Releasing-Hormone (Liberine):

TRH (Thyreotropin-Releasing-Hormon), auch Thyreoliberin, bewirkt die Freisetzung von Thyreotropin (TSH), das an der Schilddrüse Thyroxin und Triiodthyronin freisetzt, und Prolaktin.
CRH (Corticotropin-Releasing-Hormon), auch Corticoliberin, bewirkt die Freisetzung von Adrenocorticotropin (ACTH), das an der Nebennierenrinde Aldosteron, Cortisol und Sexualhormone freisetzt.
GnRH (Gonadotropin-Releasing-Hormon), auch Gonadoliberin, bewirkt an den Gonaden die Freisetzung des Follikelstimulierenden Hormons (FSH) und des Luteinisierenden Hormons (LH)
GHRH (Growth-Hormone-Releasing-Hormon), auch Somatoliberin, bewirkt die Freisetzung von Somatotropin (Wachstumshormon, Growth Hormone, GH).
MSH-RH (Melanolibern, Liberin zu MSH)
PRL-RH (Prolaktin-RH, Prolaktoliberin. Vermutet, nicht nachgewiesen!)

Statine (Inhibiting-Hormone):

MSH-IH (Melanostatin, MSH-Statin)
Dopamin (ist gleichzeitig Neurotransmitter und Hormon), unterdrückt die Freisetzung von Prolaktin
Somatostatin (ist ein Statin zu GH), hemmt die Sekretion von Pankreasenzymen, Gastrin und Pepsin und senkt die Durchblutung im Splanchnikusgebiet; ist bei der Initiierung des programmierten Zelltods beteiligt (Apoptose)

Hypophyse (glandula pituitaria)

1. HVL (Hypophysenvorderlappen, Adenohypophyse)

glandotrop:

FSH (Follikelstimulierendes Hormon), stimuliert die Gonaden.
TSH (Thyreoidea stimulierendes Hormon, Thyreotropin, stimuliert die Schilddrüse)
LH (Luteinisierendes Hormon), stimuliert die Gonaden.
ACTH (Adrenokorticotropes Hormon), stimuliert die Nebennierenrinde

nicht glandotrop:

MSH (Melanozyten-stimulierendes Hormon) oder Melanotropin aus dem Hypophysenmittellappen
Prolaktin (Dopamin ist ein Statin dafür),
STH (Somatotropes Hormon) oder Somatotropin (GH oder HGH).

2. HHL (Neurohypophyse, Hypophysenhinterlappen)

Oxytocin (wird auch gespeichert),
ADH (Antidiurhetisches Hormon, Vasopressin)

3. HZL (Hypophysenzwischenlappen)

– MSH (Melanozyten-Stimulierendes Hormon)

Epiphyse (Zirbeldrüse)

produziert Melatonin, das den Schlaf-Wach-Rhythmus und andere zeitabhängige Rhythmen des Körper reguliert. Die Epiphyse ist bei Fischen, Reptilien, Amphibien noch selbst lichtempfindlich. Bei Säugetieren ist die Leitung der Helligkeitsinformation weitaus komplexer. Seit 1973 ist bekannt, daß von allen Organen außer dem Herzen nur die Niere stärker durchblutet ist als die Epiphyse.
Es wird vermutet, daß die Epiphyse pubertätshemmend wirkt.

Schilddrüse (Glandula thyroidea):

Die größte endokrine Drüse des Menschen, bildet die iodhaltigen Schilddrüsenhormone Triiodthyronin und Thyroxin sowie das Peptidhormon Calcitonin. Das benötigte Jod kann sie selbst speichern. Sie ist wichtig bei der Regulation des Energiehaushaltes und des Zellwachstums. Calcitocin hemmt die Osteoklasten und regt den Einbau von Calcium und Phosphat in die Knochen an. Im negativ rückgekoppelten thyreotropen Regelkreis hemmt ein erhöhter Spiegel an T3, T4 die Freisetzung von TSH (welches die Freisetzung von T3, T4 fördert) im HVL und von TRH im Hypothalamus.
Die Schilddrüsenhormone wirken auf das Herz und den Kreislauf. Sie können zu einer Erhöhung der Herzfrequenz und des Blutdrucks sowie zu einer Erweiterung von Gefäßen führen. Sie wirken auf den Zucker-, Fett- und Bindegewebsstoffwechsel, indem sie deren Umsatz steigern. Sie steigern die Aktivität von Schweiß- und Talgdrüsen der Haut und die Aktivität der Darmmotorik. Im Nervensystem führen sie zu einer verstärkten Erregbarkeit der Zellen. Insgesamt wird durch die Wirkung der Schilddrüsenhormone der Energieverbrauch und der Grundumsatz des Organismus erhöht. Folge hiervon ist ein Anstieg der Körpertemperatur.

Nebenschilddrüse (glandulae parathyroideae)

PTH (Antagonist des Calcitocins), erhöht die Calciumkonzentration des Bluts durch indirekte Aktivierung von Osteoklasten.

Thymusdrüse

Die Thymusdrüse ist keine endokrine Drüse. Die Wirkung der dort gebildeten Peptide ist allerdings noch nicht abschließend geklärt: sie degeneriert nach der Pubertät, was die Ursache der Immunnoseneszenz ist (Verschlechterung des Immunsystems mit dem Altern). Sie trainiert als primäres oder zentrales lymphatisches Organ Thymozyten aus dem Knochenmark zu T-Lymphozyten, die dann in die sekundären Lymphorgane wandern (Lymphfolikel, Peyer-Plaques, Tonsillen, Milz, Lymphknoten, Appendix vermiformis)

Leber

Somatomedin (Insulin-ähnlicher Wachstumsfaktor)
Prohormon Angiotensinogen
Thrombopoietin

Nebenbei reagiert die Leber auf Insulin und Glucagon und versucht den Blutzuckerspiegel konstant zu halten (Speicherung von Glukose aus Pfortaderblut, kontrollierte Weitergabe an das Blut. Speicherung aktuell überflüssiger Glukose als Glykogen, das bei Bedarf per Glykolyse als Glukose ins Blut freigesetzt wird). Insulin regt die Leber zur Speicherung an, Glucagon zur Freisetzung. Weiter inaktiviert die Leber Steroidhormone. Thrombopoietin stimuliert die Bildung und Differenzierung der blutplättchenbildenden Zellen, der Megakaryozyten. Die Thrombozyten besitzen einen Rezeptor für Thrombopoietin, der dies aus dem Blutstrom bindet, was den Regelkreislauf darstellt.

Duodenum

Sekretin, Cholezystokinin (Pankreozymin, ist im Gehirn auch Neurotransmitter). Cholezystokinin löst in der medulla oblongata das Sättigungsgefühl aus, regt die Pankreassekretion an und bewirkt gleichzeitig eine Kontraktion der glatten Muskulatur der Gallenblasenwand sowie die Erschlaffung des Musculus sphincter oddi und ermöglicht dadurch den Gallenfluss, stimuliert die Peristaltik von Dünndarm und Dickdarm, vermindert die Wirkung von Gastrin und die Sezernierung von HCl. Spielt eine Rolle bei der Angststörung bzw. Auslösung von Panikattacken.
Sekretin wird bei einem pH des Chymus im Duodenum von < 4,5 sezerniert, hemmt die Gastrin-Produktion und vermindert damit die Magensäureproduktion. Es veranlasst das Pankreas, Natriumhydro-gencarbonat-reiches Sekret abzugeben und stimuliert die Ausschüttung von Insulin und Somatostatin.

Magen

Gastrin aus dem Antrum des Magens und dem Duodenum fördert die Produktion von Hcl im Magen. Dehnung des Magens durch Nahrung, bestimmte Eiweiße in der Nahrung, Reizung des Vagusnervs, Alkohol und Coffein stimulieren die Freisetzung, gehemmt wird sie u.a. durch Somatostatin, Sekretin, GIP (Gastrin Inhibiting Peptid) und das Magensäure-hemmende und peristaltikfördernde Neurotensin.
Ghrelin (Growth Hormone Release Inducing), appetitanregendes Hormon; stimuliert im Hypothalamus die Freisetzung von Neuropeptid Y, das die Nahrungsaufnahme fördert
Neuropeptid Y, steuert Hunger, Angst, Blutgefäßkontraktion, Insulinfreisetzung, Magenmotilität; wirkt als Gewebshormon (also parakrin) auf das Immunsystem
Somatostatin (s.o.)
Histamin (Gewebshormon und Neurotransmitter, auch bei Pflanzen und Bakterien vorkommend), Botenstoff zur Gewebeschwellung bei Entzündungen. Weiter beteiligt bei der Regulation der Magensäureproduktion und der Motilität sowie im Zentralnervensystem bei der Steuerung des Schlaf-Wach-Rhythmus und der Appetitkontrolle
Endothelin, stärkster bekannter Vasokonstriktor, 100 mal stärker als Noradrenalin; ist bei KHK, Herzinsuffizienz und Arteriosklerose erhöht, beeinträchtigt auch die Kontraktionsfähigkeit des Herzens, den Herzrhythmus sowie die Durchblutung der Nieren

Nieren

Renin, aus dem JGA (juxtaglomerulärem Apparat), wird bei niedrigem Blutdruck in der afferenten Arteriole oder bei niedriger Natriumkonzentration im distalen Tubulus ausgeschüttet. Katecholamine wie Dopamin führen ebenfalls zur Ausschüttung. RAAS siehe unten.
Erythropoetin, stimuliert die Bildung von Erythrozyten (zur Erinnerung: Pro Tag werden circa 200 Milliarden Erythrozyten gebildet), Apoptose-Hemmer, leichte Stimulation der Megakaryozyten (Thrombopoiese)
Calcitriol, physiologisch aktive Form des Prohormons Vitamin D3, wirkt gegen Osteoporose, moduliert das Immunsystem (verbessert Infektabwehr, mindert Autoimmungeschehen), schützt vor Krebs, wirkt gegen Psoriasis und alopecia areata, fördert die Motilität der Spermien
Thrombopoietin (s.o.)

Nebennieren

Aldosteron, hemmt die Natriumausscheidung und steigert damit das Blutvolumen, fördert die Kaliumausscheidung. Der Anstieg von Kalium im Serum kann die Aldosteronsynthese steigern. Kurzfristig bei der Bewältigung von lebensbedrohendem Streß sehr wichtig, chronische Erhöhung wirkt multipel pathologisch
Kortisol (Cortisol), wichtigstes Streßhormon neben (Nor-)Adrenalin, aber träger als dieses; aktiviert katabole Stoffwechselvorgänge und stellt damit Energie bereit; immundämpfend, entzündungshemmend, glykolytisch, fördert die lipolytische Wirkung von Adrenalin und Noradrenalin sowie den Proteinumsatz katabol. Wird in Niere und Darm zu Cortison oxidiert, was nicht antidiuretisch wirkt. CRH und ACTH steuern die Freisetzung. Cortison wird in 7-10 Schüben pro Tag freigesetzt, das Maximum im Serum liegt im Morgen
Androgene (Andosteron, Testosteron u.a.; auch aus Hoden und in geringen Mengen aus den Eierstöcken), virilisierend, machen Bartwuchs, tiefere Stimme, stärkere Muskeln)
(Nor-)Adrenalin (Adrenalin heißt auch Epinephrin; Noradrenalin fehlt die Methylgruppe des Adrenalin). Adrenalin ist Vasokonstriktor, insbesondere in Haut und Nieren aber Vasodilatator in zentralen muskelversorgenden Gefäßen. Am Herzen ist es chronotrop (beschleunigt den Puls), inotrop (erhöht die Kontraktionskraft) und dromotrop (beschleunigt die Überleitung). Zusammen mit der peripheren Vasokonstriktion erhöht sich damit der Blutdruck deutlich. Es steigert die Atmung und inaktiviert nicht kurzfristig lebensnotwendige Funktionen wie Verdauung, indem es per Erschlaffung der glatten Muskulatur die Peristaltik lahmlegt. Der Schließmuskel der Harnblase kontrahiert unter Adrenalin. Es fördert die Lipolyse, Glykolyse und Glukoneogenese und steigert damit den Blutzuckerspiegel. Gleichzeitig hemmt es die Wirkung von Insulin und setzt Glucagon frei. Als Neurotransmitter aktiviert Adrenalin den Sympathikus, der wiederum mehr Adrenalin und Noradrenalin ausschüttet. Gesteigerte Schweißproduktion, Gänsehaut, trockener Mund und Mydriasis (weite Pupillen) werden ebenfalls von Adrenalin verursacht. Intravenöse, sehr selten auch intrakardial ist Adrenalin ein wichtiges Notfallmedikament. Intramuskulös wird es auch bei Schock oder Anaphylaxie verabreicht.
Noradrenalin wirkt hauptsächlich als Vasokonstriktor der Arteriolen und ist auch Neurotransmitter mit gleicher Wirkung wie Adrenalin.

Pankreas (Inselorgan)

Insulin, fördert die Aufnahme von Glukose in die Zellen und senkt damit (als einziges Hormon) den Blutzuckerspiegel. Viele Hormone heben den Blutzuckerspiegel, darunter der direkte Antagonist Glucagon, aber auch Adrenalin, Kortisol und Schilddrüsenhormone. Vor allem Leber und Muskeln können mit Insulin als Schlüssel in kurzer Zeit große Mengen Glucose aufnehmen und als Glykogen speichern. Nervenzellen und Erythrozyten nehmen Glucose insulinunabhängig auf. Insulin hemmt die Lipolyse, Insulinmangel führt also zu gesteigerter Lipolyse und Bildung von Ketonkörpern (Aceton, 3-Ketobuttersäure und ß-Hydroxybuttersäure). Unter Bereitstellung entsprechender Enzyme können auch Gehirn und Muskeln aus Ketonkörpern Energie gewinnen. So ist es bei anhaltendem Fasten dem Gehirn nach der Umgewöhnug möglich mit 40 mg/dl statt mit 120 mg/dl Glucose auszukommen.
In Leber, Fettgewebe und Muskulatur fördert Insulin die Triglyceridsynthese aus Nahrungs-Lipiden, außerdem die Proteinsynthese. Insulin fördert die Glycogensynthese und -Speicherung in der Leber, Triglyceridsynthese in Leber und Fettgewebe sowie die Speicherung von Aminosäuren im Muskel; es hemmt die hepatische Gluconeogenese und zählt daher insgesamt zu den wichtigsten Regulatoren des Glucosemetabolismus. Die Halbwertszeit von Insulin im Serum liegt bei etwa 5 Minuten. Es wird von Zellen aufgenommen, aber auch in Leber und Nieren abgebaut. Das läßt schließen, daß die Blutzuckerregulation schneller ist, als man dauerhaft therapeutisch intervenieren kann.
Siehe auch den Artikel zur Insulinresistenz weiter unten.
Glukagon, fördert die Glykolyse in der Leber und ist in seiner Wirkung auf den Glucose-, Protein- und Fettsäurestoffwechsel ein Gegenspieler des Insulins
Somatostatin,
PP (Pankreas-Polypeptid), hemmt die Enzym- und Hydrogencarbonat-Produktion der Bauchspeicheldrüse, die Motilität des Darms und den Gallefluss
Ghrelin (s.o.)

Ovarien

Östrogene, nachrangig auch aus der Nebenriedenrinde und den Hoden; Testosteron wird in Fettgeweben auch teilweise in Östrogen umgewandelt
Gestagene (Progesteron u.a.)

Hoden

Testosteron

Einige wichtige Regelmechanismen

RAAS (Renin-Angiotension-Aldosteron-System)

Als Protease wandelt Renin das bislang inaktive Angiotensinogen aus der Leber in Angiotensin I um. Dieses wiederum wird von dem vor allem in der Lunge gebildeten Angiotensin Converting Enzyme (ACE) in Angiotensin II umgewandelt, welches negativ rückkoppelnd auf die Reninbildung wirkt und somit eine Reninüberproduktion verhindert. Angiotensin II ist sehr stark gefäßverengend und fördert außerdem im letzten Schritt die Ausschüttung von Aldosteron und Antidiuretischem Hormon (ADH), welches auch unter den Namen Adiuretin oder Vasopressin bekannt ist. Freisetzungsreize für Renin sind u.a. verminderte Durchblutung des Malpighi-Körperchen der Niere, verminderter Blutdruck im vas afferens (das zum Glomerulum, dem Nierenkörperchen hinführende arterielle Gefäß), verminderte glomeruläre Filtrationsrate, Aktivierung des sympathischen NS, Verminderung der Cl-Ionen an der makula densa am geraden Teil des distalen Tubulus.

Thyreotroper Regelkreis

Die Hypophyse schüttet das Steuerhormon Thyreotropin (TSH) aus, das in der Schilddrüse die Sekretion von Thyroxin (T4) und Triiodthyronin (T3) anregt. Diese Schilddrüsenhormone ihrerseits hemmen im Sinne einer Gegenkopplung (Negative Rückkopplung) die Produktion und Ausschüttung von TSH und T4 auch von TRH, so dass sich normalerweise ein Gleichgewichtsspiegel der Menge an Schilddrüsen-hormonen im Blut einstellt.

Insulinresistenz

Unter Bedingungen chronisch erhöhter Glukose im Blut und chronischer Bindung von Insulin an Rezeptoren wegen der mit der Erhöhung der Glukose verbundenen Hyperinsulinämie bilden die Zellen weniger Rezeptoren neu (aktivierte Rezeptoren werden teilweise internalisiert und recycelt). Die verminderten Rezeptoren („Downregulation“) führen zu weniger ausgelösten Signalwegen (PI3K → Akt → GLUT4) und weniger Aufnahme von Glukose. Dieser „Rezeptorabbau“ wird als Insulinresistenz bezeichnet. Damit gerät aber die Regulation sowohl von Glukose als auch von Insulin komplett außer Kontrolle, weil die Hyperinsulinämie und auch die Hyperglykämie bestehen bleiben. Mehr noch: die Wirkung des im Blut vorhandenen Insulins an den Zellen wird in Summe geringer. So kommt es zum Glucose Insulin Vicious Cycle: der erste Rezeptorabbau führt, da der der Pankreas die Hyperglykämie detektiert, zu einer Mehrausschüttung an Insulin, die der Glukosekonzentration nicht mehr entspricht. Der Glukosepegel bleibt aber hoch, weshalb der Insulin mehr ausgeschüttet, woraufhin der Rezeptorabbau voranschreitet, was wiederum Glukose und konsekutiv auch Insulin ansteigen läßt, was zu weiteren Rezeptorabbau führt und so fort.

Außerdem bewirkt die erhöhte Insulinausschüttung vermehrte Fettspeicherung in den Zellen, was die Zellfunktion beeinträchtigt. Nebenbei erzeugt die Hyperinsulinämie im Fettgewebe vermehrte Entzündungsreaktionen, die die Reaktion auf Insulin stören und die Insulinresistenz verschärfen. Auch die Hyperglykämie löst Entzündungprozesse aus, bei denen verschiedene entzündliche Zytokine ausgeschüttet werden.

Die Hyperinsulinämie führt außerdem irekt zu einem vermehrtem Hungergefühl, dem mit vermehrter KH-Zufuhr begegnet wird, was zu einem weiter erhöhten Glukosespiegel führt.

Zwei weitere Pathomechanismen führen zu einer geringeren und später zu geringen Aufnahme von Glukose in die Zelle:
Postrezeptor-Signaldysfunktion (Serin-Phosphorylierung des IR oder IRS-1, Hemmung des Akt- / PI3K-Signalweges) und Glukotoxizität (ROS, PKC-Aktivierung führt zu Hemmung der Insulinsignalübertragung). Dadurch kann die Zelle trotz Überangebot von Glukose und von Insulin in einen Glukosemangel und Dysfunktionalität abgleiten.

Die Nieren sind schon recht früh nicht mehr in der Lage, die angefallene Menge an Glukose auszuscheiden (Glukosurie) und können daher die Eskalation nicht verhindern.

Neben dem reinen Überangebot an Nahrung sind auch dessen Qualität (einfache Kohlenhydrate, zuckerhaltige Getränke und Speisen, stark stärkehaltige Speisen etc., Kohlehhydrate ohne gleichzeitig aufgenommene Ballaststoffe oder andere Energieträger wie Fette oder Eiweiß) und auch die zeitliche Abfolge für diese Lage verwantwortlich. Werden immer wieder kleinere oder größere Mengen Nahrung oder Glukose-äquivalenter Flüssigkeit aufgenommen (etwa Snacks zwischen den Mahlzeiten, süße Getränke), bleiben Insulin und Glukose durchgehend erhöht und sinken bestenfalls mit deutlicher Verzögerung nachts wieder ein wenig ab.

Diese Lage hat als chronischer Zustand gravierende Konsequenzen,
vor allem langfristig, da sowohl Hyperglykämie (zu viel Glukose im Blut)
als auch Hyperinsuilinämie (zu viel Insulin im Blut) erhalten bleiben. Es treten also schädigende Wirkung des Übermaßes beider Stoffen im ganzen Körper auf, auch das Gehirn und das Gefäßsystem sind davon betroffen. Zu den Schäden, Risiken und verursachten Erkrankungen gehören:

Prädiabetes, LADA (Late onset Autoimmune Diabetes in Adults, „Diabetes 1,5“), Diabetes Typ 2, Diabetes Typ 1, relative Pankreasinsuffizienz („Erschöpfungsdiabetes“). Daraus folgen später unter anderem:
- diabetische Nephropathie (Nierenschäden) durch gestörte Gefäßregulation, renale Hypertonie
- diabetische Neuropathie (Polyneuropathie)
- diabetische Retinopathie von Sehstörungen bis zu Erblindung
Adipositas, Metabolisches Syndrom: Fettstoffwechselstörungen mit Hyperlipidämie, blockierte Lipolyse durch Hyperinsulinämie, Hypertricyceridämie, arterielle Hypertonie, auch durch verminderte NO-Produktion des Gefäßendothels, Hypercholesterinämie, Abfall von HDL, Erhöhung von LDL, in Zusammenhang mit Lumenverkleinerung deutlich riskant für Plaques
Polyzystisches Ovar-Syndrom (PCOS), Zyklusstörungen, ggf. Infertilität
erhöhtes Risiko für KHK, Arteriosklerose (Gefäßwandverdickung und -entzündung, Verlust der Gefäß-Compliance) mit Erhönung des Blutdrucks erhöhtem Risiko für Herzinfarkt und Schlaganfall, auch durch erhöhte Gerinnungsneigung
Leberzellverfettung, Fettleber
Chronische Entzündungen, silent inflammations
erhöhte Gerinnungsneigung, daher erhöhte Thromboseneigung
erektile Dysfunktion durch Gefäßschäden
Beeinträchtigung der Gehirnfunktion, Störungen von Mnestik, Kognition, Stimmung, Entwicklung von Demenz, Alzheimer
Vermehrung von viszeralem Fett nebst den davon verursachten Störungen Erschöpfung, Müdigkeit, Brain Fog, Heißhungerattacken, Gewichtszunahme/Adipositas, reduzierte Lebensqualität
Erhöhtes Risiko für Depressionen und andere psychische Erkrankungen
Minderfunktion verschiedenster Zellverände durch Mangelversorgung: der Rezeptorabbau (Insulinresistenz) geht meist über ein bedarfsadäquates Maß hinaus, da der Insulinpegel inadäquat gegenüber dem Glukosespiegel steigt. Diese Mangelversorgung geschieht unabhängig von der zusätzlichen Einschränkung der Versorgung durch geschädigte Gefäße. oxydativer Streß (erhöhter Pegel an Molekülen mit reaktionsfreudigem Sauerstoffsverbindungen) schädigt Organe, erhöhter Bedarf an Antioxydantien beeinträchtigte mitochondriale Energieproduktion (verminderte Fähigkeit zur Verstoffwechselung von Ketonkörpern und Fetten, verminderte mitochondrale Qualitätskontrolle und Entsorgung dysfunktionaler Mitochondrien, erhöhter Zellstress und weiter verminderte mitochondrale Fuktion durch durch Stoffwechselprodukte wie Laktat)
erhöhtes Krebsrisiko, da die Hyperinsulinämie Zellwachstum und -Teilung begünstigt
Da Streßhormone die Insulinwirkung hemmen und selbst diabetogen sind (Glukose ins Blut freisetzen), fördern sie Hyperglykämie, Hyperinsulinämie udn Insulinresistenz. Diese wiederum stören die nervale (chronisch erhöhter Sympathikotonus) und endokrinologische (Aktivierung der Hypothalamus-Hypophyse-Nebennieren-Achse) Homöostase. Außerdem erhöht Insulinresistenz die Neigung zu chronischen Entzündungen, auf die das Gehirn ebenfalls mit Aktivierung der Hypothalamus-Hypophyse-Nebennieren-Achse reagiert. Es wird vermehrt CRH ausgeschüttet, das wiederum zur ACTH-Ausschüttung führt, was den Cortisol-Spiegel steigen läßt. So entsteht ein Circulus vitiosus.

Insulinresistenz ist grundsätzlich reversibel, wenn die Bedingungen dafür hergestellt werden. Der Rückbau dauert unter guten Bedingungen etwa 3-4 Monate. Notwendig sind vor allem:

eine angepasste Ernährung die eher niedrig-glykämisch ist und insbesondere Glukosespitzen durch leicht verstoffwechselbare KH ohne Proteine und ohne Ballaststoffe sowie gesüßte Getränke vermeidet
Ausdauertraining und Krafttraining verbessern als wichtiger Faktor die Bedingung zum Abbau von Insulinresistenz, indem sie durch erhöhten Bedarf die Insulinempfindlichkeit der Zellen widerherstellen, Ausdauertraining vor allem während des Trainings, Krafttraining durch erhöhte Muskelmasse auch in Ruhe. Darüber hinaus bewirkt vor allem Krafttraining die Ausschüttung einer ganzen Reihe von hilfreichen Myokinen, die ein breites Spektrum an positiven Wirkungen im Körper haben, etwa anti-entzündlicher, metabolischer oder regulatorischer Art.
Stressreduktion und ausreichender Schlaf (reduziert den Cofaktor Streßhormone)
Gewichtsreduktion ist vor allem bei vorhandenem Übergewicht ein wichtiger Faktor

Nach zwei bis 4 Wochen werden erste Erfolge messbar, nach 6-8 zeigt sich ein merkliches Sinken von Nüchternblutzucker und HbA1c. Bestand die Insulinresistenz noch nicht sehr lange, sollte sie, je nach Schwere und Dauer des Bestehens nach 3 – 6 Monaten rückgebaut sein.

Glukose- und Insulin-Metriken

Im Zusammenhang mit der Antwort des Körpers auf zu Glukose verstoffechselten Nahrungsmitteln (PostPradial Glukose Excursion PPG) sind mehrere Größen definiert worden, die schon länger breite Verwendung finden:

Glykämischer Index (GI): Der GI ist der Quotient aus der Gesamt-Glukoseansschüttung ins Blut nach Einnahme eines Nahrungsmittels mit 50 g Kohlehydraten und der ensprechenden Antwort auf 50 g reine Glukose (Traubenzucker). Per Definition hat also Glukose selbst einen GI von 100. Damit stellt das GI als Integral über die Eröhung (gemessen binnen 2, 3 oder 4 Stunden) nur eine skalare Größe dar und sagt nichts über den zeitlichen Verlauf der Ausschüttung aus, insbesondere nichts über Peaks oder Abfälle nach Peaks, weshalb dieser Wert teilweise weniger brauchbar ist. Die zweite Schwierigkeit des GI ist, daß die KH-Dichte in einem Nahrungsmittel extrem unterschiedlich ausfallen kann. Zwar liegt der GI von gekochten Möhren bei 70, dazu müssten bei einem Kohlehydratgehalt von 7,1% aber 700 g Möhren verzehrt werden. Den gleichen GI von 70 hat auch Baguette, von dem aufgrund seines hohen Kohlehydratgehalts (48 g / 100 g) aber nur 104 g verzehrt werden müssen. Quantitativ im Sinne des gleichen GI haben also 104 g Baguette und 700 g gekochte Möhren die gleiche Wirkung, die Resorbtionszeit der Stärke im Baguette ist aber deutlich kürzer und die Glykämische Last (siehe unten) deutlich höher als bei den gekochten Möhren. Deswegen ergibt sich auch eine wesentlich ausgeprägtere Insulinantwort (Insulinämischer Index, siehe unten) auf das Baguette. Dabei spielt auch eine Rolle, daß die Möhren in Relation zu den Kohlehydraten ungleich mehr Ballaststoffe enthalten, was die Resorbtion verzögert und die Kurve des Glukose- und Insulinverlaufs deutlich flacher ausfallen läßt.
Glykämische Last (GL): der GL ist das Produkt aus GI und der Kohlehydratdichte in dem Nahrungsmittel. Damit ist auch der GL eine skalare Größe, die nichts über den zeitlichen Verlauf aussagt. Dennoch kann sie hilfreicher sein als der GI, da sie sich leichter auf realistische Nahrungsmengen beziehen läßt. Im obigen Beispiel haben 100 g gekochte Möhren einen GL von 5,0 und 100 g Baguette einen GL von 33,6. Zu beachten ist bei beiden Nahrungsmitteln auch die Zubereitungsform des Lebensmittelns, insbesondere, wenn durch Erhitzen Wasser verloren geht oder durch Kochen in Wasser solches hinzugefügt wird, sowie die Zusammensetzung, da Ballaststoffe, Eiweiße und Fette im Nahrungsmittel das Resorbtionsverhalten deutlich beeinflussen können, indem sie die Resorbtion verzögern.
Insulinindex (II): Die Insulinantwort ist ebenfalls eine skalare Größe, die aber die tatsächliche Insulinanwort des Körpers auf ein Nahrungsmittel angibt. Allein dadurch, daß teils auch proteinhaltige Nahrungsmittel (etwa Fleisch, Käse) eine hohe Insulinantwort auslösen können, ist der II eine wichtige und realistische Größe. Vor allem bei hohem Proteingehalt oder hoch rafinnierten Kohlehydraten laufen II und GI auseinander. Ähnlich dem GI wird auch hier Weißbrot als Referrenz genommen und als 100 definiert. Die stärkehaltige Kartoffel liegt bei 121, weiße Bohnen bei 120 und Gummibärchen (Glukose) bei 160, weiße Nudeln hingegen nur bei 40 und Reis bei 79. Als proteinreiche Nahrungsmittel erreichen (i.w. kohlehydratfreies) Fleisch 51 und Käse 45.

Ergänzend zu den obigen skalaren Größen, die das Integral der Glukoseerhöhung messen, aber keine Aussage über die zeitliche Verteilung oder die Höhe der Peaks geben, sind weitere Größen definiert worden.

Moderne Metriken

Glucose Excursion (ΔGlukose): misst die Höhe des Peaks über dem Ausgangswert und zeigt eine starke Assoziation mit oxidativem Stress.
Rate of Appearance (Ra) / Rate of Increase: mißt, wie steil der Blutzucker ansteigt (Gradient in mg/dL pro Minute).
Time to Peak (TTP): mißt die Zeit bis zum maximalen Blutzuckerwert, kurze TTP bedeutet schnelle Resorption und hohen metabolischen Stress
Time Above Range (TAR): Mißt den zeitlichen Anteil über einem definierten Schwellenwert. Dies ist eine wichtige Größe in der Diabetesforschung.
MAGE (Mean Amplitude of Glycemic Excursions, mittlere Höhe relevanter Peaks und Troughs): mißt nicht nur die Erhöhung, sondern auch übermäßigen Abfall und ist einer der besten Prädiktoren für Gefäßstress.
Coefficient of Variation (CV): mißt die relative Schwankungsbreite. Werte ab 36 % gelten als kritisch.
Early-Phase Insulin Response: misst die Insulinsekretion in den ersten 30 Minuten. Starke, frühe Peaks stellen langfristig einen deutlichen β-Zell-Stress dar.
Disposition Index: ein Wert, der Insulinsekretion und Insulinsensitivität berücksichtigt und damit aussagt, wie weit Peaks kompensierbar sind, bzw. wie belastbar die Regulation ist.
Glycemic Variability Index (GVI): ein Wert, der Höhe, Dauer und Frequenz der Erhöhung kombiniert.
Glycemic Risk Index (GRI): ein Peak-sensitiver Wert, der das Risiko durch Hyper- und Hypoglykämien bewertet.

Diese morderneren Metriken können weit bessere Aussagen über das Risiko von Peaks und übermäßigen Abfällen bis zur Unterzuckerung, das Risiko etwa für Gefäße, und das Regulationsvermögen treffen als die klassischen Metriken GI, GL und II.

Second-Meal-Effekt

Schon vor Jahrzehnten ist entdeckt worden, daß die Glukoseantwort nicht nur interindividuell, sondern auch intraindividuell stark uneinheitlich ist, und insbesondere von der vorangegangenen Mahlzeit anhängt, was als Second-Meal-Effekt bezeichnet wird. Die physiologischen Hintergründe des Effekts sind bislang nicht hinreichend geklärt, der Effekt selbst gilt aber durch mehrere Studien als gesichert. Eine Hypothese zur Erklärung des Effekts postuliert eine veränderte Insulin-Antwort oder Veränderungen in Signalwegen, eine andere führt ihn eher auf Reaktionen der Darmflora zurück. Bekannt ist, daß:

eine ballaststoffreiche Ernährung einen ausgeprägteren Second-Meal-Effekt bewirkt als ballaststoffarme.
proteinreichere und fettreichere Mahlzeiten einen größeren Second-Meal-Effekt bewirken als an diesen Nährstoffen ärmere.

Mit dieser Kenntnis steht eine weitere Möglichkeit bereit, Insulinresistenz und Typ-2 Diabetes positiv zu beeinflussen.

Yogabuch