Hungerstoffwechsel

• 4 bis 5 Stunden nach einer Mahlzeit

• Blutzucker ↑ und sinkt nach 2 h auf den Ausgangszustand

• Insulin ↑ und sinkt nach 4-5 h auf den Ausgangszustand

• Kohlenhydratabsorption

• 6 bis 24 Stunden nach einer Mahlzeit

• Glykogenolyse: Hepatische Glykogenolyse aus den Glykogenspeichern

• ist ein in der Zelle ablaufener biochemischer Prozess, bei dem aus Glukose der Speicherstoff Glykogen gebildet wird

• Sie findet überwiegend in den Hepatozyten der Leber und in den Myozyten der Skelettmuskulatur statt und wird durch zum Teil unterschiedliche Hormone stimuliert

• Die Aufnahme der Glukose, und die damit einher gehende Bildung des Glykogens ist ein wichtiger Mechanismus der Regulierung des Blutglukosegehalts

• dient dem temporären Ausgleich fehlender Nahrungsglukose

• die Muskeln nutzen das in ihnen gespeicherte Glykogen selbst

  • Muskelglykogen kann nur indirekt (über die Glykolyse zu Laktat) benutzt werden, um den Blutzucker zu regulieren

• die Leber kann durch die Glykogenolyse auch anderen Organen Glukose zur Verfügung stellen

  • Leberglykogen kann dagegen bei Mobilisation zu Glukose den Blutzuckerspiegel ansteigen lassen

• 2 bis 10 Tag nach einer Mahlzeit

• Glukoneogenese

• Hepatische Glukoneogenese aus Laktat, Alanin, Glycerin

• Die Leberglykogenspeicher sind schon nach 24 Stunden Fasten fast vollständig entleert

• Isst man nach dem Fasten eine kohlenhydratreiche Diät, steigt der Leberglykogenspeicher um das Doppelte von vor dem Fasten

• Herkunft des Blutzuckers: Exogen

• Gewebe, die Glukose verwenden: Alle

• Hauptbrennstoff: Glukose

• Herkunft des Blutzuckers: Glykogen, hepatische Glukoneogenese

• Gewebe, die Glukose verwenden: Alle, aber weniger bei Leber, Muskel und Fettgewebe

• Hauptbrennstoff: Glukose

• Herkunft des Blutzuckers: hepatische Glukoneogenese, Glykogen

• Gewebe, die Glukose verwenden: Alle, aber weniger bei Leber, Muskel und Fettgewebe in Raten zwischen Phase 2 und 4

• Hauptbrennstoff: Glukose

• Herkunft des Blutzuckers: hepatische + renale Glukoneogenese

• Gewebe, die Glukose verwenden: Gehirn, Erythrozyten, Nierenmark, geringe Mengen vom Muskel

• Hauptbrennstoff: Glukose, Ketonkörper

• Herkunft des Blutzuckers: hepatische + renale Glukoneogenese

• Gewebe, die Glukose verwenden: Gehirn, Erythrozyten, Nierenmark

• Hauptbrennstoff: Ketonkörper, Glukose

• Alanin dient als Carrier für den Transport von Aminogruppen sowie für das C-Skelett des Pyruvats aus dem Muskel in die Leber

• Die aus Pyruvat durch Gluconeogenese in der Leber gebildete D-Glucose wird wieder in den Muskel zurücktransportiert

• gegenseitiger Austausch zwischen im Muskel anfallendem Laktat und Glucose aus der Leber

• Während der anaeroben Glykolyse in der Muskulatur wird das dort gespeicherte Glykogen zu Laktat verstoffwechselt, welches über das Blut zur Leber transportiert wird

• Dort wird das Laktat zu Pyruvat dehydrogenisiert

• Gluconeogenese

• Die dabei entstehende Glucose wird bei Bedarf wieder in die Blutbahn abgegeben

• Glukose, die an periphere Gewebe wie Muskel, Fettgewebe, Blutzellen „geliefert“ wird, kann zum großen Teil „recycelt“ werden

• Nur nicht die Glukose, die ans zentrale Nervensystem geht

• Sicherstellung der Glukoseversorgung, Glukoneogenetische Phase

• Glukoseverwertung → Blutzucker ↓ → Insulin ↓ und Glucagon ↑ → Lipolyse ↑ und Aminosäuren ↑ → Glukoneogenese ↑ (endokrine Regulation)

• Glucagon ist neben Insulin ein sehr wichtiges Hormon des Kohlenhydratstoffwechsels

• Glucagon erhöht den Blutzuckerspiegel:

  • verstärkt die Gluconeogenese, den Glykogenabbau und die Glucosefreisetzung

  • stimuliert die Lipolyse, die β-Oxidation und die Bildung von Ketonkörpern aus Fettsäuren

  • steigert die Proteolyse

  • hemmt die Glykolyse

• Proteinkonservierung

• Blutketone ↑ →

  • zerebrale Ketonverwertung ↑ → Glukoseverwertung ↓ → Blutzuckerhomöostase

  • Alaninausscheidung aus dem Muskel ↓ → Glukoseproduktion ↓ → Blutzuckerhomöostase + Proteinkonservierung

• Vermehrte Ketogenese, Anpasssung des zentralen Nervensystems an die Verstoffwechselung von Ketonkörpern

• Vermehrte Glukoneogenese aus Laktat

• Vermehrte Lipolyse und Glukoneogenese aus Gylcerin

• Abfall der Schilddrüsenhormonspiegel und damit des Energieverbrauchs

• N-Bilanz ist unmittelbar nach Einstellung der Proteinzufuhr am stärksten negativ

• Am Anfang vor allem Protein aus dem Gastrointestinaltrakt und der Leber, später vom Muskel und weniger von viszeralen Organen

• β-Adrenergic

• IGFs

• Insulin

• Testosterone

• körperliche Aktivität

• T3

• Cortison

• Insulin

• Protein ist gut hydriert

• Proteinabbau: 25 g Proteinabbau/Tag bedeutet gleichzeitig etwa das 3-fache an Wasserverlust

• Glykogenabbau: 300 g Glykogenabbau bedeutet gleichzeitig etwa das 1,5-fache an Wasserverlust

• Proteinabbau

• Glykogenabbau

• Nariurese: Negative Natrium- und ECW-Bilanz

  • Vermehrte Ausscheidung von Na+ zum Ladungsausgleich der vermehrt ausgeschiedenen organischen Säuren (Ketonurie)

  • Abfall des Insulinspiegels und Anstieg des Glukagonspiegels

  • Aktivierung der RAAS über SNS-Aktivität

• dient der Glucosesynthese und damit der Aufrechterhaltung des Blutglucosespiegels auch während der Postabsoprtions- und Hungerphase, wenn der Glykogenvorrat in der Muskulatur und in der Leber verbraucht ist

• Umkehrweg der Glykolyse: Pyruvat -> Glukose

Schnelle Phase:

• In der schnellen Phase verliert der Körper vor allem Wasser und Gylkogenspeicher

• Vermehrter Proteinkatabolismus (bei sehr starkem Defizit)

  • Falls der Körper keine ausreichende Energie aus Fett oder Kohlenhydraten bekommt, beginnt er mit dem Abbau von Muskelproteinen

  • Proteinabbau: 25 g Proteinabbau/Tag bedeutet gleichzeitig etwa das 3-fache an Wasserverlust

• Steigung ist jeweils abhängig von der Ausgangskörperzusammensetzung -> flacher bei adipösen

• Proteinabbau

• Glykogenabbau

• Nariurese: Negative Natrium- und ECW-Bilanz

  • Vermehrte Ausscheidung von Na+ zum Ladungsausgleich der vermehrt ausgeschiedenen organischen Säuren (Ketonurie)

  • Abfall des Insulinspiegels und Anstieg des Glukagonspiegels

  • Aktivierung der RAAS über SNS-Aktivität

• Schnellere anfängliche Gewichtsabnahme bei ketogener Diät/Ätkins-Diät ist durch vermehrte Salz- und Wasserausscheidung bedingt

• Eine Kohlenhydrat-Gabe führt nach dem Fasten oder ketogener Diät zu einer Gewichtszunahme durch Inhibition der Salz- und Wasserausscheidung obwohl das Energiedefizit weiter besteht

• Die Gabe von Glukagon blockiert den antidiuretischen Effekt der Kohlenhydrate, d.h. Glukagon ist vermutlich für die Diurese verantwortlich

• Kohlenhydratverstoffwechselung hemmt die Lipolyse

• Fettverbrennung hemmt die Kohlenhydratverbrennung

• Message: Wenn das eine auf Hochtouren läuft, wird das andere automatisch gehemmt

• Der hohe Insulinspiegel nach dem Essen hemmt die Lipolyse des Fettgewebes

• Insulin: Endokrine Regulation von Fettspeicherung und Lipolyse

• Im Vergleich zum Insulinspiegel bleibt der Blutzuckerspiegel den ganzen Tag über relativ konstant

• Morgens nüchtern vermehrte Fettoxidation

• Fettspeicherung nach den drei Mahlzeiten

• Fettmobilisierung in der Nacht

Anstieg der freien Fettsäuren und etwas verzögert auch der Ketonkörper

• Acetyl-CoA wird bei der β-Oxidation von Fettsäuren gebildet

• Es kann in den Tricarbonsäurezyklus (TCA) oder in den Ketogenese-Weg eintreten

• Die Hauptregelung scheint die Lieferung von Fettsäuren an das Mitochondrium zur Oxidation zu sein

• Ketonkörper entstehen aus Acetyl-CoA

• 5% Kohlenhydrate

• 20% Protein

• 75% Fett

• 10% (20-50g, <10 E%) Kohlenhydrate

• 40% Protein

• 50% Fett

• 35% Kohlenhydrate

• 30% Protein

• 35% Fett

• 55% Kohlenhydrate

• 15% Protein

• 30% Fett

• sehr proteinreich (weniger Fett) aber Aminosäuren → Insulinsekretion → Ketose sinkt

• Atkins, Paleo, Logi oder auch die Mittelmeerkost liegen zwischen Low und Very Low Carb

• Höhere Sättigung → Gewichtsabnahme

  • Durch Protein

  • Veränderung von Appetithormonen?

  • Durch Ketonkörper

• Kardiovaskuläre Risikofaktoren

  • Triglyceride sinken

  • HDL steigt

  • Blutdruck bleibt gleich oder sinkt

• Kardiovaskuläre Risikofaktoren

  • LDL bleibt gleich oder steigt (abhängig von der Fettsäure-Zusammensetzung)

• Vorübergehende Nebenwirkung „Keto-Grippe“: Benommenheit, Schwindel, Abgeschlagenheit, Schwierigkeiten beim Sport, Schlafstörungen, Obstipation

• Risiken einer hohen Proteinzufuhr:

  • Insulinsekretion steigt

  • Renale N-Ausscheidung → Hyperfiltration

  • Schwefelhaltige Aminosäuren (RR ↑)

  • BCAA (IR) (nicht bei pflanzlichem Protein)

• Nein

• Die Gewichtsabnahme beschleunigt sich zu Beginn der ketogenen Diät

• Die Fettmasse-Abnahme verlangsamt sich zu Beginn der ketogenen Diät

• Zu Beginn der ketogenen Diät kommt es vorübergehen zu einem höheren Abbau an Körperprotein → Glukoneogense aus Aminosäuren (+100 kcal/Tag Energieverbrauch)

• Ermöglichen eine sehr erfolgreiche Gewichtsabnahme

• Diese ist durch eine geringere Energieaufnahme bedingt

• Sie ist nicht durch einen höheren Energieverbrauch erklärt (dieser ist vorübergehend und gering +100 kcal/Tag)

• Führt nicht zu einer bevorzugten Fettabnahme

• Senken die Glykämie und den Insulinspiegel

• Senken den Leberfettgehalt (bei hohem Anteil an MUFA)

• Senken den Triglycerid-Spiegel und erhöhen das HDL-C und die LDL-Partikelgröße

• Bei hohem Verzehr von gesättigten Fetten und tierischem Eiweiß:

  • - LDL-C ↑

  • Beeinträchtigung der Inuslinsensitivität? → Mortalität?

• β-Hydroxybutyrat (BHB) wird in der Leber aus Fettsäuren synthetisiert und ist ein wichtiger Energieträger, der zu den peripheren Geweben transportiert wird, wenn die Glukosezufuhr für den Energiebedarf des Körpers zu gering ist, wie z.B. bei Exercise, Hunger oder dem Fehlen von Kohlenhydraten in der Nahrung

• Neben seiner Aktivität als Energiesubstrat wird BHB zunehmend auch eine zelluläre Signalfunktion zugeschrieben

• Einige der Moleküle, in die BHB umgewandelt wird, wie z.B. Acetyl-CoA, haben eine eigene Signalwirkung, ebenso wie viele der am BHB-Stoffwechsel beteiligten Cofaktoren, z.B. NAD

Indirekte Signalfunktionen erfordern die Umwandlung in andere Moleküle, während die direkten Signalfunktionen auf BHB selbst zurückzuführen sind.

• Ketonkörper → regulieren den Stoffwechsel und die Langlebigkeit durch Hemmung der Aktivität der Histon-Deacetylase (HDAC) (epigenetische Genregulierung)

• βOHB hemmt die Histon-Deacetylase 1,3 und 4

• Histon-Hyperacetylierung

• Hyperacetylierung von Nicht-Histon-Proteinen

• Veränderungen der Genexpression

• Foxo3-Induktion

• Resistenz gegen oxidativen Stress

• verringerte Lipolyse

• geringere Stoffwechselrate

• verringerter Sympathikustonus

• HDACs deacetylieren sowohl Histon- als auch Nicht-Histon-Proteine und regulieren die Gentranskription und die posttranslationale Funktion von Proteinen

• HDACs regulieren eine Vielzahl von Stoffwechselwegen, die mit Langlebigkeit und altersbedingten Krankheiten in Zusammenhang stehen, und die Modulation der HDACAktivität reguliert die Lebensspanne