Zentrales Glukose-Feedback und Gehirn-Kortikosteroid-Feedback im Energie Push-Pull-Prinzip
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Im Zentrum des Z-Projektes stand die Analyse der Lieferkette des menschlichen Gehirns. Dazu wurden Stressexperimente durchgeführt an dünnen und korpulenten Probanden. Im Rahmen des Trier Social Stress Tests (TSST) wurden die Versuchspersonen über eine Zehn-Minuten Phase stressbelastet. Danach hatten sie Zugang zu einem Buffet. Das Ergebnis der Studie war, dass während des zehnminütigen Stressintervalls der Energiebedarf des Gehirns anstieg, das Gehirn während der Stressepisode durch Aktivierung des Stresssystems Energie aus dem Körper anforderte. In der Erholungsphase aßen die Probanden mehr Kohlenhydrate, um die Körperspeicher wieder aufzufüllen. Das Hauptergebnis der Studie war, dass schlanke Probanden eine hohe Stressreaktivität aufwiesen, während korpulente Probanden eine niedrige Stressreaktivität hatten. Die Stressreaktivität schloss neuroenergetische, emotionale und kardiovaskuläre Reaktionen ein. Korpulente Probanden zeigten eine niedrigere Kortisol-Antwort im Stresstest und während der nachfolgenden Mahlzeit eine niedrigere Reaktivität des Vigilanzstatus, eine niedrigere Reaktivität in der zerebralen Insulinsuppression und eine niedrigere Reaktivität in der Veränderung des neuroglukopenischen Status. Außerdem war die emotionale Reaktivität im Stresstest bei den korpulenten Probanden vermindert (Angst, körperliches Unwohlsein, Traurigkeit). Die Reaktivität des Stresssystems erwies sich als zentrale Größe in der Lieferkette des menschlichen Gehirns. Dazu wurde eine mathematische Analyse der Lieferkette nach dem Push/Pull Ansatz veröffentlicht. Wir konnten mathematisch beweisen, dass die Lieferkette des Gehirns folgende inhärente Eigenschaft aufweist: die Reaktivität des Stresssystems (Brain-Pull Funktion) verhält sich streng invers zum Energiefüllstand im Körper (Körpermasse). Diese theoretischen Vorhersagen haben sich, wie oben beschrieben, experimentell bestätigt. Basierend auf den experimentellen und theoretischen Ergebnissen hat der KFO-Leiter zusammen mit Bruce McEwen, Rockefeller University, einen Klärungsvorschlag zum sog. Gewichtsparadox veröffentlicht. Dazu ist ein Special Issue zum Thema ‚Allostasis and allostatic Load’, edited by Bruce McEwen and Achim Peters, erschienen in der Zeitschrift Physiology and Behavior. Darin ist der State of the Art der modernen Stressforschung dargelegt. Im einführenden Editorial wird aufgezeigt, wie die Widersprüche im Gewichtsparadox zu erklären sind, wenn man die Rolle der Stressreaktivität und des Hirnstoffwechsels berücksichtigt. Da Stress sowohl das Körpergewicht als auch die Sterblichkeit beeinflusst, ist es als möglicher konfundierender Faktor aus der Beziehung zwischen Körpermasse und Sterblichkeit nicht wegdenkbar. Vor diesem Hintergrund lösen sich die Widersprüche des obesity paradox auf, wenn man die Stressreaktivität als konfundierenden Faktor mit berücksichtigt. Diese Ergebnisse werden derzeit weltweit intensiv diskutiert.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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(2008). Differential energetic response of brain vs. skeletal muscle upon glycemic variations in healthy humans. Am J Physiol Regul Integr Comp Physiol 294, R12-R16
Oltmanns, K.M., Melchert, U.H., Scholand-Engler, H.G., Howitz, M.C., Schultes, B., Schweiger, U., Hohagen, F., Born, J., Peters, A., and Pellerin, L.
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(2009). Build-ups in the supply chain of the brain: on the neuroenergetic cause of obesity and type 2 diabetes mellitus. Front Neuroenergetics 1, 2
Peters, A., and Langemann, D.
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(2010). High-calorie glucose-rich food attenuates neuroglycopenic symptoms in patients with Addison's disease. J Clin Endocrinol. Metab 95, 522-528
Klement, J., Hubold, C., Cords, H., Oltmanns, K.M., Hallschmid, M., Born, J., Lehnert, H., and Peters, A.
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(2010). How the Selfish Brain Organizes its 'Supply and Demand'. Front Neuroenergetics 2
Hitze, B., Hubold, C., van Dyken, R., Schlichting, K., Lehnert, H., Entringer, S., and Peters, A.
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(2011). Introduction for the allostatic load special issue. In Allostasis and Allostatic Load / Special Issue, B.S. McEwen, and A. Peters, eds. Physiology and Behavior), pp. 1-4
Peters,A., and McEwen,B.S.
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(2011). Why doesn't the brain lose weight, when obese people diet? Obes Facts 4, 151-157
Peters, A., Bosy-Westphal, A., Kubera, B., Langemann, D., Goele, K., Later, W., Heller, M., Hubold, C., and Muller, M.J.
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(2012). Rise in plasma lactate concentrations with psychosocial stress: a possible sign of cerebral energy demand. Obes Facts 5, 384-392
Kubera, B., Hubold, C., Otte, S., Lindenberg, A.S., Zeiss, I., Krause, R., Steinkamp, M., Klement, J., Entringer, S., Pellerin, L., and Peters, A.
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(2012). The brain's supply and demand in obesity. Front Neuroenergetics 4, 4
Kubera, B., Hubold, C., Zug, S., Wischnath, H., Wilhelm, I., Hallschmid, M., Entringer, S., Langemann, D., and Peters, A.
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(2013). The corpulent phenotype - how the brain maximizes survival in stressful environments. Front Neurosci 7, 47
Peters, A., Kubera, B., Hubold, C., and Langemann, D.
