Hungerstoffwechsel

Hinweis: Das Inhaltsverzeichnis wird auf Seite 4 des Beitrags Hungerstoffwechsel fortgesetzt.

III. Späte Hungerphase – Ketonkörper

Die späte Hungerphase beginnt 3-4 Tage nach der letzten Mahlzeit und endet nach etwa 4-6 Wochen.

Die Gluconeogenese ist zwar ein genialer Stoffwechseltrick zur Überwindung kurzer Hungerphasen, die fortschreitende Reduktion des Proteinanteils (80g/Tag) würde jedoch nach 30 Tagen zu einem lebensbedrohlichen Abbau von Muskulatur und inneren Organen, insbesondere aber zu einem lebensbedrohlichen Mangel an funktionellen Proteinen (Enzyme, Hormone, Neurotransmitter, Antikörper, Zytokine …) führen.

Da nahezu alle Stoffwechselprozesse durch funktionelle Proteine erst ermöglicht werden, würde die Gluconeogenese innerhalb von weniger als 30 Tagen zu lebensbedrohlichen Stoffwechselstörungen führen. Primäres Ziel der Spätphase des Hungerstoffwechsels ist daher der Schutz der lebensnotwendigen Proteinmasse des Körpers.

Ein 70kg schwerer normaler gesunder Mann hat etwa 30kg Muskelmasse. Als lebensbedrohlich gilt ein Proteinverlust von 30-40%. Der Eiweißanteil der Muskulatur liegt bei etwa 20%. 40% der Muskulatur (12kg) entsprechen somit einem Proteinanteil von 2.4kg. Würde der Stoffwechsel täglich 80g Protein in Glukose umwandeln, wären die Proteinreserven aus der Skelettmuskulatur nach 30 Tagen erschöpft.
Die Skelettmuskulatur enthält 60% des Proteinspeichers. Durch die Selbstverdauung der verbleibenden Proteinreserve aus Knochen, inneren Organen, Haut und Bindegewebe bis zu lebensbedrohlichen Grenze von 40% könnte die Überlebenszeit zwar um 20 Tage verlängert werden. Jedoch sind diese Proteinreserven, abgesehen von den inneren Organen, für den Stoffwechsel kurzfristig nur begrenzt verfügbar.

Ketose – Der 2. Trick des Hungerstoffwechsels

Zum Schutz der lebensnotwendigen Körperproteine hat die Natur einen zweiten raffinierten Überlebensmechanismus entwickelt, der das Überleben ohne Nahrungszufuhr über Monate hinweg verlängern kann:

Die Produktion von Ketonkörpern als Ersatzbrennstoff für Glucose! Diesen Stoffwechselvorgang bezeichnet man als Ketogenese:

Was sind Ketonkörper?

Hungerstoffwechsel KetonkoerperZu den Ketonkörpern zählen Acetoacetat, β-Hydroxybutyrat (für β sprich beta) und Aceton. Ketonkörper sind wasserlöslich und können die Blut-Hirn-Schranke passieren.

Acetoacetat (Acetessigsäure) und β-Hydroxybutyrat (β-Hydroxybuttersäure) können alle Körperzellen mit Ausnahme von Leber, Nierenmark, roten Blutkörperchen (Erythrozyten) und Netzhaut (Retinazellen) als Energiequelle nutzen. Dazu werden die Ketonkörper in den Zellen wieder in Acetyl-CoA (aktivierte Essigsäure) umgewandelt und in den Energiekraftwerken der Zellen, den Mitochondrien, verbrannt.

Aceton wird nur in geringer Menge gebildet und entweder über die Metaboliten Propandiol und Pyruvat (Brenztraubensäure) in Glucose umgewandelt oder über Atemluft (süßlicher Geruch) und Urin ausgeschieden.

Wie und wo werden Ketonkörper gebildet?

Die zu Beginn der Spätphase des Hungerstoffwechsels zusätzlich durch das Wachstumshormon Somatropin gesteigerte Fettverbrennung führt zu einem starken Anstieg von Acetyl-CoA, dem Endprodukt des katabolen Fettstoffwechsels.

Acetyl-CoA ist der Treibstoff für die Mitochondrien. Die Mitochondrien können diesen Treibstoff jedoch nur in Gegenwart von Oxalacetat, eines Metaboliten aus dem Kohlenhydratstoffwechsel, in nutzbare Energie umwandeln.

Beim Fasten oder bei einer ausgeprägten Low Carb Ernährung mit einer Kohlenhydratzufuhr von weniger als 40 Gramm/Tag liegt jedoch ein „Kohlenhydratmangel“ vor. Oxalacetat wird daher nicht in ausreichender Menge gebildet. Der Mangel an Oxalacetat begünstigt die Bildung von Ketonkörpern aus Acetyl-CoA. Dieser Stoffwechselprozess wird als Ketogenese bezeichnet. Die Ketogenese findet ausschließlich in den Mitochondrien der Leber statt.

Schon einen Tag nach der letzten Mahlzeit decken Ketonkörper 2-6% des Energiebedarf des Körpers ab. Nach 3 Tagen können bereits 30-40% des Kalorienbedarfs durch Ketonkörpern gedeckt werden. Nach 4 Tagen produziert der Stoffwechsel bereits 70% der Energie aus Ketonkörpern mit steigender Tendenz. Dies zeigt, dass sich die ersten drei ersten Phasen des Hungerstoffwechsels überschneiden und eine klare zeitliche Trennung der Hungerphasen nur dem besseren Verständnis dient.

Skelettmuskulatur, Herz, Nierenrinde und Bindegewebe stellen ihren Energiestoffwechsel nahezu vollständig auf die Verbrennung von Fettsäuren und Ketonkörper anstelle von Glucose um. Die Umstellung auf die Verwertung von Ketonkörpern braucht je nach Gewebeart unterschiedlich lange, weil die dazu nötigen Enzyme und Zellstrukturen in dem meist kohlenhydratübersättigten Zellstoffwechsel erst gebildet werden müssen.

Das Gehirn braucht Zucker! Wahrheit oder Mythos?

Hungerstoffwechsel SchokoladeDas Gehirn stellt seinen Energiestoffwechsel während der späten Hungerstoffwechselphase auf die Verbrennung von Ketonkörpern und Laktat anstelle von Glucose um:

  • Mindestens 2/3 des Energiebedarfs des Gehirns können nach der Stoffwechselumstellung durch Ketonkörper gedeckt werden.
  • Etwa 10% seines Energiebedarfs deckt das Gehirn aus der Verbrennung von Laktat. Die Verwendung von Laktat als Brennstoff ist aus dem Herzmetabolismus bekannt. Das Herz schöpft bei starker körperlicher Belastung 60% seines Energiebedarfs aus der Verbrennung von Laktat. Studien gehen davon aus, dass das Gehirn in Abhängigkeit von der Laktatkonzentration im Blut ebenfalls bis zu 60% seines Energiebedarfs mit Laktat decken könnte.
  • Ein Drittel der dann noch vom Gehirn aufgenommenen Glucose wird nur noch bis zur Stufe des Laktats verbrannt, welches in der Leber wieder zu Glucose recycelt und dem Stoffwechsel daher nicht entzogen wird (Cori-Zyklus).

Ob das Gehirns nach der Umstellung auf den Hungerstoffwechsel überhaupt noch auf Glucose als Energieträger angewiesen ist oder nur deshalb noch Glucose verbrennt, weil der Blutzuckerspiegel auch während des Hungerstoffwechsels selten unter 60mg/dl sinkt und die Aufnahme von Glucose durch das Gehirn insulinunabhängig ist, ist fraglich.

Dass das Gehirn nur Zucker (Glucose) verbrennen kann, ist genauso ein Mythos wie die Behauptung, dass man Zucker essen müsse, damit das Gehirn funktioniert.

Fettverbrennung im Gehirn

Freie Fettsäuren können die Blut-Hirn-Schranke passieren und werden im neuronalen Zellstoffwechsel zum Aufbau der Zellstrukturen verwendet, sie werden aber offenbar nicht zur Energiegewinnung genutzt. Dafür gibt es drei Gründe:

  1. Die Verbrennung von Fettsäuren benötigt fast doppelt so viel Sauerstoff wie die von Glucose. Dies könnte zu einem gefährlichen Sauerstoffmangel in den extrem empfindlichen Nervenzellen (Neuronen) führen.
  2. Der extrem hohe Energiemetabolismus aktiver Neuronen lässt sich mit dem Energiehunger der extrem leistungsfähigen „Schnell zuckenden Muskelzellen (Typ IIb Muskelfasern)“ vergleichen. Die langsame Fettverbrennung ist in beiden Fällen nicht in der Lage, die erforderliche Energie in ausreichender Geschwindigkeit zu liefern. Die Verbrennung von Glucose liefert die Energie 2- bis 3-mal schneller als die Fettverbrennung. Deshalb spielen Fettsäuren im Energiestoffwechsel des Gehirns und der Typ IIb-Muskelzellen praktisch keine Rolle.
  3. Die β-Oxidation von Fettsäuren (=Fettverbrennung) ist die mit Abstand größte Quelle der extrem gefährlichen reaktiven Oxidanzien (Superoxid => Peroxid =>Radikale). Neuronen können nur in sehr geringen Mengen Antioxidantien speichern und wären daher nicht in der Lage, sich gegen den bei der Fettverbrennung entstehenden hohen oxidativen Stress zu schützen. Die Blockierung der Enzyme in den Mitochondrien, die die Fettverbrennung im Gehirn ermöglichen, dient daher dem Schutz des Gehirns.

Es kann jedoch nicht ausgeschlossen werden, dass Fettsäuren auch im Gehirn in geringem Umfang als Energiequelle genutzt werden. So konnte gezeigt werden, dass isolierte Mitochondrien in der Lage sind, Fettsäuren (Palmitinsäure) zu verbrennen.

Fettverbrennung mit Ketonkörpern beschleunigen

In der späten Hungerphase wird der tägliche Glucoseverbrauch um 60% von anfangs 180g auf 75g reduziert. Am Ender der späten Hungerphase werden nur noch 20% der Glucose werden aus Proteinen hergestellt. Der Eiweißverlust wurde von 80g/Tag auf unter 12g/Tag gesenkt – mit abnehmender Tendenz. Ausgangsstoffe für die Gluconeogenese sind dann überwiegend Laktat (50%) und Glycerol (30%).

Durch die Umstellung des Hungerstoffwechsels auf maximale Fettverbrennung bei minimalem Proteinabbau wurde der anfänglich hohe Proteinabbau zur Glucoseherstellung um beinahe 90% gesenkt. Der Stoffwechsel befindet sich jetzt im Gleichgewichtszustand der Ketose.

Ketose – Definition

Hungerstoffwechsel LachssalatAls Ketose bezeichnet man einen Stoffwechselzustand, in dem die Serumwerte für Ketonkörper erhöht sind. Das Serum ist der flüssige Anteil des Blutes, den man als Überstand erhält, wenn man eine geronnene Blutprobe zentrifugiert. Kohlenhydratarme Ernährung, ketogene Diäten (75%Fett, 20% Protein, < 5% Kohlenhydrate), längere Hungerperioden oder intensive körperliche Aktivität unter Beteiligung großer Muskelgruppen können zu einer Ketose führen.




Die Ketose selbst sagt nichts darüber aus, inwieweit sich der Stoffwechsel auf die Verwertung von Ketonkörpern umgestellt hat. Die Umstellung auf eine optimale Verwertung von Ketonkörpern kann einige Monate dauern. So benötigt die Skelettmuskulatur bei einer ketogenen Diät etwa 3 Monate, bis sie nach einem vorübergehenden Leistungseinbruch ein Leistungsniveau erreicht hat, dass deutlich über dem liegt, das sie vor der Umstellung hatte. Deswegen stellen immer mehr Leistungssportler ihre Ernährung auf ketogene Diät um.

Ketose – gesund oder gefährlich

Die Ketose ist in unserem Kulturkreis eine abnorme Stoffwechsellage. Aber nicht alles, was abnorm ist, ist schlecht oder ungesund. Fortschritt ist kein Massenphänomen, sondern stets das Produkt abnormer Zustände.

Die heute empfohlene Ernährung (55%Kohlenhydrate, 15% Eiweiß, 30% Fett bezogen auf die tägliche Kalorienzufuhr) verhindert die Ketose. Tatsächlich ist die Ketose aber der gesunde natürliche Urzustand des Stoffwechsels, der gegenüber dem heute üblichen Stoffwechselzustand erhebliche Vorteile hat:

Ketose gegen Krebs und Hirnschäden

  1. Gestillte Säuglinge befinden sich im Zustand der Ketose, bevor sie massenweise mit Zucker und anderen Kohlenhydraten vollgestopft werden und infolge dessen Stoffwechselstörungen entwickeln. Was für Säuglinge gesund ist, kann Erwachsenen kaum schaden.
  2. Manche Naturvölker leben – wie unsere Ahnen – noch heute im Ketosestoffwechsel, so z. B. die Inuit (Eskimos), die sich nur von gutem Protein und gutem Fett ernähren und sich auch ohne Obst und Gemüse bester Gesundheit erfreuen und eine lange Lebenserwartung haben.
  3. Ketonkörper nähren das Gehirn, sie schützen die Nervenzellen vor Selbstmord (Apoptose) und verhindern, ähnlich wie Nikotinsäure (Vitamin B3), die Zerstörung des Gehirns durch überreagierende Entzündungszellen. Ketonkörper haben eine höhere Energieeffizienz als Glucose, fördern den Blutfluss im Gehirn und verringern die Entstehung aggressiver freier Radikale in den Mitochondrien der Neuronen.
  4. Hollywoodstars und immer mehr Hochleistungssportlern entscheiden sich aufgrund der gesunden und leistungssteigernden Wirkung für eine Ernährungsumstellung auf ketogene Diät. Es kann allerdings 3 Monate dauern, bis der Muskelstoffwechsel auf Ketose optimiert ist und wieder Höchstleistungen bringt. In dieser Zeit steigern die Muskelzellen sowohl Anzahl als auch Größe ihrer Mitochondrien und optimieren den Energiestoffwechsel auf die Verwertung von Ketonkörpern. Glucose ist dann nur noch im extrem leistungsintensiven Wettkampfsport (Gewichtheben, Sprints) vonnöten.
  5. Ketose stoppt den Fettaufbau und beschleunigt die Fettverbrennung. Übergewicht, Fettleibigkeit und das große Leid, das daraus resultiert, werden abgebaut oder von Anfang an verhindert.
  6. Herzmuskel und Nierenrinde bevorzugen stets Ketonkörper (Acetoacetat) gegenüber Glucose.
  7. Immer mehr Studien legen nahe, dass neurologische Erkrankungen wie Epilepsie, Alzheimer, Demenz, Parkinson und Multiple Sklerose (MS) durch Ketose deutlich verbessert werden können bzw. gar nicht erst entstehen. Zudem schützen Ketonkörper das Gehirn vor der durch AIDS (HIV) ausgelösten Neurotoxizität.
  8. Ketose wirkt antikanzerogen. Ein Grund für die krebshemmende Wirkung der Ketose ist wohl der, dass der Energiestoffwechsel von Krebszellen aufgrund defekter Mitochondrien und der daraus folgenden Unfähigkeit zur Fettverbrennung von Glucose abhängt. Die Krebszellen verhungern offenbar, weil der Blutzuckerspiegel sich in der Ketose am unteren Minimum bewegt und die Krebszellen aufgrund des geringen Insulinspiegels während des Ketosestoffwechsels keine Glucose aufnehmen können. Im Umkehrschluss könnte man sagen, dass kohlenhydratreiche Ernährung Krebs fördert.

Ketoazidose ist tödlich

Die Ketose ist nicht mit der Ketoazidose zu verwechseln, einer brandgefährlichen Stoffwechselkrankheit, die sofort behandelt werden muss und meist durch einen absoluten Insulinmangel bei Diabetikern (Typ I), durch extremen Alkoholkonsum, Medikamentenmissbrauch oder chronischen Protein- und Nährstoffmangel ausgelöst wird.

Bei der Ketoazidose kommt es zu einer starken Übersäuerung des Blutes durch eine krankhaft erhöhte Konzentration der sauren Ketonkörper Acetoacetat und β-Hydroxybutyrat. Aceton übersäuert das Blut nicht. Die Ketonkörperkonzentration liegt bei der Ketoazidose oft bei über 25 mmol/l und ist damit mehr als viermal so hoch wie bei der Ketose. Zusätzlich liegt der Blutzuckerspiegel meist über 240 mg/dl und ist damit mehr als viermal so hoch wie bei der Ketose.

Ursache der diabetischen Ketoazidose ist ein krankhaft erniedrigter Insulinspiegel, der eine ungebremste Produktion der sauren Ketonkörper auslöst und das Blut lebensgefährlich übersäuert.

Typische Symptome der Ketoazidose sind Atembeschwerden, Übelkeit, Erbrechen, extreme Harnausscheidung, Austrocknung, Durst, Acetongeruch beim Ausatmen, Schwäche und im unbehandelten Extremfall Bewusstseinstrübung, Koma und Tod.

Bei der gesunden Ketose werden Ketonkörper nach Bedarf produziert. Die produzierten Ketonkörper werden von den Organen schnell aufgenommen und dem Blut damit entzogen. Ein Überschuss an Ketonkörpern wird über die Nieren als Harnstoff [(CH3)2C=O] und Ammoniak (NH3) ausgeschieden. Infolge dessen steigt die Ketonkörperkonzentration im Blut nicht über den kritischen Wert. Im Urin werden die sauern Ketonkörper durch Ammoniak (Metabolit des Proteinabbaus) neutralisiert.

Die Bildung von Ketonkörpern ist eine geniale Facette des Hungerstoffwechsels, ohne die die Menschheit längere Hungerperioden niemals überlebt hätte.

Reduziert der Hungerstoffwechsel den Grundumsatz?

Während in der Frühphase des Hungerstoffwechsels eine Erhöhung des Grundumsatzes zu beobachten ist, beobachtet man in der späten Hungerphase eine zunehmende Reduktion des Grundumsatzes.

Formel zur Berechnung des Grundumsatzes

Die Berechnung des Ruhenergieverbrauchs (Grundumsatz, engl.: resting energy expenditure REE) lässt sich mit folgender Formel berechnen:

REE [kcal/Tag] = 440•m(Herz) + 440•m(Niere) + 240•m(Gehirn) + 200•m(Leber) + 13•m(SM) + 4,5•m(FM) + 12 •m(Rest)

m:      Organmasse in kg
SM:   Skelettmuskulatur
FM:   Fettmasse
Rest: Knochen, Blut, Haut, Magen, Darm, Bindegewebe

Herz und Nieren haben normalerweise einen Ruheenergieverbrauch von 440kcal pro Kilogramm Organmasse und wiegen bei einem 70kg schweren Referenzmann 330g (Herz) und 310g (Niere). Gehirn (1,4kg) und Leber (1.8kg) verbrauchen in Ruhe 240 bzw. 200kcal/kg. Skelettmuskulatur (28kg) und Fettgewebe (15kg) haben einen Ruheverbrauch von 13 bzw. 4.5kcal/kg.

Voraussetzung für die Anwendung dieser Grundumsatzformel sind bildgebende Verfahren, mit denen sich die individuell verschiedenen und bei der Gewichtsreduktion unterschiedlich sinkenden Organmassen ermitteln lassen. Andernfalls benutzt man zur Berechnung des Grundumsatzes die MSJ-Formel oder einfach den Grundumsatzrechner. All diese Formeln beruhen auf Durchschnittswerten, die im Einzelfall variieren können.

Warum sinkt der Grundumsatz bei einer (Hunger-)Diät?

Wie aus der Grundumsatzformel ersichtlich ist, hängt der Grundumsatz von den Organmassen ab. Beim Fasten, bei einer Hungerdiät oder Reduktionsdiät muss der Stoffwechsel seinen Energiebedarf ganz oder teilweise aus körpereigenen Energiereserven decken. Folge davon ist eine im Verlauf der Gewichtsreduktion fortschreitende Reduktion des Grundumsatzes, die um so größer ist, je größer die negative Energiebilanz während der Hungerperiode ist, je länger die Hungerperiode andauert und je größer der Körperfettanteil ist. Von negativer Energiebilanz spricht man, wenn der Kalorienverbrauch höher als die Kalorienzufuhr ist.

Die Reduktion des Grundumsatzes hat jedoch noch eine andere Komponente.

Die Adaptive Thermogenese!

Auf Seite 4 des Beitrags „Hungerstoffwechsel“ wird enthüllt,

  • was die berüchtigte adaptive Thermogenese ist,
  • warum die adaptive Thermogenese Dein Stoffwechsel in der späten Hungerphase verlangsamt und Dich am Abnehmen hindert,
  • was der Jojo-Effekt damit zu tun hat,
  • wie Du den Hungerstoffwechsel austricksen kannst.
  • wie groß die Adaptive Thermogenese ist, wann sie beginnt und endet,
  • was der Jo-Jo-Effekt mit dem Hungerstoffwechsel zu tun hat und wie Du selbst messen kannst, ob Dein Stoffwechsel im Zustand der Ketose ist.

Zum Anfang des Beitrags Hungerstoffwechsel

  1. Postabsorptive Phase
  2. Frühe Hungerphase
  3. Späte Hungerphase
  4. Stabile Hungerphase
  5. Auszehrungsphase
  6. Realimentation


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