Eine kohlenhydratarme Ernährung kann altersbedingte Auswirkungen im Gehirn verhindern und umkehren

Eine Studie mit Neuroimaging, die von der Professorin und Hauptautorin der Stony Brook University, Lilianne R. Mujica-Parodi, PhD, durchgeführt und in PNAS veröffentlicht wurde , zeigt, dass neurobiologische Veränderungen im Zusammenhang mit dem Altern in einem viel jüngeren Alter als erwartet in der späten Zeit sichtbar werden. Die Studie legt jedoch auch nahe, dass dieser Prozess aufgrund von Ernährungsumstellungen, bei denen der Verbrauch einfacher Kohlenhydrate minimiert wird, verhindert oder umgekehrt werden kann.

Um besser zu verstehen, wie die Ernährung die Alterung des Gehirns beeinflusst, konzentrierte sich das Forscherteam auf die präsymptomatische Phase, in der Prävention am effektivsten sein kann. In dem Artikel mit dem Titel „Diät moduliert die Stabilität des Hirnnetzwerks, einem Biomarker für die Alterung des Gehirns bei jungen Erwachsenen“, zeigten sie anhand umfangreicher Neuroimaging-Datensätze über die Lebensspanne, dass sich die funktionelle Kommunikation zwischen Hirnregionen mit dem Alter destabilisiert, typischerweise in den späten 40er Jahren. Und diese Destabilisierung korreliert mit einer schlechteren Wahrnehmung und beschleunigt sich mit der Insulinresistenz. Gezielte Experimente zeigten dann, dass dieser Biomarker für die Alterung des Gehirns zuverlässig mit dem Verbrauch verschiedener Kraftstoffquellen moduliert werden kann: Glukose verringert und Ketone erhöhen die Stabilität von Gehirnnetzwerken.

"Was wir bei diesen Experimenten gefunden haben, sind sowohl schlechte als auch gute Nachrichten", sagte Mujica-Parodi, Professor am Department of Biomedical Engineering am College of Engineering & Applied Sciences und der Renaissance School of Medicine an der Stony Brook University. „Die schlechte Nachricht ist, dass wir die ersten Anzeichen einer Gehirnalterung viel früher sehen als bisher angenommen. Die gute Nachricht ist jedoch, dass wir diese Effekte möglicherweise durch die Ernährung verhindern oder umkehren können, indem wir die Auswirkungen des Eingriffs in den Hypometabolismus abschwächen, indem wir Glukose gegen Ketone als Brennstoff für Neuronen austauschen. “

Die Forscher entdeckten mithilfe der Bildgebung des Gehirns, dass die Kommunikation zwischen den Gehirnregionen schon früh zusammenbricht („Netzwerkstabilität“).

"Wir glauben, dass ihr Gehirn mit zunehmendem Alter die Fähigkeit verliert, Glukose effizient zu metabolisieren, wodurch Neuronen langsam verhungern und Gehirnnetzwerke sich destabilisieren", sagte Mujica-Parodi. „Daher haben wir getestet, ob die Bereitstellung einer effizienteren Kraftstoffquelle für das Gehirn in Form von Ketonen, entweder durch eine kohlenhydratarme Diät oder durch das Trinken von Ketonpräparaten, das Gehirn mit mehr Energie versorgen kann. Selbst bei jüngeren Menschen hat diese zusätzliche Energie die Hirnnetzwerke weiter stabilisiert. “

Um ihre Experimente durchzuführen, wurde die Stabilität des Hirnnetzwerks als Biomarker für das Altern mithilfe von zwei großen fMRI-Datensätzen (Brain Neuroimaging) mit insgesamt fast 1.000 Personen im Alter von 18 bis 88 Jahren etabliert. Die Destabilisierung von Hirnnetzwerken war mit einer Beeinträchtigung der Kognition verbunden und wurde durchTyp-2-Diabetes, eine Krankheit, die die Fähigkeit von Neuronen blockiert , Glukose effektiv zu metabolisieren, beschleunigt . Um den Mechanismus als spezifisch für die Energieverfügbarkeit zu identifizieren, hielten die Forscher das Alter konstant und scannten weitere 42 Erwachsene unter 50 Jahren mit fMRT. Dies ermöglichte es ihnen, den Einfluss von Glukose und Ketonen auf das Gehirn jedes Einzelnen direkt zu beobachten.

Die Reaktion des Gehirns auf die Ernährung wurde auf zwei Arten getestet. Die erste war ganzheitlich und verglich die Stabilität des Gehirnnetzwerks, nachdem die Teilnehmer eine Woche lang eine Standarddiät (uneingeschränkt) mit einer kohlenhydratarmen Diät (z. B. Fleisch oder Fisch mit Salat, aber ohne Zucker, Getreide, Reis, stärkehaltiges Gemüse) verbracht hatten. In einer Standarddiät ist der metabolisierte Primärbrennstoff Glukose, während in einer kohlenhydratarmen Diät der metabolisierte Primärbrennstoff Ketone sind. Es könnte jedoch andere Unterschiede zwischen Diäten gegeben haben, die die beobachteten Wirkungen auslösen. Um Glukose gegen Ketone als entscheidenden Unterschied zwischen den Diäten zu isolieren, wurde daher eine unabhängige Gruppe von Teilnehmern vor und nach dem Trinken einer kleinen Dosis Glukose an einem Tag und Ketone am anderen Tag gescannt, wobei die beiden Kraftstoffe einzeln gewichtet waren.

Zusätzliche Ergebnisse der Studie umfassten Folgendes: Die Auswirkungen der Alterung des Gehirns traten im Alter von 47 Jahren auf, wobei die schnellste Degeneration im Alter von 60 Jahren auftrat. Selbst bei jüngeren Erwachsenen unter 50 Jahren trat eine diätetische Ketose auf (unabhängig davon, ob sie nach einer Woche Ernährungsumstellung oder nach 30 Minuten erreicht wurde). Nach dem Trinken von Ketonen erhöhte sich die gesamte Gehirnaktivität und stabilisierte funktionelle Netzwerke. Es wird angenommen, dass dies auf die Tatsache zurückzuführen ist, dass Ketone den Zellen mehr Energie als Glukose liefern, selbst wenn die Brennstoffe kalorisch aufeinander abgestimmt sind. Dieser Vorteil wurde bereits für das Herz gezeigt, aber die aktuellen Experimente liefern den ersten Beweis für äquivalente Wirkungen im Gehirn.

„Dieser Effekt ist wichtig, da die Alterung des Gehirns und insbesondere Demenz mit einem„ Hypometabolismus “verbunden sind, bei dem Neuronen allmählich die Fähigkeit verlieren, Glukose effektiv als Brennstoff zu nutzen. Wenn wir also die dem Gehirn zur Verfügung stehende Energiemenge durch Verwendung eines anderen Brennstoffs erhöhen können, besteht die Hoffnung, dass wir das Gehirn wieder jugendlicher machen können. In Zusammenarbeit mit Dr. Eva Ratai vom Massachusetts General Hospital beschäftigen wir uns derzeit mit dieser Frage und erweitern unsere Studien jetzt auf ältere Bevölkerungsgruppen “, sagte Mujica-Parodi.

„Zusätzliche Forschung mit Mitarbeitern von Children's National unter der Leitung von Dr. Nathan Smith konzentriert sich auf die Entdeckung der genauen Mechanismen, durch die Kraftstoff die Signalübertragung zwischen Neuronen beeinflusst. Schließlich arbeiten wir in Zusammenarbeit mit Dr. Ken Dill und Dr. Steven Skiena von Stony Brook an der Entwicklung eines umfassenden Rechenmodells, das unser Verständnis der Biologie von einzelnen Neuronen über das gesamte Gehirn bis hin zur Kognition während ihrer Entwicklung einbeziehen kann . ”