Was passiert im Stoffwechsel ohne Kohlenhydrate?
Was passiert im Stoffwechsel ohne Kohlenhydrate?
Hilfe! Ohne Kohlenhydrate werden wir alle sterben!! Das Gehirn braucht Zucker, Zucker, Zucker. Sonst heißt es Alaaaarm in den grauen Zellen!!! Der Stoffwechsel geht kaputt!
Nene, jetzt mal halblang. Keine Panik auf der Titanic. Unsere Spezies hätte nicht über hundert tausende von Jahren hinweg überlebt, wenn unser Körper so empfindlich wäre. In vielen Gebieten der Erde gab es wenig bis gar keine Kohlenhydrate. Außerdem gab es immer wieder längere Zeiten, in denen unsere Vorfahren ganz ohne Nahrung auskommen mussten.
Was im Stoffwechsel passiert, wenn er keine Kohlenhydrate erhält, ist ähnlich wie beim Fasten. Bei „Nahrungskarenz“ wie der Ernährungswissenschaftler sagt, passiert folgendes:
In mehreren Phasen stellt sich der Stoffwechsel um
Nach einer gemischten Mahlzeit aus Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten befindet sich der Stoffwechsel in der sogenannten „absorptiven Phase“, der Magen-Darm-Trakt verdaut und absorbiert die Nährstoffe der Mahlzeit. Die aufgenommenen Bestandteile des Essens werden entweder in den Körper eingebaut, gespeichert oder zu Energie verbrannt. Diese Phase ist „anabol“, das bedeutet nichts anderes als „körpereigene Strukturen aufbauend“. Je nachdem wie groß die Mahlzeit war und welche Zusammensetzung sie hatte, hält die absorptive Phase um die 3 Stunden an. Durch die Mahlzeit wurde Insulin ausgeschüttet weshalb das Verhältnis von Insulin zu seinem Gegenspieler Glukagon hoch ist. Man spricht von einer hohen Insulin/Glukagon-Ratio. Dieses Verhältnis fördert anabole Prozesse. Dazu gehört der Einbau von Aminosäuren in die Muskulatur, aber auch die Synthese von Glykogen zur Speicherung von Glukose in der Leber oder die sogenannte Lipogenese, die Speicherung von Fett als Energiequelle „für schlechte Zeiten“.
Das Verhältnis von Insulin zu Glukagon ist entscheidend
Wenn alle Nährstoffe vollständig absorbiert wurden, tritt der Stoffwechsel in die sogenannte postabsorptive Phase ein, die Phase „nach (post) der Absorption“. Dann sinken allmählich der Blutglukosespiegel und der Insulinspiegel. Der Glukagonspiegel hingegen steigt und somit sinkt das Verhältnis von Insulin zu Glukagon. In der postabsorptiben Phase ist die Insulin/Glukagon-Ratio geringer als in der absorptiven Phase. Die hormonellen Veränderungen regen die Zellen der Leber, gennant Hepatocyten, zum Abbau des Glykogens an. Glykogen ist wie, bereits erwähnt, die Speicherform von Glukose. Beim Abbau des Glykogens, der sogenannten Glykogenolyse, wird wieder Glukose freigesetzt.
Bei der Gluconeogenese stellt der Körper Glukose aus Aminosäuren her
Während sich der Glykogenspeicher langsam leert, führt das geringere Verhältnis von Insulin zu Glukagon auch zur Gluconeogenese, bei der Glukose aus Aminosäuren neu aufgebaut wird. Zudem werden die Fettspeicherzellen, genannt Adipocyten, zur Zerkleinerung und Freisetzung von Fett angeregt, der Lipolyse. Der absinkende Blutzuckerspiegel führt zur Freisetzung von Adrenalin, was zusätzlich die Lipolyse in den Adipocyten fördert.
Fettsäuren versorgen das Muskelgewebe mit Energie
Wenn die Glukosespeicher in der Leber und der Muskulatur geleert sind, werden Fettsäuren der Hauptenergielieferant für die Muskeln. Nur einige wenige Gewebe benötigen zu diesem Zeitpunkt dennoch Glukose, darunter das Gehirn und die roten Blutkörperchen. Die benötigte Glukosemege wird nun durch die Gluconeogenese gedeckt, also durch den Aufbau von Glukose aus Aminosäuren.
Der Körper schont seine Proteinreserven
Anschließend an die postabsorptive Phase tritt etwa 24 Stunden nach der Mahlzeit die frühe Hungerphase ein. Wenn weiterhin keine Nahrung aufgenommen wird, begibt sich der Stoffwechsel etwa 5 Tage nach der letzten Nahrungsaufnahme in die adaptierte Hungerphase. In der frühen Hungerphase ist der Abbau körpereigener Proteinreserven zum Zweck der Gluconeogenese relativ hoch. Allein das Gehirn benötigt 110-130 g Glukose pro Tag. Ein andauernder Abbau des Körperproteins in dieser Geschwindigkeit würde rasch zum Tod des Fastenden führen. Deshalb sind proteinsparende Mechanismen für das Überleben während der Fastenperiode zwingend nötig.
Der ketogene Stoffwechsel war ein Überlebensvorteil in der Evolution
Damit der Abbau körpereigener Proteinreserven minimiert werden kann, beziehen alle Organe, die nicht zwingend Glukose benötigen, ihre Energie mehr und mehr aus Fettsäuren. Das Gehirn benötigt in einer „nicht ketogenen“ Stoffwechsellage Glukose. Bei langanhaltendem Kohlenhydratmangel durch Fasten oder bewussten Verzicht, kann es aber einen Großteil seines Energiebedarfs statt durch Glukose durch Ketonkörper decken. Ketonkörper werden in der Leber aus Fettsäuren synthetisiert. Das Gehirn lernt in einer Anpassungsphase allmählich diese Ketonkörper zu verwerten. Dadurch sinkt der Glukosebedarf ab und weniger körpereigenes Protein muss zur Gluconeogenese abgebaut werden. Ketonkörper schützen Protein.
In einer Adaptionsphase lernt der Körper die Fähigkeit zu Ketogenese und Ketolyse
Mit fortschreitender Anpassung an das Fasten steigt die Ketonkörperkonzentration durch die Ketogenese in der Leber immer weiter an. So gelangen Ketonkörper in den Blutkreislauf und an die Organe wie Gehirn oder Muskulatur. Diese erkennen den neuen Treibstoff und lernen die Ketonkörper zu Energie zu verwerten – über den Vorgang, der sich Ketolyse nennt. Der Körper befindet sich in der adaptierten Hungerphase in einer ketogenen Stoffwechsellage und in Ketose. Bei Erwachsenen stellt sich Ketose nach einigen Tagen Fasten ein, bei Kindern innerhalb weniger Stunden.
Fasten und Ernährung ohne Kohlenhydrate haben sehr ähnliche Effekte
Dies passiert also beim Fasten. Beim Verzicht auf Kohlenhydrate sieht der Vorgang im Stoffwechsel fast genauso aus. Die Adaption geht nur ein wenig langsamer, da noch Protein und Fett zur Verwertung zur Verfügung steht. Die „ketogene Diät“ heißt deshalb so, weil bei ihr Ketonkörper produziert werden. Aber wer ist eigentlich darauf gekommen, dass diese ketogene Ernährung ähnliche Effekte hat, wie das Fasten? Das kannst du im Artikel „Wer hat die ketogene Diät erfunden?“ nachlesen.
Dies ist der Beginn einer langen Reihe über Ketogene Ernährung. Ein bisschen Grundlagenwissen zum Start. Aber wofür – und für wen – ist eine kohlenhydratarme Ketogene Diät denn gut? Ist Low Carb und erst recht eine Ketogene Diät überhaupt dauerhaft durchführbar? Hat das Vorteile? Oder eher Nachteile? Wie verträgt sich Kohlenhydratreduktion mit Sport? Das sind alles Fragen, die in dieser langen Reihe über Ketogene Diät beantwortet werden. Die richtig spannenden Sachen kommen also erst noch! Dranbleiben lohnt sich!
Du möchtest wissen wer hier schreibt? Hier erfährst du es.
Quellen: Bonnefont JP, Specola NB, Vassault A, Lombes A, Ogier H, de Klerk, J B, Munnich A, Coude M, Paturneau-Jouas M, Saudubray JM. 1990. The FastingTest in Paediatrics Application to the Diagnosis of Pathological Hypo- and Hyperketotic States. Eur J Pediatr, 150(2): 80–85.
Cahill GF. 1976. Starvation in Man. Clin Endocrinol Metab, 5(2): 397–415.
Cahill GF. 2006. Fuel Metabolism in Starvation. Annu Rev Nutr, 26: 1–22.
Cahill GF, Herrera MG, Morgan AP, Soeldner JS, Steinke J, Levy PL, Reichard GA, Kipnis DM. 1966. Hormone-Fuel Interrelationships During Fasting. J Clin Invest, 45(11): 1751–1769.
Frayn KN. 2010. Metabolic Regulation. Dritte Aufl. Oxford: Wiley-Blackwell, 240-246.
Owen OE, Morgan AP, Kemp HG, Sullivan JM, Herrera MG, Cahill GF. 1967. Brain Metabolism during Fasting. J Clin Invest, 46(10): 1589–1595.
Owen OE, Felig P, Morgan AP, Wahren J, Cahill GF. 1969. Liver and Kidney Metabolism during Prolonged Starvation. J Clin Invest, 48(3): 574–583.
Stipanuk MH, Caudill MA. 2013. Biochemical Physiological and Molecular Aspects of Human Nutrition. Dritte Aufl. Philadelphia: Elsevier Saunders, 379-381.
