Stoffwechselkreisläufe und Evolutionstheorie

Eine der Kritiken, die es an der Atkins Diät gibt, ist die das ein Stoffwechsel beschritten wird, der sonst nur beim Hunger ohne Nährstoffversorgung eintritt. Dazu eine kleine Einführung in die Biochemie ohne zu sehr ins Detail zu gehen. Es geht um  zwei elementare Stoffwechselabläufe im Körper. Das eine ist die Glykolyse und das andere der Citratzyklus. Bei der Glykolyse werden Kohlenhydrate, genauer gesagt Einfachzucker also Monosaccharide, abgebaut zu zwei Molekülen Essigsäure, gebunden an ein Enzym. Diese Verbindung ist eine Schlüsselverbindung die als Endprodukt zahlreicher Abbauvorgänge entsteht. Sie wird dann in den zweiten Stoffwechselkreislauf den Zitronensäurezyklus eingeschleust. Dort wird sie stückweise oxidiert und die Energie auf andere Verbindungen übertragen. In den Zitronensäurezyklus münden daher viele Abbauvorgänge, auch beim Abbau von Protein und Fett. Er ist die „Drehscheibe“ des Stoffwechsels.

Was allerdings bei Tieren nicht möglich ist, ist die Umkehrung der Glykolyse. Es ist also nicht möglich aus den Abbauprodukten wieder Glucose zu bilden. Der Körper ist aber darauf angewiesen Glucose zu bilden. Zum einen benötigt unser Gehirn sehr viel Glucose, es bezieht seine Energie bei ausreichender Versorgung mit Kohlenhydraten nur aus diesem Molekül und benötigt alleine 120 g Glucose pro Tag, was etwa 25% des Grundumsatzes ausmacht. Des weiteren benötigen die Muskeln Glykogen als Energielieferant für die Arbeit. Auch dieses besteht aus Glucose und wird neugebildet wenn genügend Glucose vorhanden ist, damit ein temporärer Energiespeicher vorhanden ist.

So gibt es auch die Umkehrung der Glykolyse, die Gluconeogenese. Während die erste in allen Zellen abläuft, wird Glucose nur in der Leber synthetisiert. Möglich ist dies aus drei Verbindungen: Lactat (Milchsäure), Pyruvat (einem Zwischenprodukt des Stoffwechsels) und Glycerin. Lactat entsteht als Folge der anaeroben Energiegewinnung im Muskel. Zu viel Lactat führt zum Phänomen des Muskelkaters. Es wird zur Leber transportiert und dort wird wieder Glucose gebildet und ins Blut abgegeben. Pyruvat entsteht beim Abbau bestimmter Aminosäuren wie Alanin. Die Bildung von Glucose aus Pyuvat ist der Hauptweg bei der Glucosebildung wenn die Kohlenhydratzufuhr völlig ausbleibt. Glycerin ist ein Bestandteil des Fetts. Nun könnte man denken: Ist doch alles in Butter. Wenn ich Fett anstatt Kohlenhydrate aufnehme, dann wird das Glycerin eben zu Glucose umgewandelt. Leider ist dem nicht so. Beim Fettabbau wird das Fett in den Fettzellen in Fettsäuren und Glycerin gespalten, doch das Glycerin wird für den eigenen Stoffwechsel verbraucht und nur die Fettsäuren über das Blut abtransportiert. Nur das Fett das in der Leber selbst vorhanden ist kann auf diese Weise genutzt werden. Bei einem gesunden ist diese Menge jedoch sehr gering. Bleibt also nur noch bei kohlenhydratarmer Kost die Synthese aus Eiweiß. Nur ist dies recht ineffektiv. Dabei müssen die Aminosäuren weitgehend abgebaut werden und dann kann nur ein Bruchteil der Energie genutzt werden. Zudem können nur bestimmte Aminosäuren als Quelle für Pyruvat fungieren und die anderen nicht. Auf dieser Tatsache beruhen Diäten mit extrem geringer Kohlenhydratzufuhr wie die Atkinsdiät.

Daher beschreitet der Körper bei kohlenhydratarmer Kost einen zweiten Weg. Es wird zwar Glucose gebildet jedoch nur in geringem Maße. Stattdessen wird die aktivierte Essigsäure, die normalerweise in den Zitronensäurezyklus eingeschleust wird und auch beim Abbau der Fettsäuren entsteht, mit einem zweiten Molekül derselben Art verbunden und dabei entsteht eine Verbindung mit einer Ketobindung. Die Klasse dieser Verbindungen wird daher als „Ketokörper“ bezeichnet. Diese wird ins Blut abgegeben und kann wie Glucose die Blut/Gehirnschranke passieren und die Nervenzellen nutzen sie als Energiequelle diese. Die Ketokörper kommen auch beim normalen Stoffwechsel im Blut vor, doch im Hungerzustand nimmt ihre Konzentration um das hundertfache zu. Da die Verbindungen in der Regel Säuren sind, belasten sie die Regulation des Säure/Basenhaushaltes. Herz und Nebennieren ziehen sie jedoch Glucose als Energielieferant vor und Muskeln schalten ebenfalls auf die Versorgung mit Ketokörpern um. Es entstehen auch Abbauprodukte die im Urin oder sogar im Atem nachweisbar sind, wie z.B. Aceton, das entsteht wenn ein Kohlendioxidmolekül abgespalten wird, was unter physiologischen Bedingungen leicht in einer Nebenreaktion geschehen kann.

So die Faktenlage. Ist nun diese Stoffwechsellage eine für dauerhafte Ernährung tolerierbare oder nicht? Wir wissen, dass bei vielen Tieren die Fettverbrennung als alleinige Energiequelle, in der Form, wie hier geschildert der Normalweg ist. Zugvögel haben z.B. fast keine Kohlenhydratvorräte. Sie beziehen ihre gesamte Glucose nur aus diesem Weg. Allerdings weicht der Mensch mit seinem sehr hohen Kohlenhydratbedarf doch sehr von vielen Tieren ab. Der Sonderstatus ist durch das Gehirn begründet, das viermal größer als bei Menschenaffen mit derselben Körpermasse ist und entsprechend ist auch sein Nährstoffbedarf größer.

Es gibt kaum Untersuchungen, wie extrem kohlenhydratarme Ernährungsformen sich auf Dauer auswirken. Die meisten untersuchen nur den Einsatz als Abmagerungsdiät, wahrscheinlich weil nur wenige sie danach noch durchhalten. Da zeigt sich rasch ob Probanden empfindlich reagieren (die Blutfettwerte und der Blutdruck verschlechtern sich bei einem Teil der Diätteilnehmer rapide, wenn man eine entsprechende genetische Veranlagung besitzt, die heute auch als Risikofaktor für Arteriosklerose angesehen wird), bei dem Rest gibt es über die Diätzeit (einige Wochen bis maximal Monate) keine Veränderungen.

Von den Befürwortern wird argumentiert, es wäre über die letzte Million Jahre die normale Ernährung gewesen auf die wir angepasst sind, weil kohlenhydratreiche Ernährung erst seit Beginn des Getreideanbaus vor 11.000 bis 13.000 Jahren unseren Speiseplan radikal veränderte. Dem kann ich so nicht folgen, denn die Atkins- und Lutzdiöten sind ja primär fettreich und Wildtiere wie Hasen, Hirsche, ja selbst Wildschweine haben viel fettärmeres Fleisch als unsere Zuchttiere und Milch und Eier, mit ebenfalls mit viel Fett und Cholesterin nahmen unsere Vorfahren auch nicht zu sich.

Vor allem wissen wir, dass sich genetische Mutationen extrem schnell durchsetzen können. Bis vor rund 6000 Jahren konnten in Europa nur 10% der erwachsenen Bevölkerung Milch vertragen, weil sie über das Enzym Laktase verfügten, das notwendig isst um den Zucker im Darm zu spalten. Fehlt es so kann Laktose nicht aufgenommen werden, wird von den Darmbakterien vergoren und Milch führt daher zu Leibschmerzen und Durchfall. Das war ein solcher Überlebensvorteil, dass sich diese Wenigen innerhalb von 1000 Jahren, nur rund 40 Generationen, durchsetzten und seitdem können 90% der Menschen in Mitteleuropa Milch vertragen. Das ist durch genetische Untersuchungen an Knochen nachgewiesen. Es mag so sein, dass früher der Ketoseweg der normale war, ich denke aber mit der Umstellung auf Getreide als Hauptnahrungsmittel haben sich die durchgesetzt, die besser angepasst an die Nutzung der Glucose als Nahrung waren. Dafür spricht auch, dass gegen das Gluten, also Weizenklebereiweiß, nur ein geringer Teil der Bevölkerung eine Allergie hat. Denn diese können Getreideprodukte nur schwer vertragen. Diese Unverträglichkeit ist auch von Land zu Land unterschiedlich: in Ländern mit höherem Konsum an Fisch und Fleisch gibt es mehr als in Ländern mit vorwiegend kohlenhydratreicher kost, was ebenso für diese Theorie spricht.