Diabetes, Hypoglykämie und das Gehirn

Glukose und das GehirnUm die Bedeutung der Hypoglykämie für das Gehirn des Diabetes-Patienten zu verstehen, ist es hilfreich, zuerst auf die Rolle der Glukose im Gehirnstoffwechsel allgemein kurz einzugehen. Das Gehirn, das komplexeste Organ unseres Körpers, besteht aus etwa 100 Milliarden Nervenzellen (Neuronen), eine Zahl, die etwa der Hälfte der Sterne im Milchstrassenuniversum entspricht. Die Neuronen sind durch Trillionen von Kontaktstellen (Synapsen) miteinander verbunden.

Die Grundaktivität des Gehirns ist elektrisch, und die Aufrechterhaltung dieser Basisaktivität verbraucht den Hauptanteil der zugeführten Energie.
Das Denken an und für sich braucht verhältnismässig wenig Energie. Die wichtigste Energiequelle des Gehirns besteht aus Glukose und Sauerstoff, Substanzen, die dem Gehirn ununterbrochen zugeführt werden müssen. Im Gegensatz zu den anderen Körperzellen benötigen Neuronen kein Insulin, um Glukose aus der Blutbahn zu entnehmen. Auch in Patienten, die praktisch kein Insulin produzieren, tritt Glukose rasch in die Neuronen ein und hält ihre Aktivität aufrecht. Die Glukose wird nicht nur zur Energiegewinnung verwendet, sondern ebenso zur Bildung von chemischen Botenstoffen, den Neurotransmittern.
Die Bedeutung der Glukose für das Gehirn ist besonders ersichtlich während der Hirnentwicklung des Kindes. Der Glukoseverbrauch kann heute direkt im Gehirn gemessen werden. In den ersten drei Lebensjahren steigt er massiv an und ist zwischen dem dritten und achten Lebensjahr am höchsten. Der Verbrauch ist in dieser Periode etwa doppelt so hoch wie beim Erwachsenen. Während dieser Zeit ist eine hohe Energiezufuhr notwendig für die intensiven Aufbauarbeiten im kindlichen Gehirn. Es werden sehr viele neue Synapsen gebildet, und die Synapsendichte erreicht einen Höchststand. Auf die überschiessende Synapsenbildung folgt der Abbau von wenig oder gar nicht benutzten Synapsen, und der Glukoseverbrauch nimmt ab. Etwa im Alter von
19 Jahren sind die Erwachsenenwerte erreicht. Der Glukoseverbrauch ist dann nur noch halb so hoch wie im Alter von drei Jahren. Die Zunahme und Abnahme der Synapsendichte wird oft mit dem Blühen und Stutzen von Pflanzen verglichen. Beide Prozesse sind wichtig und dienen dem optimalen Wachstum des Gehirns.

Hypoglykämie und Gehirn
Eine starke Verminderung der Glukose im Gehirn (Hypoglykämie) reduziert die Aktivität der Nervenzellen, was durch spezielle EEG-Messungen (evozierte Potentiale) nachgewiesen werden kann. Bei einem Absinken des Glukosespiegels im Blut unter 70 mg/100 ml (= 3,9 mmol/l) beginnt das Gehirn Gegenmassnahmen einzuleiten, um ein weiteres Absinken zu verhindern. Die Forschung unternimmt grosse Anstrengungen, um die Mechanismen zu verstehen, durch die das Gehirn vorerst eine drohende Hypoglykämie wahrnimmt. Im Gehirn wurden Neurone gefunden, die speziell auf Anstieg oder Abnahme der Glukose im Blut reagieren und ihre Aktivität entsprechend anpassen. Man kann hier von Glukose-Kontrollneuronen sprechen, die verantwortlich für die Einleitung der Gegenmassnahmen sind. So werden die Ausscheidung von Insulin aus der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) herabgesetzt und die Glukagonausscheidung beschleunigt. Beide Prozesse verlangsamen den Glukoseabfall und beschleunigen die innere (endogene ) Glukoseproduktion. Weiter aktiviert das Gehirn Neurotransmitter und Neurohormone, was einerseits die endogene Glukoseproduktion weiterhin vermehrt und andererseits den Glukoseverbrauch in den Muskeln vermindert.

Hypoglykämie bei Diabetes
Die besondere Situation beim Diabetes ist bedingt durch die Tatsache, dass die Insulinkonzentration im zirkulierenden Blut nicht mehr unter körpereigener (endogener) Kontrolle steht. Zu hohe Insulindosen, zu geringe Nahrungszufuhr und ein zu grosser Glukoseverbrauch führen zur Unterzuckerung. Frühe Symptome – Blässe, Schweissausbruch, Kniezittern, Unruhe, Hunger und gelegentlich Bauchschmerzen – sind bedingt durch eine Ausschüttung von Neurotransmittern. Häufigste Symptome bei Kindern sind Blässe und Müdigkeit (Gähnen). Ein stärkerer Blutzuckerabfall führt zu Hirnstörungen: Sprache, Schrift, Sehfähigkeit, Gleichgewicht und Stimmungslage werden beeinträchtigt. Schwerste Hypoglykämie kann zu Krämpfen und Bewusstlosigkeit führen. Nicht nur das Energiedefizit spielt eine Rolle, sondern auch die Tatsache, dass ein Glukosedefizit zu einer verminderten Produktion von Neurotransmittern führt.
In jedem Fall sollte die Hypoglykämie so rasch wie möglich durch die Aufnahme von rasch resorbierbaren Kohlenhydraten oder durch Zucker gestoppt werden. Eine vollständige Erholung der Hirnleistungen kann bis zu 40–90 Minuten nach dem Erreichen eines normalen Blutzuckerspiegels dauern. Der bewussten Wahrnehmung von Symptomen der Hypoglykämie wird deshalb ein grosser Stellenwert in der Schulung von Diabetikern eingeräumt.

Im Allgemeinen ist ein Patient vor einer schweren Hypoglykämie geschützt, solange die zwei wesentlichen Schutzmechanismen funktionieren: Das Wahrnehmen der Vorzeichen der Hypoglykämie und das gute Funktionieren der vom Körper und Gehirn ausgehenden Gegenmassnahmen.
Mit Hilfe von modernen bildgebenden Methoden der Magnetresonanz konnte im Gehirn direkt nachgewiesen werden, dass eine spezielle Gegend im Gehirn (Subthalamus) aktiviert wird, wenn ein Mensch eine aufkommende Hypoglykämie wahrnimmt. Diese Gegend wird jedoch nicht aktiviert, wenn die Wahrnehmung fehlt. Forschung in dieser Richtung wird uns helfen zu verstehen, warum die Hypoglykämie nicht immer rechtzeitig bemerkt wird und wie man dieser Situation vorbeugen kann.
Ein weiteres Forschungsgebiet betrifft die Rolle der Neurotransmitter. Man nimmt heute an, dass die neurologischen Symptome bei einer mittelschweren Hypoglykämie nicht allein durch das Energiedefizit, sondern auch durch die verminderte Bildung der Neurotransmitter bedingt sind. Es ist in diesem Zusammenhang wichtig zu betonen, dass das Gehirn kein homogenes Organ ist wie die Leber, sondern eine Gruppe von zum Teil voneinander unabhängigen Organen mit verschiedenen Funktionen und mit unterschiedlichen Empfindlichkeiten auf eine Hypoglykämie. Das Stammhirn, das eine Rolle bei der Aufmerksamkeit spielt, Planungszentren im Frontalhirn und Gedächtnis- und Assoziationszentren im Schläfenhirn scheinen besonders empfindlich auf Glukosemangel zu reagieren.
In einer kürzlich in Endinburgh publizierten Studie wurden 74 junge Menschen (26–36-jährig) untersucht, welche seit 14 bis 21 Jahren einen Diabetes hatten. Es wurden neuropsychologische Tests durchgeführt, die Retina (Netzhaut des Auges) wurde untersucht, und detaillierte Magnetresonanztomografien des Gehirns wurden analysiert. Die Untersuchungen ergaben, dass kurzfristige Hypoglykämien keine negativen Langzeiteffekte auf Hirnstrukturen hatten. Auch geistige Leistungen waren nicht beeinträchtigt.
Hingegen zeigten Patienten mit Retinaveränderungen (Retinopathie) Änderungen in den Hirnstrukturen und Störungen der Aufmerksamkeit und Konzentration.
Eine chronische Hyperglykämie (Überzuckerung) als Ursache der Retinopathie hat also auch einen nachhaltigen Einfluss auf das Gehirn.

Zum Abschluss möchte ich noch kurz auf Besonderheiten eingehen, welche die zwei Haupttypen des Diabetes betreffen: Der Typ-1-Diabetes tritt eher bei jüngeren Menschen auf, ist nicht abhängig vom Körpergewicht und immer schon von Anfang an insulinabhängig. Diese Diabetesform ist vermehrt hypoglykämiegefährdet. Die Hypoglykämie ist in der Tat das grösste Hindernis für eine optimale Stoffwechselkontrolle.
Der Typ-2-Diabetes ist viel häufiger als der Typ-1-Diabetes, tritt vorwiegend in einem höheren Alter auf und ist häufig mit Übergewicht verbunden. Wegen zunehmendem Übergewicht bei jungen Menschen tritt der Typ-2-Diabetes neuerdings auch bereits im Kindes- und Jugendalter auf. Die Weltgesundheitsorganisation (WHO) hat nun den Kampf gegen das Übergewicht zu einem Schwerpunkt ihrer Arbeit erklärt. Die Förderung des Gesundheitsbewusstseins sollte schon im Jugendalter einsetzen. Dadurch liesse sich das Risiko, an einem Typ-2-Diabetes zu erkranken, deutlich reduzieren.

Prof. Dr. med.
Norbert Herschkowitz

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