Energieaufnahme

• Hunger: Verlangen nach Nahrung
• Sättigung (satiation): Kurzfristiges Ereignis, das zur Beendigung der Mahlzeit führt
• Sattheit (satiety): Langfristiges Ereignis, das die Sättigung unterstützt und 10-15 Minuten nach Nahrungsaufnahme einsetzt (Verdauungstätigkeit, Metabolisierung von Energielieferanten und Nährstoffen, hormonelle Einflüsse)
• Orexigen: „Verlangen“ auslösend = stimuliert den Appetit
• Anorexigen: „Verlangen“ unterdrückend = hemmt den Appetit

• Peptid aus 28 Aminosäuren
• Produziert und sezerniert in den X/A-Zellen des Magenfundus
• Anreiz für die Freisetzung ist ein leerer Magen
• Nahrungsaufnahme hemmt die Ghrelinfreisetzung (Spiegel sinkt schnell wieder ab, ca. 1 h)
• Injiziert man Ghrelin in Hohlräume des Gehirns (intracerebroventrikular) oder in die Bauchhöhle (intraperitoneal), wird eine Appetit-stimulierende Wirkung festgestellt (→ Orexigene Wirkung)
• Afferenzen über die Blutbahn als Hormon oder über Nervenbahnen, die aus der Magenregion ins Gehirn ziehen

• Untersuchung zweier Mausstämme, die durch Inzuchtmodell übergewichtig und adipös sind --> obese (ob/ob), diabetic (db/db)
• Experimente mit parabiotisch lebenden Tieren

o   ob/ob fehlt ein zirkulierender Faktor, der Sättigung verursacht

o   db/db bilden diesen Faktor zwar, können aber nicht mehr sensitiv genug auf ihn reagieren

• Hauptquelle der Leptinproduktion (167 Aminosäuren) im Organismus ist das Fettgewebe
• Die zirkulierende Menge an Leptin spiegelt den Umfang des Fettgewebes wieder

o    Überfütterung erhöht den Leptin-Spiegel

o   Hungern senkt den Leptin-Spiegel

o   Leptin ist anorexigen

o   Wirkung als Hormon im Gehirn oder durch Nervenbahnen, die aus dem Fettgewebe ins Gehirn ziehen

• ob/ob weisen eine Funktionsmutation im Gen für Leptin auf
• Gibt man ob/ob-Mäusen Leptin, werden alle auffälligen Phänotypen beseitigt (Hyperphagie, Adipositas, Hypothermie, neuroendokrine und immunologische Abnormalitäten)

• Auch bei Menschen gibt es eine sehr seltene erbliche Form des absoluten Leptinmangels verbunden mit extremer Adipositas → Rechtzeitige Leptintherapie hilft
• Die meisten Adipösen weisen jedoch erhöhte Plasmaleptinspiegel auf
• Selbst bei zusätzlicher Zufuhr von Leptin ist dessen Effekt minimal → Leptinresistenz (die mit zunehmender Adipositas ebenfalls zunehmende Unfähigkeit des Organismus, die Größe seiner Fettdepots zu regulieren)
• Leptinresistenz kann sein: Keine Übertragung des Signals ins Gehirn, zu wenig Ob-R im Gehirn, zu schwache Antwort nach Binden des Leptins an Ob-R im Gehirn

o   Ventromedialer Hypothalamus als Sättigungszentrum

o   Lateraler Hypothalamus als Hungerzentrum

• Innerhalb des Nucleus arcuatus wirken periphere Signale auf spezielle Nervenzellen, die daraufhin Überträgerstoffe freisetzten (Neuropeptide)
• Orexigene Signale (Ghrelin) setzen orexigene Neuropeptide frei und hemmen die Freisetzung von anorexigenen Neuropeptiden
• Anorexigene Signale (Leptin) setzen anorexigene Neuropeptide frei und hemmen die Freisetzung von orexigenen Neuropeptiden
• Die Neuropeptide wirken auf nachgelagerte Neurone im Gehirn (Neurone zweiter Ordnung)
• Orexigene Neuropeptide sind das Neuropeptid Y (NPY) und das Agouti-related Peptide (AgRP)
• Anorexigene Neuropeptide sind Proopiomelanocortin (POMC) und das Cocaine and Amphetamine Related Transcript (CART) (POMC ist eine Vorstufe, die zum α-Melanozyten-stimulierendem Hormon (α-MSH) umgesetzt wird)
• Wechselwirkungen zwischen den orexigenen und anorexigenen Neuropeptiden sind möglich (z.B. NPY-bildende Neurone hemmen POMC-bildende Neurone)

• Im Hypothalamus (Paraventrikulärer Nukleus (PV), Ventromedialer Hypothalamus (VM), Dorsomedialer Nukleus (DM), Lateraler Hypothalamus (LT))
• Im Stammhirn
• In übergeordneten Hirnstrukturen (z.B. Cortex)
• Übergeordnete Hirnstrukturen können sich über die Informationen aus dem Hypothalamus „hinwegsetzen“

• Bildung im Fettgewebe
• Transfer ins Gehirn über die Blutbahn
• Bindung an Leptinrezeptoren auf Neuronen im Nucleus arcuatus
• POMC/CART-bildende Neurone werden aktiviert
• NPY/AgRP-bildende Neurone werden gehemmt
• Weiterleitung entsprechender anorexigener Signale

• Anorexigene Signale wie Leptin sollen bewirken, dass wir weniger essen und mehr Energie verbrauchen
• Orexigene Signale wie Ghrelin sollen bewirken, dass wir mehr essen und weniger Energie verbrauchen
• Verhaltensorientierte Steuerungsmechanismen des Gehirns zu untersuchen, gestaltet sich schwierig
• Vermittlung motivierten Verhaltens:

o   Koordination bestimmter Verhaltensmuster

o   autonome Systeme

o   neuroendokrine Systeme

• Mechanismen der Regulation der Energieaufnahme wurden evolutionär ausgebildet zu einer Zeit mit langen Phasen der Nahrungsknappheit und größeren Gefahren bei der Nahrungsbeschaffung
• Ausbilden eines „Nahrungs“gedächtnisses und die Entwicklung eines emotionalen Belohnungssystems für das Aufsuchen, Finden und Erwerben von Nahrung hat also evolutive Vorteile
• An der Merkfähigkeit sind viele Gehirnareale beteiligt, u.a. der Hippokampus (eine der ältesten Regionen des Gehirns und Bestandteil des limbischen Systems (Sitz von Emotionen und Triebverhalten))
• Ghrelin fördert im Hippokampus die Bildung synaptischer Verbindungen zwischen den Neuronen
• Frühe Freisetzung von Ghrelin in der Hungerphase könnte Merkfähigkeit verbessern
• Intravenöse Gabe von Ghrelin bei Menschen → genauere Beschreibung der Lieblingsmahlzeit als Kontrollen

• Homöostatische Regulation auf Seiten des Energieverbrauchs
• Anorexigene Signale hemmen nicht nur die Nahrungsaufnahme, sondern erhöhen den Energieverbrauch
• Orexigene Signale induzieren die Nahrungsaufnahme und hemmen den Energieverbrauch
• Leptin erhöht den Energieverbrauch über

o   Zitterfreie Thermogenese in braunem Fettgewebe über Synthese des UCP-1 in der regio interscapularis, „Winterschlafdrüse“ bei Ratten

o   Thermogenese in anderen Fettgeweben (Isolier- und Baufett der Muskulatur u.a. Organe) über alternative Formen der UCP bei Schafen

o   Stimulation des UCP-3 in der Skelettmuskulatur des Menschen