Autophagie bzw. Autophagozytose bezeichnet einen Prozess in Zellen, mit dem sie eigene Bestandteile, die bei ihrer jeweiligen Funktion angefallen sind bzw. nicht mehr benötigt werden, abbauen und verwerten, wobei das von fehlgefalteten Proteinen bis zu ganzen Zellorganellen reicht. Im Alter verändert sich die Funktionsweise der Autophagie im Gehirn, sodass Entsorgungsprozesse nicht mehr richtig funktionieren, wobei besonders bei Erkrankungen des Gehirns Störungen im Gleichgewicht von Proteinanlieferung und -Entsorgung zu den kognitiven Problemen beitragen. Autophagie ist also der Schlüsselprozess der Zelle, um gebrochene Proteine, Zellmembranstücke, Viren oder Bakterien abzubauen. Um diese Teilchen einzufangen, verwenden Zellen spezielle Membranen, um die Ladung für das Recycling in neue Teile und Energie einzufangen. Ohne effiziente Autophagie würden die Zellen durch ihre eigenen geschädigten Komponenten ersticken, was zur Entwicklung einer Reihe von Krankheiten beitragen kann.

Man hat entdeckt, dass die Autophagie am Ab- und Umbau von Proteinen und Lipiden zu Wiederverwendung und an der Bereitstellung von Aminosäuren bei verringerter Nahrungszufuhr beteiligt ist und in geringem Umfang in allen Zellen erfolgt, wird aber bei metabolischem oder infektiösem Stress verstärkt. Mit zunehmendem Alter einer Zelle nimmt die Autophagie ab. Dieser Prozess ist auch in Nervenzellen zu finden, wobei eine veränderte Autophagie an der Entstehung von Morbus Alzheimer beteiligt ist (Plaqueablagerung).

Man hat nun entdeckt, dass dieser Recycling-Prozess von Synapsenbausteinen viel schneller abläuft, wenn das Enzym Parkin aktiviert wird, das bei der Parkinson-Krankheit eine wichtige Rolle spielt. Bisher war über das Enzym Parkin nur bekannt, dass der Ausfall seiner Funktion zur Schüttellähmung führt, wobei sich Aggregate von Proteinen im Hirngewebe anreichern, die nicht mehr abgebaut werden können, was die normalen Funktionen beeinträchtigt und schließlich zum kompletten Funktionsausfall durch den Zelltod führt. Dieser Prozess steht im Zusammenhang mit dem Bassoon-Protein, denn nach dessen Ausschaltung wird der Synapsenmüll schneller abgeholt und die aktiven Proteine waren jünger als in den vergleichbaren Kontrollen. Beim Prozess der Autophagie entstehen dadurch eine größere Anzahl von Autophagosomen. Synapsen mit verändertem Bassoon sind schwächer und können sich nicht so leicht an Veränderungen anpassen, was aber für die Hirnplastizität essentiell ist (Hoffmann-Conaway, 2020).

In letzter Zeit hat man erkannt, dass Autophagie einen der wichtigsten Prozesse im menschlichen Körper darstellt, um die Zellen gesund und leistungsfähig zu halten, der die Zellen reinigt, d. h. metaphorisch „entgiftet“. Autophagie ist aber auch ein evolutionär bedingtes Notfallsystem in Hungerperioden und stellt einen Schutz vor Krankheiten wie Krebs, Demenz, Herzkrankheiten und bakteriellem Befall dar. Tier- und Humanstudien zeigen, dass der Autophagieprozess eine Verbesserung des Zucker- und Fettstoffwechsels und des Herz-Kreislauf-Systems bewirkt.

Die Autophagie in den Zellen wird durch Zeiten des Fastens (etwa beim 16/8 Intervallfasten bzw. intermittierendem Fasten 5/2), bei Kalorienrestriktion bzw. leichtem Kaloriendefizit bei ausgewogener Ernährung und bei Kraft- und Ausdauersport gefördert. Koffein ist ebenfalls ein Autophagieauslöser, der generell bei verschiedenen metabolischen Erkrankungen wie Diabetes oder Störungen des Fettstoffwechsels positive Auswirkungen hat. Für den Fastenstoffwechsel sind die Gluconeogenese (Neubildung von Glucose aus Aminosäuren) und die Ketogenese von Bedeutung, wobei die Ketogenese die Umwandlung von Fettsäuren in Ketonkörper bezeichnet, die zur Energiegewinnung zur Verfügung stehen. Diese sorgen letztlich für den Abbau von Fettreserven im Körper der Fastenden. Übrigens: in einem Artikel in einer Frauenzeitschrift fand sich die hübsche Bezeichnung Interwallfasten 😉


Auf den Punkt gebracht: Das Intervallfasten hilft nicht nur beim Abnehmen, es trainiert auch den Stoffwechsel. Studien zeigen, dass die regelmäßige Unterbrechung der Nahrungsaufnahme die Selbstreinigung der Zellen fördert (Autophagie). Dieser Prozess ist auch Bestandteil der Immunabwehr. Je mehr Autophagie in einem Organismus stattfindet, desto gesünder bleibt er. Durch Fastenzeiten gibt man den Abwehrkräften eine Auszeit, da jede Mahlzeit auch das Immunsystem herausfordert.


Einigen Lebensmittel wie Weizenkeime, frischer grüner Pfeffer, Pilze, fermentierte Sojabohnen, Hühnerleber, Mango, Kichererbsen, gekochte Brokkoli oder Karfiol (Blumenkohl) fördern die Autophagie durch Spermidin, einer Substanz, die in allen lebenden Organismen vorkommt und eine wichtige Rolle beim Zellwachstum spielt, wobei die Konzentration an körpereigenem Spermidin mit zunehmendem Alter abnimmt. Spermidin bewirkt nach neueren Untersuchungen auch eine epigenetische Veränderung im Zellkern und dadurch wird das Zellkernprogramm auf Grund der abgelesenen Gene gewissermaßen auf „jugendlich“ geschaltet. Spermidin schützt auch vor cardiovaskulären Erkrankungen und kann durch eine Verzögerung der Herzalterung zur Lebensverlängerung beitragen. Im Tierversuch wurde nachgewiesen, dass Hypertonie durch Spermidin gesenkt werden kann.

In Untersuchungen an der Universität Graz (Carmona-Gutierrez et al., 2019) wurde eine Substanz gefunden, die die Zellalterung verlangsamt: 4,4′-Dimethoxychalcone (DMC). Diese Substanz gehört zu den natürlichen Polyphenolen, die für ihre antioxidative Wirkung bekannt sind, und finden sich unter anderem in Tee, Rotwein und Kakao, Früchten oder Gemüse, besonders in der asiatischen Heilpflanze Ashitaba. Die Substanz induziert in verschiedenen Organismen, von Hefe über Würmer und Fliegen bis zu humanen Zellkulturen, den gesundheitsfördernden Zellreinigungseffekt der Autophagie.

Obwohl die wissenschaftliche Diskussion darüber noch nicht abgeschlossen ist, gibt es mittlerweile solide Daten, die dessen positive Effekte auf die Gesundheit belegen. Zu diesen zählt nicht nur die von vielen primär angestrebte Gewichtsreduktion, sondern grob zusammengefasst scheint Intervallfasten den Zivilisationskrankheiten entgegenzuwirken. Sabia et al. (2021) etwa haben bei knapp achttausend Teilnehmern an der Whitehall-II-Studie in einem 25-jährigen Follow-up untersucht, ob die Schlafdauer vor dem Alter mit der Demenzinzidenz assoziiert ist. Sie fanden dabei ein höheres Demenzrisiko, das mit einer Schlafdauer von sechs Stunden oder weniger im Alter von 50 und 60 Jahren assoziiert ist, verglichen mit einer normalen (7 h) Schlafdauer, obwohl dies für die Schlafdauer im Alter von 70 Jahren ungenau geschätzt wurde. Eine anhaltend kurze Schlafdauer im Alter von 50, 60 und 70 Jahren war im Vergleich zu einer anhaltend normalen Schlafdauer ebenfalls mit einem um 30 % erhöhten Demenzrisiko verbunden, unabhängig von soziodemografische Faktoren wie Rauchen, Alkoholkonsum, Body-Mass-Index, den Grad körperlicher Aktivität, den Konsum von Früchten und Gemüse, Ausbildungsniveau, Familienstand und Erkrankungen wie Bluthochdruck, Diabetes und Herzgefäßerkrankungen. Diese Ergebnisse deuten also darauf hin, dass eine kurze Schlafdauer in der Lebensmitte mit einem erhöhten Risiko für eine spät auftretende Demenz assoziiert ist. Als Ursache vermutet man übrigens, dass die gehirneigenen Abbauprozesse, die während des Schlafes stattfinden, eine Rolle spielen dürften. Diese Prozesse laufen vor allem nachts im Tiefschlaf ab, wobei diese mit zunehmendem Alter und bei Schlafmangel sowie zu wenig Tiefschlafphasen schlechter werden.

Ein mit der Autophagie verwandter Prozess ist die Phagozytose, bei der Stoffe von außerhalb der Zelle aufgenommen und verwertet werden.


Sogenannte Ketonkörper werden auf natürliche Weise im Körper gebildet, wenn ein Mensch entweder über einen längeren Zeitraum Hunger erleidet oder sich sehr kohlenhydratarm ernährt, er befindet sich dabei im Zustand der Ketose. Dabei werden in der Leber Ketone gebildet, die dem menschlichen Körper bei der Energiegewinnung helfen, wenn nicht ausreichend Kohlenhydrate vorliegen, sodass der Körper mit einem Drittel an Glukose auskommt. Gehirn und Muskeln müssen sich jedoch auf eine Ketose einstellen, indem sie bestimmte Enzyme ausbilden. Neuere Untersuchungen haben gezeigt, dass Ketonpräparate, die Keton-Ergänzungsmitteln vom Typ β-Hydroxybutyrat (β-OHB) enthalten, diesen ungünstigen Prozessen im Gehirn von adipösen Menschen entgegenwirken und zum Schutz der Gehirngesundheit sowie zur Prävention von kognitiven Dysfunktionen beitragen können.


Historisches: Erstmals wurde das Phänomen der Autophagie 1963 von Christian de Duve beschrieben, doch die genaue Funktionsweise blieb lange Zeit ungeklärt. 1974 erhielt er zusammen mit Claude und Palade den Nobelpreis für seine Untersuchungen zur Struktur und Funktion der Organisation der Zelle. 1990 wurde der Mechanismus der Autophagie vom japanischen Forscher Yoshinori Ōsumi entschlüsselt, dem es nach Experimenten mit Hefezellen gelang, die genetische Grundlage der Autophagie aufzudecken. Yoshinori Ōsumi wurde für seine Entdeckungen auf dem Gebiet der Autophagie 2016 der Nobelpreis zuerkannt.

Literatur

Carmona-Gutierrez, D. , Zimmermann, A. , Kainz, K., Pietrocola, F., Madeo, F. et al. (2019). The flavonoid 4,4′-dimethoxychalcone promotes autophagy-dependent longevity across species. Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-08555-w.
Sheila Hoffmann-Conaway, Marisa M. Brockmann, Katharina Schneider, Anil Annamneedi, Kazi Atikur Rahman, Christine Bruns, Kathrin Textoris-Taube, Thorsten Trimbuch, Karl-Heinz Smalla, Christian Rosenmund, Eckart D Gundelfinger, Craig Curtis Garner, Carolina Montenegro-Venegas (2020). Parkin contributes to synaptic vesicle autophagy in Bassoon-deficient mice. eLife, doi: 10.7554/eLife.56590.
Sabia, Séverine, Fayosse, Aurore, Dumurgier, Julien, van Hees, Vincent T., Paquet, Claire, Sommerlad, Andrew, Kivimäki, Mika, Dugravot, Aline & Singh-Manoux, Archana (2021). Association of sleep duration in middle and old age with incidence of dementia. Nature Communications, 12, doi:10.1038/s41467-021-22354-2.
https://heilfasten-portal.com/fachartikel-fasten/autophagie-entschlackung-zellen.html (18-07-21)
https://www.nzz.ch/wissenschaft/intervallfasten-was-das-mit-einfach-leben-zu-tun-hat-ld.1483834 (19-05-27)


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2 Gedanken zu „Autophagie“

  1. Intervallfaster

    Studien haben übrigens gezeigt, dass Intervallfasten einer Diabetes-Typ-2-Erkrankung vorbeugen kann und bei Krebstherapien unterstützend wirkt. Eine aktuelle Untersuchung zeigt auch, dass Intervallfasten zumindest bei Mäusen das Langzeitgedächtnis stärkt. In einem Beobachtungszeitraum von drei Monaten wurden die weiblichen Nagetiere in drei Gruppen eingeteilt, eine musste in Intervallen fasten, eine andere bekam kalorienreduziertes Futter, während die dritte normal gefüttert wurde, wobei beide Diätgruppen etwa zehn Prozent weniger Kalorien zugeführt bekamen. Jene Mäuse, die fasten mussten, hatten eine wesentliche Verbesserung ihres Langzeitgedächtnisses erzielt, denn sie konnten die Testaufgabe, bei der sie mehrmals durch ein Labyrinth ihren Weg finden mussten, weitaus besser bewältigen als die anderen beiden Gruppen. Allerdings verfolgten die Mäuse aber weder die klassische 16:8-Methode noch die 5:2-Methode des Intervallfastens, sondern man ließ die Türe jeden zweiten Tag mit einer reduzierten Kalorienzufuhr fasten. Dabei wurden die Gene zur Produktion des lebensverlängernden Proteins Klotho häufiger aktiviert und gebildet, wobei Klotho jenes Proteohormon ist, das bei Mäusen das Leben um zirka zwanzig bis dreißig Prozent verlängern kann, das aber auch eine Rolle bei der Produktion von neuen Nervenzellen im Hippocampus spielt, was einen Einfluss auf die Gedächtnisbildung hat. Offenbar ist Intervallfasten daher ein wirksames Mittel zur Verbesserung des Langzeitgedächtnisses, zumindest bei Mäusen 😉

  2. Easylife

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