Ketonkörper – einst Feind, dann Freund, jetzt Schutzengel: eine steile Karriere

„Wenn der Körper nicht genügend Glukose hat, werden vermehrt Fettsäuren abgebaut, um Energie zu gewinnen. Dabei entstehen Ketonkörper als Nebenprodukt und alternative Energiequelle.“ Das fällt KI zum Thema Ketonkörper ein. Ob es sich tatsächlich so verhält, oder vielleicht am Ende ganz anders sein könnte, wird sich zeigen.

Was sind Ketonkörper?

Ketonkörper sind Stoffwechselprodukte, die beim Abbau von Fettsäuren anfallen. Beinm Abbau der Fettsäuren entsteht ein Zwischenprodukt namens Acetyl~CoA. Zwei davon verbinden sich zu Acetoacetat. Der erste Ketonkörper. Der größte Teil davon wird zu β-Hydroxybutyrat „reduziert“ (im chemischen Sinn, durch Anlagerung von Elektronen). Das ist der zweite Ketonkörper. Durch die Abspaltung von CO₂ von Acetoacetat entsteht auch noch Aceton. Der dritte Ketonkörper.

Und wann erscheinen sie auf der Bildfläche?

Es gibt verschiedene Situationen, in denen vermehrt Ketonkörper gebildet werden, und zwar immer dann, wenn vermehrt Fett verbrannt wird. Das wiederum geschieht, wenn keine Glucose vorhanden ist, Dann ist auch der Insulinspiegel niedrig und die Fettverbrennung springt an. Diesen Zustand erreicht man durch

• Fasten

klar, der Energiemangel wird durch das Verbrennen von Körperfett ausgeglichen. Weil man beim Fasten aber gar keine Nahrung zu sich nimmt, müssen auch körpereigene Proteine abgebaut werden, um die Fette verbrennen zu können

• ketogene Ernährung

bei ketogener Ernährung mit maximal 25 – 50 g Kohlenhydraten pro Tag ist der Insulinspiegel niedrig genug, die Fettverbrennung nicht zu bremsen. Dem Stoffwechsel ist es dabei egal, woher das Fett kommt. Es kann Körperfett oder Nahrungsfett sein. Mit einer kalorienreduzierten ketogenen Ernährung kann man richtig gut abnehmen. Studien zeigen, dass der Gewichtsverlust deutlich höher ist als bei einer „ausgewogenen“ Ernährungsweise.

• Diabetes (Typ1)

Bei Typ 1 Diabetes wird ebenfalls bevorzugt Fett verbrannt und Ketonkörper gebildet, weil die Glucose den Weg aus dem Blut in die Körperzellen nicht findet. In diesem pathogenen Zustand können die Konzentrationen an Ketonkörpern so stark steigen, dass die Pufferkapazität des Blutes überschritten wird. Der pH sinkt und es entsteht die gefürchtete und gefährliche Keotoazidose. Im gesunden Stoffwechsel besteht die Gefahr nicht. Insulin wird immer in geringen Mengen ausgeschüttet und die genügen, die hemmungslose Freisetzung von Fettsäuren zu verhindern.

Auf Zellebene erscheinen Ketonkörper auf diesem Weg:

Wenn Glucose verbraucht ist, steigt der Stoffwechsel auf Fettverbrennung aus Fettsäuren an. Das geschieht in der Leber. Die hat in diesem Prozess zwei Aufgaben: Neue Glucose zu bilden, ein Vorgang, der als Gluconeogenese bezeichnet wird. Ein möglicher Ausgangsstoff ist Oxalacetat, ein Abbauprodukt bestimmter Aminosäuren. Oxalacetat ist aber auch das Molekül, das sich im Citratcyclus mit Acetyl~CoA vereint und eine Runde Energie liefernder Reaktionen dreht, ein wichtiger Teil der Zellatmung.

Was tut die Leber also, wenn sie Oxalacetat für die Gluconeogenese UND den Citratcyclus benötigt? Sie entscheidet sich für die Gluconeogenese. Schließlich muss sie den Blutzuckerspiegel erhalten. Das Acetyl~CoA wandelt sie in Ketonkörper um und verteilt sie über das Blut im Körper.

Fast alle Körpergewebe können Ketonkörper verarbeiten. Und wer nicht mit Gluconeogenese beschäftigt ist, hat außerdem Oxalacetat für die „ganz normale“ Verbrennung von Fettsäuren zur Verfügung.

Ketonkörper sichern die Energieversorgung

Die Leber kann keine Ketonkörper verwerten. Sie stellt sie selbst her und so wird sichergestellt, dass sie die eben produzierten Ketonkörper nicht selbst verbraucht. Aber fast alle übrigen Gewebe nutzen Ketonkörper ebenso gern wie Glucose.

Nur Erythrozyten und bösartige Tumore können mit Ketonkörpern nichts anfangen. Erythrozyten besitzen keine Mitochondrien. Das sind die Organellen, in denen die Fettverbrennung stattfindet. Und Tumorzellen verlieren die Fähigkeit zur Zellatmung. Sie gewinnen Energie ausschließlich durch Glykolyse, den einleitenden Abbau von Traubenzucker, der nur sehr wenig Energie liefert. Diese Eigenheit ist als Warburg-Effekt seit mehr als 100 Jahren bekannt. Kohlenhydratentzug könnte damit eine prima Krebstherapie sein.

Achja – vom Gehirn wird immer wieder behauptet, es wäre zur Energieversorgung auf Zucker angewiesen. Das stimmt nicht. (Vielleicht ist es eher umgekehrt und das Gehirn hilft dem armen, mit Glucosefluten überlasteten Stoffwechsel aus, einen Teil des Zuckers elegant zu entsorgen?) Jedenfalls funktioniert das Gehirn prima mit Ketonkörpern. Sie bescheren uns sogar einen klaren, wachen Verstand.

Fett ist einfach der ideale Speicherstoff. Es lässt sich kompakt weil wasserfrei lagern und der Speicherkapazität sind keine Grenzen gesetzt. Für die Gluconeogenese gibt es im Körper einfach nicht viel Substrat. Und man müsste dafür auch noch ziemlich schnell Muskeln opfern. Wäre unser Gehirn auf die Produkte der Gluconeogenese zur Energiegewinnung angewiesen, würde es gerade mal zwei bis drei Wochen Fastenperioden überstehen. Mit Ketonkörpern hält es mindestens zwei Monate durch.

Der Beitrag, den Ketonkörper zur Energiegewinnung im Skelettmuskel beitragen variiert erheblich. Am Ende der nächtlichen Fastenperiode macht er 10 – 20 % aus. Gemäßigter Sport kann den Verbrauch um das Fünffache steigern. Auch mehrtägiges Fasten steigert den Verbrauch von Ketonkörpern.

Das Herz steht auf Fett

Dann ist da noch ein anderer Großverbraucher an Energie. Das Herz. Erstaunlicherweise nutzen Herzmuskelzellen kaum Glucose zur Energiegewinnung. Sie verbrennen hauptsächlich Fett und beziehen daraus bis zu 85 % ihrer Energie. Das Herz nimmt auch Ketonkörper, und der Anteil steigt mit der Verfügbarkeit. Aber die Hauptenergiequelle sind freie Fettsäuren. Wenn das mal keine Überraschung ist.

Ketonkörper schützen die Körperzellen

In Abwesenheit von verwertbaren Kohlenhydraten verschiebt sich der Stoffwechsel in Richtung Fettverbrennung. Dabei treten auch bestimmte Alarmsignale auf. Das Verhältnis wichtiger Energieträger ändert sich und signalisiert einen energiearmen Zustand. Zum Beispiel überwiegt AMP gegenüber dem energiereichen ATP, es gibt wenig „reduziertes“, Energie tragendes NADH+H⁺, dafür viel „hungriges“ NAD⁺.

Das erzeugt zunächst Stress in den Mitochondrien, der aber rasch nachlässt und verschiedene Regulationsmechanismen aktiviert.

• Nrf2

Nrf2 ist ein Transkriptionsfaktor, ein Protein, das die Aktivität von Genen steuert. Es hat mehrere hundert Zielgene, die für den Zellschutz eine zentrale Rolle spielen. Ihre Produkte schützen vor oxidativem Stress und verbessern die Mitochondrienfunktion und -vermehrung. Ketonkörper aktivieren Nrf2.

• Sirtuine

Sirtuine sind Proteine, die zur Familie der Histon-Deacetylasen gehören. Sie verändern Histone, das sind Proteine, die der DNA Struktur verleihen und die Nutzung von Genen überhaupt erst ermöglichen oder verhindern. Durch ihre Aktivität setzebn sie geladene Gruppen an den Molekülen frei. Die stoßen sich gegenseitig ab. Die DNA bläht sich quasi auf und Gene und ihre regulatorischen Bereiche werden dadurch erst für die Expression, das Ablesen und die Proteinsysnthese, zugänglich. Ketose aktiviert Sirtuine.

• AMPK

AMPK steht für AMP-abhängige Proteinkinase. Das ist ein Enzymkomplex, der bei Energiemangel, wenn viel AMP vorhanden ist, bestimmte Zielproteine verändert. Steigende β-Hydroxybutyratspiegel aktivieren die AMPK, woraufhin diese ihre zellschützenden Aktivitäten entfaltet.

Im Zustand der Ketose,wenn Kohlenhydrate fehlen und viele Ketonkörper vorhanden sind, verursachen diese zunächst einmal Stress, indem sie diese drei Signalprozesse aktivieren. Der Stoffwechsel reagiert darauf, indem er einen Schutzmechanismus aktiviert, der

• die Mitochondrienfunktion verbessert
• anti-oxidativ und entzündungshemmend wirkt
• anabole Prozesse hemmt
• Autophagie und andere Zellschutzmechanismen fördert-

Das klingt doch gar nicht schlecht.

β-Hydroxybutyrat ist eine kurzkettige Fettsäure – und dem hoch geschätzten Butyrat, das von den Darmbakterien produziert wird, sehr ähnlich. Für freie Fettsäuren gibt es spezielle Rezeptoren, und es ist gut möglich, dass β-Hydroxybutyrat anderen Bindestellen andocken kann. Das wäre euch eine Erklärung, warum sich Ketonkörper so positiv auf die Gesundheit auswirken

Klinische Studien zeigen positive Effekte

In klinischen Studien zeigen sich die positiven Effekte, die von Ketonkörpern ausgehen.

Bei einer Diät mit eingeschränkter Kalorienzufuhr verschwinden vorzugsweise das besonders schädliche viszerale Fett (Bauchfewtt) sowie ektopisches Fett, also Fett, das sich an Orten niedergelassen hat, wo es nicht hingehört. Zum Beispiel im Inneren von Leberzellen.

Nüchternblutzucker- und Insulinspiegel sinken, typischerweise um mindestens 20 %. Die Blutmarker für oxidativen Stress sinken. Stille Entzündungen Entzündungen nehmen ab und der Blutdruck sinkt. Auch die Blutfettwerte verbessern sich. Und natürlich nimmt man kräftig ab. Der Gewichtsverlust ist unter diesen Bedingungen zwei- bis viermal so hoch wie bei einer „ausgewogenen“ kohlenhydratbetonten Diät.

Auch ohne Kalorieneinschränkung profitieren die Probanden von der ketogenen Ernährung. Vor allem das Gehirn genießt diesen physiologischen Zustand. Man beobachtet signifikante Verbesserungen der Symptome von Alzheimer, Parkionson, Depressionen, Angststörungen oder Alkoholentzug und eine Reduktion der Anzahl von epileptischen Anfällen.

Den größten Effekt hat eine nicht kalorienbeschränkte ketogene Diät auf Fettleibigkeit, Typ 2 Diabetes und das Metabolische Syndrom überhaupt

Allerdings hat man tatsächlich beobachtet, dass ausgerechnet das schädliche LDL Cholesterin bei ketogener Ernährung ansteigen kann. Aber die Experten meinen, dass das nicht so schlimm ist, denn es gibt verschiedene Formen von LDL und hier steigen besonders die großen fluffigen LDL Partikel an, die das Herz schützen können. Und überhaupt stieg das LDL nur, wenn man reichlich gesättigte Fettsäuren zu sich nahm. Mehrfach ungesättigte Fettsäure hatten keinen Einfluss auf das Cholesterin.

Ersetzt man Kohlenhydrate durch gesättigtes Fett, hat das keinen Einfluss auf den Fettgehalt der Leberzellen. Nimmt man stattdessen ungesättigtes Fett, sinkt der Fettgehalt der Leber.

Die Schulmedizin erwacht.

Die Schulmedizin sieht langsam ein, dass kohlenhydratarme Ernährung ein adäquates Mittel gegen Diabetes ist und die Amerikanische Diabestes Association befürwortet sein 2019 Low Carb Ernährung als Therapie bei Diabetes.

Unglaublich. Da kommen kleine Kinder aber früher drauf.

Quelle:

Kolb H, Kempf K, Röhling M, Lenzen-Schulte M, Schloot NC, Martin S. Ketone bodies: from enemy to friend and guardian angel. BMC Med. 2021 Dec 9;19(1):313. doi: 10.1186/s12916-021-02185-0. PMID: 34879839; PMCID: PMC8656040.