Die wissenschaftlichen Grundlagen der Autophagie jenseits populärer Fastendiäten

Geschrieben von Andy Mobbs

Intermittierendes Fasten war die beliebteste Diät des Jahres 2020. Ganz egal, ob es sich nun um die 16:8- bzw. die 5:2-Methode handelt oder ob einfach nur an Werktagen gefastet wird: fast 17 Millionen Menschen aus den USA probierten diesen Trend aus. Und wie es bei allen Trenddiäten der Fall ist, so überschwemmten auch dieses Mal Menschen und Prominente gleichermaßen sämtliche Social-Media-Kanäle mit ihren Erfolgsgeschichten. Jeder war plötzlich süchtig nach intermittierendem Fasten. Doch hast du dich jemals gefragt, was in deinem Körper passiert, wenn du intermittierendes Fasten praktizierst?

Kennst du die wissenschaftlichen Grundlagen des Fastens und der Autophagie?

In diesem Artikel erkläre ich dir die wissenschaftlichen Hintergründe zum Thema Autophagie und intermittierendes Fasten, damit du zu 100% verstehst, welche Prozesse in deinem Körper ablaufen.

Was versteht man unter Autophagie?

Der Begriff Autophagie setzt sich aus den Wörtern “auto” und “phagie” zusammen. “Auto” bedeutet selbst und “phagie” bedeutet essen. Autophagie bedeutet also im eigentlichen Wortsinn “sich selbst essen”. Es handelt sich hierbei also um eine Form der Selbstkannibalisierung, allerdings NICHT auf eine schlechte Art und Weise. Autophagie ist die natürliche Methode des Körpers, tote, beschädigte und alte Zellen zu entfernen. Auf diese Weise kann unser Organismus neue, gesunde Zellen produzieren bzw. diese regenerieren.

Wie wird Autophagie ausgesprochen?

Wie man es spricht!.

Warum wir immer im Schlemmermodus feststecken

In den etwa 2 Millionen Jahren der menschlichen Evolution, seitdem sich unsere Vorfahren von den Menschenaffen abgespaltet haben, gab es Zeiten, in denen es in unserer Umgebung reichlich Nahrung gab. Es gab jedoch auch Zeiten, in denen die Nahrung knapp war. Heutzutage jedoch gibt es ständig einen Überfluss an Kalorien, zumindest gilt das für den größten Teil der entwickelten Länder. Im normalen Leben durchlaufen wir also nicht mehr den Zyklus von Schlemmen und Hungern, wie es unsere Vorfahren getan hatten. Stattdessen befinden wir uns heutzutage immerzu im “Schlemmermodus”.

Das Problem dabei ist, dass der menschliche Körper sich so entwickelt hat, dass er am besten funktioniert, wenn sowohl Phasen des Schlemmens als auch des Hungerns ausgesetzt ist.

  • Wenn wir genug Nahrung haben, können die Zellen unseres Körpers wachsen und sich vermehren. Doch wenn wir nicht genug Nahrung haben, dann kann es passieren, dass unser Körper einen “Stoffwechselschalter”(1) umlegt, der sich stattdessen darauf konzentriert, die Reaktion unserer Zellen auf Stress zu stärken.
  • Die Zellen tun dies, indem sie alte und defekte Zellbestandteile abbauen, diese erneuern und regenerieren und die Produktion von chemischen Stoffen wie Antioxidantien erhöhen.
  • Die abgebauten Zellbestandteile können dann für die Produktion von neuen Zellbestandteilen bzw. für Energie verwendet werden.

Damit wir Menschen gesund sind, brauchen wir im Idealfall eine gute Balance zwischen beiden Extremen.

Intermittierendes Fasten: Die Vor- und Nachteile

VORTEILE: Wenn du zu viel schlemmst, dann können sich beschädigte Proteine sowie andere Zellteile ansammeln, was dazu führt, dass die Zellen ihre Arbeit nicht mehr richtig erledigen. Da die Zellen für so gut wie alle Prozesse in unserem Körper verantwortlich sind (auch für unsere Organe), kann auch alles andere nicht mehr richtig funktionieren.

NACHTEILE: Allerdings kann es zu Problemen führen, wenn wir zu viel Hunger haben, weil unser Körper dann zu viel Zeit für die Reparatur unserer Zellen benötigt und diese nicht ausreichend mit Energie versorgt werden.

Wir brauchen wirklich ein Gleichgewicht der beiden Funktionen und intermittierendes Fasten ermöglicht uns dies, da wir einfach die Hungerperioden nachahmen und diese dann mit Schlemmphasen kombinieren können.

MTOR vs. Autophagy

Das Gleichgewicht zwischen Fasten und Hungern spielt sich in zwei gegensätzlichen zellulären Prozessen ab, die beide zu jeder Zeit in unserem Körper ablaufen, nämlich mTOR und Autophagie.

mTOR – Ein Enzym, die Osterinsel und wovon Bodybuilder träumen!

mTOR ist ein Wachstumsprozess in unserem Körper und steht für “mechanistic target of rapamycin”.

Für diese etwas merkwürdige Bezeichnung gibt es einen guten Grund. mTOR wurde nach einem Bodenbakterium benannt, das erstmals auf einer Expedition zur Osterinsel in den 1960er Jahren gefunden wurde. Die Osterinsel ist eine Insel im Pazifik, die sich ca. 3.200 Kilometer vor der Küste Chiles befindet. Die Osterinsel ist bekannt für ihre mehr als 1.000 antiken Statuen und wird von den Inselbewohnern “Rapa Nui” genannt und aus diesem Grund wurde das Bakterium nach der Insel Rapa Nui benannt.

Unter mTOR versteht man allerdings nicht das Bodenbakterium, sondern mTOR ist ein eigentlich ein Enzym, das in unserem Körper produziert wird. Das Bodenbakterium Rapamycin stimuliert die Aktivität von mTOR, sodass das Enzym als “Ziel” von Rapamycin fungiert. Wenn dieses Enzym stimuliert wird, beginnen die Zellen zu wachsen, Proteine zu bilden und sich schneller zu vermehren. mTOR ist vor allem bei Bodybuildern und anderen Kraftsportlern bekannt, die versuchen, diesen Prozess so stark wie möglich zu stimulieren.

Autophagie – Die wissenschaftlichen Hintergründe der Fastendiät

Der gegenteilige Prozess von mTOR wird als Autophagie bezeichnet, wenn die Zellen damit beginnen, alte und beschädigte Bestandteile abzubauen. Da die beiden Prozesse einander entgegengesetzt sind, ist die Autophagie entsprechend niedrig, wenn mTOR stimuliert ist. Und wenn Autophagie stimuliert ist, ist mTOR niedrig.

Wie genau funktioniert die Autophagie?

  • Bei der Autophagie bilden die Zellen spezielle Strukturen, die Phagophoren genannt werden.
  • Phagophoren sind Membranen, die langsam wachsen und eine Kugelform bilden, die von einer Membran bedeckt ist.
  • Die Membran besteht aus einer sogenannten Lipid-Doppelschicht.
  • Lipide sind fettbasierte Moleküle, und Lipiddoppelschichten umgeben alle Organellen in unseren Zellen und auch alle unsere Zellen, also alle 20 Milliarden!
  • Die Zellorganellen erfüllen verschiedene Funktionen in unseren Zellen und können ein wenig wie die verschiedenen Organe in unserem Körper betrachtet werden.
Die Stadien der Autophagie

Phagophorenbildung

Wenn sich die Kugel bzw. das Phagophor vollständig bildet, bewegt es sich innerhalb der Zelle. Es sammelt Proteine und andere Organellen ein, die mit einem speziellen Marker versehen sind, der dem Phagophor mitteilt, dass sie zum Abbau ausgewählt wurden. Dieser spezielle Marker wird Ubiquitin genannt. Der Phagophor bewegt sich dann durch die Zelle und sammelt alle ubiquitinierten Proteine und Organellen ein.

Die Phagophorenbildung ist abgeschlossen

Die Membranen bilden sich dann vollständig um die Proteine und Organellen. Wenn dies geschieht, ändert sich der Name der Struktur von einem Phagophor zu einem Autophagosom. Dieses Autophagosom bewegt sich dann in Richtung eines Lysosoms und vereinigt sich mit diesem. Ein Lysosom ist eine Organelle, die man sich als den Magen der Zelle vorstellen kann, obwohl das nicht ganz stimmt, da eine Zelle viele Lysosomen enthält!

Wie in unserem Magen ist der Inhalt der Lysosomen jedoch säurehaltig und enthält Verdauungsenzyme, die die Proteine und Organellen aufspalten. Sobald sie in einzelne Aminosäuren zerlegt sind, können sie wieder für den Aufbau neuer Proteine, Organellen und sogar neuer Zellen verwendet werden. Oder sie können auch von der Leber in einem Prozess, der als Glukoneogenese bekannt ist, zur Energiegewinnung genutzt werden. Die Aminosäuren, die für neue Zellen und Proteine verwendet werden, tun dies, indem sie durch das mTOR-Enzym stimuliert werden, sodass sich der Zyklus selbst vervollständigt, wenn der Körper zwischen Autophagie und mTOR hin und herwechselt.

Ein Autophagosom verschmilzt mit dem Lysosom

Es gibt auch eine spezielle Art der Autophagie, die mit den Mitochondrien zu tun hat. Dies geschieht durch den selektiven Abbau der Mitochondrien durch einen Prozess, der Mitophagie genannt wird. Mitochondrien sind ebenfalls Organellen und gelten als die Motoren unserer Zellen, da sie Energie produzieren. In jeder unserer Zellen befinden sich 2.000 oder mehr.

Da unser Körper jedoch Sauerstoff zur Energiegewinnung nutzt und Sauerstoff oxidativen Stress erzeugt, haben unsere Mitochondrien ständig mit freien Radikalen zu tun. Das bedeutet, dass sie sehr anfällig für Schäden sind. Daher ist der Abbau und die Reparatur von beschädigten Mitochondrien ein wichtiger Prozess, der im Rahmen der Mitophagie durchgeführt wird.

Autophagie und Mitophagie

Wie Fasten die Autophagie und Mitophagie anregt

Wenn wir fasten, kommt es zu einer Reduzierung der Energie, die dem Körper durch die Nahrung zugeführt wird. Dies führt zu einem leichten Energieungleichgewicht, da mehr Energie verbraucht als produziert wird. Ein spezielles Enzym im Körper überwacht ständig dieses Energiegleichgewicht. Dieses Enzym heißt AMPK (Adenosin-Monophosphat-aktivierte Proteinkinase).

Es tut dies, indem es eine Sache wahrnimmt, die AMP-zu-ATP-Verhältnis genannt wird.

ATP setzt Energie frei, wenn es ein Phosphatmolekül abgibt und in ADP zerlegt wird. Wenn das Energielevel niedrig ist, werden 2 ADP’s zusammengefügt, um ein ATP zu produzieren, wodurch ein AMP übrig bleibt. (ATP ist ein Adenosinmolekül mit 3 angehängten Phosphaten, ADP ist ein Adenosinmolekül mit 2 angehängten Phosphaten, und AMP ist ein Adenosinmolekül mit 1 angehängtem Phosphat).

ATP = Adenosin-Tri-Phosphat (3 Phosphate)

ADP = Adenosin-Diphosphat (2 Phosphate)

AMP = Adenosin Mono-Phosphat (1 Phosphat)

Wenn 2 ADP’s zusammenkommen (2 Phosphate plus 2 Phosphate), entsteht ATP (3 Phosphate) mit AMP (1 Phosphat übrig).

Wenn das Verhältnis von AMP im Verhältnis zu ATP ansteigt, bedeutet dies, dass weniger Energie zur Verfügung steht und so wird AMPK stimuliert. Wenn AMPK stimuliert wird, stimuliert es ein anderes Protein namens ULK1, was zur Produktion der Membranen führt, die zum Phagophor werden.

Die Vorteile von intermittierendem Fasten

NAD+ und die Sirtuine

Fasten erhöht außerdem den Spiegel von NAD+, der oxidierten Form von NADH, das eine aktive Form von Vitamin B3 ist (wichtig für die Energieproduktion).

Sirtuine sind eine Familie von Proteinen, die direkt die Autophagie stimulieren

Die Produktion von Energie in den Mitochondrien führt dazu, dass mehr NADH zu NAD+ wird. Dieser Anstieg des NAD+ zu NADH Verhältnisses stimuliert die Produktion der Sirtuine.

Sirtuine sind eine Familie von Proteinen, die direkt die Autophagie stimulieren. Ihre Produktion wird auch mit einer erhöhten Lebenserwartung und einer Steigerung der DNA-Reparatur in Verbindung gebracht (2).

Sowohl AMPK als auch die Sirtuine aktivieren auch andere Gene, von denen bekannt ist, dass sie viele gesundheitliche Vorteile haben, vor allem die FoxO-Familie, TFEB, PGC-1a und P53.

  • Die Aktivierung der FoxO-Familie wird mit einer erhöhten Stressresistenz, einer längeren Lebenserwartung und einem geringeren Risiko der Entstehung von Tumoren (d.h. Krebs) in Verbindung gebracht. Dies ist darauf zurückzuführen, dass dysfunktionale Zellen dazu gebracht werden, zellulären Selbstmord (Apoptose) zu begehen, anstatt weiter zu wachsen und sich potenziell zu Tumoren zu entwickeln (3).
  • TFEB ist der Hauptstimulator für die Produktion von neuen Lysosomen und ist somit direkt an der Autophagie beteiligt.
  • P53 ist als “Wächter des Genoms” bekannt, weil es DNA-Mutationen verhindert (4) und die Tumorbildung unterdrückt (5).
  • PGC-1a ist das primäre Gen, das an der Stimulierung der Produktion von neuen Mitochondrien beteiligt ist. Je mehr Mitochondrien wir haben, desto weniger Stress haben unsere bestehenden Mitochondrien, um die Energie zu produzieren, die wir brauchen. Das macht unsere Energieproduktion effizienter, und je effizienter diese ist, desto weniger freie Radikale haben wir.

Die Rolle der Ketose bei der Autophagie

Intermittierendes Fasten führt ebenfalls zu einem Abbau von Fettgewebe und erhöht die Menge an freien Fettsäuren, die in der Leber ankommen. Dies erhöht die Menge der produzierten Ketone (1).

Ketone sind Moleküle auf Fettbasis, die Energie erzeugen können.

Ketone sind fettbasierte Moleküle, die sehr effizient Energie produzieren können. Bei der Verbrennung von Ketonen zur Energiegewinnung entstehen weniger freie Radikale, wodurch Entzündungen reduziert werden. Ketone stimulieren zudem die Produktion von BDNF (brain-derived neurotrophic factor). BDNF ist ein Wachstumshormon für das Gehirn und stimuliert das Wachstum von neuen Gehirnzellen (Neuronen). Es fördert ebenfalls neue Synapsen, also Verbindungen zwischen den Neuronen (1). Je mehr Verbindungen bzw. Synapsen wir haben, desto mehr können wir lernen und verstehen.

Warum sind Fastenkuren im Jahr 2021 so beliebt?

Welche gesundheitlichen Vorteile ergeben sich also durch intermittierendes Fasten?

Gewichtsverlust

Viele Menschen entscheiden sich dafür, aufgrund der Vorteile in Bezug auf die Gewichtsabnahme eine Fastenkur zu machen. Studien haben gezeigt, dass die Probanden im Durchschnitt zwischen 2,5% und 9,9% ihres Körpergewichts während einer drei- bis sechsmonatigen Fastenkur verlieren (7, 8). Zudem stammt dieser Gewichtsverlust aus der Fettmasse und nicht aus der Muskelmasse.

Fasten kann dabei helfen, den Glukose- und Insulinspiegel zu regulieren

Intermittierendes Fasten senkt nachweislich den Nüchternglukose- und Insulinspiegel bei Diabetikern (10), fettleibigen Menschen (7) sowie Menschen, die nicht fettleibig sind (11). Darüber hinaus ergab eine Studie an jungen übergewichtigen Frauen eine Senkung des Gesamt- und LDL-Cholesterin-Spiegels, des Triglycerid-Werts sowie des Blutdrucks. Außerdem ergab sich eine Reduktion des Entzündungsmarkers C-reaktives Protein sowie des Hormons Leptin, das normalerweise mit Übergewicht ansteigt.

Fasten hilft bei der Testosteron-Regulierung

Mehrere Studien konnten einen Anstieg von SHBG (Sexualhormon-bindendes Globulin) nachweisen, welches dabei hilft, die Auswirkungen von Testosteron zu reduzieren. Wenn der Testosteronspiegel bei Frauen jedoch zu hoch ist, kann dies unerwünschte Nebenwirkungen nach sich ziehen (12).

Intermittierendes Fasten kann sogar einen Anti-Aging-Effekt haben

Die meisten Studien zum Thema intermittierendes Fasten und Alterungsprozess werden an Tieren durchgeführt. Der Grund dafür ist einfach: Es ist sehr schwierig, diese Studien an Menschen durchzuführen, da man sie nicht ein Leben lang beobachten kann, zumindest nicht, während man sicherstellt, dass sie sich an ein intermittierendes Fastenprotokoll halten.

Die Stimulierung der AMPK und der Sirtuine während des intermittierenden Fastens ist jedoch stark mit einer erhöhten Lebenserwartung bei Tieren verbunden.

Mehrere Studien konnten nachweisen, dass intermittierendes Fasten die Lebensspanne von Mäusen und Affen erhöht und die Wahrscheinlichkeit verringert, dass sie Krankheiten entwickeln, die mit dem Alterungsprozess einhergehen (13). Eine Studie an Mäusen ergab zudem, dass die Mäuse, die fasteten, ebenfalls weniger Muskelmasse abbauten, was sonst während des normalen Alterungsprozesses passiert (9).

Fazit: Ist die Stimulierung der Autophagie mit intermittierendem Fasten tatsächlich lohnenswert?

Intermittierendes Fasten kann einige sehr positive gesundheitliche Vorteile haben:

  • Intermittierendes Fasten kann die Autophagie stimulieren.
  • Intermittierendes Fasten wird mit einer erhöhten Lebenserwartung in Verbindung gebracht.
  • Intermittierendes Fasten kann die Produktion von neuen Mitochondrien stimulieren.
  • Intermittierendes Fasten kann Entzündungen reduzieren und die kardiovaskuläre Gesundheit verbessern.
  • Intermittierendes Fasten hilft Menschen beim Abnehmen.
  • Und Intermittierendes Fasten kann zudem dabei helfen, einen zu hohen Testosteronspiegel bei Frauen zu senken.

Trotz der zahlreichen hervorragenden Vorteile des intermittierenden Fastens habe ich ein potenzielles Problem beim Fasten noch nicht erwähnt. Der Grund dafür ist, dass wir sicherstellen müssen, dass wir wirklich fasten und nicht nur hungern.

Wenn man richtig fastet, dann sollte es nicht zu schlechten Nebenwirkungen wie Schwindel, Schwäche, Reizbarkeit oder anderen Dingen kommen, die äußerst negativ sind.

Es ist in Ordnung, sich ein wenig hungrig zu fühlen. Wenn du dich jedoch miserabel fühlst oder denkst, dass du nicht bis zu deiner nächsten Nahrungsphase warten kannst, dann hast du eine Hungerreaktion ausgelöst.

Eine Hungerreaktion passiert, wenn wir nicht genug Ketone produzieren, um unser Gehirn zu versorgen. Stattdessen nimmt unser Gehirn einen gefährlichen Nahrungsmangel wahr, weil es nicht genug Energie hat, wenn wir essen. Unser Gehirn tut dann alles, was es kann, um uns dazu zu bringen, uns nicht mehr so viel zu bewegen und Energie zu sparen, indem es dafür sorgt, dass wir uns miserabel fühlen.

Ich habe einen detaillierten Leitfaden darüber erstellt, wie man die Hungerreaktion vermeidet. Lies diesen bitte durch, bevor du dich dazu entscheidest, intermittierendes Fasten auszuprobieren.

Mit den richtigen Infos und dem richtigen Verständnis darüber, wie intermittierendes Fasten funktioniert, können die meisten Menschen diese neue Trenddiätform ausprobieren und all die potentiellen Vorteile für ihre Gesundheit am eigenen Leib erfahren!

Referenzen

(1) Stephen D. Anton, Keelin Moehl, William T. Donahoo, Krisztina Marosi, Stephanie Lee, Arch G. Mainous, III, Christiaan Leeuwenburgh, and Mark P. Mattson, Flipping the Metabolic Switch: Understanding and Applying Health Benefits of Fasting, Obesity (Silver Spring). 2018 Feb; 26(2): 254–268.

(2) Uribarri J, Woodruff S, Goodman S, Cai W, Chen X, Pyzik R, et al. Advanced glycation end products in foods and a practical guide to their reduction in the diet. J Am Diet Assoc. 2010;110: 911–916

(3) Eric L Greer & Anne Brunet, FOXO transcription factors at the interface between longevity and tumor suppression, Oncogene volume 24, pages7410–7425(2005)

(4) Read AP, Strachan T (1999). “Chapter 18: Cancer Genetics”. Human molecular genetics 2. New York: Wiley.

(5) Surget S, Khoury MP, Bourdon JC (December 2013). “Uncovering the role of p53 splice variants in human malignancy: a clinical perspective”. OncoTargets and Therapy. 7: 57–68.

(6) Sanchis-Gomar F, García-Giménez JL, Gómez-Cabrera MC, Pallardó FV (2014). “Mitochondrial biogenesis in health and disease. Molecular and therapeutic approaches”. Curr. Pharm. Des. 20 (35): 5619–5633.

(7) Heilbronn LK, Smith SR, Martin CK, Anton SD, Ravussin E. Alternate-day fasting in nonobese subjects: effects on body weight, body composition, and energy metabolism. Am J Clin Nutr [Internet] 2005;81:69–73.

(8) Byrne NMM, Sainsbury A, King NAA, Hills APP, Wood REE. Intermittent energy restriction improves weight loss efficiency in obese men: the MATADOR study. Int J Obes [Internet] 2017:1–10.

(9) Van Norren K, Rusli F, Van Dijk M, Lute C, Nagel J, Dijk FJ, Dwarkasing J, Boekschoten MV, Luiking Y, Witkamp RF, Müller M, Steegenga WT, Behavioural changes are a major contributing factor in the reduction of sarcopenia in caloric-restricted ageing mice.
J Cachexia Sarcopenia Muscle. 2015 Sep; 6(3):253-68.

(10) Deng X, Cheng J, Zhang Y, Li N, Chen L. Effects of caloric restriction on SIRT1 expression and apoptosis of islet beta cells in type 2 diabetic rats. Acta Diabetol. 2010;47(suppl 1):177–85.

(11) M’guil M, Ragala MA, El Guessabi L, Fellat S, Chraibi A, Chabraoui L, et al. Is Ramadan fasting safe in type 2 diabetic patients in view of the lack of significant effect of fasting on clinical and biochemical parameters, blood pressure, and glycemic control ? Clin Exp Hypertens. 2008;30:339–57.

(12) Harvie MN, Pegington M, Mattson MP, Frystyk J, Dillon B, Evans G, et al. The effects of intermittent or continuous energy restriction on weight loss and metabolic disease risk markers: A randomized trial in young overweight women. Int J Obes. 2011;35:714–27.

(13) Beneficial effects of intermittent fasting and caloric restriction on the cardiovascular and cerebrovascular systems. Mattson MP, Wan RJ, Nutr Biochem. 2005 Mar; 16(3):129-37.

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