Ketogene Diät verändert die Signalübertragung im Gehirn, um epileptische Anfälle zu reduzieren

Es ist seit Jahrzehnten bekannt, dass eine ketogene Diät – eine Diät mit viel Fett und extrem wenig Kohlenhydraten – Anfälle bei einigen Epilepsiepatienten reduziert. Doch wie die stark restriktive Ernährung diese Effekte erzielt, ist bisher nicht geklärt.

Forscher der Washington University School of Medicine in St. Louis haben nun bei Mäusen gezeigt, dass die Ernährung physische Veränderungen in den Gehirnzellen verursacht, die sich auf die Art und Weise auswirken, wie sie Informationen aneinander senden, wodurch die Stärke der Signale zwischen ihnen gedämpft wird. Diese ruhigere Nervenlandschaft könnte erklären, wie die Ernährung die überaktive elektrische Signalübertragung beruhigt, die einen epileptischen Anfall charakterisiert.

Die Studie erscheint diesen Monat in Zellberichte.

Ghazaleh Ashrafi, PhD, außerordentlicher Professor in der medizinischen Abteilung für Zellbiologie und Physiologie der WashU, der die Studie leitete, sagte, dass die Ergebnisse auf mögliche neue Wege zur Behandlung von Epilepsie hinweisen.

Durch ein besseres Verständnis der Funktionsweise der Diät ergeben sich neue Möglichkeiten zur Entwicklung von Interventionen, die nicht so streng sind wie die Diät selbst, aber dennoch Anfälle kontrollieren.“

Ghazaleh Ashrafi, PhD, außerordentlicher Professor, WashU Medicine Department of Cell Biology & Physiology

Das Gehirn verändern, indem man seinen Treibstoff verändert

Eine sehr strenge Version der ketogenen Diät wird typischerweise bei Kindern mit Epilepsie angewendet, deren Anfälle nicht auf Standardmedikamente ansprechen. Bei den meisten dieser Patienten müssen 90 % der täglichen Kalorien aus fettreichen Quellen stammen, damit die Diät funktioniert. Bei strikter Einhaltung konnte gezeigt werden, dass eine ketogene Diät bei manchen Patienten die Anfälle um etwa 50 % reduziert.

Die fettreiche, kohlenhydratarme Ernährung führt dazu, dass die Leber chemische Verbindungen, sogenannte Ketone, erzeugt. Neuronen im Gehirn verstoffwechseln Ketone als Brennstoff, wenn Glukose aus Kohlenhydraten fehlt, die normalerweise ihre Energiequelle wären. Ashrafi erklärte, dass die ketogene Diät zwar Anfälle bei Epilepsiepatienten wirksam reduziert, die meisten Menschen jedoch nicht in der Lage sind, die äußerst strenge Diät einzuhalten, und selbst eine geringfügige Abweichung von der Diät macht ihre Vorteile zunichte.

Während allgemein angenommen wurde, dass die Umstellung auf Ketone als neuronaler Treibstoff hinter der krampflösenden Wirkung steckte, war nicht bekannt, was konkret im Gehirn vor sich ging. Ashrafi und ihre Kollegen versuchten, die durch die Ketone ausgelösten spezifischen Veränderungen in Neuronen zu identifizieren, um neue Angriffspunkte für wirksame Therapien gegen Krampfanfälle zu finden, die für Patienten weniger belastend sein könnten als umfassende Ernährungsumstellungen.

Ashrafi und die beiden leitenden Autoren Gabor Egervari, MD, PhD, Assistenzprofessor für Genetik und Biochemie, und Vitaly A. Klyachko, PhD, Professor für Zellbiologie und Physiologie, beide an der WashU Medicine, untersuchten Mäuse, die auf eine Diät mit fettreichen Pellets beschränkt waren, und suchten nach Veränderungen in der genetischen Aktivität im Hippocampus, dem Teil des Gehirns, in dem Anfälle häufig auftreten. Sie fanden Hunderte von Veränderungen, von denen viele mit Genen in Verbindung standen, die mit der Funktion von Synapsen, den Spitzen von Gehirnzellen, die einander Nachrichten senden, verbunden sind.

Nachdem sie den Umfang ihrer Suche eingegrenzt hatten, maßen die Forscher anschließend, wie sich das Verhalten der Synapsen bei Mäusen während der Keto-Diät verändert hatte. Sie fanden heraus, dass erregende Signale – die Neurotransmitter-Chemikalien, die benachbarte Neuronen zur Aktivierung auffordern – verringert waren, während hemmende Chemikalien, die die neuronale Reaktionsfähigkeit verringern, zugenommen hatten. Der Gesamteffekt bestand darin, die Stärke der Kommunikation innerhalb der Gehirn-Zell-Schaltkreise zu dämpfen, ein Effekt, der laut Ashrafi erklären würde, wie die für Epilepsie charakteristische anfallsverursachende Hyperaktivität in Zellen durch diese Diäten gemildert werden kann.

Mithilfe eines Hochleistungsmikroskops stellte das Team außerdem fest, dass Neuronen von Mäusen, die sich ketogen ernährten, weniger Vesikel aufwiesen, die erregende chemische Signale enthielten, als dies bei Mäusen der Fall war, die eine normale Mäusediät erhielten. Vesikel sind winzige Päckchen in Gehirnzellen, die Neurotransmittersignale aussenden, die von benachbarten Zellen empfangen werden. Ashrafi sagte, der Befund stehe im Einklang mit den Veränderungen in der Genaktivität, die das Team ebenfalls identifiziert habe.

Sie wies darauf hin, dass die Studie auf die genauen zellulären Veränderungen hinweist, die erforderlich sind, um die krampflösende Wirkung einer ketogenen Diät zu erzielen. Die Reproduktion dieser Effekte beispielsweise durch Medikamente oder andere Interventionen könnte potenzielle neue Ansätze zur Behandlung von Epilepsie bieten.

„Es gibt viele Überschneidungen zwischen Ernährung und Krankheit, die uns zu möglichen Behandlungsstrategien führen könnten, wenn wir mehr darüber wüssten“, sagte Ashrafi. „Wenn wir in diesem Fall die molekularen Veränderungen nachahmen können, die dazu führen, dass Neuronen weniger dieser Vesikel produzieren, können wir die Wirkung gegen Krampfanfälle nachahmen, ohne die Ernährung eines Patienten grundlegend ändern zu müssen.“

Quellen: