Laktat als Treibstoff für das Gehirn

Lange galt Laktat als nutzloses Abfallprodukt des anaeroben Stoffwechsels. Jetzt gibt es Hinweise, dass das Gehirn Laktat als Treibstoff nutzen kann.

Die Verkennung des Laktats als Stoffwechselabfallprodukt ist längst vorbei. Das Wundermolekül spielt eine entscheidende Rolle bei der Regulation zahlreicher Stoffwechselvorgänge und nun steht dabei auch das Gehirn vermehrt im Fokus.

Traditionell gilt Glukose als das einzige Substrat, das den Energiebedarf des Gehirns decken kann. Aus Reagenzglas-Experimenten geht jedoch hervor, dass Laktat, ein nicht-glukosehaltiger Kraftstoff, ein effizientes Energiesubstrat für Nervenzellen ist und vorzugsweise verwendet werden kann, um die synaptische Übertragung aufrechtzuerhalten, insbesondere in Zeiträumen intensiver Aktivität.

Laktat kann die Blut-Hirn-Schranke überwinden und ist in der Lage, die Gehirnfunktion in Zeiten von Glukose-Entzug aufrechtzuerhalten. Sein Potenzial, als alternativer oder bevorzugter Kraftstoff gegenüber Glukose zu fungieren und die neuronale Funktion bei normalen Blutzuckerkonzentrationen beim Menschen aufrechtzuerhalten, ist jedoch noch nicht genau geklärt.

Im Reagenzglas, das Glukose und Laktat enthält, konnte bereits nachgewiesen werden, dass Nervenzellen deutlich mehr Zellenergie aus Laktat als Glukose ziehen. Laktat allein kann die synaptische Funktion in Hippocampus-Scheiben von Ratten unterstützen und ist das bevorzugte Energiesubstrat für die Wiederherstellung der neuronalen Funktion nach längerem Sauerstoffmangel.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass bislang verfügbare Daten die Hypothese stützen, dass das menschliche Gehirn zirkulierendes Laktat verwendet, zumindest bis zu einem gewissen Grad bevorzugt Glukose, um den Stoffwechsel bei normalen Blutzuckerwerten aufrechtzuerhalten. Diese Hinweise machen neugierig, mehr über den Glukosestoffwechsel im menschlichen Gehirn zu erfahren und veranschaulichen die potenziellen therapeutischen Vorteile von Laktat beim Schutz und Aufrechterhaltung der normalen Gehirnfunktion.

Astrozyten – Die Sternstunde der Energieversorger

Im Gehirn wird Laktat überwiegend in Astrozyten aus Glukose oder Glykogen als Reaktion auf neuronale Aktivitätssignale gebildet. So zeigen Nervenzellen und Astrozyten eine enge metabolische Kopplung. Laktat wird von Astrozyten auf Nervenzellen übertragen, um den neuronalen Energiebedarf zu decken und Signale zu liefern, die neuronale Funktionen modulieren, einschließlich ihrer Erregbarkeit, Plastizität und Gedächtnisverdichtung. Darüber hinaus beeinflusst Laktat mehrere homöostatische Funktionen.

Insgesamt sorgt Laktat für eine ausreichende Energieversorgung, moduliert die neuronale Erregbarkeit und reguliert adaptive Funktionen, um das homöostatische Gleichgewicht des Nervensystems herzustellen.

Trainingsintensität beeinflusst Gehirnmetabolismus

Eine finnische Studie konnte zeigen, dass die Glukoseaufnahme im Gehirn mit zunehmender Trainingsintensität abnimmt. Daher werden andere Substrate als Glukose, höchstwahrscheinlich Laktat, vom Gehirn verwendet, um die erhöhte Energie zu kompensieren, die benötigt wird, um die neuronale Aktivität während des Trainings mit hoher Intensität aufrechtzuerhalten. Darüber hinaus scheint, dass Bewegungstraining mit adaptiven metabolischen Veränderungen lokal in den frontalen kortikalen Regionen zusammenhängen könnte.

Gehirnmetabolismus in der täglichen Trainingssteuerung

Eine praktische Anwendungsmöglichkeit auf Basis der Stoffwechselvorgänge im Gehirn ist die Neuroenergometrie. Die Erfassung des bioelektrischen Hirngleichstrompotentials (DC­ Potential, DC-EEG bzw. Omegawelle bis 0,5 Hertz), stehen mit dem Hirnmetabolismus und der kortikalen Erregbarkeit in Zusammenhang. Diese superlangsame Hirnwelle ist ein gültiger Parameter für die akute Adaptibilität des Organismus als Ganzes. Normalerweise wird Elektroenzephalographie in der klinischen Anwendung als Untersuchungsmethode für Störungen der Hirnfunktion verwendet.

In der leistungssportlichen Praxis dagegen wurden in der ehemaligen Sowjetunion bei Athleten bereits in den 1980er Jahren Belastungs-Beanspruchungs-Konzepte anhand von objektiven biologischen Daten des Gehirnmetabolismus über Omegawellen-Messungen umgesetzt. Durch die Fortschritte in der Miniaturisierung und Kommerzialisierung von Technologien ist ein solches DC-EEG, kombiniert mit einem EKG mittlerweile in einer mobilen Computertechnologie verfügbar, dessen Leistungsfähigkeit durch lernfähiger KI stetig besser wird.

Integrierte DC-EEG und EKG Anwendung in einer mobilen KI Technologie.

In der Praxis lässt sich so die Ressourcensausschöpfung von Trainingsmaßnahmen, Regenerations­vorgänge und die generelle Trainingsbereitschaft bestimmen. Der praktische Nutzen liegt in der Perfektionierung des Timings des Trainings, so das Trainingsreize nur dann gesetzt werden, wenn der Organismus sich in einem Zustand befindet, der eine positive Verarbeitung garantiert. Dies sehe ich als eine signifikante Möglichkeit die Effizienz und Wirksamkeit des Trainings zu steigern. Demnächst mehr dazu.

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