Forscher des University College Cork unter der Leitung von Professor Yvonne Nolan haben jene spezifischen Stoffwechselprozesse aufgedeckt, die erklären, wie Bewegung dazu beiträgt, die schädlichen Auswirkungen einer westlichen Cafeteria-Ernährung auszugleichen. Die „Cafeteria-Diät“ ist ein ernährungswissenschaftliches Modell, das in Tierversuchen eingesetzt wird. Dabei wird eine große Vielfalt an schmackhaften Lebensmitteln angeboten, was in der Regel zu Fettleibigkeit führt.
Die in der Fachzeitschrift „Brain Medicine“ veröffentlichte Studie zeigt, dass freiwilliges Laufen depressionsähnliche Verhaltensweisen reduzieren kann, die durch eine fett- und zuckerreiche Ernährung ausgelöst werden. Diese Veränderungen scheinen sowohl zirkulierende Hormone als auch im Darm produzierte Metaboliten zu betreffen. Die Entdeckung liefert wertvolle Erkenntnisse darüber, wie Lebensgewohnheiten wie Bewegung genutzt werden können, um das psychische Wohlbefinden in einer Zeit zu fördern, in der stark verarbeitete Lebensmittel weit verbreitet sind.
Neue Mechanismen, die Bewegung und Stimmung verbinden
Um dies zu eruieren, untersuchte das Team erwachsene männliche Ratten, die entweder eine Standardernährung oder eine abwechselnde Cafeteria-Kost mit fett- und zuckerreichen Lebensmitteln über einen Zeitraum von siebeneinhalb Wochen erhielten. Die Hälfte der Tiere in jeder Gruppe hatte Zugang zu einem Laufrad. Diese Anordnung ermöglichte es den Forschern, die getrennten und kombinierten Einflüsse der Ernährungsqualität und der körperlichen Aktivität auf das Gehirn und das Verhalten zu unterscheiden. Die Ergebnisse zeigten, dass freiwilliges Laufen selbst dann eine antidepressive Wirkung hatte, wenn die Ratten sich ungesund ernährten, was darauf hindeutet, dass regelmäßige körperliche Aktivität Menschen zugute kommen könnte, die sich westlich ernähren.
Mithilfe eines umfassenden metabolomischen Ansatzes untersuchten Professor Nolan und ihre Kollegen den Blinddarminhalt der Tiere und stellten fest, dass die Cafeteria-Ernährung den Darmstoffwechsel tiefgreifend veränderte. Von den 175 Metaboliten, die bei den bewegungsarmen Ratten analysiert wurden, waren 100 signifikant beeinflusst. Bewegung wirkte sich auf einen kleineren Teil davon aus und stellte das Gleichgewicht teilweise wieder her. Drei Metaboliten, von denen bekannt ist, dass sie eine Rolle bei der Stimmungsregulation spielen – Anserin, Indol-3-Carboxylat und Desoxyinosin – waren durch die Cafeteria-Ernährung reduziert, erholten sich aber durch Bewegung wieder. Verhaltenstests zur Beurteilung von Lernen, Gedächtnis und emotionalen Reaktionen lieferten weitere Erkenntnisse. Die Cafeteria-Diät allein beeinträchtigte das räumliche Lernen oder das Erkennungsgedächtnis nicht wesentlich, aber Bewegung verbesserte die Navigationsfähigkeiten leicht. Die Forscher fanden auch leichte angstlösende Effekte durch Bewegung, die unabhängig von der Art der Ernährung auftraten.
Hormonelle Wege in der Beziehung zwischen Ernährung und Bewegung
Die Analyse von Blutproben ergab starke hormonelle Veränderungen, die die Verhaltensänderungen widerspiegelten. Bewegungsarme Ratten, die mit Cafeteria-Nahrung gefüttert wurden, wiesen deutlich höhere Insulin- und Leptinspiegel auf, aber diese Erhöhungen waren bei den Ratten, die sich bewegten, deutlich geringer. Laut Dr. Minke Nota, dem Erstautor der Studie, könnte diese hormonelle Neugewichtung erklären, wie Bewegung vor den Auswirkungen einer schlechten Ernährung auf das Verhalten schützt.
Das Team identifizierte auch komplexe Wechselwirkungen zwischen Ernährung und Bewegung, an denen andere Hormone beteiligt sind, die den Stoffwechsel regulieren. Bei Tieren, die Standardfutter erhielten, steigerte Bewegung den Spiegel des Glucagon-ähnlichen Peptids 1 (GLP-1), aber diese Reaktion war bei Tieren, die Cafeteria-Futter erhielten, abgeschwächt. Im Gegensatz dazu erhöhte Bewegung den Peptid-YY-Spiegel (PYY) nur bei den mit Cafeteria-Futter gefütterten Ratten, was darauf hindeutet, dass kompensatorische hormonelle Mechanismen zur Stabilisierung des Stoffwechsels beitragen, wenn die Qualität der Ernährung schlecht ist.
Der Spiegel des Fibroblasten-Wachstumsfaktors 21 (FGF-21) stieg als Reaktion auf die Cafeteria-Diät unabhängig von der körperlichen Aktivität erheblich an, während der Glukagonspiegel sank. Zusammengenommen zeigen diese Ergebnisse ein komplexes hormonelles Netzwerk, über das Ernährung und Bewegung zusammenwirken und den Stoffwechsel und die Gehirnfunktion beeinflussen.
Implikationen für das Verständnis der Beziehungen zwischen Ernährung und Gehirn
Am interessantesten ist vielleicht, dass die Studie ergab, dass die Cafeteria-Diät den typischen durch Bewegung induzierten Anstieg der adulten Neurogenese (Bildung neuer Neuronen) im Hippocampus verhinderte, gemessen anhand der Doublecortin-positiven Zellen im Gyrus dentatus. Bei Tieren, die mit Standardfutter gefüttert wurden, erhöhte Bewegung die Neurogenese im gesamten Hippocampus, einer Gehirnregion, die an Emotionen und Gedächtnis beteiligt ist, deutlich. Diese Erkenntnis legt nahe, dass die Qualität der Ernährung die Fähigkeit des Gehirns, von körperlicher Aktivität auf zellulärer Ebene zu profitieren, grundlegend verändern kann.
Das Forschungsteam führte Korrelationsanalysen durch, um Zusammenhänge zwischen bestimmten Metaboliten und Verhaltensweisen zu identifizieren. Mehrere Metaboliten aus dem Blinddarm, darunter Aminoadipinsäure und 5-Hydroxyindol-3-essigsäure, zeigten einen negativen Zusammenhang mit der kognitiven Leistungsfähigkeit. Diese Korrelationen waren unabhängig von den Versuchsbedingungen, was auf grundlegende Zusammenhänge zwischen den Metabolitenprofilen des Darms und der Gehirnfunktion hindeutet.
Ein begleitender Leitartikel von Professor Julio Licinio und Kollegen betont die klinische Relevanz dieser Ergebnisse und stellt fest, dass „Bewegung bei falscher Ernährung eine antidepressive Wirkung hat, was eine gute Nachricht für diejenigen ist, die Schwierigkeiten haben, ihre Ernährung umzustellen“. Der Leitartikel hebt hervor, wie diese Forschung einen biologischen Rahmen für das Verständnis liefert, warum Bewegung auch dann vorteilhaft bleibt, wenn sich eine Verbesserung der Ernährung als schwierig erweist.
Zukünftige Ausrichtung und klinische Umsetzung
Die Studie wirft wichtige Fragen hinsichtlich der optimalen Abfolge von Lebensstilinterventionen auf. Die Ergebnisse legen nahe, dass Bewegung zwar unabhängig von der Qualität der Ernährung positive Auswirkungen auf die Stimmung haben kann, dass jedoch für eine vollständige Ausschöpfung der neuroplastischen Vorteile möglicherweise auch der Ernährungszustand berücksichtigt werden muss. Dies hat Auswirkungen auf die Gestaltung von Interventionen, die sowohl die Durchführbarkeit als auch die biologische Wirkung maximieren.
Es sind jedoch einige Einschränkungen zu berücksichtigen. Die Studie wurde ausschließlich an männlichen Ratten durchgeführt, und geschlechtsspezifische Unterschiede in den metabolischen und neurogenen Reaktionen auf Ernährung und Bewegung sind gut dokumentiert. Darüber hinaus erfasst der siebenwöchige Interventionszeitraum möglicherweise nicht die längerfristigen Anpassungen, die bei chronischer Exposition auftreten könnten. Zukünftige Studien, die weibliche Tiere, längere Interventionszeiträume und Dosis-Wirkungs-Designs einbeziehen, werden dazu beitragen, das Verständnis dieser komplexen Wechselwirkungen zu verfeinern. Die Forschung eröffnet auch neue Wege für die Untersuchung spezifischer Metaboliten als potenzielle therapeutische Ziele. Die schützende Wirkung von Bewegung auf die Anserin-, Indol-3-Carboxylat- und Desoxyinosin-Spiegel deutet darauf hin, dass diese Verbindungen als Biomarker oder sogar als Therapeutika für Stimmungsstörungen dienen könnten.
Die starken Korrelationen zwischen spezifischen Darmmetaboliten und Verhaltensmaßen unterstützen das wachsende Interesse an der Mikrobiota-Darm-Gehirn-Achse als Ziel für Interventionen im Bereich der psychischen Gesundheit. Diese von Fachkollegen begutachtete Forschung stellt einen bedeutenden Fortschritt im Verständnis der biologischen Mechanismen dar, die Ernährung, Bewegung und psychische Gesundheit miteinander verbinden, und bietet neue Einblicke in die Wechselwirkungen von Lebensstilfaktoren auf molekularer und zellulärer Ebene, die die Gehirnfunktion beeinflussen. Die Ergebnisse stellen bestehende Paradigmen über den Zusammenhang zwischen Stoffwechsel und psychischer Gesundheit in Frage, indem sie zeigen, dass Bewegung auch bei schlechter Ernährung antidepressive Wirkungen haben kann. Durch den Einsatz innovativer metabolomischer Ansätze in Kombination mit umfassenden verhaltensbezogenen und neurobiologischen Bewertungen hat das Forschungsteam Daten generiert, die nicht nur grundlegende Erkenntnisse liefern, sondern auch praktische Anwendungen für die Bewältigung der mit modernen Ernährungsgewohnheiten verbundenen Herausforderungen für die psychische Gesundheit aufzeigen.