Kalorienrestriktion & Langlebigkeit beim Menschen
Von Brad Dieter | Benötigte Lesezeit: 9 Minuten |
Seit einigen Dekaden gibt es eine Hypothese, bei der man davon ausgeht, dass das Fasten dazu in der Lage ist die Langlebigkeit zu erhöhen und den Alterungsprozess zu verlangsamen.
Ein Großteil dieser Forschung konzentriert sich auf Model-Organismen, wie z.B. Nematoden, Nagetiere und Affen. Eine kürzlich veröffentlichte Untersuchung hat versucht die Effekte der Kalorienrestriktion hinsichtlich des Alterungsprozesses beim Menschen zu studieren (1).
Wieso tauchen wir also nicht gleich in das Paper ab, um die Ergebnisse zu diskutieren und ihnen einen entsprechenden Kontext zu verleihen?
Artikelinhalte
1 Kalorienrestriktion & Langlebigkeit beim Menschen
2 Das Studien Design
3 Die Studienergebnisse
4 Was können wir von dieser Studie lernen?
Das Studien Design
Für diese Studie loste man 54 Individuen in einem randomisierten Verfahren entweder einer normalen, einer „isokalorischen“ Ernährung oder einer kalorienreduzierten Ernährung mit einem 25% Kaloriendefizit zu, die für einen Zeitraum von 2 Jahren befolgt wurde.
Die nachfolgende Passage aus der Studie fasst das Experiment in aller Kürze zusammen:
„Vom 1 Tag an zielte die Intervention mit Kalorienrestriktion (CR) auf eine anhaltende 25%ige Einschränkung der Energiezufuhr, basierend auf der Basis des Energiebedarfs, die mittels zwei 14-tägigen Messungen mit doppelt gelabeltem Wasser im Ausgangszustand (Baseline) durchgeführt wurde, ab.
Das Ziel der Intervention war eine Adhärenz für einen mathematisch geschätzten Gewichtsverlust, der bei 15,5% des Ausgangsgewichts lag und der innerhalb des ersten Jahres der Maßnahme erreicht werden sollte, gefolgt von einem Gewichtserhalt im zweiten Jahr (Pieper et al., 2011). Teilnehmer erhielten einen wöchentlichen Gewichtsverlustgraphen, welcher einen angepeilten Gewichtsbereich beinhaltete, der als primäres Werkzeug zum Erhalt der Adhärenz während der Intervention diente.
Aufgrund der Variabilität des prognostizierten Gewichtsverlust, der notwendig war, um eine 25%ige Kalorienrestriktion zu erreichen, erhielten die Teilnehmer eine zusätzliche Hilfestellung, die eine „Zone des akzeptablen Gewichtsverlustes, lieferte und die zwischen 12 und 22% lag. Die Ernährungs- und Verhaltensberatung wurde individualisiert und so modifiziert, um den Grad der Gewichtsunterschiede zum Zielwert zu verringern.
Die Adhärenz für eine 25%igen Kalorienrestriktion wurde zusätzlich durch die Bereitstellung von Mahlzeiten innerhalb der ersten 27 Tage der Studie gefördert. Die Teilnehmer aßen die ihnen zugeteilte Kalorienmenge in Form von drei 9-tägigen Ernährungsformen. Die Nahrungsmittelbereitstellung wurde dazu genutzt, um die Individuen bezüglich Portionsgröße, Energiegehalt und den zu erwartenden Veränderungen bei der Ernährung, die notwendig waren, um eine 25%ige Kalorienrestriktion mit unterschiedlichen Ernährungsformen einzuhalten.
Die Verhaltensberatung beinhaltete die Teilnahme an einem strukturierten Lehrplan in der regulären Gruppe sowie individuelle Meetings mit den Interventionisten (klinische Psychologen und Ernährungsberater), aus einem standardisierten Behandlungshandbuch, welches speziell für diese Studie entwickelt wurde (Rickman et al., 2011).
Teilnehmer, die im randomisierten Verfahren der Kontrollgruppe zugelost wurden, wurden dazu angewiesen ihre derzeitige Ernährung auf ad libitum-Basis fortzuführen. Es wurde kein spezifisches Level an körperlicher Aktivität für eine der Gruppen vorgeschrieben oder empfohlen.
Alle Teilnehmer erhielten ein Multivitamin (Nature Made Multi Complete, Pharmavite LLC, Mission Hills, CA) und ein Kalziumsupplement (1.000mg/Tag, Douglas Laboratories, Pittsburgh, PA) um den Nährwert der ausgewählten Ernährungsformen zu verbessern.“ – Redman et al., 2018
Kalorienrestriktion & Langlebigkeit: Kann eine hypokalorische Ernährung die Lebensdauer im Menschen erhöhen? (Bildquelle: Redman et al, 2018)
Es wurden entsprechende Daten bei den Teilnehmern für Körperkomposition, Energieverbrauch, Schilddrüsenhormone, Leptin, Adiponectin und Lipidperoxidation im Urin zu Beginn des Experiments (Baseline), zum Ende des ersten Jahres und zum Ende des zweiten Jahres erhoben. Für weitere Details bezüglich der durchgeführten Messungen und eine detaillierte Beschreibung der Datenerhebung siehe das entsprechende Paper.
Die Studienergebnisse
Die Kalorienrestriktions-Gruppe hat ihre 25%ige Restriktion nicht ganz so gut eingehalten, aber sie hat im Verlauf der Studie ihre Kalorien um ~15% eingeschränkt. Dies entspricht einer Reduktion um 300 kcal bei einer täglichen Zufuhr von 2.000 kcal pro Tag. Die Kontrollgruppe erfuhr keine Veränderungen (+/- 2%) bei der Energiezufuhr im 2-jährigen Zeitverlauf.
Bevor wir uns nun mit den eigentlichen Ergebnissen infolge der Intervention widmen, gibt es einen wichtigen Punkt, den wir zuvor noch klären müssen. Die Daten, die im Paper präsentiert wird, sind nicht die tatsächlichen Daten mit Durchschnitten und Standardabweichungen. Es handelt sich um die Methode der kleinsten Quadrate und die Standardfehler.
Die Kalorienrestriktions-Gruppe (CR) verlor über die zwei Studienjahre ~9 kg, wobei der Großteil des Gewichtsverlusts im ersten Studienjahr realisiert wurde. Danach wurde das Gewicht gehalten. Das verlorene Gewicht bestand zum großen Teilen aus Körperfett (~70%). Die Kontrollgruppe (AL) verlor keine nennenswerte Menge an Gewicht (siehe untere Grafik). Das ist ein wichtiger Aspekt, da dies Implikationen für die restlichen Ergebnisse und die Interpretation der Daten liefert.
Kalorienrestriktion (oben) und Veränderung des Körpergewichts im ersten (Y1) und zweiten (Y2) Jahr nach Gruppen. (FM = Fettmasse; FFM = fettfreie Masse). (Bildquelle: Redman et al, 2018)
Die Autoren analysierten ebenfalls den 24-Stunden-Energieverbrauch (bei überwiegend sitzender Tätigkeit) und den Energieverbrauch während des Schlafes mit Hilfe der Methode des doppelt-gelabelten Wassers in einer Stoffwechselkammer.
Der 24-Stunden-Energieverbrauch reduzierte sich in beiden Gruppen, wobei sich der Kalorienverbrauch während des Schlafes nur in der Kalorienrestriktions-Gruppe absenkte.
Da bekannt ist, dass eine Veränderung der Körpermasse (z.B. infolge eines Gewichtsverlusts) den Energieverbrauch senkt, versuchten die Autoren diese Tatsache mit zu berücksichtigen, indem sie eine Anpassung für Gewichtsverlust durchführten. Auch nach dieser Anpassung blieb eine Reduktion beim Kalorienverbrauch während des Schlafes um 7% bestehen.
Veränderung des Energieverbrauchs während des Schlafes (Bild links) und über 24 Stunden (Bild rechts) im ersten (Y1) und zweiten (Y2) Jahr nach Gruppen. (Bildquelle: Redman et al, 2018)
Weiterhin stellten die Forscher fest, dass ein Teil des gesunkenen Kalorienverbrauchs infolge einer verringerten Tagesaktivität (120 kcal weniger) und einer verringerten spontanen körperlichen Aktivität (30 kcal weniger) zu Stande kam.
Wie zu erwarten war, führen längere Perioden der Kalorienrestriktion zu einer Reduktion von Triidothyronin (T3) und Thyroxin (T4); diese Verringerungen kamen jedoch nicht mit einer Veränderung bei TSH einher, was die Vermutung nahelegt, dass die niedrigeren Werte für T3 und T4 einen „neuen“ Basalstoffwechsel repräsentieren. Außerdem zeigten die Probanden zum Ende des zweiten Jahres eine leicht verringerte Körpertemperatur bei Nacht.
Es konnte ebenfalls eine initiale Verringerung des Fasten-Insulinspiegels in der Gruppe mit der Kalorienrestriktion zum Ende des ersten Jahres festgestellt werden. Dieses Phänomen verschwand jedoch zum Ende des zweiten Jahres, so dass sich der Insulinspiegel wieder normalisierte (dies ist meiner Meinung nach eines der interessanten Erkenntnisse, die wohl ein Loch in die Insulin-Langlebigkeits-Theorie einiger reißt).
Der Leptinspiegel verringerte sich während der Kalorienrestriktion im ersten Jahr ebenfalls moderat, was durchaus zu erwarten war. Im zweiten Jahr blieb der Leptinspiegel auf diesem Niveau, während der Gehalt an Adiponectin in der Gruppe mit der Kalorienrestriktion anstieg. Im Zuge der Reduktion an Fettmasse ebenfalls keine Überraschung.
Die Autoren fanden darüber hinaus eine Korrelation zwischen der Veränderung des Leptins, dem T4-Wert sowie dem Energieverbrauch während des Schlafes. Ansonsten wurden eine Korrelationen erwähnt.
Veränderung des Leptins (oben links), des T4-Werts (oben rechts), sowie Energieverbrauch in Abhängigkeit der prozentualen Veränderung des Leptins (unten links) und dem Energieverbrauch in Abhängigkeit der prozentualen Veränderung des T4-Werts (unten rechts). (Bildquelle: Redman et al., 2018)
Last but not least analysierten die Wissenschaftler die F2-Isoprostan Ausscheidung über den Urin, was eine Messgröße für die Lipidperoxidation und ein Ersatzmarker für gestiegene Level an oxidativen Stress ist (4). Die Konzentration an F2-Isoprostan waren bei der Kalorienrestriktions-Gruppe im ersten Jahr moderat reduziert (~25%) und blieben auch im zweiten Jahr auf diesem Niveau, während sich bei der Kontrollgruppe im Studienzeitraum keine Veränderung zeigte.
Was können wir von dieser Studie lernen?
Dies ist nicht die erste Studie, die einen Langzeit-Gewichtsverlust untersucht. Es ist jedoch bis dato eine der längsten Interventionen mit Kalorienrestriktion, bei der es eine strikte Kontrolle und solide Messungen der Körperkomposition, des Energieverbrauchs und der hormonellen Veränderung gab.
Eine Einschränkung der Kalorienzufuhr, die zu einem Gewichtsverlust führt, führt in der Regel auch zu einem verringerten Kalorienverbrauch – zumindest solange, wie es nicht durch eine gestiegene körperliche Aktivität aufgefangen wird). Dies ist eines der „Grundfeatures“ der Kalorieneinschränkung und Gewichtsreduktion, die man erwarten kann (und sollte). Dies impliziert zwar eine Verlangsamung des Gesamtstoffwechsels, allerdings ist es schwierig von dieser Reduktion des Gesamtstoffwechsels darauf zu schließen, dass sich die Lebensdauer verlängert oder den Alterungsprozess bei Menschen in bedeutsamen Ausmaße verringert wird.
Die Idee hinter einem langsameren Stoffwechsel, der die Langlebigkeit erhöht, basiert auf einer Literatur, die über Dekaden gewachsen ist, aber es gibt einige fundamentale Gründe, die darauf hinweisen, dass eine solche Annahme zu simplistisch ist. In einem kürzlich veröffentlichten Paper gab Dr. Speakman folgendes Statement ab:
„…über Spezies hinweg, verbraucht ein Gramm Gewebe im Schnitt die gleiche Menge an Energie, bevor es stirbt, unabhängig davon, ob sich dieses Gewebe nun in einer Spitzmaus, einer Kuh, einem Elefanten oder einem Wal befindet. Dieser Fakt führte zu der Annahme, dass Alterung und Lebensspanne Prozesse sind, die von der Energiestoffwechselrate reguliert werden und das eine Erhöhung des Stoffwechsels mit einer vorzeitigen Mortalität assoziiert ist – dies ist die sogenannte „Rate of Living“-Theorie.
Die „Free Radical“-Theorie der Alterung liefert einen potenziellen Mechanismus, der den Stoffwechsel mit dem Phänomen der Alterung verbindet, da freie Radikale (Sauerstoffspezies) als Nebenprodukt der oxidativen Phosphorylation entstehen. Trotz dieser potenziellen Synergie in diesen theoretischen Ansätzen, ist die Statur der Theorie der freien Radikale gewachsen, während die Theorie der Lebensrate in Misskredit gelangte.
Die liegt primär daran, weil Vergleiche zwischen Klassen (z.B. Vögel und Säugetiere) die Erwartungen nicht erfüllen und selbst innerhalb der Klassen eine substanzielle interspezifische Variabilität beim massen-spezifischen Energieverbrauch per Lebensspanne besteht. Die Verwendung interspezifischen Daten zum Test der „Rate of Living“-Hypothese führt jedoch aufgrund einiger eklatanter Probleme zur Verwirrung. Zum Beispiel: Die im Verlauf einer Lebensspanne verbrauchte Energie pro Gramm Gewebe ist „zu variabel“ und hängt vielmehr auf der biologischen Signifikanz, anstatt auf einer statistischen Signifikanz der beobachteten Variation. Die maximale Lebensspanne ist außerdem kein guter Marker für Alterung und die Basalstoffwechselrate ist kein guter Marker für den Gesamt-Energiestoffwechsel.
Analysen der residualen Lebensspanne gegen die residuale Basalstoffwechselrate liefert keine signifikante Beziehung zueinander. Dies basiert jedoch immer noch auf der Basaltstoffwechselrate. Eine neuere Vergleichsmethode nutzt den täglichen Energieverbrauch, anstatt der Basaltstoffwechselrate und legt nahe, dass der Energieverbrauch pro Gramm Gewebe über die Lebenszeit hinweg NICHT unabhängig von der Körpermasse ist und das das Gewebe kleinerer Tiere mehr Energie verbraucht, bevor es verfällt, als bei größeren Tieren. Ein Teil der residualen Variation in dieser Beziehung kann in Säugetieren durch die Umgebungstemperatur erklärt werden. Zusätzlich dazu gibt es einen negativen Zusammenhang zwischen der residualen Lebensspanne und dem residualen täglichen Energieverbrauch in Säugern.
Ein potenziell besseres Model zur Erforschung der Beziehungen zwischen Körpergröße, Stoffwechsel und Alterung ist das Studium intraspezifischer Beziehungen. Diese Studien haben einige Daten generiert, welche die originale „Rate of Living“-Theorie stützen und andere, die damit im Konflikt stehen. Konkret haben einige Studien gezeigt, dass die Beeinflussung von Tieren, die zu einem Mehr- bzw. Wenigerverbrauch an Energie führen, die gewünschten Effekte bezüglich der Lebensspanne liefern (insbesondere dann, wenn die studierten Subjekte ektotherm sind).
Kleinere Individuen mit einer höheren Stoffwechselrate leben jedoch länger, als ihre langsameren, größeren Artgenossen. Ein Zusatz zu diesen verwirrenden Observationen ist eine kürzlich geäußerte Annahme, dass wir unter bestimmten Umständen erwarten können, dass Mitochondrien weniger freie Radikale produzieren, wenn der Stoffwechsel beschleunigt ist – insbesondere dann, wenn dieser entkoppelt wird. Diese neuen Ideen beschäftigen sich mit der Art und Weise, wie Mitochondrien freie Radikale als Funktion des Stoffwechsels bilden und sie werfen etwas Licht auf die Komplexizität von Observationen, die Körpergröße, Stoffwechsel und Lebensspanne miteinander verbinden.“ – Speakman, 2005
Um das Ganze in einigen, wenigen Worten zusammenzufassen: Es gibt keine direkte, eindeutige Beziehung, die zu der Annahme verleitet, dass ein langsamer Stoffwechsel die Langlebigkeit erhöht und die Alterung verlangsamt. In einigen Fällen erhöht eine beschleunigte Stoffwechselrate die Lebensdauer – vermutlich durch eine Entkopplung der Mitochondrien (was Sinn ergeben könnte, da die Freisetzung von Wärme eine niedrigere oxidative Ladung bedingt, als die Produktion freier Radikale, obwohl die „Free Radical“-Theorie der Alterung und ihr Beitrag zur Humansterblichkeit, meiner Meinung nach, sehr dürftig ist).
Es gibt keine direkte und eindeutige Beziehung, welche die Annahme begünstigt, dass eine langsamere Stoffwechselrate die Lebensdauer erhöht und den Alterungsprozess verlangsamt.
Wer sich am Esstisch zurückhält, zögert den Alterungsprozess heraus und lebt länger? Diese Behauptung steht (zumindest beim Menschen) auf wackligen Beinen. (Bildquelle: Fotolia / Rido)
Zusätzlich dazu verraten uns diese Daten, bei denen die Schilddrüsenfunktion herunterreguliert wird, nicht wirklich viel hinsichtlich Alterung und Langlebigkeit. Eine niedrigerer basaler Schilddrüsenspiegel bedeutet nur – und da wiederhole ich mich – dass der Stoffwechsel verlangsamt ist.
Dies könnte implizieren, dass – sofern diese Person nicht langfristig eine Kalorienrestriktion einhält – sich einfach nur über die Zeit hinweg das Risiko für eine Fettzunahme erhöht, da wir eine niedrigere Stoffwechselrate in Ruhe und eine verringerte körperliche Aktivität mit zunehmendem Alter zeigen (6).
Außerdem sollte man die Möglichkeit bedenken, dass Perioden der Kalorienrestriktion – insbesondere eine aggressive Einschränkung der Kalorienzufuhr – in der Zukunft zu einem Fettzuwachs beitragen könnte. In einigen Studien wurde gezeigt, dass das Diätverhalten in jungen Erwachsenen einen zukünftigen Gewichtsanstieg prognostiziert (in einigen Fällen einen größeren Gewichtszuwachs (7) und schlechte Ernährungsgewohnheiten (8).
Sofern wir wissen, dass eine erhöhte Fettleibigkeit ein Risikofaktor für die Sterblichkeit ist und eine Kalorienrestriktion den Gesamt-Stoffwechsel in Erwachsenen verringert, so könnte die initiale Kalorienrestriktion langfristig keinen Nutzen haben, wenn sie nicht mit steigendem Alter aufrechterhalten wird. Zwar gibt es einige dürftige Daten, welche nahelegen, dass dies mit biologischen Aspekten, etwa einem verringerten Stoffwechsel, zusammenhängen könnte, so scheint die realistische Antwort zu lauten, dass es primär eine Sache des Verhaltens und der Gesamtveränderung der Kalorienbilanz ist. Unabhängig vom Mechanismus sind diese Ideen es wert, dass man sie in Betracht zieht, so dass man die potenziellen Vorteile einer Kalorienrestriktion mit dem potenziellen Endresultat (in einem pragmatischen Sinne) gegenüberstellen sollte.
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Von Lyle McDonald | Englisch | Handbuch/Guide für beschleunigten Fettverlust Nun noch ein paar Worte bezüglich oxidativem Stress
Die vorliegende Studie analysierte die Lipidperoxidation im Urin und zeigte eine ~25% Reduktion im Messwert.
Ich habe ein paar Gedanken, welche widersprüchlich und konfliktbehaftet sind. Wird oxidativer Stress nicht „ausbalanciert“, so kann er zu einer zellulären Dysfunktion führen, was wiederum zu einer beschleunigten Alterung führt. Dieser Weg der Forschung könnte uns dabei helfen den Bereich der Anti-Aging Medizin voranzutreiben. Die hier präsentierten Daten sind jedoch nicht besonders überzeugend.
Wir schauen uns hier Endprodukte im Urin an und nicht den direkten Grad an oxidativen Schäden in Zellen. Wir schauen ebenfalls nicht, ob die antioxidative Maschinerie der Zellen während langer Perioden der Kalorienrestriktion aktiviert ist. In einer anderen Untersuchung analysierte man eine Kalorienrestriktion, die in einem ähnlichen Umfang durchgeführt wurde, wie in der in diesem Beitrag diskutierten Untersuchung (9). Darin fand man eine kaum wahrnehmbare Veränderung in den SIRT3 Genen, jedoch nicht in einem der anderen gemessenen antioxidativen Systeme. Ausgehend von dieser Studie, wäre es also etwas vorschnell, wenn man die Annahme äußern würde, dass eine Kalorienrestriktion zu einem bedeutsamen Impact auf den systemischen oxidativen Stress ausübt (oder es bis zu einem Grad tut, wo es zu einer Verlangsamung des Alterungsprozesses kommt).
Lass uns die Ergebnisse in ihrer kontextuellen Bedeutung zusammenfassen:
Die Reduktion der Kalorien um 25% führt zu einem Gewichtsverlust im ersten Jahr, der im zweiten Jahr, ohne zusätzlichen Gewichtsverlust, gehalten wird.
Wie in zahlreichen anderen Studien beobachtet, ist der Gewichtsverlust mit einer Verringerung des Gesamtkalorienverbrauchs und einer Reduktion von T3, T4, Leptin und einem Anstieg bei Adiponectin korreliert.
Messungen des Urins zeigen eine marginale Reduktion der Lipidperoxidation.
Es gibt absolut null Daten in dieser Studie, welche die Annahme stützen würden, dass sich die Langlebigkeit erhöhen bzw. die Alterung via der im Paper propagierten Mechanismen verlangsamen liese.
Quellen & Referenzen
(1) Redman, LM., et al. (2018): Metabolic Slowing and Reduced Oxidative Damage with Sustained Caloric Restriction Support the Rate of Living and Oxidative Damage Theories of Aging. In: Cell Metab. URL: https://www.cell.com/cell-metabolism/fulltext/S1550-4131(18)30130-X.
(2) Rickman, AD., et al (2011): The CALERIE study: design and methods of an innovative 25% caloric restriction intervention. Contemp. In: Clin Trials. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21767664.
(3) Pieper, C. et al. (2011): Development of adherence metrics for caloric restriction interventions. In: Clin. Trials. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21385788.
(4) Milne, GL. / Musiek, ES. / Morrow, JD. (2005): F2-isoprostanes as markers of oxidative stress in vivo: an overview. In: Biomarkers. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/16298907.
(5) Speakman, JR. (2005): Body size, energy metabolism and lifespan. In: J Exp Biol. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15855403.
(6) Manini, TM. (2011): Energy Expenditure and Aging. In: Ageing Res Rev. URL: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC2818133/.
(8) Neumark-Sztainer, D., et al. (2007): Why Does Dieting Predict Weight Gain in Adolescents? Findings from Project EAT-II: A 5-Year Longitudinal Study. In: J Acad Nutr Diet. URL: http://jandonline.org/article/S0002-8223(06)02680-0/abstract.
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Bildquelle Titelbild: Fotolia / Maria Sbytova
Über Brad Dieter
Brad Dieter (PhD) ist ein ausgebildeter Wissenschaftler, Ernährungscoach und Autor. Er ist der verantwortliche Editor von Science Driven Nutrition und strebt danach die Lücke zwischen Wissenschaft und Öffentlichkeit zu schließen. Sein Ziel besteht darin Informationen zum Thema Ernährung richtigzustellen und für jedermann leicht verfügbar zu machen.
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