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Chronobiologie

Essen nach der inneren Uhr

Beim Essen spielt offenbar nicht nur die Lebensmittelauswahl, sondern auch der richtige Zeitpunkt eine Rolle. Immer mehr Studien weisen auf die Bedeutung sogenannter circadianer Rhythmen für die Gesundheit hin. Um welche Uhrzeit wir essen, nimmt Einfluss auf den Stoffwechsel und die Verwertung der Nährstoffe.
Ulrike Becker
04.06.2020  13:00 Uhr

Das Öffnen von Blüten, die Winterruhe eines Eichhörnchens oder das Zugverhalten von Vögeln – biologische Vorgänge verlaufen nach tages- und jahreszeitlichen Rhythmen. Dass auch Abläufe im menschlichen Stoffwechsel sich nach sogenannten circadianen (circa = etwa und dies = Tag) Mustern richten, gewinnt erst in jüngster Zeit zunehmend an Bedeutung. In der Pharmakologie weiß man bereits bei einigen Wirkstoffen um die tageszeitlich unterschiedliche Wirkung: So gilt beispielweise bei Glucocorticoiden die Empfehlung, sie in den Morgenstunden einzunehmen. Dann ist der körpereigene Cortisolspiegel am höchsten, und das Medikament stört den Stoffwechsel am wenigsten. Welchen Einfluss die Tageszeit auf die Aufnahme, die Verwertung und den Abbau bestimmter Nährstoffe ausübt, ist noch nicht abschließend erforscht. Ergebnisse aus aktuellen Studien deuten aber darauf hin, dass auch beim Essen der Zeitpunkt von Bedeutung ist. Gerade im Hinblick auf die Entwicklung von Übergewicht scheinen die circadianen Abläufe eine mögliche Stellschraube zu sein. Essen entgegen dem inneren Zeitplan kann den Stoffwechsel beziehungsweise die Organe hingegen unnötig belasten.

Mit der Erforschung von biologischen Rhythmen in der Natur und deren Einfluss auf den Stoffwechsel beschäftigt sich die Chronobiologie. Die Anfänge dieser Forschungsrichtung gehen bis ins 18. Jahrhundert zurück, als französische Wissenschaftler das tägliche Öffnen und Schließen von Blättern auch unabhängig vom Tageslicht beobachteten. Das interpretierten sie erstmals als das Vorhandensein eines inneren Taktgebers. Erst in den 1950er-Jahren berichteten Forscher auch bei Tieren von solchen endogenen Zyklen. Trotz Fehlen äußerer Reize wie dem Hell-Dunkel-Wechsel behalten sie ihren konstanten Schlaf-Wach-Rhythmus bei. Kurze Zeit später lieferte der Mediziner Jürgen Aschoff den Beweis, dass auch der menschliche Stoffwechsel einem solchen Ablauf folgt. In seinem bekannten Experiment ließ er freiwillige Studienteilnehmer bis zu vier Wochen in einem unterirdischen Bunker wohnen und entzog sie so den üblichen Einflüssen ihrer Umgebung. Das erstaunliche Ergebnis: Alle Probanden behielten ihren Schlaf-Wach-Rhythmus weitgehend bei, er erhöhte sich allerdings auf eine 25-Stunden-Abfolge. Mittlerweile sind zahlreiche chronobiologische Rhythmen im menschlichen Stoffwechsel bekannt. Die Herz- und Atemfrequenz, die Funktion von Nieren und der Leber sowie der Blutdruck schwanken je nach Tageszeit. Auch die Körperkerntemperatur zeigt einen circadianen Takt. Für Biologen ist klar: Eine sogenannte »innere Uhr« hat sich als evolutionärer Vorteil erwiesen. Sie ermöglicht die optimale Anpassung eines Lebewesens an eine Umwelt mit Bedingungen, die nicht immer konstant sind, aber zeitlich einem regelmäßigen Rhythmus folgen.

Zeitgeber und Uhrengene

Heute weiß man, dass eine innere Uhr die Ablesung von Genen entsprechend der Tageszeit koordiniert. Daher unterliegt auch die Konzentration von Hormonen, Elektrolyten oder der Blutzuckerspiegel einem circadianen Verlauf. Neuere Studien veranlassen zu der Frage, ob Ernährungsempfehlungen solche Schwankungen in der Aktivität von Organen und Enzymkonzentrationen nicht stärker berücksichtigen sollten. Manche sprechen bereits von Chrononutrition als neuem Ansatz, um den Stoffwechsel zu optimieren.

Bei der inneren Uhr handelt es sich um eine paarige Ansammlung von je 10.000 Nervenzellen. Dabei kann jede einzelne Nervenzelle einen circadianen Rhythmus erzeugen. Wissenschaftler gehen inzwischen davon aus, dass es nicht nur eine Uhr gibt, sondern eine Sammlung davon. Offenbar hat jedes Organ ein inneres Steuerungssystem, das seine Aktivität lenkt. Der zentrale Schrittmacher wird als Nucleus Suprachiasmaticus (SCN) bezeichnet – oder auch als Masteruhr – und synchronisiert die einzelnen Nervenzellen. Er ist mit dem autonomen Nervensystem verbunden, das die unbewusst ablaufenden Prozesse wie Herzfrequenz, Atmung, Blutdruck oder Darmbewegung steuert. Die Masteruhr liegt im vorderen Hypothalamus des Gehirns oberhalb der Kreuzung des Sehnervs und ist eng mit dem visuellen System verbunden. Für die meisten Organismen ist daher Licht der zentrale Zeitgeber.

Über den Lichteinfall wird unter anderem die Bildung von Melatonin gesteuert. Das Hormon wird bei Dunkelheit ausgeschüttet und gilt als Bindeglied zwischen Licht und Organismus. Es nimmt entscheidend Einfluss auf das Schlaf-Wach-Verhalten. Dazu fährt das Hormon den Energieverbrauch herunter und senkt Blutdruck und Körpertemperatur. Die Blutkonzentration von Melatonin steigt im Laufe der Nacht allmählich an und erreicht gegen zwei bis drei Uhr seinen Höhepunkt. In den frühen Morgenstunden fällt der Spiegel wieder ab. Veröffentlichungen von Professor Elmar Peschke, der unter anderem an der Sächsischen Akademie in Leipzig tätig war, beschreiben auch einen Zusammenhang zwischen Melatonin und Insulin. Er entdeckte einen Melatoninrezeptor in der Bauchspeicheldrüse und geht davon aus, dass dieses Hormon auch Einfluss auf die Insulinfreisetzung nimmt – unabhängig von der Nahrungszufuhr.

Energieverbrauch variiert

Feste Essenszeiten haben sich in der heutigen Zeit bei vielen Menschen überholt. Statt regelmäßiger Mahlzeiten zu festgelegten Uhrzeiten gibt es rund um die Uhr ein Überangebot an Nahrung. Das führt dazu, dass viele täglich über einen Zeitraum von 15 Stunden oder mehr immer wieder etwas essen. Professor Satchin Panda, Professor am Salk Institute in Kalifornien, ist überzeugt, dass gerade das späte Abendessen und Knabbern vor dem Fernseher nicht dem biologischen Rhythmus entspricht. Der Forscher geht davon aus, dass es ein Zeitfenster gibt, in dem der Stoffwechsel Nahrung besonders effektiv verwertet und andere Zeiträume, in denen er auf Sparflamme läuft. Menschen könnten demnach ihre Stoffwechselgesundheit verbessern, wenn sie ihre Mahlzeiten in einem täglichen Zeitfenster von acht bis zwölf Stunden zu sich nehmen. Der amerikanische Wissenschaftler fand in Untersuchungen mit Mäusen heraus, dass diejenigen Tiere schlanker, aktiver und gesünder waren, die nur innerhalb einer Zeitspanne von maximal zwölf Stunden fraßen. In der Vergleichsgruppe gab es für die Labortiere die gleiche Kalorienmenge über einen größeren Zeitraum. Diese Unterschiede zeigten sich bereits nach gut drei Monaten. Sollten weitere Studien die Vorteile des zeitlich begrenzten Essens beim Menschen bestätigen, könnte dies die Behandlung von Übergewicht und Typ-2-Diabetes deutlich verändern, so der Forscher. Er ist überzeugt, dass es nicht allein auf die Energiebilanz ankommt, sondern weitere Faktoren am Körpergewicht beteiligt sind.

Ob der Zeitpunkt des Essens eine Rolle für die Energieverwertung spielt, dem ging eine aktuelle Studie der Universität Lübeck nach. Die Forscher erfassten dazu die postprandiale Thermogenese nach dem Essen. Sie steht für die Stoffwechselreaktion nach einer Mahlzeit in Form einer gesteigerten Wärmeabgabe und zeigt den Energieverbrauch nach dem Essen an. Die 16 Teilnehmer der Studie konsumierten zunächst über drei Tage ein kalorienarmes Frühstück und ein kalorienreiches Abendessen. An den folgenden Tagen wurde die Reihenfolge umgedreht, wobei der Kaloriengehalt identisch blieb. Die Forscher maßen die Wärmeproduktion, bestimmten Parameter des Glucosestoffwechsels und ließen die Teilnehmer ihren Hunger und Appetit auf Süßigkeiten anhand einer Skala einschätzen.

Ihre Messungen zeigten, dass unabhängig davon, ob das Frühstück kalorienreich oder kalorienarm war, die Thermogenese morgens 2,5-fach höher war als abends. Das Ergebnis war unabhängig davon, was abends auf den Tisch kam und es spielte keine Rolle, ob abends viel oder wenig Energie aufgenommen wurde. Das heißt, morgens wird offenbar grundsätzlich mehr Energie verbraucht als abends. Der Anstieg der Blutzucker- und Insulinkonzentrationen verlief nach dem Frühstück zudem moderater als nach dem Abendessen, auch wenn dieses kalorienarm ausfiel. Das heißt, der Körper folgt unabhängig von der zugeführten Energie einem circadianen Rhythmus. Interessant war bei dieser Studie auch die Erkenntnis, dass das kalorienarme Frühstück im Laufe des Tages das Hungergefühl erhöhte, besonders den Appetit auf Süßigkeiten. Das spricht dafür, gerade während einer Diät lieber ausgiebig zu frühstücken, als den Hunger bis abends aufzuschieben und dann eine größere Mahlzeit zu konsumieren. So lassen sich zudem Blutzucker- und Insulinspitzen vermeiden, was sich günstig für die Prävention einer Insulinresistenz und damit von Typ-2-Diabetes auswirkt.

Eine weitere aktuelle Studie aus den USA bestätigt, dass Lebensmittel im Laufe des täglichen Zyklus unterschiedlich verstoffwechselt werden. Die Forscher erfassten den Energieverbrauch ihrer Probanden über eine Ganzraum-Atemkammer an zwei separaten 56-Stunden-Sitzungen. In einer Sitzung wurde eine der drei täglichen Mahlzeiten als Frühstück angeboten, während in der anderen Sitzung eine ernährungsphysiologisch gleichwertige Mahlzeit am späten Abend eingenommen wurde. Die Dauer des nächtlichen Fastens war für beide Sitzungen gleich. Hinsichtlich des Gesamtenergieverbrauchs zeigten sich bei der Auswertung keine Unterschiede. Allerdings wich das Atemaustauschverhältnis – ein Marker für die Fettoxidation – während des Schlafes bei den beiden Sitzungen voneinander ab. Dies ließ sich nicht auf Unterschiede in der körperlichen Aktivität, Schlafstörungen oder der Körpertemperatur zurückführen. Die Forscher stellten vielmehr fest, dass der Zeitpunkt des Nährstoffangebots eine Rolle für den Stoffwechsel spielt. So führte die Mahlzeit am späten Abend im Vergleich zum morgendlichen Essen zu einer signifikant geringeren Fettverbrennung. Die Ergebnisse bestätigen: Der Zeitpunkt beeinflusst, wie der Stoffwechsel des Menschen Nahrung verwertet.

Mitursache von Krebs?

Jeder, der schon einmal über Zeitzonen hinweg geflogen ist, kennt die Beschwerden, wenn der übliche Tagesablauf aus dem Takt gerät. Damit innere Abläufe und Umweltreize wie Tageslicht und Schlaf-Wach-Rhythmus zueinander passen, muss sich bei einem Jetlag der Stoffwechsel erst wieder synchronisieren. Eine sogenannte chronische Desynchronisation tritt auf, wenn Menschen längerfristig gegen ihre biologischen Rhythmen leben beziehungsweise arbeiten müssen. Das betrifft Flugbegleiter und Piloten, die über Zeitzonen fliegen, oder Nacht- und Schichtarbeiter, beispielsweise im Gesundheitswesen oder in Fabriken. Rund 20 Prozent aller Beschäftigten in Deutschland sind außerhalb der typischen Arbeitszeiten tätig. Forscher gehen davon aus, dass solche nicht synchronisierten Lebensstile mit einem signifikant höheren Risiko für verschiedene Erkrankungen einhergehen. Das betrifft chronische Schlafstörungen, Typ-2-Diabetes, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und das Risiko, an Krebs zu erkranken.

Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) der WHO hat erst im letzten Jahr nächtliche Schichtarbeit als wahrscheinlich krebserregend eingestuft. Die Neubewertung folgt den Ergebnissen zahlreicher aktueller Untersuchungen – vor allem Tier-, aber auch Humanstudien. Professor Dr. Hajo Zeeb vom Leibniz-Institut für Präventionsforschung und Epidemiologie (BIPS) berichtet in einer Pressemitteilung des Instituts, dass eine relativ deutliche Assoziation zwischen Nachtarbeit und bösartigen Tumoren der Brust, der Prostata und des Darms auftritt. Da aber widersprüchliche Studienergebnisse vorliegen, gilt Nacharbeit nur als wahrscheinlich krebserregend. Für die Neubewertung analysierten 27 Wissenschaftler aus 16 Ländern die gesamte zum Thema verfügbare wissenschaftliche Literatur. Ihre Einstufung gilt explizit nicht als Risikobewertung. Sie kann also nichts über die Wahrscheinlichkeit aussagen, mit der Nachtarbeit Krebs auslöst. Auch konkrete Empfehlungen für die Bevölkerung wurden von den Experten nicht veröffentlicht.

Spanische Wissenschaftler untersuchten in diesem Zusammenhang, ob der Zeitpunkt der Mahlzeiten mit dem Risiko für Brust- und Prostatakrebs verbunden ist. Dabei berücksichtigten sie zwar keine Nachtarbeiter, aber Lebensstil und Chronotyp. Letzteres ist ein Merkmal für die Präferenz von Aktivitäten am Morgen oder am Abend. Die bevölkerungsbasierte Fall-Kontroll-Studie lief über fünf Jahre und schloss 621 Prostatakrebs- und 1205 Brustkrebspatienten sowie 872 Männer und 1.321 Frauen als Kontrollgruppe ein. Anhand von Fragebögen gaben die Probanden zu Protokoll, wann sie aßen und schliefen und welche Lebensmittel sie verzehrten. Dabei zeigte sich, dass diejenigen, die zwei oder mehr Stunden nach dem Abendessen schliefen, ein um 20 Prozent geringeres Krebsrisiko für Brust- und Prostatakrebs hatten als die Teilnehmer, die unmittelbar nach dem Abendessen zu Bett gingen. Ein ähnlich vermindertes Risiko zeigte sich auch bei denjenigen, die vor 21 Uhr zu Abend aßen, verglichen mit einem Abendessen nach 22 Uhr. Das Fazit der Forscher: Die Einhaltung der täglichen Essrhythmen und insbesondere ein langes Intervall zwischen der letzten Mahlzeit und dem Schlaf seien mit einem geringeren Krebsrisiko verbunden.

Offenbar ist es für die Gesundheit von Vorteil, bei der Gestaltung der Mahlzeiten die tageszeitlichen Rhythmen zu berücksichtigen. So kristallisiert sich zum einen heraus, dass es für den Stoffwechsel günstiger ist, am Morgen ein üppiges Frühstück einzunehmen, statt zum Abendessen große Portionen aufzutischen. Zum anderen scheint es empfehlenswert, das Zeitfenster der Nahrungsaufnahme auf maximal zwölf Stunden zu beschränken. Die Chronobiologie könnte somit ein weiterer Ansatz sein, um durch die Ernährung bedingten Erkrankungen vorzubeugen. Auch Menschen, die Gewicht verlieren möchten, kommen damit möglicherweise schneller zum Erfolg. Wer entgegen seines biologischen Rhythmus arbeiten muss – wie Schicht- und Nachtarbeiter – dem ist anzuraten, mithilfe einer Ernährungsberatung einen optimalen Speiseplan zu entwickeln, um Erkrankungen vorzubeugen. 

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