Kalorienrestriktion

Ob die Kalorienrestriktion für Menschen ein Jungbrunnen ist – so wie in dieser Darstellung von Lucas Cranach d. Ä. – ist noch unklar. Bei einer Reihe von Modellorganismen wird der Alterungsprozess verzögert und die maximale Lebensspanne signifikant erhöht.

Kalorienrestriktion, auch Kalorische Restriktion oder Kalorienbeschränkung genannt, ist die Bezeichnung für eine Diät mit einer um 30 bis 50 Prozent reduzierten Nährstoffaufnahme^[1] („Kalorien“) über die Ernährung, um dadurch eine höhere Lebenserwartung oder zumindest eine verzögerte Alterung oder gesundheitsfördernde Wirkung zu erzielen, ohne dass sich dabei eine Unterernährung einstellt. In der angelsächsischen Fachliteratur werden die Begriffe caloric restriction und calorie restriction für die Kalorienrestriktion verwendet.

Bei einer Reihe von Modellorganismen konnte auf diese Weise ein gesundheitsfördernder und lebensverlängernder Effekt nachgewiesen werden. Bei einigen Spezies oder Züchtungen konnte allerdings keine Verlängerung der Lebenserwartung festgestellt werden. Zuverlässige Daten über einen lebensverlängernden Effekt durch Kalorienrestriktion beim Menschen liegen nicht vor. Während der Effekt im Tiermodell allgemein anerkannt wird, werden die vorhandenen Ergebnisse beim Menschen kontrovers diskutiert.

Der Mechanismus des Effektes ist in vielen Punkten noch ungeklärt. Wahrscheinlich wird der Effekt durch ein komplexes Zusammenspiel mehrerer Faktoren hervorgerufen.

Beschreibung der Kalorienrestriktion

Auswirkungen der Kalorienrestriktion auf die Überlebensrate von Labormäusen (KR=Kalorienrestriktion).^[2]

Der lebensverlängernde Effekt der Kalorienrestriktion wurde erstmals 1934 von dem US-amerikanischen Biochemiker Clive Maine McCay (1898–1967) und Mary F. Crowell (beide Cornell University) beschrieben.^[3][4][5] McCay und Crowell stellten bei ihren Versuchen mit Ratten fest, dass die dauerhafte Reduzierung der Nahrungsmenge – unter Sicherstellung einer adäquaten Ernährung – die Lebenserwartung der Tiere signifikant erhöht.^[6] Ein Teil der Versuchstiere bekam dabei 33 Prozent weniger Nahrung als die Vergleichsgruppe, die ad libitum ernährt wurde, wodurch die Lebenserwartung der erstgenannten Tiere um fast 50 Prozent verlängert wurde.

Kalorienrestriktion kann die Lebenserwartung der Schwarzbäuchigen Taufliege (Drosophila melanogaster) deutlich erhöhen.

Ähnliche Versuche wurden seither mit den unterschiedlichsten Spezies und variierten Versuchsbedingungen durchgeführt. Bei sehr vielen Spezies wird nicht nur die mittlere Lebensdauer der Versuchstiere, sondern auch ihre maximale Lebensdauer erhöht. Die Häufigkeit altersbedingter Erkrankungen sinkt entsprechend.^[7] Der Effekt des Zuwachses an maximaler Lebenserwartung stellt sich bei Nagetieren sowohl bei Beginn der Diät in der frühen Lebensphase (1. bis 3. Monat), als auch im mittleren Lebensabschnitt (12. Monat), ein.^[8][9] Wird dagegen mit der Kalorienrestriktion in einem späteren Lebensabschnitt der Versuchstiere begonnen, beispielsweise im 17. oder 24. Monat von Mäusen, so kehrt sich der Effekt um und die Lebensspanne der Versuchstiere verkürzt sich.^[10]

Die Kalorienrestriktion wurde unter anderem an Backhefe (Saccharomyces cerevisiae),^[11][12] dem Wurm Caenorhabditis elegans,^[13] der Fruchtfliege Drosophila melanogaster,^[14] Mäusen,^[2] Ratten,^[3] Hunden^[15] und an nichtmenschlichen Primaten^[8][9][16] untersucht. Bei fast allen Spezies konnte ein lebensverlängernder Effekt durch die Kalorienrestriktion festgestellt werden.^[17]

Nicht bei allen Mäusen bewirkt die Kalorienrestriktion eine Verlängerung der Lebensspanne. In der oberen Grafik ist bei C57BL/6-Mäusen („Labormäuse“) ein signifikanter Effekt zu beobachten, während dieser bei den DBA/2-Mäusen („Wildtyp“) darunter ausbleibt (AL=ad libitum, KR=Kalorienrestriktion).^[10]

In einer 2009 veröffentlichten Studie^[18] werden die bisherigen Ergebnisse der Tierversuche, insbesondere bei Mäusen, stark relativiert. So führt die Kalorienrestriktion nicht bei allen Mäusestämmen zu einer Lebensverlängerung.^[10] Die in Versuchen häufig eingesetzte C57BL/6-Maus neigt bei unbeschränktem Nahrungsangebot (ad libitum) zu Übergewicht. Bei diesen Tieren ist der Effekt der Kalorienrestriktion signifikant. DBA/2-Mäuse dagegen bleiben auch bei ad-libitum-Ernährung schlank. Bei Mäusen aus diesem Stamm führt die Kalorienrestriktion zu keiner Lebensverlängerung. DBA/2-Mäuse verbrauchen bei gleicher Energiezufuhr mehr Sauerstoff als C57BL/6-Mäuse, das heißt ihre Stoffwechselrate ist erhöht – sie sind schlechtere „Futterverwerter“. Bereits in früheren Versuchen wurde festgestellt, dass die Kalorienrestriktion am erfolgreichsten bei Mäusen verläuft, die im frühen Erwachsenenalter stark zugenommen haben.^[19] Die Ergebnisse dieser Studien werden dahingehend interpretiert, dass die Lebensspanne mehr durch das Gleichgewicht von Energiezufuhr und Energieverbrauch beeinflusst wird. Nur bei zu Übergewicht, beziehungsweise Adipositas, neigenden Versuchstieren kann die Kalorienrestriktion eine Lebensverlängerung bewirken.^[20]

Mechanismus

Die Ursachen der Lebensverlängerung durch die kalorische Restriktion sind noch nicht aufgeklärt. Der diesem Effekt zugrundeliegende Mechanismus ist unbekannt. Es gibt Hinweise dafür, dass der oxidative Stress durch die verminderte Nahrungsaufnahme reduziert wird und sich dadurch die primäre Alterung verzögert. Die primäre Alterung ist der Alterungsprozess von Zellen und Organen, bei Abwesenheit von Krankheiten, der die maximale Lebensspanne definiert (unvermeidliche Alterung). Das sekundäre Altern wird durch äußere Faktoren wie beispielsweise Erkrankungen, Umweltfaktoren, Lebensstil und körperliche Aktivität bestimmt (vermeidbare Alterung).^[21] Der oxidative Stress findet vor allem in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen, statt.^[22][23]

Eine wichtige Rolle spielt dabei offensichtlich das Enzym Sirtuin-1 (Sirt1). Die Zellen der kalorisch restriktiv ernährten Versuchstiere produzieren Sirt1 in größeren Mengen.^[24] Eine erhöhte Produktion von Sirt1 vermindert wiederum die Expression des mTOR-Rezeptors (mammalian Target of Rapamycin),^[25] der ebenfalls mit dem Alterungsprozess in Zusammenhang steht. Durch Verabreichung von Rapamycin, das an den mTOR-Rezeptor andockt, kann die Lebenserwartung von Mäusen signifikant verlängert werden.^[26][27]

Einer anderen Theorie zufolge wird durch die langfristige reduzierte Nahrungsaufnahme der Stoffwechsel neu „programmiert“.^[28] So wurde bei Mäusen unter kalorischer Restriktion eine veränderte Genexpression festgestellt. So werden einerseits die Gene, die in den Energiestoffwechsel involviert sind, überexprimiert,^[29] während auf der anderen Seite über 50 pro-inflammatorische Gene herunterreguliert werden^[30].^[31]

Wirkung beim Menschen

Es gibt derzeit keinen wissenschaftlichen Beweis dafür, dass eine dauerhafte Kalorienrestriktion – bei adäquater Ernährung des Menschen – im Vergleich zu einem schlanken Erwachsenen zu einer Verlängerung der Lebenserwartung führt. Unbestritten ist, dass starkes Übergewicht, das heißt Adipositas, zu einer Verkürzung der mittleren und maximalen Lebenserwartung führen. Die bei den Versuchstieren zu beobachtenden hormonellen und metabolischen Effekte der Kalorienrestriktion, wie niedrigere Körpertemperatur, reduzierte Stoffwechselrate und geringerer oxidativer Stress, konnten auch am Menschen nachgewiesen werden.^[7][32] Des Weiteren wurden im Serum niedrigere Werte für Basalinsulin („Fasteninsulin“), profibrotische Proteine, verschiedene Wachstumsfaktoren – wie beispielsweise PDGF und TGF-α – als auch Zytokine wie Tumornekrosefaktor-α nachgewiesen.^{[33][34][35][36][37]} Gesichert ist auch die Erkenntnis, dass eine langfristige Kalorienrestriktion eine wirksame Vorbeugung gegen Diabetes mellitus Typ II, Bluthochdruck und Arteriosklerose ist, die zusammen die Hauptursachen für Morbidität, Behinderungen und Mortalität beim Menschen sind.^[6]

Risiken der Kalorienrestriktion beim Menschen

Speziell in den USA haben die tierexperimentellen Ergebnisse dazu geführt, dass – insbesondere in Kalifornien^[20] – die Kalorienrestriktion viele praktizierende Anhänger gefunden hat. Ein Teil der Anhänger hat sich zur Calorie Restriction Society zusammengeschlossen. Eine übertriebene Kalorienreduktion birgt immer die Gefahr einer Mangelernährung, was sich auf körperliche und geistige Gesundheit negativ auswirken kann. Vor möglichen Essstörungen bei der Kalorienrestriktion wird immer wieder gewarnt. Andererseits zeigte eine Studie, dass die Kalorienrestriktion nicht zu einer Häufung von Anorexie oder Bulimie führt. Die psychologischen Effekte der Kalorienrestriktion wurden in dieser Studie als positiv bewertet.^[38]

Geschichtliches

Der Venezianer Luigi Cornaro (1467–1565) schrieb in seinem autobiografischen Traktat Discorsi della vita sobria (Vom mäßigen Leben), das er im Alter von 83 Jahren verfasste, sein hohes Alter und seine Gesundheit dem Umstand zu, dass er eine strenge Diät (Kalorienrestriktion) befolgte. Dabei aß Cornaro gerade so viel, wie zum Überleben notwendig war. Die Nahrung wählte er dabei nicht nach seinem Geschmack, sondern nach gesundheitlichen Aspekten aus.^[39][40]

Siehe auch

• Friss die Hälfte
• Intermittierendes Fasten

Literatur

Fachzeitschriften (Reviews)

• L. Fontana: Extending Healthy Life Span From Yeast to Humans. In: Science 328, 2010, S. 321–326. PMID 20395504
• J. E. Morley u. a.: Antiaging, longevity and calorie restriction. In: Current Opinion in Clinical Nutrition and Metabolic Care 13, 2010, S. 40–45. doi:10.1097/MCO.0b013e3283331384 PMID 19851100
• J. Skrha: Effect of caloric restriction on oxidative markers. In: Adv Clin Chem 47, 2009, S. 223–247. PMID 19634782
• J. V. Smith u. a.: Energy restriction and aging. In: Curr Opin Clin Nutr Metab Care 7, 2004, S. 615–622. PMID 15534428

Fachbücher

• E. J. Masoro: Caloric Restriction: A Key to Understanding and Modulating Aging. Verlag Elsevier Health Sciences, 2002, ISBN 0-444-51162-8

Populärwissenschaftliche Artikel

• R. Weindruch: Länger leben bei karger Kost? In: Spektrum der Wissenschaft Dossier 4, 2008, S.18–26.
• J. Blech: Heilkraft des Hungerns. In: Der Spiegel. Nr. 50, 2006, S. 154 (online).

Weblinks

• A. F. H. Pfeiffer: Kalorische Restriktion: der Schlüssel zum ewigen Leben im Erwachsenenalter? (Deutsches Institut für Ernährungsforschung)
• Caloric Restriction May Not Extend Life Span. Pressemitteilung der University of Southern California (englisch)
• A. Jahn: Hungrig alt werden. in Spektrum direkt vom 9. Juli 2009
• Calorie Restriction Society (englisch)
• "Kalorienrestriktion als Präventionsmaßnahme: Was kann der verantwortungsvolle Präventionsmediziner empfehlen?", Masterthesis von Dr. med. Johannes Gutwald

Einzelnachweise

1. ↑ K. Dorshkind u. a.: The ageing immune system: is it ever too old to become young again? In: Nat Rev Imm 9, 2009, S. 57–62. PMID 19104499 (Review)
2. ↑ ^{a b} R. Weindruch u. a.: The retardation of aging in mice by dietary restriction: longevity, cancer, immunity and lifetime energy intake. In: Journal of Nutrition 116, 1986, S. 641–654. PMID 3958810
3. ↑ ^{a b} C. M. McCay und M. F. Crowell: Prolonging the Life Span. In: The Scientific Monthly 39, 1934, S. 405–414.
4. ↑ C. M. McCay u. a.: The effect of retarded growth upon the length of the life span and upon the ultimate body size. In: J Nutr 79, 1935, S. 63–79.
5. ↑ C. M. McCay u. a.: The effect of retarded growth upon the length of life span and upon the ultimate body size. 1935. In: Nutrition 5, 1989, S. 155–171. PMID 2520283
6. ↑ ^{a b} L. Fontana: The scientific basis of caloric restriction leading to longer life. In: Curr Opin Gastroenterol 25, 2009, S. 144–150. PMID 19262201 (Review)
7. ↑ ^{a b} T. Hofer u. a.: One year of caloric restriction and exercise in humans and the effects on DNA and RNA oxidation levels in white blood cells and urine. In: Rejuvenation Res 11, 2008, S. 793–799. PMID 18729811
8. ↑ ^{a b} M. A. Lane u. a.: Caloric restriction and aging in primates: Relevance to humans and possible CR mimetics. In: Microsc Res Tech 59, 2002, S. 335–338. PMID 12424798 (Review)
9. ↑ ^{a b} J. Wanagat u. a.: Caloric intake and aging: mechanisms in rodents and a study in nonhuman primates. In: Toxicol Sci 52, 1999, S. 35–40. PMID 10630588 (Review)
10. ↑ ^{a b c} M. J. Forster u. a.: Genotype and age influence the effect of caloric intake on mortality in mice. In: FASEB J 17, 2003, S. 690–692. PMID 12586746
11. ↑ S. J. Lin u. a.: Requirement of NAD and SIR2 for life-span extension by calorie restriction in Saccharomyces cerevisiae. In: Science 289, 2000, S. 2126–2128. PMID 11000115
12. ↑ S. J. Lin u. a.: Calorie restriction extends Saccharomyces cerevisiae lifespan by increasing respiration. In: Nature 418, 2002, S. 344–348. PMID 12124627
13. ↑ B. Lakowski und S. Hekimi: The genetics of caloric restriction in Caenorhabditis elegans. In: PNAS 95, 1998, S. 13091–13096. PMID 9789046
14. ↑ W. Mair u. a.: Calories do not explain extension of life span by dietary restriction in Drosophila. In: PLoS Biol 3, 2005, e223. PMID 16000018
15. ↑ D. F. Lawler u. a.: Diet restriction and ageing in the dog: major observations over two decades. In: Br J Nutr 99, 2007, S. 1–13. PMID 1806283
16. ↑ R. Weindruch: The retardation of aging by caloric restriction: studies in rodents and primates. In: Toxicol Pathol 24, 1996, S. 742–745. PMID 8994305
17. ↑ J. S. Allard u. a.: Dietary activators of Sirt1. In: Mol Cell Endocrinol 299, 2009, S. 58–63. PMID 19010386 (Review)
18. ↑ R. S. Sohal: Life Span Extension in Mice by Food Restriction Depends on an Energy Imbalance. In: J Nutr 139, 2009, S. 533–539. doi:10.3945/jn.108.100313 PMID 19141702
19. ↑ M. H. Ross u. a.: Dietary practices and growth responses as predictors of longevity. In: Nature 262, 1976, S. 548–553. PMID 958413
20. ↑ ^{a b} unbekannt: Lebensverlängerung: Mythos der Kalorienrestriktion widerlegt. in: aerzteblatt-studieren.de vom 26. Januar 2009
21. ↑ M. Tostlebe: Disproportionalität der Aktivitäten der mitochondrialen Atmungskettenkomplexe im Myokard und in der Skelettmuskulatur im Alter. Dissertation, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg, 2005.
22. ↑ A. Csiszar u. a.: Anti-oxidative and anti-inflammatory vasoprotective effects of caloric restriction in aging: role of circulating factors and SIRT1. In: Mech Ageing Dev 130, 2009, S. 518–527. PMID 19549533
23. ↑ J. Skrha: Effect of caloric restriction on oxidative markers. In: Adv Clin Chem 47, 2009, S. 223–247. PMID 19634782 (Review)
24. ↑ C. Cantó und J. Auwerx: Caloric restriction, SIRT1 and longevity. In: Trends Endocrinol Metab 20, 2009, S. 325–331. PMID 19713122
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26. ↑ S. Austad: Recent advances in vertebrate aging research 2009. In: Aging Cell 9, 2010, S. 297–303 PMID 20331443.
27. ↑ D. E. Harrison u. a.: Rapamycin fed late in life extends lifespan in genetically heterogeneous mice. In: Nature 460, 2009, S. 392–395. PMID 19587680
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29. ↑ Y. Higami u. a.: Adipose tissue energy metabolism: altered gene expression profile of mice subjected to long-term caloric restriction. In: FASEB J 18, 2004, S. 415–417. PMID 14688200
30. ↑ Y. Higami u. a.: Energy restriction lowers the expression of genes linked to inflammation, the cytoskeleton, the extracellular matrix, and angiogenesis in mouse adipose tissue. In: J Nutr 136, 2006, S. 343–352. PMID 16424110
31. ↑ R. M. Anderson u. a.: Caloric restriction and aging: studies in mice and monkeys. In: Toxicol Pathol 37, 2009, S. 47–51. PMID 19075044 (Review)
32. ↑ L. K. Heilbronn u. a.: Effect of 6-month calorie restriction on biomarkers of longevity, metabolic adaptation, and oxidative stress in overweight individuals: a randomized controlled trial. In: JAMA 295, 2006, S. 1539–1548. PMID 16595757
33. ↑ L. Fontana u. a.: Long-term calorie restriction is highly effective in reducing the risk for atherosclerosis in humans. In: PNAS 101, 2004, S. 6659–6663. PMID 15096581
34. ↑ L. Fontana u. a.: Calorie restriction or exercise: effects on coronary heart disease risk factors. A randomized, controlled trial. In: Am J Physiol Endocrinol Metab 293, 2007, S. E197–202. PMID 17389710
35. ↑ E. P. Weiss u.a.: Improvements in glucose tolerance and insulin action induced by increasing energy expenditure or decreasing energy intake: a randomized controlled trial. Am J Clin Nutr 2006; 84:1033–1042. PMID 17093155
36. ↑ D. E. Larson-Meyer u. a.: Effect of calorie restriction with or without exercise on insulin sensitivity, beta-cell function, fat cell size, and ectopic lipid in overweight subjects. In: Diabetes Care 29, 2006, S. 1337–1344. PMID 16732018
37. ↑ T. E. Meyer u. a.: Long-term caloric restriction ameliorates the decline in diastolic function in humans. In: J Am College Cardiol 47, 2006, S. 398–402. PMID 16412867
38. ↑ D. A. Williamson u. a.: Is Caloric Restriction Associated With Development of Eating-Disorder Symptoms? Results From the CALERIE Trial. In: Health Psychology 27, 2008, S. S32–S42. PMID 18248104
39. ↑ L. Cornaro: The Art of Living Long. ins Englische übersetzt von W. F. Butler, Verlag Springer, 1903, ISBN 978-0-826-12695-5 S. XXIII
40. ↑ A. J. Carlson und F. Hoelzel: Apparent Prolongation of the Life Span of Rats by Intermittent Fasting. In: Journal of Nutrition 31, 1946, S.&nbsp:363–375.

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