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Metabolische Prägung

Die spezifischen Stoffwechselprozesse eines Menschen werden schon früh im Leben geprägt. Der Körper beginnt zu lernen, wie er Nahrungsmittel verstoffwechselt bzw. nutzt.


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Abbildung 1: Beispiel für metabolische Prägung durch die Ernährung. Genetisch identische Bienenembryos, die unterschiedlich viel und lang mit Gelée royale gefüttert wurden, entwickeln sich auch phänotypisch unterschiedlich: sie werden Arbeiterbiene oder Bienenkönigin; nach: [ 1 ]

Dies beginnt bereits im Mutterleib und setzt sicht von der ersten Fütterung, über die Beikost und Kleinkindernährung bis ins Erwachsenenalter fort. Stillen spielt hier eine ganz besondere Rolle. Als Stoffwechsel oder Metabolismus bezeichnet man die Gesamtheit aller lebenserhaltenden chemischen Prozesse im Menschen. Diese Prozesse ermöglichen dem Körper zu wachsen, sich fortzupflanzen, seine Struktur zu erhalten und auf Herausforderungen der Umwelt zu reagieren.

Diese spezifischen Stoffwechselprozesse werden schon früh im Leben geprägt. Der Körper beginnt zu lernen, wie er Nahrungsmittel verstoffwechselt bzw. nutzt, von der ersten Fütterung an über die Beikost, Kleinkindernährung bis ins Erwachsenenalter. Die Struktur der Nährstoffe, die der Körper erhält, beispielweise die Lipidstruktur in Säuglingsnahrung, kann dabei von hoher Bedeutung sein, weil sie den Körper prägt, wie er diese Nährstoffe für Wachstum und Entwicklung verdaut, absorbiert und nutzt.

Ein bekanntes Beispiel für metabolische Prägung bzw. den dauerhaften Einfluss der frühen Ernährung stammt aus dem Tierreich und ist das Modell der Bienenkönigin [ 1 ]: Arbeiterbienen und Bienenkönigin verfügen über dieselben Gene, aber über unterschiedliche phänomenologische Erscheinung und unterschiedliche epigenetische Prägung. Ein weiblicher Bienenembryo wird zu einer Königin, wenn sie als Larve länger als drei Tage Gelée royale bekommt, den Futtersaft der Arbeiterbienen (s. Abb. 1). Gelée royale enthält ein bestimmtes Eiweiß (Royalactin), das bei Bienen unter anderem die Körpergröße erhöht und die Entwicklungszeit verkürzt.

Pränatale Prägung

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Abbildung 2: Korrelation zwischen Körpergewicht der "Leihmütter" und dem Geburtsgewicht der Kinder (r=0,35; p<0,003). Die Korrelation zwischen dem Körpergewicht der biologischen Mütter und dem Geburtsgewicht der Kinder war nicht signifikant (r=0,15; p<0,12) [ 7 ].

Die Entwicklung des Kindes in utero wird, neben anderen wie beispielsweise genetischen Faktoren, entscheidend vom Ernährungszustand der Schwangeren mitbestimmt [ 2 ].

Historischer Beleg für die Auswirkung eines frühen Nahrungsmangels auf die Gesundheit im Erwachsenenalter bietet die Untersuchung des „holländischen Hungerwinters" 1944/45. Während des „holländischen Hungerwinters" zeigten die Kinder von Müttern, die sich während der deutschen Belagerung im ersten oder zweiten Trimester ihrer Schwangerschaft befanden und somit in der frühen Schwangerschaft extrem unterernährt waren, im jungen Erwachsenenalter eine erhöhte Adipositasprävalenz [ 3 ].

In den zurückliegenden 20 bis 30 Jahren kam es in den westlichen Industriestaaten zu einem, im Verlauf der Evolution des Menschen, einzigartigen Anstieg des mittleren Geburtsgewichts. Beispielsweise ist es in den neuen Bundesländern pro Dekade zu einem Anstieg der mittleren Geburtsgewichte von bis zu 126g gekommen [ 4 ]. Hierfür scheint weniger ein akzeleriertes Wachstum als vielmehr eine vermehrte Fettakkumulation beim Neugeborenen verantwortlich zu sein [ 4;5;6 ].

Da es in einem so kurzen Zeitraum nicht zu einer wesentlichen Veränderung des Genpools in der Bevölkerung gekommen sein kann, sodass genetische Faktoren diesen Geburtsgewichtsanstieg erklären könnten, müssen nicht genetische Ursachen, beispielsweise das Intrauterinmilieu, hierfür verantwortlich sein. Dies zeigt eindrucksvoll eine britische Studie mit Kindern, die durch "Leihmütter" ausgetragen wurden [ 7 ]. Hier zeigte sich, dass das Geburtsgewicht des Kindes stärker mit dem Body-Mass-Index der Leihmutter korrelierte als mit dem Gewicht der biologischen Mutter (s. Abb. 2).

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Abbildung 3: Prä- und postnatale Folgen einer erhöhten Energiezufuhr der Schwangeren für sich selbst und ihr Kind; nach: [ 2 ]

 

Als Ursache kommt hierfür der Ernährungszustand der Schwangeren in Frage (s. Abb. 3). So ist das Makrosomierisiko, also das Risiko für ein Geburtsgewicht über 4.000 bis 4.500g, bei Kindern adipöser Frauen mehr als verdoppelt, bei Kindern massiv adipöser Frauen sogar mehr als verdreifacht [ 8 ]. Je mehr eine übergewichtige Frau in der Schwangerschaft zunimmt, desto höher ist der prozentuale Körperfettanteil ihres Neugeborenen [ 9 ], was auch langfristig zu Übergewicht des Kindes führen kann [ 10;11 ].

Ein bekanntes Beispiel aus dem Tierreich für metabolische Prägung bzw. den dauerhaften Einfluss der frühen Ernährung ist das Modell der Bienenkönigin [ 1 ].
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Abbildung 4: Zusammenhang zwischen Geburtsgewicht und Body-Mass-Index (BMI) im Erwachsenenalter [ 24 ].

Hauptgrund für die Gewichtszunahme in der Schwangerschaft und dem damit verbundenen Risiko für ein Übergewicht bereits beim Neugeborenen dürfte die Energiezufuhr der Mutter während der Schwangerschaft sein. Dagegen hat eine zu geringe Energiezufuhr der Schwangeren einen vergleichsweise geringen Einfluss auf das Geburtsgewicht [ 12 ].

Adipositas während der Schwangerschaft erhöht das Risiko für Schwangerschaftsdiabetes (Gestationsdiabetes, GDM), Präeklampsie (Bluthochdruck während der Schwangerschaft), erhöhte Kaiserschnittrate sowie für eine erhöhte Frühgeburtenrate [ 8;13 ]. Tatsächlich hat sich die Kaiserschnittrate von Beginn der 80er bis Ende der 90erJahre mehr als verdreifacht [ 14 ]. Weiterhin zeigen neuere Untersuchungen, dass bei bis zu 20 Prozent aller Schwangeren in Deutschland ein GDM besteht [ 15 ]. Frauen, die einen GDM entwickelt haben, tragen ein zehnfach erhöhtes Risiko, später an Diabetes mellitus Typ 2 zu erkranken [ 16 ].

Kinder diabetischer Mütter weisen wiederum deutlich erhöhte mittlere Geburtsgewichte und ein zum Teil dramatisch erhöhtes Makrosomierisiko auf [ 17;18;19;20;21;22 ]. Ursache dafür ist, dass ein erhöhter Blutzuckerspiegel der Schwangeren den des Feten erhöhen lässt, was wiederum zu einem Anstieg des fetalen Insulinspiegels führt. Dieser fetale Hyperinsulinismus wiederum ist für die vermehrte Fettzunahme in utero und damit für die Makrosomie verantwortlich; man spricht auch von einer „Zuckermast" des Ungeborenen [ 2 ].

Durch einen systematischen Review auf der Basis von 35 Studien aus 16 Ländern auf vier Kontinenten mit insgesamt 980.450 Personen wurde bestätigt, dass ein höheres Geburtsgewicht mit einem erhöhten Übergewichtsrisiko im Erwachsenenalter assoziiert ist [ 23 ]. Eine Kohortenstudie [ 24 ] mit 22.846 Probanden konnte nachweisen, dass sich das Geburtsgewicht linear positiv zum relativen Körpergewicht im Alter von 60 bis 65 Jahren verhält (s. Abb. 4).

In weiteren Studien konnte auch ein Zusammenhang zwischen Geburtsgewicht, als Indikator der vorgeburtlichen Energiezufuhr, und dem späteren Typ 2 Diabetesrisiko nachgewiesen werden. Hier zeigt sich, dass sowohl ein niedriges als auch ein hohes Geburtsgewicht zu einem um circa 40 Prozent erhöhten Risiko führen, im späteren Leben an Diabetes mellitus Typ 2 zu erkranken [ 25 ]. Ursache  hierfür  scheint, im Sinne einer epigenetischen Prägung, eine perinatale Fehlprogrammierung zentralnervöser Regelsysteme von Nahrungsaufnahme, Körpergewicht und Stoffwechsel zu sein.

Prägung durch Stillen

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Abbildung 5: Metaanalyse zum Zusammenhang zwischen frühkindlicher Muttermilchernährung (Stillen) und dem Übergewichtsrisiko des Kindes im späteren Leben; dargestellt ist das relative Risiko (OR, odds ratio mit 95 Prozent Konfidenzintervall): kombiniert: 0,75 (0,69 – 0,82) [ 26 ].

Nicht nur die pränatale Energiezufuhr hat langfristige Folgen für die Gesundheit des Kindes und späteren Erwachsenen, sondern auch die Ernährung nach der Geburt.

Wichtigster positiver „Programmierer" in der frühkindlichen Ernährung ist die Muttermilch. Stillen ist ein wichtiger Schutzfaktor beispielweise zur Reduktion des Adipositas- und Allergierisikos in einer späteren Lebensphase. Auch die Prägung der Gehirnentwicklung wird durch Stillen beeinflusst. Die Unterstützung der Gehirnentwicklung im frühen Lebensalter ist besonders wichtig, um eine optimale psychomotorische und kognitive Funktion im späteren Lebensalter zu sichern.

Eine Reihe von Studien weist darauf hin, dass Stillen im Vergleich zur Ernährung mit Muttermilchersatzprodukten das Übergewichtsrisiko und insbesondere auch das Risiko von Folgeerkrankungen wie Typ-2-Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen um 25 bis 40 Prozent vermindern kann. So zeigte eine Metaanalyse aus 23 Studien, dass Stillen im Vergleich zu Nichtstillen im Mittel zu einer 25 prozentigen Reduktion des Risikos führt, im späteren Kindes- oder Erwachsenenalter Übergewicht zu entwickeln [ 26 ] (s. Abb. 5).

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Abbildung 6: Metaanalyse zum Zusammenhang zwischen Stilldauer und späterem Übergewichtsrisiko des Kindes; dargestellt sind kombinierte (gepoolte) relative Risiken (OR, odds ratios mit 95 Prozent Konfidenzintervall) für Übergewicht bei unterschiedlicher Stilldauer [ 27 ].

Eine weitere Metaanalyse konnte zeigen, dass insbesondere die Stilldauer einen starken Einfluss auf das Risiko späteren Übergewichts hat [ 27 ]. Stillen führt hiernach, bis zu einer Stilldauer von neun Monaten, zu einer Senkung des Übergewichtsrisikos im späteren Leben. Jeder Monat des Stillens reduziert das Risiko des Kindes, später Übergewicht zu entwickeln, um vier Prozent. Ab circa sieben bis neun Monaten wird ein Plateau erreicht (s. Abb. 6).

In Anbetracht der zentralen Rolle von Übergewicht bei der Entstehung von Diabetes mellitus Typ 2 und kardiovaskulären Erkrankungen wäre zu erwarten, dass Stillen auch präventiv hinsichtlich dieser Krankheiten wirkt. Tatsächlich zeigen mehrere systematische Übersichtsarbeiten und Metaanalysen, dass sowohl das Risiko für Typ-2-Diabetes als auch das Risiko für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, gemessen anhand der Indikatoren Blutdruck und Cholesterolkonzentrationen, durch Stillen positiv beeinflusst werden [ 28;29;30 ]. Tierexperimentelle Studien weisen darauf hin, dass für diese Veränderungen eine neonatal induzierte „Fehlprogrammierung" der hypothalamischen Regulation von Nahrungsaufnahme, Körpergewicht und Stoffwechsel entscheidend sein dürfte [ 31;32;33 ].

Quellen
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