Charakterisierung des Energiestoffwechsels bei neurologischen Erkrankungen: Vergleichende Untersuchungen an Patienten mit Multipler Sklerose und Spinocerebellärer Ataxie Typ 1

Abstract

Neurologische Erkrankungen können zu strukturellen und funktionellen Veränderungen von motorischen, sensorischen und vegetativen Neuronen führen. Über die Auswirkungen einer autonomen Dysfunktion auf den Energiestoffwechsel von neurologischen Patienten und mögliche Vorteile diätetischer Interventionen ist derzeit wenig bekannt. Deshalb soll in dieser Arbeit der Energiestoffwechsel bei einer zentralen und einer spinocerebellären neurodegenerativen Erkrankung modellhaft charakterisiert werden. Multiple Sklerose (MS) ist eine chronisch-entzündliche Erkrankung des zentralen Nervensystems. Zahlreiche Betroffene leiden unter einem subjektiven Mangel körperlicher und mentaler Energie (Fatigue), der ihre Leistungsfähigkeit und aktive Teilnahme am sozialen Leben deutlich beeinträchtigt. Von Grüntee- Extrakten ist bekannt, dass sie den Energiestoffwechsel gesunder Probanden in Ruhe und während körperlicher Aktivität verbessern. Spinocerebelläre Ataxie Typ 1 (SCA1) ist eine seltene, erblich bedingte neurodegenerative Erkrankung. Bei der klinischen Beobachtung von Personen mit SCA1 (PSCA1) fällt häufig ein nachteiliger Gewichtsverlust im Verlauf der Erkrankung auf. Daher sollten folgende Hypothesen geprüft werden: a) systemischer und lokaler Energiestoffwechsel von Personen mit MS (PMS) sind gestört und beinträchtigen die Leistungsfähigkeit während körperlicher Aktivität; b) ein Grüntee-Extrakt reich an Epigallocatechin-3-Gallat (EGCG) verbessert den Energiestoffwechsel in PMS; c) in PSCA1 liegt eine negative Energiebilanz vor, die den häufig beobachteten Gewichtsverlust teilweise erklärt. Es wurde der Energiestoffwechsel in Ruhe und während körperlicher Aktivität von 16 PMS bzw. 10 PSCA1 im Vergleich zu gesunden Kontrollen charakterisiert. In einer doppelblinden, randomisierten, cross-over Studie nahmen 18 PMS über drei Monate 600 mg EGCG/d und Placebo ein. Bei PMS war in Ruhe, nach 12h Nahrungskarenz sowie nach einem Glucose-Trunk, die systemische Lipidoxidation im Vergleich zu Kontrollen vermindert. Die Lipidmobilisation war im abdominal subkutanen Fettgewebe gesteigert. Während moderater körperlicher Aktivität deuteten der systemische Energieumsatz und die Substratoxidation auf eine verminderte Leistungsfähigkeit der PMS hin. Interessanterweise führte die Einnahme von EGCG insbesondere bei Männern mit MS zu einer Harmonisierung dieser Befunde auf das Kontroll-Niveau. Bei PSCA1 vs. Kontrollen waren der Ruhe-Nüchtern-Umsatz um 22 % und die Lipidoxidation um 28 % erhöht. Zusammengefasst zeigten sich auch in gering bis moderat fortgeschrittenen Stadien der hier untersuchten neurologischen Erkrankungen deutliche Veränderungen des Energiestoffwechsels im Vergleich zu Gesunden. Die positive Wirkung von EGCG auf den Energiestoffwechsel während körperlicher Aktivität könnten PMS im Alltag ebenso durch das Trinken von grünem Tee erzielen. Bei PSCA1 scheint eine regelmäßige Kontrolle von Körpergewicht und Körperzusammensetzung aufgrund ihrer katabolen Stoffwechsellage sinnvoll, besonders im Hinblick auf ihren erhöhten Energieverbrauch während körperlicher Aktivität (Gehen).

Neurological diseases can lead to structural and functional changes in motoric, sensory and vegetative neurons. However, little is known how autonomic dysfunction affects energy metabolism in neurological patients and if they could benefit from dietary interventions. Therefore, we characterized energy metabolism in a central and a spinocerebellar neurodegenerative disease. Multiple sclerosis (MS) is an autoimmune inflammatory disorder of the central nervous system. The commonly experienced subjective lack of physical and mental energy (fatigue) in persons with MS (PMS) has a negative impact on their physical activity level as well as their social life. Green tea extracts are known to improve energy metabolism at rest and during exercise in healthy subjects. Spinocerebellar ataxia type 1 (SCA1) is a rare hereditary neurodegenerative disease. Within the disease course, clinicians often observe a detrimental weight loss in persons with SCA1 (PSCA1). Thus, we tested the hypotheses that: a) systemic and local energy metabolism in PMS are impaired which affects working efficiency during physical activity, b) a green tea extract rich in epigallocatechin-3-gallate (EGCG) improves energy metabolism in PMS, and c) PSCA1 present a negative energy balance, either caused by decreased energy intake or increased energy expenditure, partly explaining the often observed weight loss. We characterized resting and physical activity energy metabolism of 16 PMS and 10 PSCA1 compared to healthy controls matched for age, sex, and body composition. In a randomized, double-blind, cross-over trial, 18 PMS took 600 mg EGCG/d and placebo for three months. At rest, both after a 12h overnight fast and an oral glucose load, systemic lipid oxidation was decreased while adipose tissue lipid mobilization was increased in PMS vs. controls. During moderate physical activity, systemic energy expenditure and substrate oxidation indicated a decreased working efficiency in PMS vs. controls. Interestingly, intake of EGCG vs. placebo ameliorated these findings, especially in men with MS. PSCA1 presented with 22% and 28% higher resting energy expenditure and lipid oxidation rate, respectively, compared to closely-matched healthy controls. Taken together, energy metabolism was considerably altered in mild to moderate stages of MS and SCA1 compared with healthy controls. By drinking green tea on a regular basis, PMS could benefit from the effects of EGCG on physical activity energy metabolism in everyday life. Owing to the increased catabolic state in PSCA1, it seems useful to monitor body weight and body composition regularly, particularly because of their increased energy expenditure during physical activity (walking).