In einem aktuellen Beitrag in Nature Metabolism beschreibt Mark P. Mattson von der Johns-Hopkins-Universität die „cyclic metabolic switching“-Theorie als zentrales Erklärungsmodell für die gesundheitsfördernden Effekte des intermittierenden Fastens. Die Theorie liefert ein Erklärungsmodell der physiologischen Anpassungen, die durch den Wechsel zwischen Fasten- und Essphasen hervorgerufen werden.
Intermittierendes Fasten: Mehr als Kalorienreduktion
Während kalorische Restriktion und ketogene Diäten ebenfalls mit positiven Gesundheitseffekten in Verbindung gebracht werden, unterscheidet sich das intermittierende Fasten durch einen wiederholten Wechsel zwischen ketogenen und nicht-ketogenen Stoffwechselzuständen. Zu den etablierten Formen des intermittierenden Fastens zählen das „time-restricted eating“ mit täglichen Essensfenstern von vier bis zehn Stunden sowie das „alternate-day fasting“ mit abwechselnden Fasten- und Ernährungstagen. In beiden Fällen erfolgt eine periodische metabolische Umschaltung, die laut Mattson als Schlüsselmechanismus für die beobachteten positiven Effekte zu werten ist.
Während der Fastenphasen werden spezifische zelluläre Stressantworten ausgelöst, darunter Autophagie, Mitochondrien-Recycling und antioxidative Schutzmechanismen. In den anschließenden Essphasen folgen regenerative Prozesse wie Zellwachstum und synaptische Plastizität.
Molekulare Mechanismen der zyklischen Umschaltung
Die Fastenphasen führen zu einem Absinken der Glukosespiegel und einer Umstellung des Energiestoffwechsels hin zur Nutzung von Ketonkörpern, insbesondere β-Hydroxybutyrat (BHB). BHB fungiert nicht nur als alternativer Energieträger, sondern auch als Signalmolekül mit vielfältigen epigenetischen und zellulären Wirkungen. Während der Fastenphase werden autophagische Prozesse aktiviert und der mTOR-Signalweg gehemmt, was zur Entfernung geschädigter Zellbestandteile beiträgt. In der anschließenden Nahrungsphase wird mTOR reaktiviert, wodurch Zellwachstum und Plastizität gefördert werden.
Zu den zentralen zellulären Signalwegen zählen:
- Sirtuine (SIRT1 und SIRT3): Vermitteln zelluläre Stressresistenz und verbessern die mitochondriale Funktion
- AMPK/PGC-1α-Achse: Fördert die Mitochondrienbiogenese
- NRF2: Aktiviert antioxidative Schutzmechanismen
- Autophagie-Maschinerie: Unterstützt Proteinqualitätskontrolle und Organellenerneuerung
Endokrine und parakrine Vermittlung
Zusätzlich zur intrazellulären Signalweiterleitung spielen mehrere zirkulierende Hormone und Mediatoren eine Rolle im zyklischen Stoffwechsel. Diese Moleküle wirken synergetisch und könnten als „Fastokine“ betrachtet werden, also hormonähnliche Botenstoffe, die systemische Anpassungsprozesse an Fastenzustände koordinieren. Mattson nennt die folgenden Fastokine als Beispiele:
- Ghrelin: Steigert die Neurogenese und wirkt entzündungshemmend
- Adiponektin: Fördert die Insulinsensitivität und synaptische Plastizität
- FGF21 und α-Klotho: Zeigen Anti-Aging-Effekte und unterstützen kognitive Funktionen
- Stickstoffmonoxid und Schwefelwasserstoff: Verbessern die vaskuläre und mitochondriale Funktion
Evidenz aus Human- und Tierstudien
Die Theorie des cyclic metabolic switching stützt sich auf zahlreiche Studienergebnisse der vergangenen Jahre. In Tiermodellen zeigte sich, dass Fastenstrategien wie alternate-day fasting oder time-restricted eating neuroprotektive, metabolische und kardiovaskuläre Effekte entfalteten. Auch in randomisierten kontrollierten Studien mit übergewichtigen und normalgewichtigen Probanden führte intermittierendes Fasten zu Verbesserungen bei Insulinsensitivität, Blutdruck, Entzündungsparametern und Muskelaufbau. Viele dieser Effekte traten interessanterweise auch unter isokalorischen Fastenbedingungen auf. Dies spricht dafür, dass die positiven Wirkungen intermittierenden Fastens nicht allein auf einem Kaloriendefizit beruhen und in der Anwendung besseren Anspruch finden könnten.
Intermittierendes Fasten vs. ketogene Diät
Obwohl ketogene Diäten ebenfalls eine Ketose hervorrufen, fehlt ihnen die zyklische Komponente des intermittierenden Fastens. Aufgrund ihres typischerweise hohen Proteingehalts führen sie möglicherweise nicht zur gleichen Hemmung des mTOR-Signalwegs wie die Fastenphasen beim intermittierenden Fasten.
Darüber hinaus kann die ketogene Ernährung die Spiegel von Ghrelin und Adiponektin senken und dadurch potenziell schützende Wirkungen dieser Hormone auf Immun- und Herz-Kreislauf-Funktion abschwächen. In Tiermodellen wurden z. B. unter langfristiger ketogener Ernährung metabolische und kognitive Beeinträchtigungen beobachtet, darunter Insulinresistenz, Fettleber und verkürzte Lebensspanne. Zudem werden aktuell der geringe Ballaststoffgehalt und das Fehlen pflanzlicher Mikronährstoffe kritisch bewertet.
Intermittierendes Fasten als vielversprechende Diät-Option
Die Theorie des cyclic metabolic switching liefert ein interessantes Konzept zur Erklärung der vielfältigen gesundheitsfördernden Effekte intermittierenden Fastens. Ihre Integration in klinische Studien und zukünftige Therapiekonzepte könnte wegweisend sein, dieses Diät-Konzept noch besser zu verstehen und die potenziellen gesundheitsfördernden Aspekte zu spezifizieren.
Künftige Studien sollten verschiedene Fastenformen, zirkadiane Aspekte und patientenspezifische Parameter berücksichtigen. Auch digitale Tools zur Überwachung von Ketose, Glukosewerten oder Fastenintervallen könnten helfen, intermittierendes Fasten personalisiert und sicher umzusetzen.
