Was ist Fruktose (Fruchtzucker) und welche Wirkung hat sie auf den menschlichen Körper?

Viele Elemente des Zusammenhangs zwischen Fruktose und Fettleibigkeit, Dyslipidämie, Insulinresistenz, Hyperurikämie, metabolischem Syndrom und kardiovaskulärem Risiko sind aufgeklärt worden. Auf der Grundlage der Ergebnisse dieser Studien gibt es genügend Beweise für die Notwendigkeit, den Gehalt an freier Fruktose in Getränken und Lebensmitteln zu verringern und den Konsum von freier Fruktose zu reduzieren, was natürlich nicht für Obst gilt.

Was ist Fruktose (Fruchtzucker) und wo kommt es vor?

Fructose oder Fruchtzucker ist ein einfaches Monosaccharid, ein Isomer der Glucose, das in einer Vielzahl von Lebensmitteln entweder frei oder in Verbindung mit Glucose als Teil des Disaccharids Saccharose vorkommt. Chemisch gesehen handelt es sich um ein 6-Kohlenstoff-Polyhydroxyketon, das in wässriger Lösung zwei Ringstrukturen bildet. Im Gleichgewicht beträgt der Anteil der D-Fructofuranose 30 % und der Anteil der D-Fructopyranose 70 %. Aus ernährungswissenschaftlicher Sicht wurde Fruktose als normales Monosaccharid betrachtet, das sogar für Diabetiker von Vorteil ist. Die Forschung der letzten anderthalb bis zwei Jahrzehnte hat diese Ansicht jedoch geändert. Es lohnt sich daher, das Vorhandensein von Fruktose in unserer Ernährung, ihre Aufnahme, ihren Stoffwechsel und alle gesundheitlichen Folgen, die mit Fruktose verbunden sein können, zu untersuchen.

Fruktose in unserer Ernährung

Natürliche Fruktosequellen sind Obst und Honig. Der Zusatz von Saccharose ist gerechtfertigt, da 50 % von ihr bei der Verdauung freigesetzt werden, aber ihre physiologische Wirkung ist nicht dieselbe wie die der freien Fruktose. Bei dem bescheidenen Verbrauch von Obst und dem noch bescheideneren Verbrauch von Honig haben wir nicht viel davon. In den letzten Jahren wurde jedoch Maissirup mit hohem Fructosegehalt in großem Umfang als Süßungsmittel verwendet. Hydrolysierte Maisstärke, die 35 % Glukose enthält, wird enzymatisch behandelt, um Glukose in Fruktose umzuwandeln. In Erfrischungsgetränken wird in der Regel 55 % Fruktosesirup verwendet, etwa 60 %, während in anderen Lebensmitteln 42 % verwendet werden. Eine andere Lösung oder ein Sirup, der ebenfalls häufig zum Süßen verwendet wird, ist Invertzucker, d. h. mit Säure oder dem Enzym Invertase behandelter Rübenzucker. Die Lösung enthält 3-50 % Invertzucker und der Sirup mehr als 50 % Invertzucker mit gleichen Anteilen an Glucose und Fructose (3).

Fruktose Absorption

Fruktose wird von sich aus eher schlecht absorbiert, aber der Prozess wird durch Glukose und bestimmte Aminosäuren (L-Alanin, L-Glutamin, L-Phenylalanin, L-Prolin) erleichtert (4). Der Transport von Fruktose in die Enterozyten wird am Rand der Zelle, die an das Darmlumen grenzt, am Bürstensaum erleichtert. Fruktose allein wird eher schlecht absorbiert, aber der Prozess wird durch Glukose und bestimmte Aminosäuren (L-Alanin, L-Glutamin, L-Phenylalanin, L-Prolin) erleichtert (4). Fruktose wird durch das GLUT5-Protein in die Enterozyten transportiert, das am Rand des Darmlumens an der Bürstengrenze der Zelle wirkt, obwohl man annimmt, dass der Prozess unter dem Einfluss des Konzentrationsgradienten auch ohne dieses Protein aktiv ist. Das GLUT5-Protein wird durch das SLC2A5-Gen kodiert (5, 6). Dasselbe Gen steuert auch die Synthese des GLUT2-Proteins, das für den Eintritt von Fruktose und Glukose aus den Zellen in den Blutkreislauf verantwortlich ist und sich daher auf der basalen Seite der Enterozyten befindet. Die Aufnahme von Fructose wird hauptsächlich durch Glucose erleichtert, wenn diese in gleicher Menge vorhanden ist. Die Erleichterung ist ein spezifisches Phänomen, denn für den Transport von Glukose (und Galaktose, ganz zu schweigen von Natriumionen) ist ein anderes Protein, GLUT1, zuständig. Die Gene, die für GLUT5 und GLUT1 kodieren, sind ebenfalls identisch. Je nach Fruktosegehalt der Nahrung können 5-50 g Fruktose pro Tag aufgenommen werden.

Fruktose Stoffwechsel

In der Leber wird Fructose durch Fructokinase phosphoryliert (Fructose-1-Phosphat), das als Dihydroxyacetonphosphat und Glyceraldehyd-3-phosphat in den glykolytischen Prozess auf Triosephosphat-Ebene eingeht. Daher umgeht Fruktose den Phosphofruktokinase-Kontrollpunkt, der auf Glukose einwirkt und eine Rückkopplungshemmung über Citrat und ATP bewirkt, wodurch der weitere Glukosestoffwechsel begrenzt wird. Aufgrund dieses Unterschieds kann Fructose eine unregulierte Quelle für Glycerin-3-Phosphat und Acetyl-CoenzymA sein, was zur Bildung von VLDL führt und die Lipogenese fördert. Glukose regt auch die Insulinproduktion der Bauchspeicheldrüse an, Fruktose dagegen nicht. Eine fructosereiche Ernährung kann die 24-Stunden-Plasmainsulin- und Leptinkonzentration senken, erhöht jedoch die Nüchterntriacylglyceridwerte und dämpft nicht das wichtigste appetitanregende Hormon, Ghrelin (7).

Der Fruktosekonsum steigt rapide an

In den Vereinigten Staaten überstieg die Menge an Fruktosesirup, die für den Pro-Kopf-Zuckerkonsum verwendet wurde, Anfang der 2000er Jahre bereits die Menge an verbrauchtem Zucker, während sich die Menge des insgesamt verbrauchten Zuckers in diesem Zeitraum kaum veränderte (8). 1970 wurden weltweit 35 Millionen Tonnen Fruktose verwendet, 1990 waren es 55 Millionen und im Jahr 2000 64 Millionen. Zwar stieg der Zuckerverbrauch im gleichen Zeitraum von 70 Millionen Tonnen auf 128 Millionen Tonnen (9).
Nach den Daten der US-amerikanischen NHANES III (Third National Health & Nutrition Examination Survey) aus den Jahren 1988-1994 nahm die gesamte Studienpopulation durchschnittlich 54,7 g (38,4-72,8 g) Fruktose zu sich, was 10,2 % der täglichen Energiezufuhr entspricht. Jugendliche im Alter von 12 bis 18 Jahren verzehrten mit durchschnittlich 72,8 g pro Tag am meisten, was 12 % der Energiezufuhr entsprach, aber bei einem Viertel der Gruppe wurde eine viel höhere Energiezufuhr von 15 % festgestellt.
Die wichtigsten Fruktosequellen bei den 2-5-Jährigen waren Erfrischungsgetränke (27 %), Obst und Vollfruchtsäfte (19 % bzw. 10 %) und Süßigkeiten (10 %). Bei den 12- bis 18-Jährigen stieg der Anteil der Erfrischungsgetränke auf 45 %, bevor er bei den Erwachsenen wieder auf 29 % sank (10). In einer Gruppe von 1400 14- bis 15-Jährigen stammten 32 % der Energiezufuhr aus zugesetztem Zucker, was 200 g entspricht, und die Hälfte davon, d. h. etwa 100 g, war Fruktose (11).
Es gibt keine umfassenden nationalen Daten über den Fruktoseverbrauch. Die Zusammensetzung von gesüßten Lebensmitteln zeigt jedoch, dass fructosehaltiger Sirup sowohl in einheimischen als auch in reichlich importierten Produkten regelmäßig enthalten ist.

Fruktose und Gesundheit

Es sollte betont werden, dass die negativen gesundheitlichen Folgen von Fruktose nur dann zu erwarten sind, wenn der Fruktosekonsum, der im Wesentlichen auf die Süßung mit Fruktose zurückzuführen ist, deutlich zunimmt. Der natürliche Fruchtzuckergehalt von Lebensmitteln ist, abgesehen von extremen Ernährungsgewohnheiten, nicht schädlich, so dass man nicht daran denken sollte, den Verzehr von Obst und ganzen Fruchtsäften einzuschränken.

Fruktose und Dyslipidämie, Insulinresistenz

Insulin und Leptin sind wichtige Elemente der Energiehomöostase, also der langfristigen Regulierung der Nahrungsaufnahme. Beide hemmen das Hungergefühl im zentralen Nervensystem und erhöhen den Energieverbrauch durch die Aktivierung des sympathischen Nervensystems. Insulin wirkt auch indirekt, indem es die Produktion von Leptin im Fettgewebe anregt. Insulin wird in den Betazellen der Bauchspeicheldrüse als Reaktion auf Glukose und Aminosäuren sowie auf bestimmte gastrointestinale Hormone, die Inkretine, ausgeschüttet. Im Gegensatz dazu regen Fruktose und Fett die Produktion von Insulin und damit von Leptin nicht an. Fruktose gelangt nicht in die Betazellen, da diese praktisch kein GLUT5-Transportprotein besitzen.
Das Hormon Ghrelin, das im Magen gebildet wird, steigert das Hungergefühl und verringert die Fettverbrennung. Seine Sekretion wird durch Essen unterdrückt, was bei Fruktose nicht der Fall ist. Daher erhöhen stark fructosehaltige Getränke und andere Lebensmittel das Risiko für Fettleibigkeit und gleichzeitig für Typ-2-Diabetes. Bei Kindern kann eine Portion eines zuckerhaltigen Getränks den Body-Mass-Index um 0,25 kg/m erhöhen2 (12).
Das erste Anzeichen einer durch Fruktose verursachten Stoffwechselstörung ist die postprandiale Hypertriglyceridämie, die eine Folge der De-novo-Lipogenese durch die Leber ist. Fruktose erhöht die Bildung von Fett in der Leber, weil
(1) vermeidet den oben erwähnten Regulierungspunkt der Phosphofructokinase,
(2) Die Leber ist der Hauptort des Fructosestoffwechsels,
(3) Fruktose aktiviert Protein-1c-bindende Sterolrezeptorelemente, die die Expression von an der Lipogenese beteiligten Genen verstärken.
Apolipoprotein B100 (ApoB) ist für den Einbau von Triglyceriden in VLDL unerlässlich. Fruktose kann die Konzentration von ApoB um bis zu 25 % erhöhen. Fruktose verursacht eine Läsion, die der alkoholischen Fettleber ähnelt.
Fruktose trägt hauptsächlich zur viszeralen Adipositas bei. Der Verzehr eines mit Zucker oder Fruktose gesüßten Getränks ad libitum führte unter Versuchsbedingungen zu einer durchschnittlichen Gewichtszunahme von 1,5 kg. CT-Untersuchungen haben jedoch gezeigt, dass sich intraabdominales Fett nur bei denjenigen ansammelte, die fructosehaltige Flüssigkeiten tranken (13). Freie Fettsäuren, die aufgrund der ausgeprägteren lipolytischen Tendenz des viszeralen Fettes leichter freigesetzt werden, gelangen mit größerer Wahrscheinlichkeit direkt in die Leber und tragen zu einem gestörten Leberstoffwechsel bei als Fettsäuren aus anderen Fettgeweben des Körpers.
Das viszerale Fettgewebe besteht aus größeren Fettzellen, die insulinresistenter sind als kleine Zellen und weniger Adiponektin produzieren, was zu einer verringerten Lipidoxidation in der Leber und einer verringerten Insulinsensitivität führt, da die AMP-Kinase nicht aktiviert wird. Eine Folge all dessen ist die Insulinresistenz, zu der die hepatische TG-Akkumulation beiträgt. Da die Leber weniger empfindlich auf Insulin reagiert, wird die Glykogensynthese reduziert und die Glukoneogenese und Glykogenolyse werden verstärkt.
Insulinresistenz führt zu einer erhöhten VLDL-Produktion. Vermutlich fördert Insulin den Abbau von ApoB, indem es den Lipidtransfer zum VLDL-Vorläufer ApoB hemmt und die für den ApoB-Abbau verantwortliche Protease reguliert.
Erhöhte VLDL- und Plasma-TG-Werte werden mit einem proatherogenen und kardiovaskulären Risiko in Verbindung gebracht. Dies ist auf eine postprandiale Hypertriglyceridämie (die bei Fruktose beobachtet wird), höhere Konzentrationen von TG-reichen Restlipoproteinen, nicht zuletzt LDL niedriger Dichte und vermindertes HDL, zurückzuführen (13).
Die belebende Wirkung hält bis zu 12 Stunden an. Bei gesunden Männern kann sich der Nüchtern-TG nach 6 Tagen einer Diät mit 25 % Fruktose verdoppeln (10).
Übermäßiger Fruktosekonsum ist ein Risikofaktor für die Entwicklung des metabolischen Syndroms, bei dem Fettleibigkeit, Typ-2-Diabetes, Dyslipidämie und Bluthochdruck nebeneinander bestehen (14). Eine enorme Dosis von 250 g Fruktose pro Tag für 1 Woche, etwas weniger, 216 g für 28 Tage, führte zu Insulinresistenz, 100 g für 4 Wochen dagegen nicht. Bei Männern mittleren Alters, die bereits eine Insulinresistenz aufwiesen, führten 15 % Fruktose über 5 Wochen zu höheren Blutzucker- und Insulinwerten. Menschen reagieren besonders empfindlich auf Fruktose, Versuchstiere (z. B. Ratten) weit weniger. Fruktose hat einen relativ niedrigen GI von 23 im Vergleich zu 100 für Glukose (15).

Fruktose und hohe Harnsäurewerte

Fruktose wird in der Leber durch Fruktokinase (Ketohexokinase) phosphoryliert, ein Prozess, der ATP erfordert. Dabei entsteht Adenosin-5′-diphosphat, das weiter zu Adenosin-5′-monophosphat, dann zu Inosin-5′-phosphat und schließlich zu Harnsäure abgebaut wird. Hohe Harnsäurewerte sind ein Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen, da sie die Verfügbarkeit von Stickstoffmonoxid verringern, das für die Funktion der Gefäßwände (Endothel) und die Aufrechterhaltung eines normalen Blutdrucks notwendig ist. Hyperurikämie ist ein unabhängiger Marker für Bluthochdruck, der auch Aufschluss über das wahrscheinliche Auftreten von Insulinresistenz, Typ-2-Diabetes und Fettleibigkeit gibt.
Die harnsäurebildende Xanthinoxidoreduktase ist auch an der Adipogenese beteiligt (7, 15). Fruktose ist ein ausgesprochener Risikofaktor für Gicht. In diesem Zusammenhang können Früchte mit hohem Fruchtzuckergehalt (Äpfel, Orangen, Bananen, Weintrauben, Birnen) eine Rolle spielen (16).
Da die Fructokinase ATP als Substrat für die Phosphorylierung verwendet, hat dies weitere Konsequenzen. Die fehlende Rückregulierung des Prozesses kann zu einem ATP-Mangel führen, der einen vorübergehenden mRNA-Mangel und in der Folge einen Stopp der Proteinsynthese und der Milchsäurebildung verursacht. Bei einer intravenösen Verabreichung von 50 g Fruktose ist bereits ein hepatischer ATP-Mangel festzustellen. Neben der Leber enthalten auch die Zellen der Niere, des Verdauungstrakts und der Fettzellen hohe Mengen an Fructokinase und reagieren daher besonders empfindlich auf die ATP-Mangel verursachende Wirkung von Fructose.
Die Epithelzellen der Nierentubuli reagieren auf 1 mmol Fruktose mit einer Stressreaktion, ATP-Reduktion und Entzündungssignalen: Dies entspricht dem Blutspiegel nach Fruktosekonsum. Der Anstieg der Harnsäureproduktion spiegelt den intrazellulären ATP-Mangel wider, der bereits durch 0,5 g/kg Körpergewicht an Fruktose ausgelöst werden kann, insbesondere bei Kindern. Das metabolische Syndrom, die Fettleber, wird häufig mit einer Fruktosezufuhr erklärt, die das Zwei- bis Dreifache der zulässigen Menge übersteigt. Im Vergleich zu anderen Lebererkrankungen lassen sich höhere Mengen an Fructokinase-mRNA nachweisen.
Fructose-induzierte Hyperurikämie tritt auch häufig bei Hypertonikern und Patienten mit chronischen Nierenerkrankungen auf. Eine fructosereiche Ernährung führt innerhalb weniger Wochen zu anhaltend hohen Serumharnsäurespiegeln. Glukose und Stärke haben keine solchen Folgen (15, 17).

Fruktose und Diabetes

Fruktose erhöht bei Diabetikern die im Urin ausgeschiedene Glukosemenge, weil die Umwandlung von Fruktose in Glukose bei diesen Patienten verstärkt ist (die Glukoneogenese aus Laktat und Pyruvat, die aus Fruktose gewonnen werden, ist ausgeprägter). Geringe Mengen an Fruktose erhöhen die hepatische Glukoseaufnahme und die Glykogensynthese und sind daher für die Kontrolle der Hyperglykämie von Vorteil. Andererseits begünstigt der dauerhafte Verzehr einer fructosereichen Ernährung, insbesondere in Kombination mit Fett und einem inaktiven Lebensstil, Übergewicht und andere kardiovaskuläre Risikofaktoren und beeinträchtigt die Insulinresistenz.
Die Anhäufung von Fruktose im Gewebe wird mit diabetischer Neuropathie und Fruktosylierung von Proteinen in Verbindung gebracht, erhöht das Risiko von Katarakten, Lipidperoxidation und reduziert die antioxidative Abwehr. Letzteres trägt auch zur Verschlechterung der Funktion der Betazellen bei, ganz zu schweigen von der Insulinresistenz. Obwohl diese Beobachtungen hauptsächlich aus Tierstudien stammen, sind sie höchstwahrscheinlich auch auf den Menschen übertragbar.
Typ-2-Diabetikern wurden 60 g Fruktose pro Tag verabreicht. Nach 6 Monaten wurden unveränderte Werte für Gesamtcholesterin, TG, ApoA1 und ApoB gemessen, also kein Anstieg der Atherogenität. In anderen Studien wurden jedoch nachteilige Auswirkungen festgestellt: 20 en% Fruktose erhöhten signifikant die Gesamt- und LDL-Cholesterinkonzentrationen. Die negativen Auswirkungen sind besonders ausgeprägt, wenn die Ernährung einen hohen Fettanteil aufweist (12).

Fruktose und kardiovaskuläres Risiko

Kleinere LDL-Partikel werden mit dem metabolischen Syndrom in Verbindung gebracht und können Risikofaktoren für frühe Atherosklerose und Typ-2-Diabetes sein. Darüber hinaus ist die Prävalenz kleiner LDL-Partikel auch bei fettleibigen Personen erhöht, insbesondere bei solchen mit zentraler Adipositas.
In einer epidemiologischen Querschnittsstudie mit Kindern im Alter von 6-14 Jahren wurde festgestellt, dass fettleibige Kinder signifikant mehr mit Fruktose gesüßte Snacks und Getränke konsumieren als normalgewichtige Kinder und auch signifikant höhere TG-Werte und kleine LDL-Partikel sowie niedrigere HDL-Werte aufweisen. Die LDL-Partikelgröße stand in umgekehrter Beziehung zum Body-Mass-Index. Die Größe der Fruktoseaufnahme sagt eine Verschiebung der Verteilung der LDL-Partikel hin zu kleineren Größen voraus (18).

Fruktose und Durchfall

Aus den obigen Ausführungen geht hervor, dass die Aufnahme von Fruktose aus dem Darmtrakt begrenzt ist und im Wesentlichen von der verfügbaren GLUT5-Kapazität abhängt. Wenn diese Kapazität nicht ausreicht oder, was häufiger der Fall ist, die aufgenommene Fruktosemenge hoch ist, wird der überschüssige Zucker in den unteren Darmtrakt transportiert. Damit steht ein Nährstoff zur Verfügung, der von der Bakterienflora des Dickdarms leicht verwertet werden kann. Die Verwertung geht jedoch aufgrund der veränderten osmotischen Bedingungen mit Gasbildung und Wassereinlagerungen einher. Das Ergebnis ist ein aufgeblähter Bauch, übermäßige Blähungen, loser Stuhl und sogar Durchfall. Der Schweregrad der Symptome hängt von der Menge der Fruktose und der Art der gleichzeitig verzehrten Lebensmittel ab. Im Allgemeinen gelten bis zu 30 g Fruktose bei einer einzigen Gelegenheit und 50 g Fruktose am Tag als eine Menge, die keine Beschwerden verursacht (19).

Schlussfolgerungen

Eine anhaltend positive Energiebilanz, auch wenn sie nur mäßig ist, fördert überzeugend das metabolische Syndrom, indem sie die Anhäufung von viszeralem Fett erhöht, wodurch die Menge an freien Fettsäuren, die über den portalen Kreislauf in die Leber gelangen, steigt. Eine fructosereiche Ernährung führt über die De-novo-Lipogenese direkter und schneller zu einer Überfettung der Leber. Dies führt zur Ablagerung von TG in der Leber, zur Akkumulation und zur Sekretion von VLDL. Die Anhäufung von TG in der Leber geht mit einem Anstieg der Diacylglyceridkonzentration einher, der die nPKC aktiviert und die Insulinwirkung unterbricht. Signalsystem. Es wird angenommen, dass die Produktion von TG und VLDL in der Leber mit der hepatischen Insulinresistenz zusammenhängt.
Fruktose in der Nahrung erhöht die Energieaufnahme, indem sie sich negativ auf appetitregulierende Hormone (vor allem Leptin und Ghrelin) auswirkt und so zur raschen Ausbreitung der Adipositas-Epidemie beiträgt. Sie birgt ein erhöhtes kardiovaskuläres Risiko aufgrund von Dyslipidämie, Hyperurikämie und Stickoxiddysfunktion, die sich auf die vaskuläre Endothelfunktion auswirken (20, 21, 22, 23). Die Notwendigkeit, den Fruktosekonsum zu begrenzen, und zwar im Wesentlichen durch eine Verringerung der zum Süßen verwendeten Fruktose und nicht durch eine Einschränkung des Verzehrs natürlicher Fruktosequellen, d. h. von Obst, ist daher gut belegt.