Der Glucoseverbrauch des menschlichen Gehirns unter dem Einfluß intravenöser Infusionen von Glucose,Glucagon und Glucose-Insulin

Zusammenfassung 1. Bei Kranken mit cerebraler Arteriosklerose findet sich eine Verminderung der Hirndurchblutung sowie der cerebralen Sauerstoff-und Glucoseutilisation. Die Glucoseaufnahme ist besonders stark reduziert, der Quotient aus Glucoseverbrauch: O₂-Verbrauch sowie der cerebrale RQ sind statistisch signifikant vermindert. Daraus läßt sich ableiten, daß als Folge einer gestörten Glucosepermeation oder -utilisation im Gehirn vermehrt Nicht-Kohlenhydrate verbrannt werden.2. Es wurde geprüft, ob durch Erhöhung des arteriellen Blutzuckers eine Verbesserung der Glucoseaufnahme im Gehirn zu erreichen sei. Die Hirndurchblutung wurde mit der Stickoxydulmethode vonKety undSchmidt bestimmt. Gleichzeitig erfolgten Analysen des cerebralen O₂- und Glucoseverbrauchs sowie der Abgabe von CO₂, Lactat und Pyruvat. Enzymatische substratspezifische Meßmethoden kamen zur Anwendung.3. Intravenöse Glucoseinfusionen von 60 ml 50%-iger Glucose hatten trotz eines Blutzuckeranstiegs von 96 auf 265 mg-% keinen statistisch signifikanten Einfluß auf Hirndurchblutung und cerebralen Stoffwechsel.4. Auch nach intravenösen Glucagoninjektionen von 20/kg war trotz Hyperglykämie eine Änderung der Hirnzirkulation, sowie der O₂- und Glucoseutilisation nicht erkennbar.5. In 23 Untersuchungen wurden intravenöse Infusionen von 60 ml 50%iger Glucose mit 24 E Insulin verabfolgt. In neun Messungen mit normalen Ausgangswerten stieg die cerebrale Glucoseaufnahme um 47%, von 5,62 auf 8,29 mg/100 g·min an. Die Hirndurchblutung, der cerebrale O₂-Verbrauch und RQ sowie die Abgabe von Lactat und Pyruvat blieben unverändert normal.Bei 14 Kranken mit cerebraler Arteriosklerose und stark verminderten Hirnstoffwechselwerten nahm bei unveränderter Durchblutung und O₂-Verbrauch die Glucoseaufnahme im Hirn um 84% zu: Die arteriohirnvenöse Glucosedifferenz stieg von 6,8 auf 12,2mg-%, die Glucoseaufnahme von 2,80 auf 5,11 mg/100 g·min. Mit dieser Normalisierung der Glucoseutilisationswerte ging eine statistisch gesicherte Normalisierung auch des Quotienten aus Glucoseverbrauch: Sauerstoffverbrauch sowie des zuvor erniedrigten cerebralen RQ einher.6. Aus den Ergebnissen wird gefolgert, daß das Insulin einen fördernden Einfluß auf die Glucosepermeation in die Ganglienzellen hat. Die vermehrt aufgenommene Glucose kann einer gesteigerten Synthese von Hirnglykogen und Aminosäuren dienen, und bei pathologischen Ausgangswerten zu einer Normalisierung des cerebralen Glucosestoffwechsels führen, erkennbar am Anstieg des cerebralen RQ von 0,88 auf 0,99.7. Die Bedeutung dieser Befunde für die Therapie wird diskutiert.

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Summary 1. In patients suffering from cerebral arteriosclerosis cerebral blood flow and cerebral utilization of oxygen and glucose are decreased. There is a marked reduction in cerebral uptake of glucose, and the quotient Q of glucose-uptake: oxygen consumption and the cerebral RQ are diminished significantly. From these observations it may be concluded that the cerebral metabolism of Non-Carbohydrates is increased as a consequence of disturbed permeation or utilization of glucose.2. We investigated whether an improved cerebral uptake of glucose could be achieved by elevating the level of arterial glucose. The cerebral blood flow was measured by the nitrous oxide method ofKety andSchmidt. Simultaneously the consumption of oxygen and glucose and the delivery of CO₂, lactate and pyruvate were analysed. The determinations were performed by enzymatic substrate-specific methods.3. Intravenous infusions of 60 ml 50% glucose influenced neither cerebral blood flow nor cerebral metabolism significantly, in spite of an elevated blood sugar level from 96 to 265 mg-%.4. A hyperglycemia induced by the intravenous injection of glucagon (20/kg) did not change cerebral blood flow or cerebral metabolism essentially.5. In 23 investigations an infusion of 60 ml 50% glucose and 24 U insulin was given intravenously.In 9 patients showing normal control values the cerebral uptake of glucose increased significantly from 5,62 to 8,29 mg/100 g · min (= 47%). Cerebral blood flow, cerebral oxygen consumption, cerebral RQ and the delivery of lactate and pyruvate remained within normal limits.In 14 patients with cerebral arteriosclerosis and markedlyreduced reduced values of cerebral metabolism the glucose consumption increased significantly by 84%: The arteriovenous difference of glucose rose from 6,8 to 12,2 mg-%, the cerebral uptake of glucose from 2,80 to 5,11 mg/100 g · min. Together with the normalization of the values of glucose utilization the quotient Q of glucose-uptake/oxygen-consumption rose from the previously decreased value of 1,06 to 1,82, and the cerebral RQ became normalized by a significant increase from 0,88 to 0,99.6. It is concluded from theses results that insulin has an improving effect upon the permeation of glucose into the brain cells. The augmented uptake of glucose may serve to an increased synthesis of cerebral glycogen and amino acids and may under pathological conditions restore normal cerebral glucose metabolism.7. The therapeutic implications of these findings are discussed.Die Untersuchungen wurden mit Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft durchgeführt.

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Herrn Prof. Dr. Drs. h. c.K. H. Bauer zum 75. Geburtstag.