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Die Aufnahme von Nahrungsstoffen ermöglicht es dem Körper Energie durch Verbrennung der Nahrungsstoffe zu gewinnen, um seine Organisation
- Bau- und
- Betriebs- oder Energiestoffwechsel
und die damit verbundenen Lebensfunktionen
- Wachstum
- Zellerneuerung
- Körper-T
- mechanische und
- chemische Arbeit
aufrechtzuerhalten

Ausgangspunkt - Aufnahme von Nahrungsstoffen
1. Zerkleinerung und Zerlegung der Nahrungsstoffe in den
    verschiedenen Abschnitten des Verdauungstraktes durch
    Enzyme der Verdauungsdrüsen
2. Aufnahme - Resorption - über die Schleimhaut des
    Magen-Darm-Kanals
3. Transport der ins Blut übergetretenen energiereichen
    Verbindungen über den Pfortaderkreislauf zur Leber und
    schließlich zu den Zellen
4. Biologische Oxidation - Abbau der energiereichen zu
    energiearmen Verbindungen - CO2 und H2O - in den
    Mitochondrien mit Hilfe von O2
5. Speicherung der bei der biologischen Oxidation frei
    gewordenen Energie in energiereichem ATP
ATP wird für energieverbrauchende Prozesse zur Verfügung gestellt und liefert Energie durch Abspaltung von Phosphatmolekülen

Definition Stoffwechsel
Weitere Bezeichnungen - Metabolismus
Gesamtheit der lebensnotwendigen biochemischen Vorgänge zum Auf-, Um- und Abbau des Organismus

Man unterscheidet (bereits erwähnt)
- Bau- und
- Betriebs- oder Energiestoffwechsel

Definition Baustoffwechsel
Weitere Bezeichnungen - Aufbaustoffwechsel, Anabolismus
Neuaufbau von Zellsubstanz - Synthese von körpereigenen Substanzen, die dem Wachstum des Organismus dienen

Man spricht von energieverbrauchenden Assimilationsvorgängen, bei denen eine Umwandlung der aufgenommenen körperfremden in körpereigene Stoffe erfolgt

Assimilation von Pflanzen - Photosynthese
- Energie stammt aus dem Sonnenlicht
- Umwandlung der aufgenommenen, energiearmen anorganischen
  Verbindungen in energiereiche organische
Autotrophe Organismen

Assimilation von Mensch und Tier
- Energie stammt aus der Nahrung, die bereits energiereiche
  Verbindungen enthält
Heterotrophe Organsimen

Definition Betriebs- oder Energiestoffwechsel
Weitere Bezeichnungen - Abbaustoffwechsel, Katabolismus
Der im Organismus unter Freisetzung von Energie erfolgende Abbau von energiereichen zu energieärmeren Verbindungen

Man spricht von energieliefernden Dissimilationsvorgängen
Der wichtigste Dissimilationsvorgang ist die biologische Oxidation

Der Energiebedarf des menschlichen Organismus ist von vielen Faktoren abhängig
- Alter
- Geschlecht
- Gewicht
- körperlicher Aktivität
- Umgebungstemperatur
und ist selbst bei vollkommener körperlicher Ruhe - Ruhe- oder Grundumsatz - sehr unterschiedlich

Definition Grund- und Arbeitumsatz
Man unterscheidet einen unter standardisierten Bedingungen gemessenen Grundumsatz
- morgens
- nüchtern
- in Ruhe liegend
- normale Körper-T
- behagliche Umgebungs-T
von einem bei körperlicher Arbeit gemessenen Arbeitsumsatz

Die Energieausbeute von Stoffwechselprozessen ist mitunter von der Art der umgesetzten Nahrungsstoffe abhängig
- Proteine
- Kohlenhydrate
- Fette

Zur Bestimmung des Energiegehaltes der einzelnen Nahrungsstoffe außerhalb des menschlichen Körpers benutzt man eine Brennkammer - Kalorimeter
- Die Nahrungsstoffe werden im Kalorimeter verbrannt und die
  dabei freiwerdende Wärme- bzw. Energiemenge gemessen -
  physikalischer Brennwert

Als Maßeinheit verwendet man neben der veralteten Kalorie (cal) das Joule (J)

1 J = 0,239 cal
1 cal = 4,185 J

Verbreitet sind die Angaben in kcal und kJ

Definition physiologischer Brennwert
Der dem Körper zur Verfügung stehende Energiegehalt

Fette und verdaubare Kohlenhydrate
Bei vollständiger Verbrennung entspricht der physiologische dem physikalischen Brennwert

Proteine liefern bei vollständiger Verbrennung neben CO2 und H2O, Harnstoff, der bei vollständiger Verbrennung weitere Energie liefern könnte
Der physiologische Brennwert ist kleiner als der physikalische

Nahrungsbestandteil	physiologischer Brennwert
Proteine	17,2 kJ/g
Kohlenhydrate	17,6 kJ/g
Fette	38,9 kJ/g
Alkohol	30 kJ/g

Grundumsatz eines erwachsenen Mannes /kg Gewicht und Stunde = 4,2 kJ = 1 kcal

Bei einem Körpergewicht von 70 kg = 7000 kJ = 1700 kcal/Tag

Der entsprechende Wert für eine gleich schwere Frau ist 10-20% niedriger

Neben diesen Faktoren - Alter, Gewicht, Geschlecht - ist der Grundumsatz von weiteren Faktoren abhängig

Umsatzsteigerung	Umsatzminderung
geistige Tätigkeit	Schlaf
emotionale Reaktion	Narkose
Fieber	Hypothyreose
Hyperthyreose

Bei körperlicher Arbeit steigt der Tagesumsatz über den Freizeitumsatz von etwa 10000 kJ/Tag auf
- 12000 kJ bei leichter Arbeit (Arbeit am Schreibtisch)
- 16000 kJ bei mittelschwerer körperlicher Arbeit (Rasen mähen)
- 20000 kJ bei körperlicher Schwerstarbeit (Möbel schleppen)

Hochleistungssportler erreichen in Ausnahmefällen kurzfristig einen Energieumsatz von bis zu 70000 kJ/h

Messung des Energieumsatzes über
- die Wärmeproduktion
- einfacher - den O2-Verbrauch

Definition kalorisches Äquivalent
Zur vollständigen Verbrennung von 1 mol = 180 g Einfachzucker - Glukose - werden 134 l O2 benötigt. Dabei wird eine Energie von 2780 kJ erzeugt, d. h. 20,7 kJ/l O2. Dieser Wert wird als kalorisches Äquivalent bezeichnet

Definition respiratorischer Quotient
RQ = CO2-Abgabe/O2-Aufnahme

Die Menge des produzierten CO2 und des verbrauchten O2 ist von der Art des oxidierten Nahrungsstoffes abhängig, so dass der RQ darüber informiert, welcher Nahrungsstoff verbrannt wird

Bei gleichen Eiweißanteilen beträgt der RQ
- bei überwiegender Kohlenhydrat-Ernährung 1,0
  C6H12O6 + 6CO2 = 6CO2 + 6H2O
- bei überwiegender Fett-Ernährung 0,7
  2C51H98O6 + 145O2 = 102CO2 + 98H2O

Zu einer ausgewogenen menschlichen Ernährung gehören
1. Proteine
2. Kohlenhydrate
3. Fette
4. Vitamine
5. Mineralstoffe
6. Spurenelemente
und ausreichend H2O
Wünschenswert ist außerdem die tägliche Zufuhr von Ballaststoffen

Definition Ballaststoffe
Nichtverdauliche Pflanzenbestandteile z. B. Zellulose, die ein hohes Quellvermögen besitzen und die Darmtätigkeit anregen

Empfohlene tägliche Zufuhr der 3 Hauptenergielieferanten für einen Mann mit 70 kg Gewicht bei leichter körperlicher Tätigkeit

Proteine	56 g
Kohlenhydrate	340 g
Fette	75 g

Unter Berücksichtigung der physiologischen Brennwerte liefern
- Proteine - 10%
- Kohlenhydrate - 60% und
- Fette - 30%
des täglichen Energiebedarfs
Mit zunehmendem Energieumsatz sollte der Fettanteil gegenüber dem Kohlenhydratanteil erhöht werden

AS-Lieferanten

- insgesamt 20 natürlich vorkommende AS
- davon können 8 vom Organismus nicht selber hergestellt
  werden
  1. Leucin
  2. Lysin
  3. Methionin
  4. Phenylalanin
  5. Isoleucin
  6. Valin
  7. Threonin
  8. Tryptophan
- Histidin ist nur für Säuglinge und Kleinkinder essenziell
- alle essenziellen AS sind mit Ausnahme von Lysin, das in
  pflanzlichen Nahrungsmitteln nicht oder nur unzureichend
  enthalten ist, sowohl in pflanzlichen, als auch in tierischen
  Produkten zu finden

Bevorzugte Energiequelle

Wichtig für die Ernährung des Menschen sind
- Monosaccharide
  - Glukose - Traubenzucker
  - Honig, Früchte
- Disaccharide
  - Laktose - Milchzucker
  - Milch, Haushaltszucker - Saccharose
- Polysaccharide
  - Stärke
  - pflanzliche - Stärke - und tierische Produkte - Glykogen

Kohlenhydrate können nur in geringen Mengen gespeichert werden
Der Gesamtvorrat an Glykogen in der Leber und Skelettmuskulatur (300-400 g) wird innerhalb eines Tages aufgebraucht

Einfache Zucker gelangen schnell ins Blut und verursachen einen schnellen Anstieg des Blutzuckerspiegels
- Produktion großer Mengen Insulin zur Herabsetzung des
  Blutzuckerspiegels
- Herabsetzung verursacht Hungergefühl und Gefühl der
  Abgeschlagenheit

Zuckerreiche Kost verursacht starke Schwankungen des Blutzuckerspiegels und der Leistung
Zudem haben Einfachzucker keinen Nährwert - leere Energielieferanten

Energielieferanten und -reservoir

Weitere Funktionen
- liefern essenzielle Fettsäuren z. B. die in pflanzlichen Ölen
  vorkommenden, mehrfach ungesättigten Fettsäuren Linol- und
  α-Linolensäure
- enthalten Cholesterin als Zellbaustein und Hormonvorläufer
- sind Lösungsvermittler fettlöslicher Vitamine - Vitamin A, E

Hauptsächlich werden Triglyceride oder Neutralfette aufgenommen - Verbindungen aus jeweils
- 3 Fettsäuren und
- dem dreiwertigen Alkohol Glycerol
Häufig vorkommende Fettsäuren sind die
- Palmitin-
- Stearin-
- Öl-
- Linolsäure

Tierische Fette enthalten überwiegend gesättigte Fettsäuren,
pflanzliche dagegen haben einen höheren Anteil an ungesättigten
Fettsäuren - Ausnahme Kokosfett

- müssen regelmäßig mit der Nahrung oder in Form von Zusätzen
  eingenommen werden
- sind in Nahrungsmitteln in unterschiedlichsten Mengen vorhanden
- kommen als Vitamine oder Provitamine - Vorstufen - vor, z. B.
  - β-Carotin (auch Provitamin A)
  - Dehydrocholesterin (liefert unter Einwirkung von UV-Strahlen
    Vitamin D3)
- übernehmen katalytische oder steuernde Funktionen
- werden nach ihren unterschiedlichen Lösungseigenschaften und
  Funktionen unterteilt

1. Fettlösliche Vitamine
    - Vitamin A - Retinol
    - Vitamin D - Calciol
    - Vitamin E - Tocopherol
    - Vitamin K - Phyllochinon
2. Wasserlösliche Vitamine
    - Vitamin C - Ascorbinsäure
    - Vitamin B1 - Thiamin
    - Vitamin B2 - Riboflavin
    - Vitamin B3 - Niacin
    - Vitamin B5 - Panthotensäure
    - Vitamin B6 - Pyridoxal
    - Vitamin B9 - Folsäure
    - Vitamin B12 - Cobalamin
    - Vitamin H - Biotin
    Auch das semi-essenzielle Inositol - Bestandteil des Lecithins -
    wird häufig zu den B-Vitaminen gezählt

Wasserlösliche Vitamine zirkulieren im Blut und können im Körper nicht gespeichert werden

Fettlösliche Vitamine werden nur bei intakter Fettverdauung und Fettresorption aufgenommen und werden im Körper in Leber und Fettgewebe gespeichert

1. B-Vitamine und Vitamin K
    - katalysieren als Bestandteile von Coenzymen den
      Metabolismus von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten
    - greifen in grundlegende Vorgänge des intermediären
      Stoffwechsels ein und sind unentbehrlich
2. Vitamine A, D, E und C
    - keine Bestandteile von Coenzymen, mit Ausnahme von
      Vitamin A
    - hochspezialisierte Wirkstoffe, die an bestimmte Zell- oder
      Organsysteme gekoppelt sind
    - die Abhängigkeit von diesen Vitaminen findet sich in der
      Entwicklungsgeschichte erst im Bereich der höheren
      wirbellosen Tiere 
    - Vitamin D wird sogar nur von Wirbeltieren benötigt

Faktoren
- Alter
- Geschlecht
- Ernährung
- physiologische Bedingungen
  - Schwangerschaft
  - körperliche Belastung

Hypovitaminose - Unterversorgung mit Vitaminen

Wird verursacht durch
1. Unterernährung
2. Fehlernährung
3. Resorptionsstörungen im Magen-Darm-Trakt
4. Medikamentöse Behandlung - Ausbleiben bakterieller
    Vitaminsynthese z. B. Vitamin B12 und K

Krankheit	Mangel an
Skorbut	Vitamin C
Beriberi	Vitamin B1
Pellagra	Vitamin B3
Rachitis	Vitamin D

Darüber hinaus
Mangel an Vitamin A verursacht Nachtblindheit
Mangel an Vitamin B12 verursacht perniziöse Anämie
Mangel an Vitamin K verursacht Störungen der Blutgerinnung

Hypervitaminose - Überdosierung von Vitaminen

- führt bei den fettlöslichen Vitaminen A und D zu
  Vergiftungserscheinungen
  nicht der Fall für Provitamin A
- Überschuss an wasserlöslichen Vitaminen wird mit dem Urin
  ausgeschieden

Unterteilung in
1. Mengenelemente - > 50 mg/kg
2. Spurenelemente - < 50 mg/kg

Eine Ausnahme ist Fe
- es ist aufgrund seines Körperbestandes den Mengenelementen
- aufgrund der erforderlichen täglichen Zufuhr den
  Spurenelementen
zuzuordnen

Ca, Mg, P, Na, K, Cl, S (Ca hat mit 1,5 kg den größte Anteil)

Keine einheitliche biologische Funktion
- dienen dem Aufbau und der Erhaltung von Knochen und
  Zähnen
- sind an der Aktivierung von Enzymen beteiligt
- sind verantwortlich für
  - die Erregungsleitung im NS
  - Muskelfunktion
  - Regulation des Wasserhaushaltes
  - konstante ionale Zusammensetzung der Körperflüssigkeiten
  - Aufrechterhaltung eines konstanten osmotischen Drucks und pH-
    Wertes im Blut und den restlichen Körperflüssigkeiten

Cr, Fe, F, Ge, J, Co, Cu

- die notwendige Aufnahme liegt unter 100 mg/Tag
- alle zusammen wiegen 8-9 g

Besonders bei Fe und J muss auf eine ausreichende Zufuhr geachtet werden
Fe
- Bestandteil von Hämo- und Myoglobin
- Tagesbedarf - 10 mg, bei Frauen 15 mg
J
- am Aufbau des Schilddrüsenhormons Thyroxin beteiligt
- Tagesbedarf - 0,18-0,2 mg

Definition freie Radikale
Moleküle, die ungepaarte Elektronen besitzen und durch eine hohe chemische Reaktivität gekennzeichnet sind

Die im Stoffwechsel anfallenden Radikale werden von Antioxidantien - Radikalfängern abgefangen

Substanzen mit antioxidativer Wirkung
- Vitamine A, E, C
- Spurenelemente  Se, Mn, Mb, Zn
- viele Pflanzenwirkstoffe

Zu inaktivierende Radikale
- beim Stoffwechsel anfallende Superoxidanionen,
  Hydroxylradikale
- Sauerstoff in seinem Grundzustand

Sauerstoff ist in seinem Grundzustand ein Biradikal mit 2 ungepaarten Elektronen
Allein aufgrund dieser hohen Reaktivität ist die biologische Oxidation möglich

Mitunter entstehen nichtradikalische Sauerstoffspezies z. B. Wasserstoffperoxid, die teilweise noch reaktiver sind und Elektronen aus anderen Molekülen heraussprengen können

Dadurch entstehen wiederum neue Radikale, die Zellstrukturen schädigen
1. Schädigung der DNA der Chromosomen
    - Veränderung der Zellsubstanz
    - Unkontrollierte Zellteilungen - Entartung
2. Anlagerung oxidierter LDL an geschädigte Gefäßwände
    - Arteriosklerose
3. Schädigung von Zellmembranen, wenn die Fettsäuren der
    Phospholipide oxidiert werden und Peroxide entstehen
    - vorzeitiges Altern

Pflanzen beinhalten Stoffe, die sie
- vor den gefährlichen Anteilen des Sonnenlichtes
- vor Schädlingen
- vor negativen Umwelteinflüssen
schützen sollen

Besonders interessant sind die Stoffe, die
- als Antioxidantien wirken
- bei der Tumorprävention eine Rolle spielen

1. p-Cumarin und Chlorogensäure
    - Tomaten, Erdbeeren, Pepperonis, Ananas
    - hemmen die Bildung karzinogener Nitrosamine
2. Indole
    - Brokkoli, Blumen-, Rosen-, Weiß-, Grünkohl
    - vermindern die Östrogen-Synthese und damit die
      Wahrscheinlichkeit an Hormon-bedingten Tumoren zu
      erkranken
    - steigern die Aktivität bestimmter Entgiftungsenzyme in der
      Leber, die auch karzinogene Stoffe abbauen
3. Allicin
    - Allium-Arten wie Zwiebeln und Knoblauch
    - zeigen antibakterielle Wirkung
    - enthalten organische S-Verbindungen, die enzymatische
      Entgiftungssysteme in der Leber aktivieren
4. Isothiocyanate
    - sämtliche Kohlarten
    - aktivieren Entgiftungsenzyme
    - verhindern Reaktionen, die die DNA verändern

    Sulforaphan ist bereits gut untersucht und synthetisch
    herzustellen. Es aktiviert Entgiftungsenzyme und macht
    Karzinogene unschädlich
5. Flavonoide und Isoflavonoide
    - fast jedes Obst und Gemüse beinhaltet seine
      charakteristischen Flavonoide
    - von über 800 bekannten Flavonoiden haben viele
      - antioxidative/antikarzinogene
      - antifungale/antivirale
      - durchblutungsfördernde
      - antiphlogistische
      - antiallergische Wirkung
    - antioxidativ bzw. antikarzinogen wirken
      - Catechin, Nobiletin, Hesperidin, Quercetin u. a.
      - Genistein reduziert das Wachstum von Tumoren und
        verhindert Metastasierung
      - Morin und Sylimarin verhindern die Oxidation und
        Ablagerung von LDL und damit Arteriosklerose

6. Saponine
    - Sojaprodukte
    - verhindern die DNA-Synthese in Tumoren
7. Terpene
    - hierzu gehören viele aromatisch duftende Pflanzenöle z. B. das
      in Zitrusfrüchten enthaltene Limonen
    - antioxidative Wirkung

Pflanzenwirkstoffe überstehen
- sämtliche Zubereitungsprozesse
- industrielle Aufarbeitungdverfahren
- längere Lagerzeiten
Ob sie in isolierter Form weiterhin ihre Wirkung zeigen, ist mit wenigen Ausnahmen noch nicht geklärt

Definition s. Karte 20

- vergrößern durch die hohe Wasserbindungskapazität das
  Stuhlvolumen und regen die Darmtätigkeit an
  - Verkürzung der Darmpassagezeit
  - regelmäßige Stuhlentleerung
- führen zu einer verzögerten Magenentleerung
  - größerer Sättigungseffekt
  - Vermeidung von Blutzuckerspitzen