Anatomie und Physiologie II

Sie essen regelmäßig über den Tag verteilt; Ihre Organe, insbesondere das Gehirn, benötigen jedoch eine ständige Versorgung mit Glukose. Wie deckt der Körper diesen ständigen Bedarf an Energie? Ihr Körper verarbeitet die Nahrung, die Sie zu sich nehmen, um sie sofort zu verbrauchen und, was wichtig ist, um sie als Energie für spätere Anforderungen zu speichern. Wenn es keine Möglichkeit gäbe, überschüssige Energie zu speichern, müssten Sie ständig essen, um den Energiebedarf zu decken. Es gibt verschiedene Mechanismen, die die Energiespeicherung erleichtern und die gespeicherte Energie in Zeiten des Fastens und Hungerns verfügbar machen.

Der Absorptionszustand

Der Absorptionszustand oder der Sättigungszustand tritt nach einer Mahlzeit ein, wenn der Körper die Nahrung verdaut und die Nährstoffe aufnimmt (der Katabolismus übersteigt den Anabolismus). Die Verdauung beginnt in dem Moment, in dem Sie die Nahrung in den Mund nehmen, da die Nahrung in ihre Bestandteile zerlegt wird, um über den Darm aufgenommen zu werden. Die Verdauung von Kohlenhydraten beginnt im Mund, während die Verdauung von Proteinen und Fetten im Magen und Dünndarm beginnt. Die Bestandteile dieser Kohlenhydrate, Fette und Proteine werden durch die Darmwand transportiert und gelangen in den Blutkreislauf (Zucker und Aminosäuren) oder in das Lymphsystem (Fette). Vom Darm aus transportieren diese Systeme sie zur Leber, zum Fettgewebe oder zu den Muskelzellen, die die Energie verarbeiten und nutzen bzw. speichern.

Abhängig von der Menge und der Art der aufgenommenen Nährstoffe kann der Absorptionszustand bis zu vier Stunden andauern. Die Nahrungsaufnahme und der Anstieg der Glukosekonzentration im Blutkreislauf regen die Betazellen der Bauchspeicheldrüse zur Freisetzung von Insulin in den Blutkreislauf an, wo es die Aufnahme von Glukose aus dem Blut durch Leber, Hepatozyten, Fett- und Muskelzellen einleitet. In diesen Zellen wird die Glukose sofort in Glukose-6-phosphat umgewandelt. Auf diese Weise entsteht ein Konzentrationsgefälle, bei dem der Glukosespiegel im Blut höher ist als in den Zellen. Dadurch kann die Glukose weiterhin vom Blut zu den Zellen transportiert werden, wo sie benötigt wird. Insulin stimuliert auch die Speicherung von Glukose als Glykogen in der Leber und in den Muskelzellen, wo sie für den späteren Energiebedarf des Körpers verwendet werden kann. Insulin fördert auch die Proteinsynthese in den Muskeln. Wie Sie sehen werden, kann Muskelprotein in Zeiten des Hungers abgebaut und als Brennstoff verwendet werden.

Wenn kurz nach dem Essen Energie aufgebracht wird, werden die gerade aufgenommenen Nahrungsfette und -zucker verarbeitet und sofort als Energie verwendet. Andernfalls wird die überschüssige Glukose als Glykogen in der Leber und den Muskelzellen oder als Fett im Fettgewebe gespeichert; überschüssiges Nahrungsfett wird ebenfalls als Triglyceride im Fettgewebe gespeichert. Abbildung 1 fasst die Stoffwechselprozesse zusammen, die im Körper während des Absorptionszustandes ablaufen.

Der postabsorptive Zustand

Der postabsorptive Zustand oder der Fastenzustand tritt ein, wenn die Nahrung verdaut, absorbiert und gespeichert wurde. In der Regel wird über Nacht gefastet, aber auch das Auslassen von Mahlzeiten während des Tages versetzt den Körper in den postabsorptiven Zustand. In diesem Zustand muss der Körper zunächst auf das gespeicherte Glykogen zurückgreifen. Der Glukosespiegel im Blut beginnt zu sinken, da er von den Zellen aufgenommen und verbraucht wird. Als Reaktion auf den Rückgang der Glukose sinkt auch der Insulinspiegel. Die Glykogen- und Triglyzerideinlagerung verlangsamt sich. Aufgrund der Anforderungen der Gewebe und Organe muss der Blutzuckerspiegel jedoch im normalen Bereich von 80-120 mg/dL gehalten werden. Als Reaktion auf einen Abfall der Blutzuckerkonzentration wird das Hormon Glucagon aus den Alphazellen der Bauchspeicheldrüse freigesetzt. Glucagon wirkt auf die Leberzellen, wo es die Glykogensynthese hemmt und den Abbau von gespeichertem Glykogen zurück in Glukose anregt. Diese Glukose wird aus der Leber freigesetzt, um von den peripheren Geweben und dem Gehirn genutzt zu werden. Infolgedessen beginnt der Blutzuckerspiegel zu steigen. In der Leber beginnt auch die Glukoneogenese, um die von den peripheren Geweben verbrauchte Glukose zu ersetzen.

Nach der Nahrungsaufnahme werden Fette und Proteine wie zuvor beschrieben verarbeitet; die Glukoseverarbeitung ändert sich jedoch ein wenig. Die peripheren Gewebe nehmen bevorzugt Glukose auf. Die Leber, die normalerweise Glukose aufnimmt und verarbeitet, tut dies nach längerem Fasten nicht mehr. Die Glukoneogenese in der Leber wird nach dem Fasten fortgesetzt, um die Glykogenspeicher zu ersetzen, die in der Leber entleert wurden. Nachdem diese Speicher wieder aufgefüllt wurden, wird überschüssige Glukose, die von der Leber aufgenommen wird, in Triglyceride und Fettsäuren umgewandelt und langfristig gespeichert. Abbildung 2 fasst die Stoffwechselprozesse zusammen, die im Körper während des postabsorptiven Zustands ablaufen.

Starvation

Wenn der Körper über einen längeren Zeitraum keine Nahrung erhält, schaltet er in den „Überlebensmodus“. Die erste Priorität für das Überleben besteht darin, genügend Glukose oder Brennstoff für das Gehirn bereitzustellen. Die zweite Priorität ist die Erhaltung von Aminosäuren für Proteine. Daher verwendet der Körper Ketone, um den Energiebedarf des Gehirns und anderer glukoseabhängiger Organe zu decken und um Proteine in den Zellen zu erhalten. Da der Glukosespiegel während des Hungerns sehr niedrig ist, wird die Glykolyse in Zellen, die alternative Brennstoffe verwenden können, abgeschaltet. So schalten beispielsweise die Muskeln von der Verwendung von Glukose auf Fettsäuren als Brennstoff um. Wie bereits erläutert, können Fettsäuren in Acetyl-CoA umgewandelt und über den Krebszyklus zu ATP verarbeitet werden. Pyruvat, Laktat und Alanin aus den Muskelzellen werden nicht in Acetyl-CoA umgewandelt und im Krebszyklus verwendet, sondern in die Leber exportiert, wo sie für die Synthese von Glukose verwendet werden. Wenn die Hungersnot anhält und mehr Glukose benötigt wird, kann Glycerin aus Fettsäuren freigesetzt und als Quelle für die Glukoneogenese verwendet werden.

Nach mehreren Tagen der Hungersnot werden Ketonkörper zur Hauptbrennstoffquelle für das Herz und andere Organe. Bei fortgesetztem Hungertod werden Fettsäuren und Triglyceride verwendet, um Ketone für den Körper zu erzeugen. Dadurch wird der weitere Abbau von Proteinen verhindert, die als Kohlenstoffquelle für die Glukoneogenese dienen. Sobald diese Speicher vollständig aufgebraucht sind, werden Proteine aus den Muskeln freigesetzt und für die Glukosesynthese abgebaut. Das Gesamtüberleben hängt von der Menge der im Körper gespeicherten Fette und Proteine ab.

Kapitelübersicht

Es gibt drei Hauptstoffwechselzustände des Körpers: absorptiv (satt), postabsorptiv (nüchtern) und hungernd. Im Laufe eines Tages wechselt der Stoffwechsel zwischen absorptivem und postabsorptivem Zustand. Hungerzustände kommen bei allgemein gut ernährten Menschen sehr selten vor. Wenn der Körper gefüttert wird, werden Glukose, Fette und Proteine durch die Darmmembran absorbiert und gelangen in den Blutkreislauf und das Lymphsystem, wo sie sofort als Brennstoff verwendet werden. Der Überschuss wird für spätere Fastenphasen gespeichert. Wenn der Blutzuckerspiegel ansteigt, schüttet die Bauchspeicheldrüse Insulin aus, um die Aufnahme von Glukose durch die Hepatozyten in der Leber, die Muskelzellen/Fasern und die Adipozyten (Fettzellen) zu stimulieren und ihre Umwandlung in Glykogen zu fördern. Mit Beginn des postabsorptiven Zustands sinkt der Glukosespiegel, und der Insulinspiegel sinkt entsprechend. Der sinkende Glukosespiegel veranlasst die Bauchspeicheldrüse, Glukagon freizusetzen, um die Glykogensynthese in der Leber auszuschalten und den Abbau von Glykogen zu Glukose anzuregen. Die Glukose wird in den Blutkreislauf freigesetzt und dient den Zellen im gesamten Körper als Brennstoffquelle. Sind die Glykogenspeicher während des Fastens erschöpft, können alternative Quellen, einschließlich Fettsäuren und Proteine, verstoffwechselt und als Brennstoff verwendet werden. Wenn der Körper nach dem Fasten wieder in den Absorptionszustand übergeht, werden Fette und Proteine verdaut und zur Auffüllung der Fett- und Proteinspeicher verwendet, während Glukose verarbeitet und zunächst zur Auffüllung der Glykogenspeicher in den peripheren Geweben und dann in der Leber verwendet wird. Wenn das Fasten nicht gebrochen wird und der Hungertod einsetzt, wird in den ersten Tagen noch Glukose aus der Glukoneogenese vom Gehirn und den Organen verwendet. Nach einigen Tagen werden jedoch aus Fetten Ketonkörper gebildet, die als bevorzugte Brennstoffquelle für das Herz und andere Organe dienen, so dass das Gehirn noch Glukose verwenden kann. Sind diese Vorräte aufgebraucht, werden zuerst Proteine aus den Organen mit schnellem Umsatz, wie z. B. der Darmschleimhaut, abgebaut. Die Muskeln werden geschont, um den Abbau von Muskelgewebe zu verhindern; diese Proteine werden jedoch verwendet, wenn keine alternativen Speicher zur Verfügung stehen.

Selbsttest

Beantworten Sie die folgende(n) Frage(n), um zu sehen, wie gut Sie die im vorherigen Abschnitt behandelten Themen verstehen.

Glossar

Absorptionszustand: auch Sättigungszustand genannt; der Stoffwechselzustand, der in den ersten Stunden nach der Nahrungsaufnahme eintritt, in dem der Körper die Nahrung verdaut und die Nährstoffe absorbiert
Glykogenform, die Glukose annimmt, wenn sie gespeichert wird

Insulin: von der Bauchspeicheldrüse ausgeschüttetes Hormon, das die Aufnahme von Glukose in die Zellen anregt