Anatomie & Physiologie Diätetisch geschulter Koch 2010-5. überarbeitete Auflage
Anatomie & Physiologie A. Einleitung 1 B. Körperbau 2 1. Skelett 2 2. Muskulatur 2 3. Herz-, Kreislaufsystem 3 4. Sinnesorgane und Nervensystem 4 4.1. Nervensystem 4 4.2. Sinnesorgane der Geruchs- und Geschmackssinn 5 5. Atemorgane 6 6. Verdauungsorgane 6 6.1. Mund 6 6.2. Speiseröhre 7 6.3. Magen 8 6.4. Dünndarm 9 6.5. Leber 10 6.6. Galle Gallenblase 11 6.7. Bauchspeicheldrüse 11 6.8. Dickdarm 12 7. Ausscheidungsorgane 14 7.1.Nieren 14 8. Hormonproduzierende Organe 16 C. Stoffwechsel ausgesuchte Themenbereiche 18 9. Biokatalysatoren Enzyme 18 10. Cholesterin 19 11. Alkohol 20 12. Harnsäure 21
A. Einleitung Der menschliche Körper ist ein äußerst komplexes Kunstwerk. Verschiedene Körpersysteme und deren Einzelteile ermöglichen durch ihr ständiges Zusammenspiel die Funktionen, die unser Leben bestimmen. Das Skelett, um ein Beispiel zu nennen, gibt dem Körper Halt und Form und verbindet alle Körperteile. Das Gerüst aus Knorpeln und Knochen dient den Muskeln als Ansatzpunkt und dem Schutz der inneren Organe. Lebenswichtige Stoffe wie rote Blutkörperchen zum Sauerstofftransport und Mineralsalze haben wir ebenfalls unseren Knochen zu verdanken. Anatomie ist die Lehre vom Bau der Körperteile. Physiologie ist die Lehre von den Funktionen des gesunden Organismus. Anatomie und Physiologie sind wichtig für das Verständnis von krankhaften Störungen. Diese werden unter dem Begriff Pathophysiologie zusammengefasst.
B. Körperbau 1. Skelett Die einzelnen Teile des Skeletts sind: Schädel Wirbelsäule mit Becken Brustkorb mit Schulterblatt und Schlüsselbein Armskelett mit den Knochen der Arme und der Hände, Beinskelett mit den Knochen der Beine und der Füße Funktion: Schutz und Form: Schädel und Brustkorb umhüllen empfindliche Organe ( Gehirn und Herz ). Haltefunktion mit Gelenksbildung und Muskelansatz: Die Wirbelsäule und die Röhrenknochen der Arme und Beine stützen den Körper. Bildung von Blutzellen: im Knochenmark Abb. 1 - Skelett Pathophysiologie: Osteoporose: Bewegung und ausreichende Zufuhr von Kalzium und Vitamin D sinnvoll. 2. Muskulatur Wenn wir nicht gerade liegen, dann erfordert jede unserer Haltungen und Bewegungen die Betätigung von Muskeln. Allein die Augenmuskeln bewegen sich über hunderttausendmal am Tag. Zum Stirnrunzeln sind über vierzig Muskeln erforderlich, zum Lächeln dagegen nur siebzehn. Immer sind die Sinnesorgane, die Nerven und das Gehirn daran beteiligt, wenn wir unsere Muskeln betätigen. Das Gehirn reagiert auf Sinneseindrücke und gibt entsprechend Anweisungen, wie wir unsere Muskeln einsetzen müssen. Ermöglicht wird dieses Zusammenspiel durch ein Nerven-Netzwerk, das vom Gehirn aus über das Rückenmark zu den Muskeln führt. Manche dieser Faserbündel arbeiten aber auch unwillkürlich: Die Organmuskulatur ist ununterbrochen in Aktion, ohne dass wir sie bewusst steuern können. 2
Insgesamt machen die 656 Muskeln, die wir haben, vierzig Prozent des Körpergewichts aus und sind damit weitaus schwerer als das Skelett mit zwölf Prozent. Funktion: Man unterscheidet drei Arten von Muskeln: willkürliche, quergestreifte Muskulatur: Skelettmuskulatur (Stütz- und Zielmotorik) unwillkürliche, glatte Muskulatur Bestandteil vieler innerer Organe (Blutgefäße, Bronchien, Darmmuskulatur, Harnblase ). Unterstützt hier den Transport des Blutinhaltes, des Schleimes in de Bronchien, ermöglicht die Peristaltik (Transport des Darminhaltes) oder die Harnentleerung. Herzmuskel als eine Mischform zwischen diesen beiden Arten Abb. 2 Muskulatur Pathophysiologie: Bsp. Muskelkater 3. Herz- und Kreislaufsystem Das Kreislaufsystem funktioniert optimal, wenn das Blut ungehindert den gesamten Organismus durchströmt und alle Gefäße mit den nötigen Nährstoffen versorgt. Wird der Kreislauf über längere Zeit zu stark strapaziert - beispielsweise durch Rauchen oder fettes Essen - kommt es zu Störungen der Blutversorgung bis hin zum Schlaganfall. Über die Lungenvenen fließt sauerstoffreiches Blut zum linken Vorhof des Herzens und in die linke Herzkammer - arterielles System. Von dort wird es durch Kontraktionen in die Hauptschlagader (Aorta) gepumpt. Ausgehend von der Hauptschlagader verteilt sich das sauerstoffreiche Blut dann im Körper und versorgt so die Zellen mit Sauerstoff. Umgekehrt geben die Zellen das Stoffwechsel- Abfallprodukt Kohlendioxid an das Blut ab. Das so angereicherte Blut gelangt über das venöse System zum rechten Vorhof und in die rechte Herzkammer. Von hier aus wird es durch Kontraktionen in die Lungenschlagader (Aorta pulmonalis) und die Lungenarterien gepumpt. Pathophysiologie: Arteriosklerose (Gefäßverkalkung): 3
Besonders bei hohen Cholesterinwerten, Rauchen, Bluthochdruck, Zuckerkrankheit und Bewegungsmangel; 4. Sinnesorgane und Nervensystem Abb. 3 - Gefäßsystem Über die fünf Sinnesorgane unseres Körpers nehmen wir die Vorgänge in der Außenwelt wahr. Mit Augen, Ohren, Nase, Zunge und Haut empfangen wir Reize, übersetzen sie in elektrische Nervenimpulse und geben diese ans Gehirn weiter. Dort werden sie in Abb. 4 - Sinnesorgane bestimmten Regionen verarbeitet und von uns als Bilder und Bewegungen, Geräusche, Gerüche, Geschmack, Temperatur und Berührung erfahren. Die gesammelten Eindrücke werden in ein komplexes Wahrnehmungsschema eingeordnet und entsprechend diesem Schema interpretiert 4.1. Nervensystem Abb. 5 Gehirn Aufbau und Funktion: a. Zentralnervensystem: - Großhirn - Kleinhirn - Rückenmark Zentrale Schaltstelle, die Informationen, die über die Nerven zum Gehirn gelangen koordiniert und verarbeitet. Wertet Sinneseindrücke aus und steuert Bewegungen. Das vegetative Nervensystem dient der Regulation der Körperfunktionen (z.b. Herzfrequenz, Peristaltik, Schwitzen). b. Peripheres Nervensystem: Nerven die von Gehirn und Rückenmark bis zu den inneren Organen, Armen und Beinen gelangen. 4
4.2. Sinnesorgane der Geruchs- und Geschmackssinn Geschmacksempfindung: Beim Menschen und höheren Säugetieren wird der Geschmack durch Chemorezeptoren, die von den Geschmacksknospen ausgehen, wahrgenommen. Geschmacksknospen sind im Gaumen, auf der Zunge bis zum Kehldeckel vorhanden. Die Geschmacksknospen und ihre Rezeptoren sind nicht einheitlich, sondern geschmacksspezifisch und entsprechend verteilt. So finden sich an der Zungenspitze die Wahrnehmungen für süß, im mittleren Abschnitt für salzig und sauer. Am Zungengrund sitzen Geschmacksknospen mit Bitterrezeptoren. Die Geschmacksqualität umami (Wohlgeschmack) finden sich auf der gesamten Zunge. Abb. 6 - Geschmacksrichtungen Funktion: Der Reiz wird von den Geschmacksknospen zur Großhirnrinde geleitet, wo die Empfindung bitter in dazu bestimmten Zellen ausgelöst wird. Eine weitere Reizleitung stimuliert die Speichelsekretion, die Magensaft- und Duodenalsekretion. Der Geschmackssinn reguliert die Nahrungsaufnahme und steuert den Würgereflex (z. B. durch Bitterstoffe in Pflanzen ausgelöst). Letztlich entsteht immer ein ganzheitlicher Sinneseindruck zusammen mit dem Geruchsinn der Nase und dem Hautsinn in der Wangenschleimhaut. Geruchssinn: Die Differenziertheit der Geschmacksempfindung kann unmöglich von den Geschmacksrichtungen (süß, salzig, sauer, bitter, umami) abhängen. Hier kommt dem viel differenzierten Geruchsvermögen wohl die tragende Rolle zu. Die Geruchsstoffe werden dabei nicht nur von der Nase aufgenommen, sondern sie gelangen auch beim Kauen und Schlucken in die Riechzonen im oberen Teil der Nasenhöhle. Dort werden von ungefähr zwei Millionen Riechzellen des Riechepithels durch spezifische Adsorptionen der flüchtigen Geruchssubstanzen die Gerüche differenziert und die resultierenden Reize weitergeleitet. 5
5. Atemorgane Zu den Atemorganen gehören Nase, Nasennebenhöhlen, Kehlkopf, Luftröhre, Bronchien und die Lunge (zwei Lungenflügel). Das Zwerchfell trennt den Brustraum vom Bauchraum. 6. Verdauungsorgane Die Aufgabe der Verdauung besteht darin, die mit der Nahrung aufgenommenen Nährstoffe aufzuspalten und somit die Aufnahme der Nährstoffe zu ermöglichen. Dieses wird durch ein komplexes Zusammenwirken physikalischer und enzymatischer Prozesse gewährleistet. Die Verdauung der Speisen beginnt bereits im Mund. Enzyme sind Katalysatoren der lebenden Zelle. Sie beschleunigen chemische Reaktionen (oder macht diese möglich). Die Gesamtheit der chemischen Prozesse im Organismus (Stoffwechsel) Ist nur durch ihre Anwesenheit möglich 6.1. Mund Der Mund erfüllt drei wichtige Funktionen: Er ist an Verdauung, Atmung und Stimmbildung beteiligt. Die Lippen haben viele Rezeptoren des Wärme- und Kältesinnes und Nerven, die sie äußerst sensibel für Temperatur und Berührung machen. Im Inneren des Mundes, der nach hinten in den Rachen übergeht, befinden sich die Zähne und die Zunge. Die Mundhöhle wird durch Schleimzellen und Speicheldrüsen feuchtgehalten. Der harte Gaumen bildet das vordere Mundhöhlendach. Er dient der Zunge als Widerstand beim Zerkleinern von Nahrung. Der weiche Gaumen liegt als Fortsetzung des harten Gaumens im hinteren Rachenbereich. Beim Schlucken zieht er das Gaumensegel nach oben und verhindert dadurch, dass Nahrung in den Nasenrachen gelangt. Das kleine Zäpfchen in der Mitte des Gaumensegels klappt beim Schlucken nach oben und verschließt den Nasenweg. 6
Zunge Die Zunge ist ein mit Schleimhaut überzogener Muskelkörper. Die Zungenspitze ist frei beweglich. Am Ende des Zungengrundes befindet sich der Kehldeckel. Auf der Schleimhaut des Zungenrückens liegen die Zungenpapillen, auf der Schleimhaut des Zungengrundes die Zungenbälge. Sie sind die Träger des Geschmacksinns (siehe S. 18). Gebiss Das Gebiss besteht aus 8 Schneidezähnen, 4 Eckzähnen, 8 Backenzähnen, 12 Mahlzähnen davon 4 Weisheitszähne Der Zahn verfügt über eine harte Schale und einen ausgesprochen empfindsamen Kern, in dem seine Nerven und die Blutgefäße eingelagert sind - Zahnmark. Das Zahnmark ist vom Zahnbein (Dentin) umgeben. Die äußerste, sehr harte, Schicht ist der Zahnschmelz. Speicheldrüsen Mit Hilfe der Zähne wird die Nahrung mechanisch zerkleinert. Durch den Speichel wird sie gleitfähig gemacht und für den Weitertransport in die Speiseröhre (Ösophagus) vorbereitet. 1 1,5 Liter Speichel werden in den Speicheldrüsen gebildet. Mit dem Speichel wird auch das Enzym α-amylase ausgeschüttet. Dieses spaltet komplexe Kohlenhydrate (Stärke, Glykogen, Dextrine) in kleinere Untereinheiten (Oligosaccharide, Malzzucker). Dies ist auch der Grund, warum Brot süßlich schmeckt, wenn es längere Zeit gekaut wird! Durch verschiedene Gewürze (z.b. Pfeffer, Chili, Curry, Paprika, Senf) wird die Aktivität der Speichelproduktion erhöht. Eine weitere wichtige Aufgabe des Speichels ist die Reinigung der Zähne und die Neutralisation der im Mund entstandenen oder mit der Nahrung zugeführten Säuren (zb aus Fruchtsaft). Dies ist bei der Kariesprophylaxe von besonderer Bedeutung. 6.2. Speiseröhre Die Speiseröhre beginnt unmittelbar hinter dem Kehlkopf und mündet unter dem Zwerchfell im Magen. Der etwa 25 Zentimeter lange, muskulöse Schlauch besteht aus vier Gewebeschichten. Die innere Schleimhaut ermöglicht durch ihre Gleitfähigkeit das Passieren der zerkleinerten Nahrung. Die nächste Schicht aus stabilen Muskelfasern wird ihrerseits schützend von einer äußeren Bindegewebsschicht umhüllt. Durch wellenauslösende Kontraktionen der Speiseröhrenmuskulatur wird der Speisebrei in den Magen befördert. Abb. 7 - Speiseröhre 7
6.3. Magen Der Magen ist ein muskulöser, gebogener Behälter, der die Nahrung durch Kontraktionen von der Speiseröhre zum Zwölffingerdarm transportiert. Die dicke Magenschleimhaut enthält einen salzsäurehaltigen Magensaft und Enzyme, die chemische Reaktionen im Körper beschleunigen. Die Schleimhaut, die sich alle drei Tage neu bildet, verhindert, dass die Mageninnenwand sich selbst verdauen kann. Durch die stark ätzende Magensäure wird die Nahrung von Krankheitserregern befreit und für die weitere Verdauung präpariert. Der mit Magensaft durchsetzte Brei gelangt anschließend portionsweise durch den Pförtner (Magenausgang) in den Dünndarm. Auch die Speiseröhre ist durch einen Schließmuskel am Mageneingang (Cardia) vom Magen getrennt. Die Speiseröhrenwand kann so durch die Salzsäure nicht angegriffen werden. Abb. 8 Magen Wenn die Magenmuskulatur arbeitet obwohl der Magen bereits leer ist, fängt dieser an zu "knurren": Er zieht sich zusammen, ohne dass es etwas zu verdauen gäbe. Das dabei eintretende Hungergefühl signalisiert unserem Gehirn, dass es an der Zeit ist, etwas zu essen. Der Magen fasst etwa 1,5 Liter Nahrung. Der ph-wert einer Lösung gibt an, wie stark sauer oder alkalisch ein Lösung reagiert. Der ph-wert einer Lösung liegt zwischen o und 14. + saure Lösungen haben einen ph-wert zwischen 0 und 7. Je niedriger der ph-wert einer Säure ist, umso stärker sauer reagiert sie. + neutrale Lösungen wie z.b. destilliertes Wasser oder eine Kochsalzlösung haben einen ph-wert von 7 + alkalische Lösungen haben einen ph-wert zwischen 7 und 14. Je höher Der ph-wert einer Base ist, umso stärker alkalisch reagiert sie. ph-wert des Magens: 1,6-2 Abb. 9 - ph-wert 8
Der Magensaft: Der niedrige ph-wert des sauren Magensaftes wirkt bakterienabtötend und führt zu einer Ausflockung (Denaturierung) von Eiweiß. Dieses wird durch Enzyme besser "angreifbar". Der in den Nebenzellen produzierte Schleim schützt die Magenwand vor dem Angriff der aggressiven Magensäure. Durch die Magenwand werden in geringem Maße fettverdauende, aber vor allem eiweißspaltende Enzyme in den Magen abgegeben. Dabei handelt es sich um das Enzym Pepsin, das aus seiner Vorstufe (Pepsinogen) durch die Magensäure gebildet wird. Die Verdauung der Kohlenhydrate, die bereits im Mund durch den Speichel beginnt, wird im Magen lediglich fortgesetzt. Der Magen produziert selbst keine kohlenhydratverdauenden Enzyme. In den Belegzellen der Magenschleimhaut wird der sogenannte Intrinsic-Faktor gebildet, der für die Resorption von Vitamin B 12 notwendig ist. Pathophysiologie: Magengeschwür: Schutzschicht durch Alkohol, Gallensalze, Essig und Medikamente (z.b. Schmerztabletten) geschädigt. Die Verweildauer der Nahrung im Magen ist von verschiedenen Faktoren abhängig. So verzögert z.b. ein hoher Fettanteil die Magenentleerung. Einfluss haben weiterhin die Konsistenz, die Temperatur und die Teilchengröße des Nahrungsbreis (dünner Speisebrei passiert schneller den Magen). Durch den Magenpförtner (Pylorus) wird die Nahrung in den Zwölffingerdarm (Duodenum) weitergeleitet. 6.4. Dünndarm Abb. 10 - Dünndarm Der insgesamt etwa sechs Meter lange, vielfach gewundene Dünndarm setzt sich aus drei Abschnitten zusammen: Zwölffingerdarm (Duodenum), Krummdarm (IIeum) und Leerdarm (Jejunum). Im Dünndarm findet der größte Teil der Verdauung statt; die meisten Nährstoffe gelangen von hier aus über das Epithelgewebe, das alle Körperober- und Innenflächen bedeckt, ins Blut. In den Zwölffingerdarm münden der Gallengang und die Bauchspeicheldrüse und geben hier Galle und den Pankreassaft ab 9
Die Venen des Dünndarms führen ebenso wie die meisten Magen- und Dickdarmvenen nicht direkt zum Herzen, sondern münden in die Pfortader. Diese transportiert das nährstoffreiche Blut in das Lebergewebe. Von dort aus gelangt es in den Blutkreislauf. ph-wert im Dünndarm: 7,5 8,5 Resorption Die Spaltprodukte der Verdauung, letztlich Monosaccharide, Aminosäuren und Fettsäuren, werden nun im anschließenden Dünndarm, über die Dünndarmzotten, resorbiert (aufgenommen) und über die Blut- und Lymphbahnen dem Zellstoffwechsel zugeführt. Auf den Dünndarmzotten befindet sich wiederum der sogenannte Bürstensaum, der die Resorptionsfläche des Darmes - im Gegensatz zu einem Rohr mit glatter Oberfläche - um den Faktor 600 vergrößert. Diese entspricht einer Gesamtoberfläche von ca. 200 m 2 Abb. 11 Aufbau der Darmschleimhaut 6.5. Leber Mit 1,4 bis 1,8 kg Körpergewicht ist die Leber das schwerste Körperorgan nach der menschlichen Haut. Sie liegt im Oberbauch unter dem Zwerchfell und verfügt neben dem normalen Gefäßnetz aus Arterien und Venen zusätzlich über ein Pfortadersystem. Durch dieses System gelangt nährstoffreiches Blut aus den Eingeweiden ins Lebergewebe und von hier aus über die Lebervene zurück in den Körperkreislauf. Die Leber hat mehrere wichtige Funktionen: sie produziert Gallenflüssigkeit verarbeitet und speichert chemische Substanzen und baut Stoffwechselprodukte und Gifte ab Abb. 12 - Leber 10
Die Leberzellen verarbeiten die Grundsubstanzen, die den Körper erhalten. Sie verarbeiten Produkte aus Eiweiß, Kohlenhydraten und Fetten zu körpereigenen Bausteinen. Zum Beispiel werden Kohlenhydrate in der Leber mit Hilfe von Insulin in Glykogen (Glucosespeicherform in der Leber und im Muskel) umgewandelt. Bei Bedarf wird Glykogen zu Glucose abgebaut. Dadurch nimmt es Einfluss auf die Regulation des Blutzuckerspiegels. Die Leberzellen sorgen dafür, dass Abfallprodukte, Alkohol, Gifte und Rückstände von Medikamenten über den Kreislauf zu den entsprechenden Ausscheidungsorganen gelangen. 6.6. Galle - Gallenblase Die aus den Leberzellen gebildete Galle dient der Fettemulgierung. Sie spaltet (emulgiert) die Fettkügelchen im oberen Dünndarm zu winzigen Tröpfchen und ermöglicht damit die Fettverdauung durch das Enzym Lipase im Dünndarm. Bei der Stuhlausscheidung tritt die Galle nicht mit aus dem Körper aus, sondern wird im letzten Abschnitt des Dünndarms rückresorbiert und gelangt wieder zurück in die Leber. Die Leber produziert an einem Tag etwa ½ Liter Galle, in der viele chemische Substanzen wie Gallensalze, Mineralsalze und Cholesterin enthalten sind. Die Galle wird entweder über den Gallenblasengang als Verdauungshilfe in den Zwölffingerdarm (Duodenum) geleitet oder in der Gallenblase gespeichert. Die grünschwarze Farbe der bitteren Substanz entsteht durch Gallenpigmente. 6.7. Bauchspeicheldrüse Die hinter dem Magen im Oberbauch liegende Bauchspeicheldrüse (Pankreas) besteht als einzige Drüse aus einem endokrinen und einem exokrinen System. Das endokrine System produziert Insulin und Glukagon und reguliert auf diese Weise den besonders den Blutzuckerspiegel, während vom größeren exokrinen System ein enzymhaltiger Verdauungssaft kommt, der über spezielle Gänge in den Zwölffingerdarm (Duodenum) geleitet wird. Pankreassaft enthält folgende Verdauungsenzyme: + Amylase stärkespaltend + Trypsin eiweißspaltend + Chymotrypsin eiweißspaltend + Lipasen fettspaltend Abb. 13 - Bauchspeicheldrüse Die Kohlenhydrate werden im Dünndarm durch spezielle Enzyme (α-amylase und Disaccharidasen) in ihre kleinsten Bestandteile zerlegt, d.h. die Disaccharidasen spalten 11
zum Beispiel den Haushaltszucker in ein Molekül Traubenzucker und ein Molekül Fruchtzucker. Ein Mangel an diesen Enzymen führt zu Unverträglichkeitsreaktionen wie z.b. der Laktoseintoleranz. Die Fettverdauung findet überwiegend in den oberen Teilen des Dünndarms statt. Die von der Leber gebildete Gallenflüssigkeit wird in der Gallenblase gespeichert und in den Zwölffingerdarm abgegeben. Die Gallenflüssigkeit ist wichtig, um die Fette zu emulgieren, wodurch sie von den entsprechenden Verdauungsenzymen (Lipasen) besser angegriffen werden können. Die Eiweißverdauung wird im Darm fortgesetzt. Die größeren Eiweißbruchstücke werden durch Trypsin (Sekret der Bauchspeicheldrüse) in Peptide und durch Chymotrypsin über kürzere Peptide zu Aminosäuren abgebaut und in die Blutbahn aufgenommen. Der endokrine Anteil der Drüsen liegt im Schwanz der Bauchspeicheldrüse, den sogenannten Langerhans schen Inselzellen. Sie liefern das zuckersenkende Hormon Insulin und seinen Gegenspieler, das zuckersteigernde Hormon Glukagon. Wenn der Blutzuckerspiegel steigt, beispielsweise nach einer Mahlzeit, geben die Langerhans schen Inseln Insulin in die Blutbahn ab, wodurch der Spiegel sinkt. Wenn umgekehrt der Blutzuckerspiegel zu niedrig ist, wird Glukagon freigesetzt. 6.8. Dickdarm Der Dickdarm hat einen Durchmesser von etwa sechs Zentimetern und ist ungefähr 1,5 Meter lang. Er dient dazu, dem Darminhalt das Wasser zu entziehen. Millionen von verschiedenen Darmbakterien im Dickdarm sind an der Verdauung und Synthese von bestimmten Nahrungssubstanzen beteiligt. Diese Funktion bewirkt auch die Bildung von Gasen und damit die Geruchsbildung. Abb.14 - Dickdarm Der Mensch stößt pro Tag etwa einen halben Liter Darmgase aus. Durch die Darmperistaltik wird der feste Stuhl in den Mastdarm transportiert und dort gespeichert. Sechs Abschnitte werden beim Dickdarm unterschieden: Den Anfang machen Blinddarm und Wurmfortsatz (Appendix). Ihre Funktion ist unbekannt. 12
Es folgen der aufsteigende, der querliegende und der absteigende Dickdarm, der in einer S-Schlinge, genannt Sigmaschlinge, mündet. Diese führt weiter in den Mastdarm (Rectum) und endet im Analkanal (Anus). Der Analkanal ist von einem inneren und einem äußeren Schließmuskel umgeben. Der innere Schließmuskel wird vom autonomen Nervensystem gesteuert. Er erschlafft beim Kontakt mit dem Stuhl und lässt ihn in den oberen Analkanal gleiten. Der äußere Schließmuskel arbeitet willkürlich und erschlafft erst dann, wenn wir ihm den Impuls dazu geben. Im Dickdarm wird dem bis dahin sehr flüssigen Speisebrei Wasser entzogen, das zusammen mit Mineralstoffen resorbiert wird. Andere Nährstoffe werden in diesem Darmabschnitt nicht mehr aufgenommen, da der Darminhalt nahezu nährstofffrei ist und der Dickdarm nicht die Fähigkeit der Nährstoffresorption besitzt. Daher können auch die von Bakterien im Dickdarm gebildeten Vitamine (zb Vitamin B 12, Niacin) nur unzureichend verwertet werden. Wasser und darin gelöste Mineralstoffe werden in bestimmten Abschnitten des Dickdarms resorbiert, Unverdauliches wird über den Stuhl ausgeschieden. Stuhl Der Stuhl besteht aus unverdaulichen Nahrungsbestandteilen, abgestoßener Darmschleimhaut und den Stuhlfarben, hauptsächlich Bilifuscin. Bilifuscin wird durch reduzierende Darmbakterien aus Bilirubin über Sterkobilin gebildet. Der Geruch des Stuhls kommt von Skatol, ein Zersetzungsprodukt der Aminosäuren Tryptophan. Seine Konsistenz wird weitgehend durch den Wassergehalt bestimmt. Es gibt Gärstühle (Gärungsvorgänge im Darm), Fettstühle mit übermäßigem Fettgehalt (fettig glänzend). Der Stuhl kann in der Farbe verändert werden durch Nahrung zb Rote Rüben, Heidelbeeren oder durch pathologische Ursachen zb Verschluss der gallenableitenden Wege durch Gallensteine oder Tumore. Über den Dickdarm (Colon) werden unverdaute Nahrungsbestandteile, Darmbakterien und abgestorbene Zellen ausgeschieden. 13
7. Harnableitende Organe Der Harn wird in den Nieren produziert und gelangt über die Harnleiter in die Blase (Speicher). Bei der Blasenentleerung wird der Harn über die Harnröhre ausgeschieden. Abb. 15 Harnableitende Wege 7.1. Nieren Die Nieren sind zwei paarig angelegte Organe, die sich beidseits der Wirbelsäule etwa in Höhe der unteren Rippen befinden. Zusammen wiegen die beiden Nieren nur ca. 300 g. Die Oberfläche der Nieren ist meist glatt. Da sie für den Körper viele Aufgaben wahrnehmen, sind sie sehr gut durchblutet. Abb. 16 - Nieren In der Nierenrinde befinden sich die Glomeruli (Blutgefäßknäulchen). Die Blutgefäßwand der Glomeruli ist für verschiedene Bestandteile des Blutes durchlässig. Rote und weiße Blutkörperchen, sowie Bluteiweiß können nicht aus dem Blutgefäß austreten. Glukose (Zucker), Harnstoff, Elektrolyte und Wasser können hingegen die Gefäßwände passieren 14
und werden in den Tubuli aufgefangen. Diese gesammelte Flüssigkeit nennt man Primärharn (etwa 180 Liter pro Tag). Die Tubuli verlaufen geschlängelt durch die Nierenrinde und das Nierenmark. In den Tubuli werden viele Bestandteile des Primärharns und fast die gesamte Flüssigkeit wieder resorbiert und bleiben dem Körper erhalten. Der Rest ist eine konzentrierte Flüssigkeit = Harn oder Urin. Der menschliche Körper scheidet ca. 1,4 Liter Wasser pro Tag mit dem Harn aus und darin eine Reihe von chemischen Substanzen = Abbauprodukte. Die Entgiftung des Organismus ist eine lebenswichtige Funktion der Nieren. Die Menge des Urins hängt von der Menge der aufgenommenen Flüssigkeit und der Schweißproduktion ab. Mit dem Harn werden auch Elektrolyte ausgeschieden. Dadurch kann der Säure-Basen- Haushalt des Organismus reguliert werden. Substanzen, die der Körper mit dem Urin ausscheiden muss, um eine übermäßige Konzentration im Organismus zu verhindern, werden als harnpflichtige Substanzen (zb Kreatinin, Harnstoff, Harnsäure) bezeichnet. Die Nieren produzieren auch Hormone. Diese regen die Bildung der roten Blutkörperchen im Knochenmark an. Wichtigste Funktionen der Nieren: + Regelung des Flüssigkeits- und Elektrolythaushalts + Regelung des Blutdrucks + Regelung des Säure- und Basenhaushalts + Entgiftung des Körpers + Regelung der Bildung roter Blutkörperchen (Erythrozyten) + Regelung des Knochenstoffwechsels Pathopysiologie Nierenversagen ( Niereninsuffizienz): Hier ist anfänglich eine gezielte eiweißarme Diät mit hoher Trinkmenge erforderlich. Mit zunehmendem Krankheitsverlauf wird der Patient dialysepflichtig (Blutwäsche): Nun sollte die Diät eher eiweißreich und salzarm sein. Ein Kaliumanstieg sollte vermieden werden. Auf ausreichende Energiezufuhr sollte geachtet werden. Nierensteine: 70-75 % Kalziumoxalatsteine, 10-15 % Harnsäuresteine Diätetisch auf ausreichende Flüssigkeitszufuhr und entsprechende Diät achten: z.b. oxalsäurehaltige Nahrungsmittel (Spinat, Mangold, Rhabarber) meiden. 15
8. Hormonproduzierende (endokrine) Organe Hormone sind chemische Botenstoffe, die in spezialisierten Zellen ( Drüsen ) gebildet werden und über den Blutkreislauf zu den Zielzellen (haben Hormonrezeptoren) gelangen. Bildungsorte + Gehirn / Hypophyse + Schilddrüse / Nebenschilddrüse + Pankreas (Bauchspeichel- Drüse) + Nebenniere / Niere + Eierstöcke / Hoden + Andere: Darm, Leber Abb. 17 Hormonproduzierende Organe Pathophysiologie Struma (Kropf) - vergrößerte Schilddrüse; Das Schilddrüsenhormon benötigt Jod, weshalb heute das Kochsalz jodiert wird, um eine gesicherte Zufuhr zu bewerkstelligen. Diabetes mellitus Zuckerkrankheit Insulin wird im exokrinen Teil des Pankreas (Betazellen der Langerhansinsel) gebildet. Insulin wirkt besonders auf den Stoffwechsel in Leber, Muskel und Fettgewebe. Insulin - senkt den Blutzucker ( Nüchternblutzucker normal 70-110 mg/dl) - senkt die Konzentration der freien Fettsäuren und der meisten Aminosäuen im Blut Die Zuckerkrankheit entsteht durch einen Mangel an Insulin an der Zielzelle: 16
Typ 1 Diabetes (ca. 5%): tritt meist vor dem 35 Lebensjahr auf und entsteht durch Zerstörung der Betazellen (absoluter Insulinmangel); Typ 2 Diabetes (ca. 90%): tritt meist nach dem 35 Lebensjahr auf (früher als Altersdiabetes bezeichnet); Therapie: Beim Typ 1- Diabetes wird vordergründig Insulin gespritzt, während beim Typ 2 -Diabetes Medikamente in Tablettenform anfänglich ausreichen. Zusätzlich sollte eine Diät eingehalten werden, die im wesentlich der allgemein empfohlenen gesunden Ernährung (Ernährungspyramide) entspricht. Bei Übergewicht sollte das Gewicht normalisiert (1-2 kg/monat) werden. Der größte Anteil der Energiezufuhr sollte durch Kohlehydrate (allerdings mit reichlich Ballaststoffen um eine geringe Blutzuckerwirksamkeit zu erzielen) erfolgen. Alkohol sollte nur in geringen Mengen und in Kombination mit kohlehydrathaltigen Nahrungsmitteln konsumiert werden. Speziallebensmittel für Typ 2- Diabetiker: Kalorienfreie Süßstoffe können zur Zubereitung von Getränken und Speisen verwendet werden. Fructose und Zuckeralkaloide haben keinen Vorteil. Viele Spezialprodukte sind kalorien- und fettreich und deshalb abzulehnen. 17
C. Stoffwechsel ausgewählte Themenbereiche 9. Biokatalysatoren Enzyme In der Natur findet man kaum Stoffwechselvorgänge, die nicht über Katalysatoren gesteuert werden. Ein Katalysator spart Energie. Er beschleunigt chemische Reaktionen oder macht sie überhaupt erst möglich. Der Katalysator geht dabei mit dem Reaktionspartner komplizierte Verbindungen ein. Er durchläuft Kreisprozesse, aus denen er am Schluss wieder unverbraucht ausscheidet. In der Tat könnte man die Wirkung eines Katalysators mit dem Schmiermittel eines Motors vergleichen. Gleichgültig ob Benzinoder Elektromotor, ohne Schmierung (Katalyse) läuft er nicht oder schlecht, wenngleich das Schmiermittel nicht der Treibstoff bzw. die Energiequelle ist. Katalysatoren im biologischen Milieu werden als Fermente oder nach neuerer Nomenklatur als Enzyme bezeichnet. Ihre Funktionsweise ist kurz folgende: Eine Substanz A reagiert mit einer Substanz B zum neuen Produkt AB. Katalysiert verläuft der Vorgang etwa so: A + E (Enzym) AE AE + B AB + E (wieder freies Enzym) Enzyme wirken spezifisch. Sie wählen ihre Reaktionspartner aus. Etwa so, wie ein Schlüssel zum Schloss passen muss, damit er umgedreht werden kann, so muss die Molekülstruktur des Enzyms zum Reaktionspartner passen, damit es wirken kann. Die Aktivität eines Enzyms ist von Temperatur, Zeit und ph-wert abhängig. So wirkt z.b. das Pepsin des Magens im sauren Milieu, während das Trypsin des Duodenums (= Zwölffingerdarm) basisches Milieu benötigt. Sofern es sich nicht um alte Bezeichnungen handelt, erkennt man Enzyme an der Endung -ase. Ihre Benennung kann nach der chemischen Wirkung oder nach dem Substrat, das umgesetzt wird, erfolgen. So gibt es Oxydasen, die oxidieren, Hydrolasen, die mittels Wasser Moleküle spalten, Esterasen, die Ester bilden oder spalten. Ein Enzym kann die Hin- als auch die Rückreaktion katalysieren. Nach dem Substrat benannt sind z.b. Amylasen, sie spalten Amylum (= ein Stärkebestandteil), Proteasen spalten Eiweiß, also Proteine, Lipasen spalten Fett, Phosphatasen spalten Phosphorsäure von ihrer Molekülbindung ab. Enzyme dürfen nicht mit Hormonen verwechselt werden. Hormone wirken auf Organe ein, z.b. Sexualhormone auf Sexualorgane. Sie haben keine katalytische Wirkung, sie nehmen keinen Einfluss auf chemische Reaktionsabläufe. 18
10. Cholesterin (Cholesterol) Cholesterin scheint rein äußerlich fettähnlich. In Wirklichkeit gehört Cholesterin chemisch zu den Steroiden, eine Substanzklasse, zu der Gallensäuren, Vitamin D, Sexualhormone, und Nebennierenrindenhormone auch zählen. Cholesterin finden wir in fast allen Teilen des Körpers, denn es erfüllt wichtige Aufgaben beim Wachstum der Zellen, des weiteren als Vorstufe genannter Hormone und der Gallensäuren. Der menschliche Körper produziert über den Zellstoffwechsel selbst ausreichende Mengen an Cholesterin. Er ist somit auf das Nahrungscholesterin nicht angewiesen. Im Gegenteil, oft führt die übermäßige Aufnahme von Cholesterin zusammen mit Nahrungsfetten zu einem erhöhten Cholesterinspiegel im Blut mit den bekannten Risken einer Erkrankung an Arteriosklerose. Der Transport von Cholesterin im Körper Cholesterin ist eine wasserlösliche Substanz. Damit das Cholesterin mit dem Blut dorthin gebracht werden kann, wo es benötigt wird, muss es an Lipoproteide, das sind Fett- Eiweiß-Strukturen hoher Masse, gebunden werden. Die wichtigsten cholesterinhältigen Lipoproteide werden nach ihrer Dichte in VLDL-, LDL- und HDL-Gruppen eingeteilt. VLDL LDL HDL very low density lipoproteins /Lipoproteide sehr niederer Dichte low density lipoproteins / Lipoproteide niederer Dichte Diese Strukturen enthalten neben Fett und Eiweiß ca. 20 50 % Cholesterin. Sie bringen es laufend zu den Geweben und Organen, die es benötigen. Ein zuviel an LDL kann zur Ablagerung des überschüssigen Cholesterins an den Gefäßwänden führen Arteriosklerose! high density lipoproteins / Lipoproteide hoher Dichte Diese Strukturen enthalten relativ wenig Cholesterin. Nicht benötigtes Cholesterin wird aus den Gewebszellen in Form von HDL über den Gallenweg abtransportiert. Ein hoher HDL-Wert ist positiv zu bewerten! Zielwerte: Cholesterin- Blutwerte: Cholesterin ges. 200 mg/dl HDL-Cholesterin > 50 mg/dl LDL-Cholesterin <130 mg/dl Triglyceride-Blutwert: Triglyceride <150 mg/dl 19
11. Alkohol Alkohol ist ein Zellgift. Ein halber Liter Bier (4 Vol.%) enthält etwas weniger als 20 g reinen Alkohol (Ethanol). In Mund, Speiseröhre und Magen werden geringe Mengen aufgenommen der Rest gelangt über den Dünndarm ins Blut. Wie gut Alkohol aufgenommen wird, hängt hauptsächlich von der Nahrungszusammensetzung und -menge sowie vom Geschlecht ab. Eine größere Menge Alkohol auf nüchternen Magen getrunken, gelangt in den Dünndarm, wo dessen große Resorptionsfläche für eine vollständige Aufnahme sorgt. Über das Blut wird der Alkohol zur Leber transportiert, dessen Alkoholdehydrogenase mit einer Verzögerung von 1 bis 2 h nach der Alkoholaufnahme mit konstanter Geschwindigkeit mit dem Abbau beginnt. Da Alkohol einen recht hohen Brennwert hat, decken Trinker mit ihm einen beachtlichen Anteil ihrer täglichen Kalorienzufuhr. Brennwert: 7 kcal/g reiner Alkohol Gleiche Alkoholmengen wirken bei Frauen schneller als bei Männern. Dies hat zwei Ursachen. Frauen verfügen über ein geringeres Verteilungsvolumen als Männer, was dazu führt, dass bei der gleichen Menge konsumierten Alkohols Frauen einen höheren Blutalkoholspiegel haben. Darüber hinaus ist die Aktivität der magenständigen Alkoholdehydrogenase bei Frauen geringer, d.h. es gelangt nahezu die gesamte getrunkene Alkoholmenge auch ins Blut. Die Wirkung auf den Organismus ist vielfältig: Alkohol hemmt in der Hirnanhangsdrüse (Hypophyse) die Ausschüttung des antidiuretischen Hormons Vasopressin, dessen Aufgabe es ist, den Flüssigkeitsverlust über die Nieren zu begrenzen. Zusammen mit einer erheblichen Wasserüberladung, besonders bei Bierkonsum, führt diese Hemmung zu einem gesteigerten Harndrang. Alkohol fördert die Bildung von Harnsäure, einem Abbauprodukt der Purine, die mit fleischhaltiger Nahrung und koffeinhaltigen Getränken aufgenommen werden. Eine Anlagerung von Harnsäurekristallen in den Gelenken kann häufig Folge einer durchzechten Nacht sein. Alkohol verursacht einen Abfall des Blutglukosespiegels (Hypoglykämie). Die Folgen können Kopfschmerzen und Gereiztheit, im Extremfall auch Bewusstlosigkeit und Koma sein. Leberzirrhose mit totalen Ausfall der Leberfunktionen sowie Leberkrebs bezeichnen das Endstadium eines chronischen Alkoholmissbrauchs. 20
12. Harnsäure Im Zellkern aber auch im Zellplasma sind Nucleoproteide lokalisiert, welche als Trägersubstanzen der Vererbung (Chromosomen) eine wichtige Rolle spielen. Diese Nucleoproteide werden im Verdauungstrakt und im anschließenden Stoffwechsel schrittweise bis zu den Purinen abgebaut. Aus diesen Purinen entsteht durch weiteren oxidativen Abbau ein Trioxipurin, nämlich die Harnsäure, welche normalerweise über den Harn, zum geringeren Teil über den Stuhl, ausgeschieden wird. Pathologische Harnsäureablagerungen, z.b. in Gelenken, führen zum bekannten Krankheitsbild der Gicht. Regulation des Harnsäurespiegels vom Stoffwechsel 2/3 über d. Harnsäurespiegel Harnweg von der Nahrung im Blut 2 7 mg/100ml 1/3 über d. vom eigenen Zellabbau Stuhl, sog. Uricolyse Der Harnsäurespiegel im Blut kann einerseits durch eine vermehrte Zufuhr von Nahrungspurinen oder durch eine Stoffwechselstörung erhöht werden. Andererseits kann eine Funktionsstörung der Nieren vorliegen, die eine Ausscheidung der Harnsäure behindert. Quelle: www.g-netz.de Auszüge aus dem Skriptum Ernährungsphysiologie für den diätetisch geschulten Koch von Dr. Ermin Welzl, Wirtschaftsförderungsinstitut Innsbruck 21