Kohlenhydrate:

• •

  Bedarf des Gehirns 100 g/Tag

• •

  Körpereigene Vorräte (als Glykogen) 350 g

• •

  Hohe biologische Wertigkeit: tierische Proteine (Fleisch, Fisch, Milch, Eier)

• •

  Niedrige biologische Wertigkeit: pflanzliche Proteine

Klinisch wichtig ist vor allem das Spurenelement Eisen:

• •

  Es ist Bestandteil der Proteine Hämoglobin und Myoglobin sowie der eisenhaltigen Cytochrome, Katalasen und Peroxidasen. Eisenmangel führt zu einer Anämie!

• •

  Der Gesamtkörperbestand von Eisen beim Erwachsenen liegt zwischen 3–5g, davon sind 65% im Hämoglobin gebunden, 4,5% im Myoglobin.

• •

  Der durchschnittliche tägliche Eisengehalt der Nahrung liegt in Deutschland zwischen 10 und 20mg/Tag. Der durchschnittliche tägliche Eisenbedarf liegt bei 10mg pro Tag.

• •

  Je nach Eisenbedarf des Organismus können nur zwischen 10 % und maximal 40 % des oral zugeführten Eisens in Magen und Duodenum aktiv resorbiert werden. Die Eisenaufnahme erfolgt über einen sekundär aktiven H⁺-Fe²⁺-Ko-Transporter (DMT1, Divalent Metal Transporter). Vitamin C, das als Redoxsystem Fe³⁺ in Fe²⁺ umwandelt, fördert die Eisenresorption, weil nur zweiwertiges Eisen über DMT1 resorbiert werden kann. Durch die gleichzeitige Einnahme von Komplexbildnern, wie z. B. Phosphat, wird die Eisenresorption vermindert.

• •

  Im Blutplasma wird Eisen in dreiwertiger Form (Fe³⁺) an Transferrin gebunden transportiert. An Transferrin sind nur 0,15 % des Körpereisens gebunden.

• •

  Im Gewebe wird Eisen zunächst als FerritinFerritin und bei Absättigung des Ferritinspeichers als HämosiderinHämosiderin gespeichert. Die Eisenspeicher befinden sich hierbei vor allem in Leber, Knochenmark und Milz. Diese Speicher enthalten 15–30 % des Körpereisenbestands.

Die Eisenausscheidung des Organismus erfolgt vorwiegend über den Stuhl (durch die Abschilferung von Darmepithelien) und liegt bei Männern zwischen 0,5–1mg pro Tag. Bei menstruierenden Frauen gehen über die Monatsblutung zusätzlich etwa 20mg Eisen pro Monat verloren. In der Schwangerschaft stellt der mütterliche Organismus dem Fetus 300mg Eisen zur Verfügung, sodass hinsichtlich des Eisenbedarfs zwischen Männern, menstruierenden Frauen und Schwangeren deutliche Unterschiede bestehen.

Bei der hereditären HämochromatoseHämochromatose kommt es zu einer Eisenüberladung des Organismus. Ursache ist in den meisten Fällen eine Mutation des HFE-Gens, wodurch die Eisenaufnahme unabhängig vom Eisenbedarf im Duodenum um den Faktor 3 gesteigert wird. Da der Körper die Eisenausscheidung kaum erhöhen kann, wird das vermehrt aufgenommene Eisen in Parenchymzellen (als Ferritin) oder in Makrophagen (als Hämosiderin) eingelagert und schädigt die Zellfunktionen. Klinisch typisch ist die Trias von Leberzirrhose, Diabetes mellitus und dunkler Hautpigmentierung durch Melanin- und Eisenablagerungen bei 40–50-jährigen Männern. Therapie der Wahl sind regelmäßige Aderlässe bei eisenarmer Diät und Alkoholkarenz (Alkohol potenziert die eisenbedingten Leberschäden). Die hereditäre Hämochromatose ist die häufigste autosomal-rezessiv vererbte Krankheit: Prävalenz von Homozygoten 1 : 300, Prävalenz von Carriern 1 : 10 (!).

• •

  Zweiwertiges Eisen ist besser resorbierbar.

• •

  65 % des Körpereisens (3–5 g) sind an Hämoglobin gebunden.

• •

  Eisentransport im Blut: Transferrin.

• •

  Eisenspeicher im Gewebe: Ferritin, Hämosiderin.Eisen

Nach dem Eisenstoffwechsel wird im Physikum sehr häufig gefragt. Sie sollten sich auch die Details gut einprägen!

Im Nüchternzustand werden pro Tag etwa 75g Protein (vor allem aus der Muskulatur) und 160g Triglyceride (aus dem Fettgewebe) oxidiert. Die Leber stellt dem Organismus außerdem pro Tag 140g Glucose zur Verfügung, die aus den bei der Proteolyse anfallenden Aminosäuren synthetisiert werden. Die Energie für diese Gluconeogenese stammt dabei aus der Fettsäureoxidation.

Im Hungerzustand, wenn Proteine, Fette und Kohlenhydrate nicht von außen zugeführt werden, kann die hydrolytische Spaltung von 75g Protein/Tag nicht beliebig lange fortgesetzt werden, da sonst in wenigen Wochen die Strukturproteine des Körpers abgebaut werden würden. Der Proteinstoffwechsel wird daher im Hunger reduziert, was an einem Rückgang der Harnstoffausscheidung erkennbar ist. Auch die Gluconeogenese in der Leber geht zurück. Hierdurch steht dem Gehirn nicht mehr genügend Glucose zur Verfügung. Dieses adaptiert sich deshalb an Ketonkörper als Energielieferanten.

Auch in den übrigen Geweben wird der Glucoseverbrauch reduziert, stattdessen werden vermehrt und schließlich fast ausschließlich Fettsäuren verbrannt. Auf diese Weise können, von der Energiebilanz her, mehrwöchige Fastenperioden überstanden werden. Schon nach einwöchigem Fasten ist allerdings mit Vitaminmangelerscheinungen besonders der wasserlöslichen Vitamine der B-Gruppe und des Vitamins C zu rechnen.ErnährungErnährung:InadäquateEnergiebilanz:PositiveEnergiebilanzFettsuchtNüchternzustandEnergiebilanz:Negative

Ist der Fettvorrat des Organismus erschöpft, werden auch Proteine zur Energiegewinnung verbraucht (u.a. das Albumin im Blutplasma). Durch die Hypoproteinämie im Plasma tritt Plasmaflüssigkeit osmotisch bedingt ins Gewebe aus und es entstehen Hungerödeme. Auch die Zellen der Darmmukosa und die Zellen der Verdauungsdrüsen, die eine hohe Umsatzrate haben, können sich nicht mehr regenerieren. Jetzt treten zusätzlich Resorptionsstörungen auf, die eine erneute Nahrungsaufnahme erschweren und so einen Circulus vitiosus einleiten. Auch die Lipoproteinsynthese (Kap. 7.6.4.3) ist bei Proteinmangel gestört. Dadurch sammeln sich Lipide in den Leberzellen an und es kommt zur Ausbildung einer Fettleber.

Eine Tonussenkung des unteren Ösophagussphinkters führt zu einer Verschlussstörung und ist für das Sodbrennen verantwortlich, das auf einem Reflux von Magensäure in den Ösophagus beruht. Bei länger anhaltenden Verschlussstörungen kann eine Refluxösophagitis, d.h. eine Entzündung der Speiseröhre durch den zurücklaufenden Magensaft, entstehen. Tonussenkend am unteren Ösophagussphinkter wirken u.a. Fett, Alkohol, Kaffee und Nikotin. Der in der Schwangerschaft erhöhte Progesteronspiegel senkt ebenfalls den Tonus des unteren Ösophagussphinkters und kann so ein Schwangerschaftssodbrennen auslösen.

Jede Erkrankung, die mit einer Störung der propulsiven Peristaltik und speziell des MMC einhergeht, hat eine verstärkte pathologische Bakterienbesiedlung des Dünndarms zur Folge. Die Bakterien dekonjugieren die im Darmlumen befindlichen Gallensäuren. Der hierdurch entstehende Gallensäuremangel führt zu einer verminderten Fettresorption (Kap. 7.4.5.2), die in Fettstühlen (Steatorrhö) klinisch sichtbar wird. Das Antibiotikum ErythromycinErythromycin fördert als Motilinagonist die Ausbildung von MMC-Wellen. Diese Wirkung erklärt die gastrointestinalen Nebenwirkungen von Erythromycin: Übelkeit, Diarrhö, Erbrechen, Darmkoliken.

Beim Morbus Morbus:HirschsprungHirschsprung fehlen anlagebedingt in einem umschriebenen Segment des Rektums die Ganglienzellen des Plexus myentericus. Folge ist eine Dauerkontraktion dieses Segments, die zu einem praktisch vollständigen Stuhlverhalt mit Ausbildung eines enorm vergrößerten Kolons führt: kongenitales Megakolon.

Als Peristaltik überwiegt eine nichtpropulsive Mischperistaltik, bei der sich jeweils nur ein oder zwei benachbarte Haustren kontrahieren. Die Fortbewegung des Darminhalts wird vor allem durch ein- oder zweimal täglich ablaufende propulsive Massenbewegungen sichergestellt, die den Chymus in einer propulsiven Peristaltikwelle vom Transversum bis zum Sigma befördern: Holzknecht-Bewegungen. Die Einleitung dieser Massenbewegung wird durch den gastrokolischen und den duodenokolischen Reflex gefördert. Ausgelöst werden diese Reflexe durch Dehnung von Magen und Duodenum bei der Nahrungsaufnahme. Auch die basale Mischperistaltik des Kolons wird durch die Nahrungsaufnahme reflektorisch gesteigert.

Gelangt der Stuhl ins Rektum, wird der über den Parasympathikus gesteuerte Defäkationsreflex ausgelöst (Kap. 14.4.2.2).

Passagezeiten:

• •

  Dünndarm 2–10 Stunden

• •

  Kolon 2–3 Tage

Der in den Drüsenazini gebildete Speichel (Primärspeichel) ist zunächst blutisoton (290 mosmol/l). Die treibende Kraft der Speichelproduktion ist eine klassische Na⁺-K⁺-ATPase (Kap. 1.4.2.4) in der dem Blut zugewandten (basalen) Zellmembran der Azinuszellen. Entlang dem von dieser ATPase aufgebauten Na⁺-Gradienten werden Na⁺, Cl⁻ und K⁺-Ionen von den Zellen der Drüsenazini über einen Na⁺-K⁺-2Cl⁻-Cotransport (NKCC-Symport) aus dem Blut in die Zelle aufgenommen. Chlorid wird anschließend sekundär aktiv über einen CFTR-Cl⁻-Kanal in das Azinuslumen sezerniert (Kap. 1.4.2.3, Mukoviszidose). Natrium und Wasser folgen passiv auf parazellulärem Weg, Kalium verlässt die Azinuszelle wieder in Richtung Blutraum. In den Ausführungsgängen sinkt die Osmolarität des so gebildeten Primärspeichels auf bis zu 50 mosmol/l ab, da Na⁺-Ionen aktiv und Cl⁻-Ionen passiv resorbiert werden, während die Ausführungsgänge für Wasser wenig permeabel sind. Diese Na⁺-Resorption ist aldosteronabhängig (Kap. 10.5.2). Zusätzlich werden in den Ausführungsgängen geringe Mengen von K⁺ und HCO₃⁻ in den Speichel abgegeben (Abb. 7.2).

Die endgültige Osmolalität und die Zusammensetzung des Speichels sind von der Sekretionsrate abhängig. Mit steigender Sekretionsrate kommt es zu den folgenden Veränderungen:

• •

  Die Na⁺- und Cl⁻-Konzentrationen im Speichel steigen an, da die zur Rückresorption dieser Ionen zur Verfügung stehende Zeit abnimmt.SpeichelproduktionPrimärspeichel

• •

  Die Osmolalität des Speichels erhöht sich dadurch.

• •

  Die K⁺- und HCO₃⁻-Konzentrationen sinken ab, da die zur Sekretion zur Verfügung stehende Zeit gleichfalls reduziert ist.

Hohe Speichelsekretionsrate:

• •

  Anstieg von Na⁺ und Cl⁻ im Speichel

• •

  Abfall von K⁺ und HCO₃⁻ im Speichel

Die Salzsäureproduktion und -sekretion ist Aufgabe der Belegzellen in Fundus und Korpus der Magenschleimhaut, die eine isotone Lösung von 0,15-molarer Salzsäure mit einem pH von 0,8 sezernieren.

Charakteristisch für die Belegzellen sind die intrazellulären Canaliculi, die mit Mikrovilli besetzt sind. In diesen Mikrovilli sitzt das Schlüsselenzym der Salzsäuresekretion, die Energie verbrauchende H⁺-K⁺-ATPase. Sie sezerniert ein Proton ins Magenlumen und nimmt dafür ein K⁺-Ion in die Zelle auf. Das Proton entsteht intrazellulär aus der Dissoziation von Kohlensäure, die mithilfe von Carboanhydrase aus H₂O und CO₂ gebildet wurde. Das anfallende Bicarbonat wird im Austausch gegen Chlorid über den Cl⁻/HCO₃⁻-Antiport aus der Belegzelle ins Blut abgegeben. Das in die Zelle aufgenommene Chlorid gelangt über Chloridkanäle an der luminalen Zellseite ins Magenlumen (Abb. 7.3). Die durch diese Mechanismen aufgebaute H⁺-Konzentration im Magenlumen liegt um den Faktor 10⁶ höher als die H⁺-Konzentration im Zellinneren.Magen:SalzsäuresekretionBelegzellenH+-K+-ATPase

Die Entstehung von Kohlensäure in der Belegzelle wird durch die Carboanhydrase katalysiert. Eine Hemmung der Carboanhydrase (z. B. durch Acetazolamid) hemmt somit auch die H⁺-Ionen-Produktion der Belegzelle.

Die H⁺-K⁺-ATPase an der luminalen Wand der Belegzellen kann durch Protonenpumpeninhibitoren wie z.B. Omeprazol irreversibel gehemmt werden. Die dadurch verminderte Salzsäuresekretion des Magens fördert die Abheilung eines Magengeschwürs oder einer Refluxösophagitis (Sodbrennen). Protonenpumpenhemmer sind weltweit eine der am meisten verkauften Medikamentengruppen!

Im Nüchternzustand schöpft der Magen nur 10% seiner Sekretionskapazität aus. Im Rahmen der Nahrungsaufnahme kommt es zur Stimulation der Magensaftsekretion, wobei sich 3 typische Phasen unterscheiden lassen:

• •

  Zephalische Phase: Bereits durch Anblick und Geruch des Essens steigt (über den N. vagus vermittelt) die Magensaftsekretion. Die Hälfte des insgesamt bei der Nahrungsaufnahme produzierten Magensaftes wird in dieser Phase sezerniert. Die Wirkung des N. vagus wird auf zwei Wegen vermittelt: Direkte Aktivierung von muscarinergen Rezeptoren an den Belegzellen und Freisetzung von Gastrin Releasing Peptide (GRP), das über die Stimulierung von G-Zellen die Gastrinsekretion fördert.Magen:Gastrinsekretion

• •

  Gastrale Phase: Die Dehnung des Magens führt über den N. vagus zu einer Stimulation der Magensaftsekretion. Chemische Reize von Nahrungsmitteln, besonders Eiweißabbauprodukte (Peptide, Aminosäuren) sowie Alkohol und Koffein, fördern die Gastrinfreisetzung und steigern so ebenfalls den Magensaftausstoß.

• •

  Intestinale Phase: Auch Dehnung und Eiweißabbauprodukte im Dünndarm können die Magensaftsekretion stimulieren. Insgesamt überwiegt jedoch in der intestinalen Phase die Hemmung der Magensaftausschüttung durch ein saures Milieu (pH < 3) oder die Anwesenheit von Fetten und hyperosmolarem Speisebrei im Dünndarm. Aufgrund dieser beiden Stimuli werden die intestinalen Hormone Sekretin und Bulbogastron aus der Dünndarmschleimhaut freigesetzt, welche die Magensaftsekretion reduzieren.

Auf der Ebene der Belegzelle wird die HCl-Sekretion durch Acetylcholin (N. vagus), Histamin (ECL-Zellen = Enterochromaffin-like Cells) und Gastrin (G-Zellen) gesteigert. Für jede dieser 3 Substanzen finden sich spezifische Rezeptoren an der Oberfläche der Belegzellen (Abb. 7.5): Magen:Magensaftsekretion

• •

  Muscarinerge M₃-Acetylcholinrezeptoren (IP₃-vermittelt, Kap. 14.3.2.1)

• •

  H₂-Histaminrezeptoren (cAMP-vermittelt)

• •

  CCK_B-/Gastrinrezeptoren (IP₃-vermittelt)

Zwischen Gastrin- und Histaminrezeptor besteht eine obligate Wechselwirkung, d. h., die HCl-Freisetzung wird nur stimuliert, wenn beide Rezeptoren aktiviert werden. Auch zwischen Acetylcholin- und Histaminrezeptor besteht eine solche Wechselwirkung, die allerdings nicht obligat ist, d. h., auch bei getrennter Stimulation wird HCl freigesetzt, wenn auch in geringerem Ausmaß als bei gleichzeitiger Aktivierung.

Somatostatin und Prostaglandin E₂ hemmen die Adenylatcyclaseaktivität der Belegzellen und dadurch die HCl-Sekretion.

Für eine optimale Stimulation der Belegzelle ist eine gemeinsame Aktivierung von H₂- und Gastrinrezeptoren erforderlich. Deshalb lässt sich mit Pharmaka, die isoliert die H₂-Rezeptoren blockieren (H2-Rezeptoren-Blocker, z.B. Cimetidin), bereits eine deutliche Reduktion der Magensäuresekretion erreichen (Therapie von Sodbrennen oder Magengeschwüren).

Die Salzsäuresekretion wird durch einen niedrigen pH-Wert im Magen gehemmt. Auch ein niedriger pH-Wert im Duodenum und ein hoher Fettgehalt in diesem Bereich bremsen die Salzsäuresekretion, da hierdurch gastrointestinale Peptidhormone (Sekretin, GIP, VIP, Somatosta- tin, s. Tab. 7.9) freigesetzt werden, welche die Belegzellen hemmen.

• •

  Gesteigerte Salzsäuresekretion durch:

  • –

    AcetylcholinBelegzellen:Beeinflussung

  • –

    Histamin

  • –

    Gastrin

• •

  Verminderte Salzsäuresekretion durch:

  • –

    pH-Wert↓ in Magen und Duodenum

  • –

    Fettgehalt↑ im Duodenum

  • –

    Somatostatin

  • –

    Sekretin

  • –

    Prostaglandin E₂

Magen- und Zwölffingerdarmgeschwüre (Ulcus ventriculi und Ulcus duodeni) sind häufige Erkrankungen. Aufgrund einer Schädigung der Magenschleimhaut durch „Selbstverdauung“ liegt die unter der Schleimhaut befindliche Submukosa frei. Ein Geschwür entsteht, wenn die protektiven Faktoren (neutralisierender Magenschleim) den aggressiven Faktoren (Salzsäure, Pepsin, Alkohol, Nikotin) unterlegen sind. Die Besiedlung mit Helicobacter-pylori-Bakterien macht die Magenschleimhaut anfälliger für die Magensäure und ist die häufigste Ursache für Ulcera ventriculi und Ulcera duodeni. Therapie der Wahl ist die Eradikation von Helicobacter pylori bei gleichzeitiger Reduktion der Salzsäuresekretion durch die kombinierte Gabe von Antibiotika und einem Protonenpumpeninhibitor.

Helicobacter-negative Ulcera sind in den meisten Fällen durch Einnahme von Acetylsalicylsäure oder nichtsteroidalen Antirheumatika bedingt, welche die Synthese der protektiven Prostaglandine in der Magenschleimhaut hemmen (Kap. 10.8.5).

Sekretin stimuliert die Epithelien der Pankreasgänge zur Ausschüttung eines bicarbonatreichen, dünnflüssigen Sekrets. Diese Wirkung wird über Aktivierung der Adenylatcyclase und das cAMP-System vermittelt (Kap. 1.7.1). Mit zunehmender Sekretionsrate steigt die Bicarbonatkonzentration im Pankreassaft, während die Chloridkonzentration zurückgeht. Die Chloridkonzentration im Pankreassekret kann dabei auf Werte um 30mmol/l sinken, also weit unter die Chloridkonzentration im Plasma (110mmol/l). Die Bicarbonatkonzentration liegt mit 125mmol/l dagegen deutlich über der Plasmakonzentration von 24mmol/l. Die Na⁺-Konzentration bleibt unabhängig von der Sekretionsrate konstant. Mit einer Osmolalität von ca. 300 mosmol/kg ist der Pankreassaft isoton zum Blutplasma.

Wird Pankreasgewebe im Rahmen einer chronischen Pankreatitis zerstört, gehen Produktion und Ausscheidung der pankreatischen Verdauungsenzyme zurück: exokrine Pankreasinsuffizienz. In 60–80% der Fälle ist ein chronischer Alkoholabusus die Ursache.

Auch im Rahmen einer MukoviszidoseMukoviszidose kann sich eine Pankreatitis entwickeln: Der für die Mukoviszidose typische zähflüssige Schleim verstopft die Ausführungsgänge des Pankreas. Durch den Rückstau der Pankreasenzyme wird das Pankreasgewebe geschädigt, wodurch sich eine exokrine Pankreasinsuffizienz ausbildet.

Über die Galle werden Medikamente und Giftstoffe, aber auch z.B. Bilirubin als Abbauprodukt des Hämoglobinstoffwechsels ausgeschieden. Auch der Cholesterinhaushalt wird durch die Ausscheidung von Cholesterin mit der Galle reguliert.

Außerdem sind die Gallensäuren, die sowohl über hydrophile als auch über lipophile Gruppen verfügen, für die Fettverdauung unverzichtbar:

• •

  Sie bilden zusammen mit Lecithin im Dünndarm aus den Nahrungsfetten eine Emulsion, wodurch diese Nahrungsfette für die Fett verdauenden Enzyme besser zugänglich werden.GalleLeberLeber:GallenbildungGalle:Ausscheidung

• •

  Die durch Lipolyse entstandenen Abbauprodukte der Nahrungsfette werden im Darmlumen in sog. Mizellen aus Gallensäuren transportiert (Kap. 7.6.4.1). Hierbei handelt es sich um eine „Verpackung“ der Fette, bei denen die nach außen gerichteten hydrophilen Gruppen der Gallensäuren eine Lösung der Mizelle in Wasser ermöglichen, während die lipophilen Gruppen in Richtung der im Inneren der Mizelle gelegenen Fette weisen.

Das gramnegative Bakterium Vibrio cholerae produziert das Choleratoxin, welches u.a. den Einbau von CFTR-Chlorid-Kanälen in die Darmmukosa fördert. Dadurch gehen dem Körper bis zu 1l NaCl-haltiges Sekret pro Stunde über den Darm verloren. Diese Wirkung wird über einen erhöhten cAMP-Gehalt der Zelle vermittelt (Kap. 1.7.1).

Glucose- und Galaktoseaufnahme: sekundär aktiver Na+-Symport.

Ein Drittel der Aminosäuren wird in Form von Di- und Tripeptiden über einen tertiär aktiven H⁺-Symport (Kap. 1.4.2.4) aufgenommen. Diese Di- und Tripeptide werden erst in den Zellen der Darmschleimhaut zu Aminosäuren hydrolysiert.

Freie Aminosäuren werden meist in Form eines Energie verbrauchenden, sekundär aktiven Transports im Verbund mit Na⁺-Ionen in die Darmschleimhaut aufgenommen: Natrium-Symport.

Es existieren mindestens 4 sekundär aktive Na⁺-Symporter, die jeweils eine bestimmte Gruppe von Aminosäuren transportieren (Tab. 7.8).OligopeptideH+-SymportH+-Symport:Tertiär aktiverAminosäuren