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Haut

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Die Haut (gr. derma; auch Kutis von lat. cutis) ist flächenmäßig jedoch nicht nach der realen Oberfläche das größte (Darm bis 450 m², Haut je nach Körperumfang und Körpergröße 1,5 bis 2 m²), das schwerste (bis zu 10 kg) und funktionell das vielseitigste Organ des menschlichen oder tierischen Organismus. Sie dient der Abgrenzung von Innen und Außen (Hüllorgan), dem Schutz vor Umwelteinflüssen, der Repräsentation, Kommunikation und Wahrung der Homöostase (inneres Gleichgewicht). Weiterhin übernimmt die Haut wichtige Funktionen im Bereich des Stoffwechsels und der Immunologie und verfügt über vielfältige Anpassungsmechanismen. Die Haut verträgt den pH-Wert von 5,5 am besten.

Aufbau der Haut

Die äußere Haut gliedert sich prinzipiell in drei Hauptschichten:

• Oberhaut (Epidermis)
• Lederhaut (Dermis oder Corium)
• Unterhaut (Subcutis)

Lederhaut und Oberhaut bilden zusammen die Cutis.

Teile der Haut und ihre Funktionen

Die Haut schützt vor Wärmeverlust und äußeren Einflüssen und dient der Aufnahme von Berührungsreizen. Darüber hinaus erfüllen die einzelnen Bestandteile spezialisierte Funktionen:

• Haare: Schutz vor Wärmeverlust und Sonnenstrahlen
• Hornschicht: Schutz vor Verletzungen und Austrocknung
• Keimschicht: Nachbilden von Hautzellen
• Melanocyten: Schutz der genetischen Information im Zellkern vor UV-Strahlung
• freie Nervenendigungen: Aufnahme von Berührungsreizen und Schmerzempfindung
• Lamellenkörperchen: Aufnahme von Druckreizen
• Schweißdrüsen: Produktion von Schweiß, Schutz vor Überhitzung durch Verdunstung
• Kälterezeptoren: Aufnahme von Temperaturreizen „kalt“
• Wärmerezeptoren: Aufnahme von Temperaturreizen „warm“
• Haarbalgmuskel: Wärmespeicher durch Aufrichten der Vellushaare
• Talgdrüse: Produktion von Talg (Fett)
• Tastkörperchen: Aufnahme von Berührungsreizen
• Fetteinlagerung: Schutz vor Druck und Unterkühlung
• Blutgefäße: Temperaturregulation und Versorgung der Hautzellen mit Nährstoffen und Sauerstoff

Die Haut als Grenzorgan

Die Haut schützt den Organismus vor dem Eindringen von Krankheitserregern und gasförmigen, flüssigen oder festen Fremdsubstanzen im weitesten Sinn, vor mechanischen Verletzungen, Strahlenschäden, aber auch vor Flüssigkeits-, Elektrolyt- und Proteinverlusten, die bei schweren Verbrennungen der Haut lebensbedrohliche Ausmaße annehmen. Besiedelt wird sie von Bakterien und Pilzen, der sogenannten residenten Hautflora. Als antigenpräsentierende Zellen fungieren in der Haut die Langerhanszellen.

Stoffaustausch

Über die Körperoberfläche werden in unterschiedlichem Maße bei verschiedenen Tieren Stoffe aus der Umgebung aufgenommen und abgegeben. Diese können gasförmig, flüssig oder fest (in wässrigem Medium gelöst) sein. Der Stoffaustausch kann aktiv (unter Energieaufwand) oder passiv (in Richtung eines osmotischen Gefälles) verlaufen.

Bei den Gasen kann es sich um die Aufnahme von Sauerstoff und die Abgabe von Kohlendioxid (Hautatmung) handeln, aber auch um Stickstoff und Inertgase. Wasser kann aufgenommen oder abgegeben werden zur Wasserregulation und als Transportmedium für gelöste gasförmigen oder feste Stoffe dienen. Gelöste Stoffe können Salze sein (Aufnahme oder Abgabe), Nahrungsstoffe (bei vielen Endoparasiten die ausschließliche Stoffaufnahme, Ausscheidungsprodukte, aber auch toxische Stoffe aus der Umwelt (wie bei organischen Bleiverbindungen).

Wärmehaushalt

Über die Haut kann der Körper seinen Wärmehaushalt regulieren. Einer Überhitzung wirkt die Haut mit den Schweißdrüsen entgegen. Durch die Schweißproduktion und die dadurch mögliche Verdunstung wird Wärme von den dicht unter der Haut verlaufenden Kapillargefäßen, die dazu weit geöffnet sind, abgeführt (siehe Schwitzen). Mit Hilfe des Unterhautfettgewebes und im geringeren Maße durch die der Behaarung wird Wärme zurückgehalten. Bei Kälte werden die Haut und das Unterhautfettgewebe nur noch gering durchblutet und beide wirken dadurch als Isolatorschicht. Die Haare können Aufgrund des geringen Haarkleides des Menschen nur noch geringe Isolationsfunktion übernehmen. Dennoch kann man das Wirkprinzip eines Fellkleides noch gut beobachten. Bei der bei Kälte auftretenden Gänsehaut richtet der Musculus arrector pili das Haar auf. Eine geschlossene Behaarung ermöglicht hier einen wesentlich besseren Schutz vor Unterkühlung.

UV-Strahlungsschutz

Die Stärke der einfallenden UV-Strahlung auf der Erdoberfläche hängt von der Tageszeit, der geographischen Lage, der Jahreszeit, der Seehöhe, der jeweiligen Dicke der Ozonschicht, der Bewölkung und von vielen anderen örtlichen Parametern ab. Gegen die schädlichen Wirkungen der UV-Strahlung auf die Haut und der darunterliegenden Gewebe existieren folgende Schutzmechanismen:

• Während das Haarkleid (Fell) der Säugetiere oder das Federkleid der Vögel sehr effektiv gegen nachteilige Folgen der UV-Strahlung schützt, da es den größten Prozentsatz des UV absorbiert und reflektiert, ist der (unbekleidete) Mensch weitgehend ungeschützt.
• Die Hornschicht (stratum corneum) absorbiert und reflektiert normalerweise etwa 10 % der UVB– und ca. 50 % der UVA– Strahlung, diese Zahlen gelten für die menschliche Haut. Auf Erhöhung der UV- Belastung reagiert die Haut mit einer Verdickung der Hornschicht; besonders stark ist diese nach Sonnenbränden ausgebildet („Lichtschwiele“) ^[1].
• Der Schutz der Haut durch Pigmentierung basiert auf der physikalischen Absorption von UV durch Pigmente). Viele Tiere besitzen eine Pigmentierung der Haut. Die veränderliche Pigmentierung der menschlichen Haut stellt im Tierreich jedoch (bislang) eine einzigartige Anpassungs- und Schutzmöglichkeit gegen UV-Strahlung dar. Es gibt kaum Tiere, deren Haut in der Lage ist, die Pigmentierung in einem solchen Maß zu verändern, wie dies beim Menschen möglich ist.
• Als so genannte „Sofortbräunung“ (engl. immediate pigment darkening) bezeichnet man eine kurzfristige, nur wenige Stunden anhaltende Bräunung der Haut nach einer UV- Belastung. Die Sofortbräunung beruht sowohl auf einer Änderung der chemischen Konformation der Melaninmoleküle, als auch auf einer Umverteilung der Pigmentkörperchen in der Epidermis, und besitzt fast keine Schutzwirkung gegen UV-Strahlung.
• Die (verzögerte) UV-Bräunung setzt erst ca. 72 Stunden nach der UV-Belastung ein. Die Melanozyten der Haut reagieren auf UV-Einstrahlung mit der verstärkten Produktion und Abgabe von Eumelanin (oder Phäomelanin bei Menschen des Hauttyp 1), das der Haut einen braunen (Phäomelanin: rötlichen) Farbton gibt, und UV in hohem Maße absorbiert, wobei Phäomelanin wesentlich weniger UV absorbiert. Die ethnisch verschiedenen Hautfarben der Menschen resultieren aus den jeweiligen Hauttypen.
• Der Schweiß des menschlichen Körpers enthält Urocaninsäure, welche einen Teil der UVA-Strahlung absorbiert oder reflektiert.

Die ersten Hominiden hatten möglicherweise eine nur schwach pigmentierte Haut, die von dunklen Haaren bedeckt war, ähnlich wie heutige Schimpansen. Relativ bald in der Hominidenevolution dürfte sich eine nackte, dunkel pigmentierte Haut, die als UV-Schutz diente, entwickelt haben. Mit der Ausbreitung nach Norden bildete sich die Pigmentierung offenbar zurück, vermutlich um Vitamin D besser generieren zu können. Insbesondere während der Schwangerschaft und während des Stillens könnten sich hieraus Überlebensvorteile ergeben haben.

Die Haut als Kontakt- und Sinnesorgan

Die Haut stellt den sichtbaren Teil des menschlichen Körpers dar. Als solcher erfüllt die Haut eine Reihe kommunikativer Funktionen. Zur Reizaufnahme und damit zur Oberflächensensibilität ist die Haut mit unterschiedlichen Typen von Rezeptoren ausgestattet:

• Schmerzrezeptoren: Sie liegen in der Lederhaut, ihre Dichte variiert je nach Körperregion (bis zu 200/cm² Haut).
• Druckrezeptoren (Vater-Pacini-Körperchen): Sie dienen der Wahrnehmung von Druckempfindungen und liegen in der Unterhaut. Ihre Dichte beträgt bis zu 100/cm².
• Thermorezeptoren (freie Nervenendigungen): Sie sind besonders dicht an Kinn, Nase, Ohrmuschel, Ohrläppchen (9 bis 12/cm²) und Lippen (> 15/cm²). Insgesamt besitzt die menschliche Haut ca. 250.000 Kälterezeptoren. Die Anzahl der Wärmerezeptoren beträgt nur etwa 1/10 davon, sie arbeiten zudem deutlich langsamer als Kälterezeptoren.
• Dehnungsrezeptoren (Ruffini-Körperchen): Sie registrieren den Dehnungszustand der Haut und liegen in der Lederhaut (Stratum reticulare). Ihre Dichte beträgt bis zu 2/cm² Haut.
• Tastrezeptoren (Meissner-Körperchen und Merkel-Zellen): Tastrezeptoren kommen in der unbehaarten Haut vor. Besonders dicht (Abstand: 1 bis 5 mm) sind sie in den Fingerspitzen, den Lippen, der Zunge, den Brustwarzen, den äußeren Geschlechtsorganen und der Afterregion verteilt.
• Haarfollikelrezeptoren: Sie registrieren die Haarstellung (siehe auch Vibrisse).

Die psychogalvanische Hautreaktion gibt Rückschlüsse auf emotionale Vorgänge (siehe auch Lügendetektor).

 

Hautalterung

Als Hautalterung wird der komplexe biologische Prozess der mit dem Alter einhergehenden Veränderung der Haut bezeichnet. Hierbei ist nicht nur das chronologische Altern gemeint, sondern auch das intrinsische Altern, also die genetisch gesteuerte verminderte Reagibilität der Hautzellen. Sie ist nicht beeinflussbar. Im Gegensatz hierzu können die extrinsischen Faktoren (Umweltfaktoren wie UV-Licht, chemische Reagentien, mechanische Belastung) beeinflusst werden. Deshalb unterscheidet man bei der Hautalterung zwischen dem sogenannten „Zeitaltern“ und dem „Umweltaltern“ (auch „Lichtaltern“ genannt). ^[1] Hautalterung, die meist in Form von Falten sichtbar wird, setzt von Mensch zu Mensch unterschiedlich ein. Dies ist auch auf die Lebensweise zurückzuführen: Faktoren wie Hitze und Kälte, Stress und ungesunde Ernährung sowie Alkohol– und Nikotinkonsum können die natürliche Alterung der Haut beschleunigen. ^[2]

Entstehung

UV-Licht lässt freie Radikale (bindungssuchende Moleküle) und Singulett-Sauerstoff (aktivierten Sauerstoff) entstehen. Da vor allem die UVA-Strahlung tief in die Haut eindringt, erzeugt sie in der Dermis (Lederhaut) Singulett-Sauerstoff. Dieser bewirkt die Produktion von Enzymen, die die kollagenen Fasern schädigen und damit die Straffheit der Haut reduzieren. Gleichzeitig quellen elastische Fasern auf, was zu einem Verlust der Dehnbarkeit der Haut führt. In der Epidermis (Oberhaut) bewirken UVA- und UVB-Strahlung Hautzellschäden, die Hautkrebs bedingen können.^[3] Zeitaltern der Haut kommt jedoch durch eine Erschöpfung der Zellteilungsprozesse und eine Minderversorgung der Zellen zustande. Die Haut bekommt tiefe Falten und Runzeln, ihre trockene Oberfläche neigt zu Einrissen und Pseudonarben, die Oberhaut wird dünner, wodurch die Blutgefäße noch deutlicher hervortreten. Die Trockenheit der alten Haut ist auf eine verminderte Aktivität der Talgdrüsen zurückzuführen: Es wird weniger Fett produziert, die Haut verliert an Elastizität und ist nicht mehr so regenerationsfähig, was insgesamt sogar zu Wundheilungsstörungen führen kann. Darüber hinaus lässt auch die Muskelspannkraft mit dem Alter nach, so dass verstärkt Falten entstehen.

Molekulare Aspekte

Das Hautaltern wird möglicherweise auch durch bestimmte Gene ausgelöst, die durch den Transkriptionsfaktor NF-kappa B gesteuert werden. Die Aktivität dieses Proteins nimmt im Alter zu. Nach Blockierung dieses Protein bei Mäusen, erreichten ältere Mäuse innerhalb von zwei Wochen für eine kurze Zeit wieder einen biologisch jüngeren Zustand der Haut.

 

Jo-Jo-Effekt

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Als Jo-Jo-Effekt bezeichnet man eine unerwünschte – insbesondere schnelle – Gewichtszunahme am Ende einer Reduktionsdiät. Bei wiederholten Diäten kann sich das Gewicht wie ein Jo-Jo auf und ab bewegen, wobei das neue Endgewicht oft höher ist als das Ausgangsgewicht.

Ursachen

Der Jo-Jo-Effekt wird hauptsächlich dadurch verursacht, dass der leichtere Körper nach der Diät weniger Energie benötigt als zuvor – der Grundumsatz sinkt. Zudem wird bei der Diät neben Fettgewebe oft auch Muskelgewebe abgebaut. Da Muskelgewebe jedoch permanent (auch in körperlicher Ruhe) mehr Energie verbraucht als Fettgewebe, sinkt bei einer Reduktion von Muskelgewebe ebenfalls der Grundumsatz.

Auch eine radikale Unterversorgung mit Kalorien steht im Verdacht, den Grundumsatz zu beeinflussen. Der Körper passt sich an die niedrige Kalorienzufuhr an und schaltet auf „Sparflamme“, um sein Überleben zu sichern.

Alle Effekte zusammen sind die Grundlage für die schnelle Gewichtszunahme, wenn am Ende der Diät die alten Ernährungs- und Lebensgewohnheiten wieder aufgenommen werden.

Vermeidung

Der Jo-Jo-Effekt kann vermieden werden, wenn die Diät nicht zu radikal ist, so dass der Körper nicht auf den Hungerstoffwechsel umschaltet. Außerdem muss es zu einer dauerhaften Ernährungsumstellung kommen, die die bisherige Überernährung vermeidet. Sinnvoll ist es, am Ende einer Reduktionsdiät die Kalorienzufuhr langsam und über Wochen anzuheben, bis das erreichte Gewicht gehalten wird. Durch Sport und jede Form von körperlicher Bewegung lässt sich der tägliche Kalorienbedarf steigern. Darüber hinaus lässt sich durch Kraftsport dem Abbau des Muskelanteils im Körper entgegenwirken und so das Abfallen dieses Teils des Grundumsatzes vermeiden.

KFS-Verfahren

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Das KFS-Verfahren ist eine Methode zur objektiven Bestimmung von Langzeitsitzkomfort in verschiedenen Sitzsystemen (Fahrzeugsitz, Nutzfahrzeugsitz, Bahnsitz oder Flugzeugsitz). Das Messverfahren basiert auf der Erfassung der Körperhaltung und deren Änderung direkt am Körper der Testperson. Die Kombination aus Art und zeitlicher Abfolge der Haltungsänderungen gibt Auskunft über das Langzeitsitzkomfortnivenau in verschiedenen Sitzsystemen.

 

Kohlenhydrate

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Kohlenhydrate oder Saccharide, zu denen auch die Zucker gehören, bilden eine biologisch und chemisch bedeutsame Stoffklasse. Als Produkt der Photosynthese machen Kohlenhydrate den größten Teil der Biomasse aus. Sie stellen zusammen mit den Fetten und Proteinen den quantitativ größten verwertbaren (u. a. Stärke) und nicht-verwertbaren (Ballaststoffe) Anteil an der Nahrung. Neben ihrer zentralen Rolle als physiologischer Energieträger spielen sie als Stützsubstanz vor allem im Pflanzenreich und in biologischen Signal- und Erkennungsprozessen (z. B. Zell-Zell-Erkennung, Blutgruppen) eine wichtige Rolle. Die Wissenschaft, die sich mit der Biologie der Kohlenhydrate beschäftigt heißt Glykobiologie.

Chemisch handelt es sich um Oxidationsprodukte mehrwertiger Alkohole, also Hydroxyaldehyde (Aldosen) oder Hydroxyketone (Ketosen) sowie davon abgeleitete Verbindungen und deren Oligo– und Polykondensate. Am weitesten verbreitet sind Monosaccharide mit fünf oder sechs C-Atomen, was einen Ringschluss ermöglicht. Einfachzucker können über glykosidische Bindungen durch eine Kondensationsreaktion zu Zwei- und Mehrfachzuckern verketten.

Die Monosaccharide (Einfachzucker, z. B. Traubenzucker, Fruchtzucker), Disaccharide (Zweifachzucker, z. B. Kristallzucker, Milchzucker, Malzzucker) und Oligosaccharide (Mehrfachzucker, z. B. Raffinose) sind in der Regel wasserlöslich, haben einen süßen Geschmack und werden im engeren Sinne als Zucker bezeichnet. Die Polysaccharide (Vielfachzucker, z. B. Stärke, Cellulose, Chitin) sind hingegen oftmals schlecht oder gar nicht in Wasser löslich und geschmacksneutral.

Physiologische Synthese

Einfachzucker werden von Pflanzen im Calvin-Zyklus durch Photosynthese aus Kohlenstoffdioxid und Wasser aufgebaut, und enthalten Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff. Zur Speicherung oder zum Zellaufbau werden diese Einfachzucker bei praktisch allen Lebewesen dann zu Mehrfachzuckern verkettet. Pflanzen synthetisieren in den Plastiden (z. B. Chloroplasten) das Polysaccharid Stärke. Tiere bilden in der Leber aus Glucose den langkettigen Speicherzucker Glykogen.

Die Energieversorgung des Gehirns ist hochgradig von Glucose abhängig, da es Fette nicht direkt energetisch verwenden kann. In Hungersituationen ohne Kohlenhydratzufuhr oder bei verstärkter Muskelarbeit wird daher unter Energieaufwand Glucose in der Gluconeogenese aus den Stoffwechselprodukten Lactat, bestimmten Aminosäuren (u. a. Alanin) und Glycerin synthetisiert. Die Gluconeogenese verwendet zwar einige Enzyme der Glycolyse, dem Abbauweg der Glucose zur Erzeugung von energiereichem ATP und NADH+H⁺, ist aber keinesfalls als deren Umkehrung zu verstehen, da entscheidende Schritte von eigenen Enzymen wie gesagt unter Energieverbrauch stattfinden. Glycolyse und Gluconeogenese sind reziprok reguliert, d. h. sie schließen einander in ein und derselben Zelle nahezu aus. Unterschiedliche Organe können jedoch sehr wohl gleichzeitig den einen und den anderen Weg beschreiten. So findet bei starker Muskelaktivität im Muskel Glycolyse und damit Lactatfreisetzung und in der Leber Gluconeogenese unter Verwendung von Lactat statt. Dadurch wird ein Teil der Stoffwechsellast in die Leber verlagert.

Nahrung

Kohlenhydrate sind neben Fett und Eiweiß ein wesentlicher Bestandteil der menschlichen Nahrung. Wichtige Grundnahrungsmittel, die einen hohen Anteil an Kohlenhydraten aufweisen, sind die verschiedenen Getreidesorten, die zu Lebensmitteln verarbeitet werden (Reis, Weizen, Mais, Hirse, Roggen, Hafer) bzw. als Viehfutter genutzt werden (vor allem Gerste, Hafer, Mais, Triticale). Die stärkehaltigen Getreideprodukte sind u. a. Brot, Nudeln, Kuchen u.v.a.m. Auch die Wurzelknollen der Kartoffel, einem Nachtschattengewächs, und die zu den Hülsenfrüchten gehörenden Erbsen, Bohnen und Linsen weisen einen hohen Kohlenhydratanteil auf.

Pflanzenarten, die vor allem zur Kohlenhydrataufnahme in der Ernährung beitragen, sind im Artikel Nutzpflanzen zusammengestellt.

Die in der Pflanzenwelt als Stützsubstanz in großen Mengen vorkommende Cellulose ist für den Menschen unverdaulich. Sie ist aber von den Wiederkäuern wie Rindern, Schafen und Ziegen verwertbar, da diese sich in ihren Vormägen (Pansen) den mikrobiellen Aufschluss zu nutze machen.

Verdauung und Verwertung

Die unmittelbare Energiewährung für biologische Prozesse ist das Adenosintriphosphat (ATP), das zum Beispiel die Muskelkontraktion antreibt, aber auch an fast allen energieverbrauchenden Prozessen beteiligt ist. Es liegt jedoch in den Zellen nur in geringer Konzentration vor und muss durch aeroben und anaeroben Abbau energiereicher Verbindungen wie Fette, Kohlenhydrate oder Proteine in den Zellen nachgeliefert werden.

Kohlenhydrate sind der Hauptenergielieferant für den Organismus. Sie sind im Gegensatz zu den Fetten relativ schnell verwertbar, da sie auch anaerob Energie liefern. Der wichtigste Kohlenhydratbaustein im Energiehaushalt des Körpers ist die Glucose. Jede Körperzelle kann Glucose durch die Zellmembran aufnehmen bzw. wieder abgeben. In den Zellen der verschiedenen Organe kann sie dann entweder durch Verstoffwechselung die chemische Energie für Muskelarbeit, anabole Prozesse oder Gehirnaktivität liefern oder in Form von Glucoseketten als Glycogen gespeichert werden.

Die akute Energieversorgung des Körpers wird im wesentlichen über die im Blut gelöste Glucose gewährleistet. Ihre Konzentration im Blut, der sogenannte Blutzuckerspiegel, wird in engen Grenzen gehalten. Bei der Verdauung wird die Glucose im Dünndarm als Monosaccharid aus dem Nahrungsbrei aufgenommen und in das Blut abgegeben. Nach der Nahrungsaufnahme steigt der Blutzuckerspiegel daher an. Die ins Blut aufgenommene Glucose muss also erst einmal zwischengespeichert werden. Das Signal hierzu gibt das Insulin, ein Peptidhormon. Es signalisiert dem Muskel- und Lebergewebe, verstärkt Glucose aus dem Blut aufzunehmen und zu Glycogen zu verketten. Bei der Aufnahme (Resorption) der Glucose aus der Nahrung ist es nicht egal, wie schnell das geschieht. Da die Glucose in der Nahrung in mehr oder weniger oligomerisierter, bzw. polymerisierter, genauer: polykondensierter Form vorliegt, müssen die Glucoseketten im Verdauungstrakt aufgespalten werden, was je nach Länge der Ketten unterschiedlich schnell geschieht. Werden z. B. stärkehaltige Nahrungsmittel wie Brot oder Kartoffeln gegessen, so zerlegen die Verdauungsenzyme die Glucosekette der Stärke in einzelne Bruchstücke und schließlich bis zu den einzelnen Glucose-Molekülen, die nach und nach in den Blutkreislauf übergehen. Es vergeht also eine gewisse Zeit, bis die Stärke vollständig zerlegt und die Glucose-Bausteine aufgenommen werden. Der Blutzucker steigt hier daher eher langsam an.

Auch die anderen Nahrungsbestandteile spielen für die Geschwindigkeit des Blutzuckeranstiegs eine Rolle. Dies gibt dem Körper Zeit, die energiereichen Moleküle einzulagern. Je schneller die Glucose im Verdauungstrakt freigesetzt wird, desto schneller steigt auch der Blutzuckerspiegel an. Wenn sie in Form von Zucker, also direkt als Glucose oder kurzkettigen Di-, Tri- und Oligomeren, aufgenommen wird, so steigt der Blutzuckerspiegel schnell an. Das ist der Grund für die belebende Wirkung zuckerhaltiger Süßigkeiten und Getränke. Bei körperlicher oder geistiger Aktivität wird der Körper so mit schneller Energie versorgt. Wird jedoch „schwer gegessen“, also eine umfangreiche Mahlzeit eingenommen, so wird durch die intensive Durchblutung des Verdauungstraktes dem Muskelgewebe und dem Gehirn Energie entzogen, so dass man eher träge wird. Hierbei spielt auch das Insulin eine Rolle, da bereits während der Mahlzeit Insulin ausgeschüttet wird, das wie beschrieben den Blutzucker senkt. Der Blutzuckerspiegel steigt also während der Mahlzeit zunächst an, sinkt dann aufgrund der Einlagerung der Glucose in Muskeln und Leber ab und erreicht dann wieder einen normalen Wert.

Ein niedriger Blutzuckerspiegel spielt auch beim Hungergefühl eine entscheidende Rolle. Daher kann es sein, dass man ca. eine halbe bis ganze Stunde nach einer Mahlzeit wieder ein leichtes Hungergefühl hat. Es ist daher sinnvoll, das Dessert oder den Kaffee an die Mahlzeit anzuschließen, da ersteres durch den Zuckergehalt und letzterer durch die den Blutzuckerspiegel steigernde Wirkung des Koffeins dieses Absinken ausgleicht.

Wenn die Versorgung der Gewebe mit Kohlenhydraten größer ist als ihr Verbrauch, wird der Überschuss in Fett umgewandelt und als Depotfett gespeichert. Fette haben pro Masse einen höheren Energiegehalt als Kohlenhydrate und haben keine Hydrathülle. Sie sind für die langfristige Energiespeicherung also platzsparender als Kohlenhydrate und bewirken eine bessere Wärmedämmung des Körpers.

Entgegen der landläufigen Meinung werden Fettdepots ständig energetisch verwertet und nicht erst, wenn der Glycogenspeicher im Muskel reduziert ist. Auch, dass eine Fettverbrennung erst nach ca. 30-minütiger Ausdauerübung einsetzt, ist falsch. Tatsächlich verhält es sich so, dass das Adenosintriphosphat (ATP) für intensive Muskelarbeit durch vier Energiequellen geliefert wird. Daran den größten Anteil hat die Verwertung von Creatinphosphat (aus dem Proteinstoffwechsel), das ein höheres Phosphatgruppenübertragungspotential hat als ATP und dieses daher schnell nachliefern kann; es folgt die anaerobe Zuckerverwertung; etwas geringer ist der Anteil der oxidativen Zuckerverbrennung; und den geringsten Anteil hat die Fettverbrennung. Je intensiver die Anstrengung ist, desto stärker nimmt der Anteil der ersten, insbesondere anaeroben Anteile zu. Folglich nimmt der relative Anteil der Fettverbrennung bei erhöhter Pulsfrequenz ab, die absolute Menge des verwerteten Fettes nimmt aber sehr wohl zu, da der Gesamtenergieumsatz ebenfalls zunimmt. Der erhöhte Anteil anaerober Verbrennung hängt mit dem abnehmenden Sauerstoffangebot im Muskel bei starker Muskelarbeit zusammen, da die Fettverbrennung ein aerober Prozess ist.

Untrainierten Sportlern wird oft geraten, ausdauernd und leistungsschwach anzufangen („Laufen, ohne zu schnaufen“). Es gibt jedoch auch die Ansicht, dass allein die Energiebilanz (Kalorienverbrauch > -aufnahme) beim Sport entscheidend ist, da z. B. nach der Anstrengung noch ein „Nachbrennen“ der Fette stattfindet. Wird also während des Trainings viel Glucose verbrannt, wird in der Erholungsphase umso mehr Fett verbrannt. Weitere Faktoren des Fettabbaus sind die Art und die Frequenz der Nahrungsaufnahme, da mit jedem Insulinausstoß auch die Fettverbrennung gehemmt wird. Mit zunehmendem Training vergrößert sich die Muskelmasse, die Sauerstoffaufnahme verbessert sich, wodurch ein erhöhter Grundumsatz der Fettverbrennung entsteht.
Leistungssportler trainieren vor einem Wettkampf durch den geeigneten Zeitpunkt der Nahrungsaufnahme die Optimierung ihres Glycogenspeichers, da dieser der wichtigste Energiespeicher für kurzfristige Leistungsspitzen ist.

Kohlenhydrate gelten nicht als essentiell, da der Körper sie in der Gluconeogenese unter Energieaufwand aus anderen Nahrungsbestandteilen wie Proteinen und Glycerin selbst herstellen kann. Da insbesondere das Gehirn hochgradig von Glucose als Energieträger abhängig ist und keine Fette verwerten kann, muss der Blutzuckerspiegel in engen Grenzen gehalten werden. Dessen Regulation erfolgt durch das Zusammenspiel von Insulin und Glucagon. Bei Kohlenhydratmangel wird das Gehirn durch Ketonkörper versorgt, was sich z. B. bei einer Diät durch Acetongeruch bemerkbar macht. Eine völlig kohlenhydratfreie Ernährung wurde im Tierversuch bei Hühnern problemlos vertragen. Eine eigenständige Erkrankung des Menschen durch das Fehlen von Kohlenhydraten ist unbekannt. Der Energiegehalt eines Gramms Kohlenhydrat beträgt rund 17,2 Kilojoule (4,1 kcal).

Die physiologische Energieerzeugung aus Kohlenhydraten erfolgt im Normalfall in der nicht-oxidativen Glycolyse und im oxidativen Citrat-Zyklus. Die dort bereitgestellten Reduktionsäquivalente werden in der Atmungskette auf Sauerstoff übertragen. Das dabei an der Mitochondrienmembran erzeugte Membranpotential liefert mit Abstand die meiste Energie für die ATP-Synthese aus ADP.

Gärung

→ Hauptartikel: Gärung
Die Gärung ist ein Stoffwechselprozess, bei dem unter Sauerstoffabschluss (Anaerobie) Kohlenhydrate zum Energiegewinn abgebaut werden. Sie wird in der Natur vor allem von Mikroorganismen genutzt, jedoch können auch Pflanzen unter Sauerstoffmangel auf sie zurückgreifen. In den Muskeln findet unter Sauerstoffmangel Milchsäuregärung statt.

Gärungen werden vielfältig zur Herstellung und Veredelung von Lebensmitteln genutzt. So wird bei der Milchsäuregärung Milchzucker (Lactose) zu Milchsäure umgesetzt und zur Herstellung von Joghurt, Quark und Buttermilch genutzt. Auch die Herstellung von Sauerteig und Silage beruhen auf der Gärung von Kohlenhydraten zu Milchsäure. Bei der Käse-Herstellung ist die Milchsäuregärung ein wichtiger Zwischenschritt.

Bei der alkoholischen Gärung werden verschiedene Zuckerarten zu Alkohol vergoren. Zu nennen wäre hier u. a. Malzzucker beim Bierbrauen und Traubenzucker beim Keltern von Wein. Stärkehaltige Nahrungsmittel wie Kartoffeln, Getreide und Reis werden z.B. zu Schnäpsen, Früchte zu Likören verarbeitet.

Im Vergleich zur Zellatmung wird bei Gärungen nur eine geringe Menge Energie gewonnen, da statt Citratzyklus und anschließender Atmungskette nur die Substratkettenphosphorylierung genutzt werden kann.

Systematik

Nach ihrer Funktion im Organismus kann man die Kohlenhydrate in Strukturkohlenhydrate und Nicht-Strukturkohlenhydrate unterteilen:

• Nicht-Strukturkohlenhydrate sind u. a. Rohrzucker (Saccharose) sowie das Polysaccharid Stärke. Diese Zucker dienen dem Energiegewinn oder sind Reservestoffe.
• Strukturkohlenhydrate sind am Aufbau der pflanzlichen Zellwand beteiligt und stellen einen Großteil des Fasermaterials der Pflanzen dar: Zellulose, Hemizellulose, u. a.

Strukturkohlenhydrate können von Säugern mit einhöhligem Magen nur bedingt verdaut werden, hingegen weitgehend oder vollständig von Wiederkäuern (Ruminantia), Kamelartigen (Camelidae) (diese sind ebenfalls Wiederkäuer, allerdings nicht im systematischen Sinne, da sich bei ihnen das Wiederkäuen unabhängig entwickelt hat) und Pferdeartigen (Equidae).

Die Einteilung nach chemischer Struktur ist im Absatz “Liste wichtiger Kohlenhydrate” dargestellt.

Release 2011.11.15