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Die höchst komplexen Vorgänge, denen Nährstoffe im Körper unterzogen werden, sind noch ungenügend bekannt: So wissen wir erst ansatzweise, wie Nährstoffe sich gegenseitig beeinflussen, wie sie aufgespalten und als Energie freigegeben werden, wie sie transportiert und verwendet werden, um unzählige spezialisierte Gewebe zu regenerieren und die Gesundheit des Menschen zu erhalten. Trotzdem müssen wichtige Ernährungsentscheidungen für den Einzelnen, für bestimmte Gruppen wie sehr junge und alte Menschen sowie für große Bevölkerungsteile getroffen werden, die an Fehlernährung leiden. Ernährungsrichtlinien, die als Anhaltspunkte für eine ausgewogene Ernährung dienen können, werden weltweit von der Weltgesundheitsorganisation (WHO) und von einzelnen Ländern herausgegeben.
1. Lebenswichtige Nährstoffe
Nährstoffe lassen sich in fünf Hauptgruppen einteilen: Proteine, Kohlenhydrate, Fette, Vitamine und Mineralstoffe. Diese Gruppen umfassen zwischen 45 und 50 Substanzen, die Wissenschaftler - zumeist anhand von Tierversuchen - für normales Wachstum und die Aufrechterhaltung der Gesundheit als unerlässlich erkannt haben. Zu diesen Substanzen zählen neben Wasser und Sauerstoff etwa acht Aminosäuren, die Bausteine der Proteine, vier fettlösliche und zehn wasserlösliche Vitamine, drei Elektrolyte und zahlreiche Mineralstoffe. Obwohl Kohlenhydrate für die Energiebildung im Körper wichtig sind, werden sie nicht als lebensnotwendig angesehen, weil zu diesem Zweck auch Protein umgewandelt werden kann.
2. Energie
Der Mensch holt sich täglich zum Leben notwendige Energie aus der Nahrung. Nur über den Umweg der Nahrungsaufnahme ist es den Menschen ( und auch den Tieren) möglich, Lebensprozesse wie Atmung, Bewegung, Verdauung und Wachstum aufrecht zu erhalten und eine konstante Temperatur zu erhalten.
Die aufgenommene Nahrung wird im Körper in jeder einzelnen Zelle "verbrannt": es findet ein Abbau der Nahrung statt, bei der die freiwerdende Energie teils in chemischer Form gebunden, teils als Wärme frei wird.
Mit Hilfe der gespeicherten chemischen Energie können anschließend hochmolekulare Zellbestandteile wie Proteine, Polysaccharide und Nucleinsäuren zusammengesetzt werden.
Mit Hilfe eines Kalorimeters messen Wissenschaftler die Wärmemengen, welche die Nährstoffgruppen Kohlenhydrate, Fette und Proteine durch Verbrennungsvorgänge im Körper liefern. Etwa 17 Kilojoule (kJ), das sind etwa vier Kilokalorien, werden aus einem Gramm Kohlenhydrate oder einem Gramm Protein gewonnen, während ein Gramm Fett etwa 38 Kilojoule (neun Kilokalorien) erzeugt.
Kohlenhydrate dienen weltweit am häufigsten als Nährstoffe, Fette sind die konzentriertesten und am leichtesten zu speichernden Energieträger. Wenn der Körper seine verfügbaren Kohlenhydrate und Fette aufgebraucht hat, kann er Protein direkt aus der Nahrung verwenden oder eigenes Gewebe abbauen, um Energie zu erzeugen. Auch Alkohol ist eine Energiequelle und erzeugt 29 Kilojoule (sieben Kilokalorien) pro Gramm. Alkohol kann von den Körperzellen nicht oxidiert werden, sondern muss von der Leber in Fett umgewandelt werden, das dann in der Leber selbst oder im Fettgewebe gespeichert wird.
3. Funktionen der Nährstoffe
Im folgenden werden die Funktionen der verschiedenen Nährstoffe erläutert:
3.1. Proteine
Aus Proteinen wird hauptsächlich Körpergewebe gebildet, aber auch Enzyme, einige Hormone - wie z. B. Insulin -, welche die Kommunikation zwischen Organen und Zellen regulieren, und andere komplexe Substanzen, die Vorgänge im Körper überwachen. Tierische und pflanzliche Proteine werden nicht in der Form verwendet, in der sie aufgenommen werden, sondern durch Verdauungsenzyme (Proteasen) in stickstoffhaltige Aminosäuren zerlegt. Proteasen spalten die Peptidketten auf, durch die aufgenommene Aminosäuren miteinander verbunden sind. Diese können so durch den Darm in das Blut aufgenommen und zu dem jeweils benötigten Gewebe neu verknüpft werden.
Proteine aus Lebensmitteln tierischen und pflanzlichen Ursprungs sind normalerweise leicht verfügbar. Von den 20 Aminosäuren, die Proteine bilden, werden acht als essentiell bezeichnet: Weil der Körper sie nicht selbst erzeugen kann, müssen sie durch die Nahrung zugeführt werden. Wenn diese essentiellen Aminosäuren nicht alle gleichzeitig und im richtigen Verhältnis zueinander vorhanden sind, können die anderen Aminosäuren nicht oder nur teilweise für den menschlichen Proteinstoffwechsel verwendet werden. Weil essentielle Aminosäuren für Wachstum und Gesunderhaltung unerlässlich sind, müssen sie in der Nahrung enthalten sein. Fehlt eine der essentiellen Aminosäuren, werden die übrigen in Energie spendende Verbindungen umgewandelt, und ihr Stickstoff wird ausgeschieden. Auch bei übermäßiger Proteinzufuhr, wie es in Ländern mit hohem Fleischkonsum oft der Fall ist, wird der Überschuss in Energie spendende Verbindungen gespalten.
In Lebensmitteln tierischen Ursprungs sind nicht alle essentiellen Aminosäuren vorhanden. In der Regel wird eine Ernährung empfohlen, die sich aus pflanzlichem und tierischem Protein (etwa Milchprodukten) zusammensetzt. Die für Erwachsene empfohlene durchschnittliche tägliche Proteinmenge beträgt 0,8 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht.
Viele Krankheiten und Infektionen haben einen erhöhten Stickstoffverlust im Körper zur Folge. Dieser Verlust muss durch proteinreiche Nahrung ausgeglichen werden. Säuglinge und Kleinkinder haben einen höheren Proteinbedarf pro Kilogramm Körpergewicht. Proteinmangel ist eine Fehlernährung, die mit dem Verlust von Körperfett und Muskelschwund einhergeht.
3.2. Mineralstoffe
Anorganische Mineralnährstoffe werden für den strukturellen Aufbau harter und weicher Körpergewebe benötigt. Sie sind auch an Vorgängen wie Aktivitäten der Enzymsysteme, Muskelkontraktionen, Nervenreaktionen und Blutgerinnung beteiligt. Die Mineralstoffe, die alle durch Nahrung zugeführt werden müssen, kann man in zwei Gruppen unterteilen: Hauptelemente sind z. B. Calcium, Phosphor, Magnesium, Eisen, Iod und Kalium, zu den Spurenelementen zählen Kupfer, Cobalt, Mangan, Fluorid und Zink.
Calcium wird für den Aufbau und die Festigkeit der Knochen benötigt. Dieser Mineralstoff ist auch an der Bildung von Zahnzement und den Zellmembranen sowie der Regulierung von Nervenreizen und Muskelkontraktionen beteiligt. Über 90 Prozent des Calciums werden in den Knochen gespeichert, von wo es auch wieder ins Blut und Gewebe gelangen kann. Milch und Milchprodukte sind die wichtigsten Calciumlieferanten.
Phosphor, ebenfalls in vielen Lebensmitteln und besonders in der Milch enthalten, verbindet sich in Knochen und Zähnen mit Calcium. Phosphor spielt eine wichtige Rolle beim Energiestoffwechsel der Zellen und beeinflusst entscheidend die Verwertung von Kohlenhydraten, Lipiden und Proteinen.
Magnesium, das in den meisten Lebensmitteln vorkommt, ist notwendig für den menschlichen Stoffwechsel und die Aufrechterhaltung des elektrischen Potentials von Nerven- und Muskelzellen. Magnesiummangel bei fehlernährten Personen, insbesondere Alkoholikern, führt zu Zittern und Krämpfen.
Natrium, das in kleinen und gewöhnlich ausreichenden Mengen in den meisten natürlichen Lebensmitteln enthalten ist, liegt reichlich in gesalzenen Gerichten vor. Es ist in der Gewebeflüssigkeit vorhanden, wo es Aufgaben der Regulation erfüllt. Zu viel Natrium führt zu Ödemen, krankhaften Ansammlungen von Gewebeflüssigkeit. Es gibt Anzeichen dafür, dass übermäßiger Genuss von Speisesalz für Bluthochdruck verantwortlich sein kann.
Eisen wird zur Bildung von Hämoglobin benötigt, dem Farbstoff der roten Blutkörperchen, die Sauerstoff transportieren. Dieses Element wird aber nicht ohne weiteres vom Verdauungssystem resorbiert. Frauen brauchen aufgrund des Blutverlustes während der Menstruation doppelt so viel Eisen wie Männer. Das Europäische Institut für Lebensmittel- und Ernährungswissenschaften warnte allerdings 2001 davor, Lebensmittel künstlich mit Eisen anzureichern. Der menschliche Körper brauche weniger Eisen als bislang angenommen, und Eisenüberschuss fördere Krankheiten wie Herzinfarkt, Diabetes mellitus und das Wachstum von Tumoren. Außerdem nutzten Krankheitserreger im Körper vorhandenes Eisen zu ihrer eigenen Vermehrung.
Iod ist notwendig für die Produktion der Schilddrüsenhormone. Iodmangel führt zum Kropf, einem Anschwellen der Schilddrüse im unteren Halsbereich. Niedrige Iodzufuhr während der Schwangerschaft kann zu Kretinismus oder geistiger Entwicklungshemmung bei Kleinkindern führen. Der früher auch im Westen häufige Kropf ist in bestimmten Teilen Asiens, Afrikas und Südamerikas nach wie vor weit verbreitet. Schätzungsweise leiden weltweit mehr als 150 Millionen Menschen an Krankheiten, die durch Iodmangel bedingt sind. Da naturbelassene Lebensmittel nur etwa ein Drittel der notwendigen Tagesdosis an Iod zur Verfügung stellen, wird die Verwendung von iodiertem Speisesalz empfohlen. Jugendliche und Erwachsene sollten täglich etwa 0,2 Milligramm Iod zu sich nehmen.
Spurenelemente sind anorganische Substanzen, die im Körper in winzigen Mengen vorkommen und für die Gesundheit unerlässlich sind. Über ihre Funktionsweise ist wenig bekannt: Die meisten Kenntnisse - gewonnen insbesondere an Tieren - beziehen sich auf gesundheitliche Konsequenzen, die ein Mangel an Spurenelementen verursacht. Spurenelemente sind in den meisten Lebensmitteln in ausreichenden Mengen enthalten.
Zu den wichtigeren Spurenelementen gehört Kupfer, das in vielen Enzymen und kupferhaltigen Proteinen im Blut, Gehirn und in der Leber vorhanden ist. Bei Kupfermangel kann das Eisen im Körper nicht zur Bildung von Hämoglobin verwertet werden. Zink ist ebenfalls wichtig für die Enzymbildung. Zinkmangel soll das Wachstum beeinträchtigen und in gravierenden Fällen zum Zwergwuchs führen. Fluor wird insbesondere in Zähnen und Knochen fixiert; wie man bei Tieren herausgefunden hat, ist es für das Wachstum notwendig. Fluoride, eine Gruppe der Fluorverbindungen, sind als Schutz vor Mineralentzug in den Knochen von Bedeutung. Die Fluorierung des Trinkwassers hat sich als wirksame Maßnahme gegen Karies erwiesen, die dadurch um 40 Prozent zurückgegangen ist. Weitere Spurenelemente sind Chrom, Molybdän und Selen.
3.3. Vitamine
Vitamine sind organische Verbindungen, die hauptsächlich in Enzymsystemen eine Rolle spielen und den Stoffwechsel von Proteinen, Kohlenhydraten und Fetten aktivieren. Ohne diese Substanzen ist die Aufspaltung und Assimilierung der Nahrung nicht möglich. Bestimmte Vitamine sind an der Bildung von Blutzellen, Hormonen, chemischen Stoffen des Nervensystems und genetischem Material beteiligt. Vitamine sind essentielle Nahrungsbestandteile, die der Körper selbst nicht aufbauen kann.
Vom 15. bis 18. Jahrhundert war die Krankheit Skorbut gefürchtet - Seeleute erkrankten reihenweise an Störungen des gesamten Stoffwechsels, Zahnausfall etc. Mitte des 18. Jahrhunderts verabreichte ein englischer Arzt an Skorbut Erkrankten Orangen und Zitronen als "Heilmittel" - die Krankheitssymptome ließen nach, was sich damals nicht erklären ließ.
Heute weiß man, dass den Seeleuten einfach Vitamin C fehlte- vitaminreiches, frisches Obst und Gemüse war auf den langen Seereisen Mangelware.
Provitamine sind Vorstufen von Vitaminen, die vom Körper leicht zum vollwirksamen Vitamin umgewandelt werden können.
Man unterteilt Vitamine in fettlösliche Vitamine und solche, die sich in Wasser lösen.
Fettlösliche Vitamine werden gewöhnlich mit Lebensmitteln resorbiert, die Fett enthalten. Sie werden in der Leber durch Gallenflüssigkeit gespalten, die emulgierten Moleküle passieren die Lymphgefäße und Adern und werden über die Arterien verteilt. Überschüssige Mengen werden im Körperfett und in der Leber und den Nieren gespeichert. Da fettlösliche Vitamine gespeichert werden können, müssen sie nicht jeden Tag ergänzt werden.
Name
Funktion
Vorkommen
Vitamin A
( Retinol)
Bestandteil des Sehpurpurs der Augen, zellwachstumsfördernd
Leber, Milch, Butter, Eigelb; als Provitamin A (β- Carotin) in Gemüse (Karotten, Spinat, Tomaten, Paprika) und Früchten (Bananen, Hagebutten, Orangen)
Vitamin D
Essentiell für die chemische Resorption (Rückgewinnung) von Calcium im Darm, Calcium- und Phosphatstoffwechsel
Leber, Rahm, Butter, Eigelb; als Provitamin D in Hefen, Eigelb, Butter und Kuhmilch; UV-Strahlung wandelt Provitamin D in Vitamin D um
Vitamin E
Schutz von sauerstoffempfindlichen Substanzen vor Oxidation (Antioxidans)
Keimlagen von Körnerfrüchten, Öl von Körnerfrüchten, verschiedene Gemüse, fetthaltige Organe
Vitamin K
Beteiligung an der Blutgerinnung
Wasserlösliche Vitamine verteilen sich und wirken in allen wasserhaltigen Zonen des Körpers, also fast überall, so zum Beispiel im Blut oder zwischen den Zellen. Ein Zuviel an wasserlöslichen Vitaminen wird einfach wieder ausgeschieden, da der Körper sie nicht speichern kann. Nur B 12 kann wie die fettlöslichen Vitamine in der Leber \"gelagert\" werden.
Name
Funktion
Vorkommen
Vitamin B1 (Thiamin)
Beteiligung an zahlreichen biochemischen Prozessen
Schweine- und Rindfleisch, Milchprodukte, in sehr vielen Pflanzen: Getreide, Reis, Hefe, Kartoffeln
Vitamin B2 (Riboflavin)
Enzymaufbau, Heilung von stets auftretenden, winzigen Hautschädigungen
Hefe, Fleisch, Innereien
Vitamin B6 (Pyridoxin)
Beteiligung an zahlreichen enzymatischen Reaktionen (Aminosäurestoffwechsel, Antiköper-Bildung)
Eigelb, Vierhefe, Innereien, Getreide, Kartoffeln, Bohnen
Vitamin B12
Bestandteil von Enzymen, Beteiligung an zahlreichen biochemischen Reaktionen: Stoffwechsel, Bildung von Blutkörperchen und Zellsubstanzen
Leber, Muskelfleisch, Fisch;
Kaum Vorkommen in pflanzlichen Nahrungsmitteln
Folsäure
Synthese von Zellkernsubstanz
In pflanzlichen und tierischen Nahrungsmitteln weit verbreitet, insbesondere in Hefe, Gemüse, Leber
Pantothensäure
Bildung von Fetten, Fettsäuren und Phosphatiden
Weit verbreitet, daher kaum Mangelerscheinungen bekannt
Vitamin C (Ascorbinsäure)
Bildung von Bindegewebe, Hormonsynthese, Eisenverwertung; Schutzwirkung auf andere Vitamine
Zitrusfrüchte, Spinat, Erdbeeren, Kiwis, Kartoffeln
Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung legte Anfang 2000 korrigierte Empfehlungen zur Vitamin- und Mineralstoffzufuhr vor. Danach sollten Erwachsene täglich zwei bis vier Milligramm Beta-Carotin, 100 Milligramm Vitamin C und 15 Milligramm Vitamin E zu sich nehmen.
3.4. Kohlenhydrate
Kohlenhydrate sind in sehr vielen Lebensmitteln die Hauptlieferanten für Energie. Die meisten Lebensmittel, die reich an Kohlenhydraten sind, sind auch im Vergleich zu protein- oder fettreichen Lebensmitteln preiswert. Im Stoffwechsel werden Kohlenhydrate verbrannt, um Energie zu erzeugen, wobei Kohlendioxid und Wasser freigesetzt werden. Der Mensch vermag auch aus Nahrungsfetten und -proteinen sowie aus Alkohol Energie zu beziehen, was jedoch weniger effizient ist.
Kohlenhydrate lassen sich unterscheiden in Stärke und Zucker. Stärke ist überwiegend in Getreide, Hülsenfrüchten und Knollengemüsen zu finden, während Zucker hauptsächlich in Früchten enthalten ist. Kohlenhydrate werden von den Zellen in Form von Glucose eingesetzt, dem wichtigsten Brennstoff des Körpers. Nach der Resorption durch den Dünndarm wird Glucose in der Leber umgewandelt. Dort wird ein Teil als Glykogen, eine stärkeähnliche Substanz, gespeichert, während der Rest in das Blut gelangt. Zusammen mit Fettsäuren bildet Glucose Triglyceride, Fettverbindungen, die ohne weiteres in leicht verbrennbare Ketonkörper aufgespalten werden können. Glucose und Triglyceride werden über den Blutkreislauf zu den Muskeln und Organen transportiert, wo sie oxidiert werden. Überschüssige Mengen werden als Fett im Fettgewebe und in anderen Geweben gespeichert, um bei geringer Kohlenhydratzufuhr in Glucose zurückverwandelt und verbrannt zu werden.
Am wertvollsten sind Kohlenhydrate z. B. in rohem Getreide, Knollenfrüchten und anderem Gemüse sowie Obst - Lebensmittel, die auch Proteine, Vitamine, Mineralstoffe und Fette liefern. Eine ungünstige Quelle sind Nahrungsmittel aus raffiniertem Zucker, wie z. B. Süßwaren und Limonaden, die zwar viele Kalorien aufweisen, aber kaum Vitamine und Mineralstoffe enthalten. Sie führen dem Körper - ernährungswissenschaftlich ausgedrückt - leere Kalorien zu.
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