Zusammenfassung Ernährungslehre PDF

ERNÄHRUNGSLEHRE: ANGEWANDT & MULTIDISZIPLINÄR Für Wissenschaftler ist Ernährungslehre die Lehre von… … Lebensmittelinhaltsstoffen … Metabolismus von Nährstoffen zur Aufrechterhaltung der Gesundheit Nährstoffe = Nahrungsbestandteile, … die zum Aufbau und Erhaltung von Körpersubstanzen, … zur Energiel...

ERNÄHRUNGSLEHRE: ANGEWANDT & MULTIDISZIPLINÄR Für Wissenschaftler ist Ernährungslehre die Lehre von… … Lebensmittelinhaltsstoffen … Metabolismus von Nährstoffen zur Aufrechterhaltung der Gesundheit Nährstoffe = Nahrungsbestandteile, … die zum Aufbau und Erhaltung von Körpersubstanzen, … zur Energielieferung und … zur Aufrechterhaltung der Körperfunktionen dienen. Lebensmittel = • • • Substanz, die als Teil einer Mahlzeit oder eines Snacks verzehrt wird, um Energie und Nährstoffe zur Erhaltung der Gesundheit zu liefern; von Pflanzen oder Tieren stammend und als Ganzes oder als einzelne Bestandteile, mit oder ohne Verarbeitung und Vermischung mit anderen Zutaten, verzehrt werden Ernährung "Die Wissenschaft von den Lebensmitteln und ihren Bestandteilen, einschließlich der Beziehungen zu Gesundheit und Krankheit, den Vorgängen im Körper und den sozialen, wirtschaftlichen, kulturellen und psychologischen Auswirkungen der Ernährung." Gute Ernährung: Eine angemessene, ausgewogene Ernährung in Verbindung mit regelmäßiger körperlicher Betätigung ist ein Eckpfeiler für gute Gesundheit. Schlechte Ernährung: kann zu verminderter Immunität, erhöhter Krankheitsanfälligkeit, beeinträchtigter körperlicher und geistiger Entwicklung und verminderter Produktivität führen. "Die Aufnahme von Lebensmitteln im Verhältnis zu den Ernährungsbedürfnissen des Körpers." Faktoren, welche unsere Lebensmittelauswahl beeinflussen Persönliche Faktoren: • Persönliche Präferenzen: — Gewohnheiten — Comfort/Discomfort Foods — Food Marketing/Werbung — Trends 1 • • — Sensorik Essen als soziales Event Essen als „Health Benefit“ Umweltfaktoren: • Ökonomische Faktoren • Lebensstil • Verfügbarkeit • Kultur • Religion • Geographische Heimat • Umweltbedingungen Kinderlebensmittel: • Hoher Zuckeranteil (<30%) • Fette Kinderprodukte • Hoch verarbeitet • Teuer im Vergleich zu anderen Produkten „Fettleibigkeit fördernde Umgebung“ (obesogenic environment) Umweltbedingungen, welche die Aufnahme hoher Energiemengen bei geringem Energieverbrauch fördern. Warum brauchen wir Nahrung? Ernährung dient der Nahrungs- und somit Nährstoffzufuhr → Gesundheit und Leistungsfähigkeit aufrecht zu erhalten Nährstoffe Makronährstoffe: 1. Kohlenhydrate — Zucker, Stärke, Ballaststoffe — enthalten H, C und O — wesentliche Energiequellen 2. Proteine — enthalten H, C, O, N, S — für Aufbau von Körpersubstanz — zur Stoffwechselregulation 3. Fette/Lipide — Gruppe fettlöslicher Substanzen — Triglyceride, Sterole, Phosphoholipide — Energiequelle — Bestandteil der Zellstruktur — Träger fettlöslicher Vitamine — Baustein für Hormonsynthese Mikronährstoffe: • Vitamine — enthalten H, C & möglicherweise O, P, S und andere Elemente — Reproduktion — Wachstum 2 — Erhaltung von Körpersubstanz — Leistungsfähigkeit • Mineralstoffe — anorganische Substanzen — Wachstum — Stoffwechselregulation • Wasser — Temperaturkontrolle — Gelenksschmiere — Transport von Nährstoffen & Abbauprodukten — „most essential nutrient“ Komponenten unserer Nahrung Energiequellen • Kohlenhydrate • Fette • Eiweiß Wachstum und Entwicklung von Gewebe • Mineralien & Spurelemente • Eiweiß • Vitamine Stoffwechselregulation • Eiweiß • Vitamine • Wasser Nährstoffe = Substanzen in Lebensmitteln für … Energiegewinnung … Gewebesynthese … Stoffwechselregulation Essentielle Nährstoffe … Substanzen, welche vom Körper nicht oder nur in ungenügender Menge gebildet werden können. Phytochemicals = sekundäre Pflanzenstoffe … Substanzen mit gesundheitsfördernder Wirkung, welche dennoch nicht essentiell sind. Makronährstoffe … Substanzen, welche in größeren Mengen in unserer Kost benötigt werden. Mikronährstoffe … Substanzen, welche in relativ geringen Mengen in unserer Kost benötigt werden. 3 Organisch … Chemische Verbindungen, welche Kohlenstoff enthalten (Ausnahme: Oxiden, Sulfiden, Metallcarbonaten) Anorganisch … Substanzen, welche keinen Kohlenstoff enthalten (Ausnahme: Carbon-Dioxiden/-Monoxiden) z.B. Kochsalz (Natrium Chlorid), Backpulver (Natrium-Bicarbonate) Ausgewogene Ernährung … die Krankheiten vorbeugt: • begrenzter Fettanteil (<pflanzliche Fette) • ausreichende Proteinzufuhr (ca. 15%) • abwechslungsreich • pflanzenbetont • hoher Anteil an wenig verarbeitetem Obst & Gemüse … Mangel an Nährstoffen → Störungen im Wachstum Gesundheitsrisiken ausgelöst durch Übergewicht/Adipositas … durch schlechte Ernährung … wenig körperliche Bewegung • • • • • • • • • • Typ 2 Diabetes Koronare Herzerkrankungen Schlaganfall Hypertonie Nicht-alkoholische Fettleber Gallenblasenerkrankungen Osteoarthritis Schlafapnoe & Atemprobleme Verschiedene Krebserkrankungen (Brust, Gebärmutterhöhlen, Darm, Nieren) Komplikationen während der Schwangerschaft Einflussfaktoren hinsichtlich Übergewichts-/Adipositas-Entstehung Verhalten: Imbalance zwischen Energiezufuhr und -verbrauch Umwelt: kann Barrieren & Möglichkeiten für einen gesunden Lebensstil bieten Genetik: bestimmt die Anfälligkeit für chronische Erkrankungen Planung einer gesundheitsfördernden Kost • • • • • • angemessene Zufuhr an Energie & Nährstoffen Balance zwischen den Lebensmittelgruppen, Energiequellen & einzelnen Nährstoffen Kontrolle Energiezufuhr/-verbrauch Nährstoffdichte vs. Energiedichte Mäßigung Variation 4 Nährstoff-Indices Nährstoffdichte 𝑁äℎ𝑟𝑠𝑡𝑜𝑓𝑓𝑔𝑒ℎ𝑎𝑙𝑡 𝐵𝑟𝑒𝑛𝑛𝑤𝑒𝑟𝑡 Nährstoffdichte-Index = Dichte an Mikronährstoffen in Abhängigkeit vom Preis eines Lebensmittels Calories-for-Nutrient Score (CFN) …mittlere tägliche Aufnahme von <13 Mikronährstoffen aus 100g Lebensmittel zur Energiedichte. → Versorgung mit Mikronährstoffen in Abhängigkeit der verfügbaren Haushaltsmittel Lebensmittelbasierte und nährstoffbasierte Empfehlungen Nährstoffbasiert • herausgegeben von wissenschaftlichen Gesellschaften • anhand wissenschaftlicher Studien • richten sich an Fachkräfte • geforderte Mindest-/erlaubte Höchstmengen von Nährstoffen in mg oder g Lebensmittelbasiert • herausgegeben von wissenschaftlichen Gesellschaften • anhand der nährstoffbasierten Empfehlungen • richten sich an Menschen ohne Ernährungsvorkenntnisse • Zusammensetzung der Kost • Ernährungsformen auf Basis naturwissenschaftlicher Daten • z.B. Ernährungskreis, Ernährungspyramide, 10 Regeln der DGE 10 Ernährungsregeln der ÖGE 1. vielseitig & genussvoll essen 2. 3. reichlich Flüssigkeit – mind. 1,5 L am Tag Gemüse, Hülsenfrüchte & Obst —5 Portionen am Tag • • • • • • 4. Getreideprodukte & Erdäpfel –4 Portionen am Tag • • ausgewogen & abwechslungsreich langsames, bewusstes essen fördert Genuss & Sättigungsempfinden überwiegend pflanzliche Lebensmittel alkoholfreie, energiearme Getränke 3 Portionen Gemüse/Hülsenfrüchte & 2 Portionen Obst Liefern: — reichlich Vitamine — Mineralstoffe — Ballaststoffe — sekundäre Pflanzenstoffe Bevorzugt: Brot, Nudeln & Reis aus Vollkorn Liefern: — Energie in Form von komplexen Kohlenhydraten — reichlich Ballaststoffe — Vitamine — Mineralstoffe — sekundäre Pflanzenstoffe 5 5. Milch & Milchprodukte –3 Portionen am Tag • • • 6. Fisch – 1 Portion/Woche Fleisch, Wurstwaren – 2-3 Portionen/Woche Eier bewusst einplanen • • • • • 7. Wenig Fett & fettreiche Lebensmittel – auf die Fettqualität achten • • • 8. Sparsam bei Zucker und Salz • • 9. Schonend zubereiten 10. Achten Sie auf einen aktiven & gesunden Lebensstil • • • • • • • Joghurt & Käse fettarm Schlagobers, Rahm, Butter sparsam Liefern: — reichlich Calcium — hochwertiges Eiweiß — Vitamin B2 fettreicher Seefisch oder heimische Kaltwasserarten Liefern: — hochwertiges Eiweiß — Omega-3-Fettsäuren — Iod — Selen — Vitamin D Fleisch-/Wurstwaren: kleine, fettarme Portionen Weißes Fleisch günstiger als rotes Liefern: — hochwertiges Eiweiß — B-Vitamine — Eisen — Zink Bevorzugt: hochwertige pflanzliche Öle & Fette z.B. Rapsöl, Nüsse, Samen Liefern: — Energie — wichtige ungesättigte Fettsäuren — fettlösliche Vitamine versteckte Fette in Wurst, Käse, Back- & Süßwaren, Saucen, Fast Food & Fertiggerichten Zucker & gesüßte/energiereiche Getränke selten reichlich Kräuter & Gewürze für mehr Geschmacksvielfalt weniger Salz stark gesalzene Lebensmittel vermeiden nährstoffschonende & fettsparende Zubereitung kurze Gar- & Warmhaltezeiten verbrennen von Lebensmittel vermeiden ausgewogene Ernährung regelmäßige körperliche Aktivität Österreichische Ernährungspyramide 6 Ernährungsstatus Definition bei der Erhebung → ein Vergleich zwischen dem Bedarf an Nahrung (Energie & Nährstoffen) und der Nahrungszufuhr. → ermöglicht Aussagen darüber, wie gut oder schlecht ein Mensch ernährt ist Welche Faktoren beeinflussen den Ernährungsstatus? Physiologischer Zustand Geschlecht Alter Körpergewicht Menstruation Schwangerschaft Stillzeit Krankheit Umwelt Beruf Familienstatus Einkommen Wohnort Klima Kultur Religion Nahrungsmittel Verfügbarkeit qualitative & quantitative Auswahl Zubereitung Zusammensetzung Aufnahme Verschwendung Gewohnheiten Essgewohnheiten Bewegungsgewohnheiten Genussmittel- & Drogenkonsum Hobbys Nutrition Assessment zu welchem Zweck? • • • • • Evaluation von ernährungsabhängigen Risiken, welche die Gesundheit gefährden Evaluation von Therapieeffektivität Identifizierung von Personen(gruppen), welche ernährungsbezogene Intervention Identifizierung von Gesundheitsrisiken in Bevölkerungsgruppen, um diesen mittels politischen Maßnahmen entgegen zu wirken. Monitoring von Interventionsprogrammen Ernährungsbedingte Krankheiten • • • • • • • Infektionsanfälligkeit Allergie Neurodermitis Steinleiden Diabetes Übergewicht Osteoporose Krankheitsbedingte Ernährungsstörungen • Zöliakie • Morbus Chron • Zystische Fibrose • Diabetes Mellitus Typ 1 7 • • • • • • • • • • • • Gicht Schlaganfall, Thrombose Karies Parodontose Bandscheibenschäden Arteriosklerose Herzinfarkt Erkrankungen der Verdauungsorgane Verstopfung Rheumatische Erkrankungen Arthrose Arthritis Ermittlung des Ernährungsstatus 1. Anthropometrische Messung Tools zur Diagnose von krankhaftem Übergewicht 2. Biochemische Untersuchungen • Messung von Körpergröße, -gewicht — messen empfindliche → Beurteilung über den BMI Indikatoren • Messung des Hüft-/Tailen-/Bauchumpfangs — Mangelerscheinungen → Beurteilung WHR bewirken • Messung der Körperzusammensetzung Stoffwechselveränderungen → Beurteilung des Körperfettanteils und können durch das Messen von Nährstoffkonzentrationen & Enzymen erfasst werden — Nährstoffkonzentration in Blut, Harn, Körperzellen gibt Auskunft darüber, ob der Organismus ausreichend mit Nährstoffen versorgt ist – Versorgungsparameter — Proteinwerte & Enzymaktivitäten geben Auskunft darüber, ob Nährstoffe ihre Funktion erfüllen können – Funktionsparameter 3. C(K)linische Beobachtungen — Veränderungen an Haut, Haaren, Augen, Lippen, Zunge, Zähne, Drüsen & Funktion des Nervensystems — Verhaltenänderungen? – schwierig zu quantifizieren o Schwere Protein-Energie-Malnutrition → Gleichgültigkeit, Trägheit, Apathie, Desinteresse an der Umwelt 4. Dietary Intake – Messungen der Nahrungs-/Nährstoffaufnahme 8 Ernährungserhebungen Zweck • • • • • • • • Informationen zur Nahrungsmittelverbrauch/Lebensmittelverzehr Evaluierung der Qualität der Ernährung (% adäquate Konsummenge; Energie- & Nährstoffzufuhr) Assoziationen zwischen Ernährung & Erkrankungen Food Trends Entwicklung lebensmittelbasierter Empfehlungen Planung & Evaluierung politischer Strategien Expositionsabschätzung (z.B. Lebensmittelzusatzstoffen) Umweltwirkung der Ernährungsweise Ernährungserhebungsmethoden indirekt → vorliegende Daten werden ausgewertet z.B. Nahrungsbilanzen, Food balance sheets • • National — Nahrungsbilanzen Haushalt — Haushaltsverbrauch — Ausgabenerhebungen direkt → Ermittlung von Nahrungsbedarf, Ernährungsstatus → Ermittlung der Nahrungsaufnahme • • • retrospektiv — 24-Stunden-Befragung — Ernährungsgeschichte — Fragebogenmethode — Einkaufsliste = Food Frequency Questionnaire (FFQ) Innovative Technologien — Personal Digital Assessment — Bildgeschützte Erhebungsmethoden — Mobile Technologie — Webbasierte Technologie — Scan- & sensorbasierte Technologie prospektiv — Inventurmethode — Ernährungsprotokoll (gewogen/geschätzt) — Tonbahnaufnahme 9 Retrospektive Methoden → vergangene Nahrungsaufnahme wird erhoben 24-Stunden-Befragung „Was haben Sie innerhalb der letzten 24 Stunden gegessen/getrunken?“ • Vorteile: — geringer Befragungsaufwand für Teilnehmer — für große Teilnehmergruppen geeignet — Verzehrsgewohnheiten bleiben unbeeinflusst — Computerunterstützte Interviews • Nachteile: — nicht üblicher, sondern aktueller Verzehr wird erfasst — selten verzehrte Lebensmittel möglicherweise nicht erfasst — Fehlschätzungen/Falschangaben möglich — Erinnerungsvermögen nötig Ernährungsgeschichte = diet history → Befragung über langfristige Ernährungsgewohnheiten (z.B. vergangene 3 Monate) → Zusammenhänge zwischen Ernährung und Krankheit • Vorteile: — keine Beeinflussung der Ernährungsgewohnheiten — Kostengünstig — für größere Kollektive geeignet — Miteinbeziehen saisonaler Schwankungen • Nachteile: — zeitaufwendige Auswertung — gutes Erinnerungsvermögen nötig — Falschaussagen möglich (z.B. über Alkoholkonsum) Fragebogenmethode → Qualität der Ernährung wird erhoben • Vorteile: — EDV-Auswertung möglich — große Kollektive • Nachteile: — Falschangaben — Missverständnisse — geringe Beteiligung bei Befragung über den Postweg Food Frequency Questionnaire (FFQ) → Häufigkeit des Konsums von ausgewählten Lebensmitteln wird erhoben • Vorteile: — erlaubt eine Abschätzung des üblichen Ernährungsverhaltens einer Gruppe bzw. Einordnung auf individueller Ebene — geringe Belastung für die Teilnehmer, sowie geringe Kosten — nicht reaktive Methode 10 • Nachteile: — gutes Erinnerungsvermögen nötig — unpräzise Schätzung der Portionsgröße — Länge der Lebensmittelliste führt möglicherweise zur Überschätzung — geringe Beteiligung bei Befragung über den Postweg Prospektive Methoden → gegenwärtige Nahrungsaufnahme wird erhoben Wiege-/Ernährungsprotokoll → Essen & Trinken wird (gewogen) protokolliert • Vorteile: — genaue Analyse der Energie- & Nährstoffaufnahme • Nachteile: — Veränderung der Essgewohnheiten möglich — große Kooperationsbereitschaft nötig — Unsicherheit beim außer-Haus-Verzehr Inventurmethode → Alle verbrauchten Lebensmittel werden in Formulare notiert → Reste & Abfälle werden subtrahiert → Lebensmittelvorräte & die Anzahl der Esser werden berücksichtigt → meist über 1 Woche → Einweisung der Kontaktperson • Vorteile: — Ernährungserhebung von Gruppen • Nachteile: — Veränderung der Verzehrsgewohnheiten Die ideale Messmethode → gibt es noch nicht → wichtig ist statistische Auswertung & konkrete Interpretation (Durchschnittszahl vs. Streuung) → Daten als Grundlage für effektive Ernährungsprogramme & Ernährungsberatung → Ziele & Bedeutung der Ernährung für die Gesundheit werden sichtbar Auswahl der richtigen Methode Ziel der Studie/Fragestellung: • Nahrungsverfügbarkeit • Nahrungsverbrauch • Ernährungsgewohnheiten Zielpopulation: • Individuum • Familie • Haushalt 11 • ökonomische/geographische/ökologische Gruppe Zeitliche Möglichkeiten: • Mahlzeit • Tag • Woche • Monat • Jahr Personelle & finanzielle Möglichkeiten: • verfügbares Geld • Personal • geographische Erreichbarkeit 12 Ermittlung der Körperzusammensetzung Bedeutung • • • • • Aussagen über den Ernährungszustand Diagnostik einer Mangelernährung (z.B. Einlagerung von Wasser bei Patienten mit Nieren- oder Leberinsuffizienz) Beurteilung zugenommener Körpersubstanz (z.B. Wachstum, Schwangerschaft) Zusammensetzung von Gewerbeverlusten Interpretation des Energiestoffwechsels Die Körperzusammensetzung unterscheidet sich in Abhängigkeit von… • • • • Geschlecht Alter Ernährungsstatus Körperliche Aktivität Verteilung von Körperfett & Wasser in Abhängigkeit vom Alter Normalgewichtige gesunde Erwachsene Körperfettanteil: • Männer: 10-25% (essentiell: 2,1kg oder 3,0% des Körpergewichts) • Frauen: 15-35% (essentiell: 6,8kg oder 12,0% des Körpergewichts) Schwer adipöse Erwachsene Körperfettanteil: 60-70% des Körpergewichts Körperwasseranteil Erwachsener 60-70% des Körpergewichts (90% bei der Konzeption, 70% beim Neugeborenen) Proteinanteil Erwachsener: 10-15% Mineralstoffanteil Erwachsener 3-5% Körper-Kompartimente → Zur Beschreibung der Körperzusammensetzung dienen verschiedene KompartimentModelle z.B. Fettgewebe, Muskelgewebe, Skelett, Nichtmuskel-Masse 13 Modelle der Körperzusammensetzung Ein-Kompartiment-Modell → Körpergewicht dient als indirekte Beurteilungsgrundlage der Körperzusammensetzung und seiner Energiereserven. Zwei-Kompartiment-Modell Körpergewicht = Gesamtkörperfett + fettarme (~ freie) Masse Fettfreie Masse … bedeutet jene Masse, die nach Fettextraktion mit Ether in vitro übrig bleibt und kein Fett enthält Lean Body Mass (LBM) … ist ein Ausdruck aus der in vivo Forschung und ist jene Masse, die nach Abzug des Fettgewebes vom Körpergewicht verbleibt. bei Männern: 2-3% Fett bei Frauen: 5-8% Fett Drei-Kompartiment-Modell • • • Fett aktive Zellmasse (= Body Cell Mass → BCM) — Zellmasse = Summe der sauerstoffverbrauchenden, kaliumreichen, glucoseoxidierejdej, arbeitenden Zellen — spielt eine Rolle im Energiestoffwechsel und ist verantwortlich für alle physiologischen Funktion im Körper — BCM an der LBM ~57% Extrazellulärmasse (ECM) — funktionell tragendes & versorgendes Gewebe der aktiveln Zellmasse12 — besteht aus extrazellulärer Flüssigkeit, welche Lymphe und Blutplasma sowie Mineralien und Proteinfasern des Skeletts und anderer Versorgungsgewebe umfasst optimal: ECM/BCM Verhältnis < 1 14 Vier-Kompartiment-Modelle Modell 1: • Fett • Wasser • Protein • Knochenmineralien bzw. Aschegehalt Modell 2: • Fett • Nichtmuskel-Masse • Muskulatur: 37-51% der LBM • Skelett: 17-23% der LBM Gesamtkörperwasser Verteilung der Gesamtflüssigkeit im Körper eines erwachsenen Mannes Extrazelluläre Flüssigkeit: • Interstitielle Flüssigkeit … um die Zellen herum im Bindegewebe (73%) • Plasma … in den Blut- & Lymphgefäßen (19%) • Transzelluläre Flüssigkeit … in Hohlräumen wie Harnblase, Gallenblase, Darmlumen, an Schleimhäuten & Haut (8%) Körperzusammensetzung – Säuglinge • • • Höherer Wasseranteil Niedrigerer Proteinanteil (weniger Muskelmasse) Niedrigerer Mineralstoffgehalt (weniger Knochenmasse) Veränderungen der Körperzusammensetzung im Alter • • • Gesamtkörperwasser sinkt auf 50-45% des Körpergewichts Abnahme der fettfreien Körpermasse (Muskelmasse) Zunahme Körperfettgehalts Umverteilung zwischen den einzelnen Körperkompartimenten → im zentralen Nervensystem, der Haut & dem subkutanen Gewebe nimmt der Wassergehalt ab, in Muskel- & Fettgewebe zu. Unterschied der Körperzusammensetzung zwischen Mann und Frau Frau im Vergleich zu Mann • Höherer Fettanteil • Weniger Muskelmasse und daher niedrigerer Wasseranteil 15 Methoden zur Ermittlung der Körperzusammensetzung Methoden zur Bestimmung der Körperzusammensetzung beim Menschen Direkte Methoden • Post-mortem Analysen • (In-Vivo-)Neutronenaktivierung — Neutronenbestrahulng … initiiert Emission von Gammastrahlen mit charakteristischem Spektrum … emittierte Strahlung erfasst — Bestimmung vieler Elemente (K, Ca,…) — Berechnung von Fettmasse, Protein & Mineralien Indirekte Methoden • Densitometrie — Körperdichtemessung (mithilfe von einer Unterwasserwaage oder Bod Pod) ▪ Bod Pod • einfacher als Unterwasserwiegung • Luftwägung, die wie bei der Unterwasserwiegung das Körpervolumen bestimmt • Testperson steigt in ein Gerät, das Luft enthält • Druckveränderung in einem Zweikammerluftsystem gemessen • Dauer: 5 Minuten • nicht invasiv → für Kinder, Übergewichtige, Kranke & Senioren geeignet • liefert Daten über Körperfett, fettfreie Masse, metabolische Rate im Ruhezustand & den Gesamtenergieverbrauch • Verdünnungstechniken — Bestimmung der Gesamtkörperflüssigkeit = total body water (TBW) • 40K-Zählung — Bestimmung der mageren Körpermasse (LBM) ▪ durch radioaktives Kalium • Computertomographie — unterschiedliche Strahlenabsorption im Gewebe — weiches Gewebe: Fett, Muskeln, Haut → absorbieren wenig — hartes Gewebe = Knochen → absorbieren viel — Bestimmung von Organgrößen, regionalen Fettdepots + Skelettmasse — große Strahlungsbelastung • Magnet-Resonanz-Tomographie — erzeugt Schnittbilder des Körpers — keine Röntgenstrahlen — starkes Magnetfeld & Radiowellen — Kernspinresonanz von H-Kernen — Bestimmung von Organgrößen/-struktur, Fettverteilung, TBW & Muskelmasse 16 • Dual-Photonenabsorptionsmetrie (DEXA) — “abtasten” des Körpers mit Photonen/Röntgenstrahlen — Abschwächung wird gemessen — Bestimmung von Fett, fettfreier Masse & Knochendichte Doppelt indirekte Methoden • Anthropometrie — Hautfaltendicke-Messung — Armmuskelumfang • Infrarot-Absorptionsspektrometrie • Ultraschallmessungen • Bioelektrische Impedanzanalyse (BIA) — elektrischer Widerstamd, den der Köper einem schwachen, nicht spürbaren Wechselstrom entgegensetzt, wird gemessen — verschiedene Körpergewebe → unterschiedliche Widerstände → Differenzierung von Kompartimenten — Gerät berechnet Körperzusammensetzung aufgrund statistischer Korrelation — Gesamtkörperwasser, Fettmasse, Magermasse & Körperzellmasse ermittelt • Kreatinin-Größen-Index — nur in Skelett- & glatter Muskulatur — von der Muskulatur konstant ins Blut abgegeben — Kreatin wird nicht-enzymatisch & irreversibel zu Kreatinin umgewandelt & über die Niere ausgeschieden 17 Ernährungsanthropometrie Übergewicht/Adipositas Übergewicht = hohes Körpergewicht in Relation zur Körpergröße Adipositas = starkes Übergewicht → über das normale Maß hinausgehende Vermehrung des Körperfettes → krankhaften Auswirkungen Beurteilungskriterien BMI (Body Mass Index) = Körpergewicht/Körperlänge • Standard für Klassifikation des Körpergewichts • einfach & genau • zur Verlaufskontrolle & Evaluierung von Gewichtsreduktionsprogrammen Fettverteilung Waist-To-Hip-Ratio • • gynoide Fettverteilung mit Fettansammlung an Gefäß, Hüften & Oberschenkeln → Birnentyp kein höheres Risiko für Begleiterkrankungen als Normalgewichtige • • • androide, sammbetonte Fettverteilung mit Fettansammlung im Bauchbereich → Apfeltyp größere Stoffwechselaktivität des viszeralen Fettanteils erhöhtes Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen & das metabolische Syndrom Taillenumfang • einfachster anthropometrischer Index zur Beurteilung der intraabdominalen Adipositas 18 Nahrungsenergie Energieformen & die Umwandlung von Energie (=Transformation) Die Energie aus chemischen Verbindungen in der Nahrung wird umgewandelt in … … chemische Energie z.B. Aufbau neuer chemischer Verbindungen (Wachstum, Zellerneuerung, …) … mechanische Energie z.B. Muskelkontraktion, Herztätigkeit … elektrische Energie z.B. Übertragung von Nervenimpulsen … elektro-chemische Energie z.B. Osmose, Na-K-Pumpe … thermische Energie z.B. Aufrechterhaltung/Steuerung der Körpertemperatur Energiequellen → chemische Verbindungen der Nährstoffe liefern Energie Biologische Systeme nutzen Wärme, mechanische, elektrische & chemische Energie. ATP Spaltung Energiegehalt von ATP → Säureanhydridbindunhen Phosphorgruppen, bei deren Hydrolyse Energie frei wird. zwischen benachbarten Aus Abbau der Nährstoffe gewonnene Energie → zur Bildung von ATP aus ADP & anorganischem Phosphat genutzt. 19 Kalorien oder Joule? 1 Kalorie [cal] … Wärmemenge, die nötig ist, um die Temperatur von 1g Wasser bei normalem Atmosphärendruck von 14,5°C auf 15,5°C zu erhöhen. 1 Joule [J] … die Arbeit, die verrichtet wird, um einen Körper mit einem Kraftaufwand von 1 Newton [N] um 1 Meter [m] zu bewegen. 1 cal = 4,1855 J 1 kJ = 0,2389 kcal Physikalischer & physiologischer Brennwert Physikalischer Brennwert … wird bei vollständiger Verbrennung der Nährstoffe frei Physiologischer Brennwert … steht dem Körper nach Verdauung & Oxidation der Energieträger zur Verfügung Absorptionsraten Kohlenhydrate → 98-99% Fette → 95-97% Proteine → 92% Alkohol → 100% Verdaulichkeit pflanzlicher Proteine: ~85% Verdaulichkeit tierischer Proteine: ~95% Insgesamt kann Verdaulichkeit der Nährstoffe um 4-6% sinken Unterschied physikalischer/physiologischer Brennwert 20 Energiebedarf/-versorgung Energieumsatz Grundumsatz (GU) = Energieverbrauch • bei völliger Ruhe & Entspannung • 12 Stunden nach der letzten Nahrungsaufnahme (nach der Absorption aller Nährstoffe) • im Liegen • unbekleidet • bei konstanter Umgebungstemperatur von 20-28°C 90% des GU gehen in … Synthese körpereigener Substanzen (insb. im Wachstum) … Osmotische Regulation: Erhaltung von Elektrolytkonzentration in intra- & extrazellulärer Flüssigkeit 10% des GU aufgewendet für … Muskelfunktionen … unwillkürlich arbeitende Atmungsmuskulatur) Organfunktionen (Herzschlag & Bewegung der Faktoren, welche die Höhe des GU beeinflussen: • Geschlecht • Alter • Körperoberfläche • Körperzusammensetzung • Physiologischer Zustand (Schwangerschaft) • Funktion endokrine Drüsen (z.B. Schilddrüse) • Klima/Umgebungstemperatur GU → 60-75% des Gesamtenergieumsatzes 21 Ermittlung GU • erwachsene Männer: GU = 1,0 kcal/kg Körpergewicht/h • erwachsene Frauen: GU = 0,9 kcal/kg Körpergewicht/h Mögliche Fehler: • Unterschätzt Energiebedarf von Kindern • Überschätzt Energiebedarf älterer Personen Ruheumsatz (RU) = Energieverbrauch • im Sitzen • leicht bekleidet • bei einer Umgebungstemperatur von 20-24°C • 12 Stunden nach der letzten Mahlzeit RU > GU (6-10%) Ruheumsatz & Grundumsatz → häufig Synonym Leistungsumsatz (LU) = Energieverbrauch für alle messbaren Leistungen wie • Wachstum • Erhaltung der Körpermasse • körperliche Arbeit • Schwangerschaft, Laktation absolut: • in MJ oder kcal • ermittelt durch Messungen (z.B. indirekte Kalorimetrie) relativ: • als Mehrfaches des Grundumsatzes • während eines Tages (PAL „physical activity level”) • während der Aktivität (Aktivitätsfaktoren) Umsatzsteigerung durch Nahrungsaufnahme • Nahrungsinduzierte Thermogenese — Steigerung Energieverbrauchs nach Essen — durch erhöhte Wärmeabgabe nach Essen messbar — Umsatzsteigerung abhängig von Quantität & Zusammensetzung der zugeführten Nahrung 22 Proteine verursachen eine höhere & länger andauernde Wärmeproduktion als die anderen Nährstoffe Ursachen: — Absorption von Nährstoffen, energieverbrauchende Prozesse — Ab- & Umbauvorgänge der Nährtsoffe — Verbrennungsvorgänge liefern 40% chemische Energie, 60% Wärmeenergie • Wärmeregulation — adaptive/fakultative Thermogenese überschüssige Energie in Form von Wärme abgegeben Ursachen Energieüberschuss: ▪ emotionaler Stress ▪ große Hitze ▪ Nahrungsaufnahme — kann 10-15% des Gesamtenergieumsatzes erreichen — Wärmebildung in kalter Umgebung ▪ „zitterfreie Thermogenese“ des braunen Fettgewebes ▪ Muskulatur & Leber aktiv → Stimulation des Sympathikus → „Zitterthermogenese“ Energiebilanz → Zusammensetzung der täglichen Gesamtenergiezufuhr Wovon hängt der Energiebedarf ab? • • • • • • • • aktuelles Körpergewicht Körperzusammensetzung Geschlecht Alter Gesundheitszustand ethnischer Herkunft Umgebungstemperatur körperliche Aktivität 23 Bestimmung des Energieverbrauchs → durch Messungen/Schätzungen Formeln berücksichtigen: Alter, Geschlecht, Körpergewicht, Körpergröße Direkte Kalorimetrie Gemessene Parameter: • gesamter Energieverbrauch • gesamter Energieverbrauch in Relation zum O2-Verbrauch Gemessen werden: • O2-Verbrauch • Wärmeabgabe Indirekte Kalorimetrie Zielgrößen: • Ruheumsatz • Leistungsumsatz • Respiratorischer Quotient • Nahrungsinduzierte Thermogenese Gemessen werden: • O2-Verbrauch • CO2-Abgabe • Harn-Stickstoff Prinzip Bei vollständiger Verbrennung organischen Materials, im Kalorimeter oder Körper, wird CO 2 proportional zur erzeugten Wärme produziert → ein Zusammenhang zwischen der freigesetzten Energie & dem O 2-Verbrauch besteht Respiratorischer Quotient (RQ) RQ = VCO2 : VO2 → gibt Aufschluss darüber, welche Nährstoffe oxidiert werden Messung mit doppelt stabil markiertem Wasser • • • • • Proband trinkt bestimmte Dosis von doppelt markiertem Wasser → vermischt sich mit Körperwasser Deuterium wird ausschließlich als D2O über den Urin ausgeschieden 18O gelangt sowohl in den Urin als auch in die Ausatmungsluft D2-Ausscheidung im Harn also immer größer als die von 18O Differenz proportional der CO2-Produktion im Körper, aus der Energieverbrauch berechnet wird 24 • • • Testperiode: 7-14 Tage, nicht invasive Goldstandard sehr teuer Herzfrequenzmessungen Zusammenhang Hf/O2-Verbrauch individuell sehr unterschiedlich Akzelerometer → Beschleunigungssensoren 25 Wasserhaushalt & ernährungsphysiologische Bedeutung von Wasser Wasservorräte der Erde • • • • 97,2% des gesamten Wasservorkommens → salziges Meerwasser → ungenießbar für Menschen 2,14% Wasser in Polkappen & Gletschern als Eis 0,001% Wasser ständig in der Atmosphäre (Wolken, Nebel, Wasserdampf) 0,6% Wasser → Süßwasser in Form von Oberflächenwasser in Seen & Flüssen und Grundwasser unterirdisch Wozu wird Wasser vom Organismus benötigt? • • • • Lösungsmittel Transport zahlreicher Substanzen in den Flüssigkeitskompartimenten → Versorgung der Zellen mit Nährstoffen & Ausscheidung harnpflichtiger Substanzen Wasserstoffbrückenbindungsfähigkeit gewährleistet die Kapillarkraft, die für die Durchblutung der kleinsten Gefäße nötig ist Temperaturschwankung werden ausgeglichen Wasser ist … • • • Bestandteil vieler zellulärer & subzellulärer Verbindungen Cofaktor von Hydrolasen & Hydrotasten, Reaktionspartner Stoffwechselprozessen Hauptkomponente von Schleimstoffen bei vieles Wassergehalt von Zellen & Geweben Typische Säugetierzelle: 70% Gewebe Adipozyten: 5% Erythrozyten: 65% Je nach Funktion der Zelle kann der Wassergehalt stark schwanken. durchschnittlicher Wassergehalt des menschlichen Gewebes: 70-80% Wassergehalt des Körpers in Abhängigkeit vom Alter und Geschlecht Der Wassergehalt ist umgekehrt proportional zum Fettgehalt. Bei gleicher Körpermasse → Wassergehalt bei Adipösen geringer als Normalgewichtigen 26 Verteilung des Wassers im menschlichen Körper 60% Gesamtwasser: • 70% ICF (Kaliumreich) • 30% ECF (Natriumreich) ECF = Extrazelluläre Flüssigkeit • 73% Interstitielle Flüssigkeit (um die Zelle herum im Bindegewebe) • 19% Plasmaflüssigkeit (in den Blut- & Lymphgefäßen) • 8% Transzelluläre Flüssigkeit (Harnblase, Gallenblase, Darmlumen, Schleimhäute, Haut) Wasser- & Elektrolyt-Haushalt → in Wasser gelöste Salze (z.B. NaCl) formen freie Ionen (z.B. Na +, Cl-) Positiv geladene Ionen im Körper: • Natrium (wichtigstes Kation in der ECF) • Kalium (wichtigstes Kation in der ICF) Negativ geladene Ionen im Körper: • Chlorid • Phosphate Zur Balancehaltung von Na & K → Na-K-Pumpen in den Zellmembranen, die Na aus der Zelle pumpt & K den Einstrom in die Zelle ermöglicht. 27 Osmose Wasseraustausch zwischen Zellmembran sorgt Konzentrationsschwankungen gelöster Substanzen. für den Ausgleich von Wasserbilanz des Körpers/Flüssigkeitsbilanz Oxidationswasser = bei der Endoxidation der Nährstoffe in der mitochondrialen Atmungskette entsteht Oxidationswasser bei der stark exergonen Reaktion von H 2 und O2 zu H2O. Nährstoffe (100g) → Oxidationswasser (ml) Proteine → 41 ml Kohlenhydrate → 55 ml Fette → 107 ml Extrarenale Flüssigkeitsregulation (außerhalb der Niere) • • • durch Haut & Lunge durch die Leber durch das Bindegewebe Regulation des Wasserhaushalts im Körper Adiuretin-System → hält Wasser im Körper zurück Adiuretin = Antidiuretisches Hormon, gebildet in Hypothalamus Dehnungsrezeptoren (Barorezeptoren) + Osmorezeptoren in Gefäßen registrieren Zu/Abnahme des Blutvolumens →Hypovolämie (vermindertes Blutvolumen), erhöhte Plasmaosmolarität: ADH-Freisetzung → Diurese (Harnausscheidung) durch verstärkte Wasserrückresorption in der Niere wird gehemmt → Hypovolämie und Abfall der Plasmaosmolarität hemmen ADH-Freisetzung 28 ADH = reguliert im Körper den Wasser- & Elektrolythaushalt, indem es vor allem auf die Nieren einwirkt. Effekte: Verminderung der Wasserausscheidung, Produktion eines stark konzentrierten Harnes („antidiuretischer“ Effekt) Renin-Angiotensin-Aldosteron-System (RAA-System/RAAS) • steuert Volumenhaushalt des Körpers • hält Natrium im Körper zurück • Durst auslösend → Blutdruckabfall → Verringerung des Blutvolumens → Abfall des Plasmavolumens => Renin (Enzym) Abgabe aus Niere ins Blut Angiotensinogen → Angiotensin I (3 Hormone) → Angiotensin II (bewirkt Gefäßverengung, Stimulierung der Aldosteronausschütung) Aldosteron = Mineralcorticoid, gebildet in Nebennierenrinde, bewirkt Natriumrückresorption & Kaliumausscheidung in der Niere → erhöht ECF 29 Exzessiver Konsum von Wasser und Diuretika wie Alkohol … reduzieren die ADH Produktion → Signal an die Niere, durch Wasserausscheidung gelöste Stoffe in der ECF zu konzentrieren. • • Niere reduziert Permeabilität, damit Zufuhrkanäle/-tubuli Wasser zur Exkretion zurückhalten Niere scheidet große Volumina an verdünntem Urin aus Zelldehydration durch Aufnahme von Meerwasser Effekte progressive Dehydratation Flüssigkeitsverlust in % des Körpergewichts 1 Durst 2 Starkes Durstgefühl, Appetitverlust, Unbehagen 3 Trägheit, verringerter Blutdruck 4 Erbrechen, geringe körperliche Aktivität 5 Konzentrationsstörung, Apathie, Kribbeln der Extremitäten 6 Erhöhte Körpertemperatur, Puls, Respirationsrate 7 Koordinationsstörungen, Kopfschmerzen 8 Schwindel, Atemnot 9 Schwäche, geistige Verwirrung 10 Muskelverkrampfung, undeutliche Sprache 11 Nierenversagen, geringe Zirkulation durch verringertes Blutvolumen 30 Folgen des Wasserdefizits Unter günstigen Klimabedingungen kann der Mensch höchstens 11-20 Tage ohne Flüssigkeitszufuhr überleben. Als Richtwerte für die Gesamtzufuhr von Wasser in Bezug auf die Energiezufuhr gelten laut den D-A-C-H-Referenzwerten • • • beim gestillten Säugling etwa 360 ml/MJ (≈ 1,5 ml/kcal) beim Erwachsenen etwa 250 ml/MJ (≈ 1ml/kcal) beim älteren Menschen mehr als 250 ml/MJ (> 1 ml/kcal) Der Wasserbedarf ist abhängig von … • • • • • Klima Art & Dauer der körperlichen Aktivität Erkrankungen (Fieber, Durchfall, Erbrechen) Kochsalz: 1g NaCl bindet 80-100ml Wasser Protein: bei hoher Zufuhr wird mehr Wasser zur Harnausscheidung benötigt Steigerung des Flüssigkeitsbedarfs um mehrere Liter möglich (2-4L/d) Das richtige Getränk finden – Anforderungsprofil für Sportgetränke • • • Rascher Ausgleich des Flüssigkeitsverlustes — Magenentleerungsrate — Wasserabsorption aus dem Dünndarm Ausgleich der Elektrolytverluste Zufuhr schnell verfügbarer Kohlenhydrate Das richtige Getränk finden Isotone Getränke … deren Gehalt an osmotisch aktiven Teilchen denen des Blutes entspricht z.B. Elektrolytgetränke, gespritzter Apfelsaft Hypertone Getränke … verbleiben länger im Magen, vor der Aufnahme aus dem Darm müssen sie erst durch körpereigenes Wasser verdünnt werden, wenig geeignet beim Sport 31 z.B. alkoholische Getränke, Soft Drinks Hypotone Getränke … geringere Konzentration an Mineralien als die in den Körperflüssigkeiten, werden ähnlich schnell aufgenommen wie isotone Getränke, eignen sich als rascher Flüssigkeitsersatz z.B. Wasser, Molke Ideale Durstlöscher → Wasser & ungesüßte Früchte- & Kräutertees weniger empfehlenswert: Getränke mit anregenden Substanzen. Süßungsmitteln & einem mäßigen Energiegehalt (<7% Kohlenhydrate) z.B. Tee, Kaffee, gespritzte Säfte & Lightgetränke am wenigsten empfehlenswert: energiehaltige Getränke (> 7% Kohlenhydrate) Richtwerte für Alkohol • • • individuell unterschiedliche Risiken maximal tolerierbare Alkoholzufuhr — für gesunde Frauen: 10g/Tag — für gesunde Männer: 20g/Tag Schwangere & Stillende auf Alkohol verzichten, um ihr Kind keinen Risiken auszusetzen 32 Säure-Basen-Haushalt pH-Werte verschiedener Kompartimente Vom pH-Wert der Körperflüssigkeiten hängen ab: • • • • Aktivitäten der Proteine & damit der Enzyme Molekülform der Proteine & damit die Struktur verschiedener Zellbestandteile Permeabilität der Zellmembrane Sauerstoffbindungsfähigkeit des Hämoglobins; je niedriger der pH (je mehr H+), umso schwächer bindet Sauerstoff an Hämoglobin (Bohr-Effekt). Der niedrigere pH-Wert im Bindegewebe (verglichen mit dem Blut) bewirkt, dass Sauerstoff leicht an die Gewebe abgegeben werden kann. Säure-Base-Belastung des Körpers Oxidativer Abbau der Nährstoffe → CO2 Produktion, das als Hydrogencarbonat (HCO3-) transportiert wird – dabei entstehen Protonen → nach Reaktionsumkehr in der Lunge als CO2 abgeatmet Abbau von AS besonders S-hältige AS wie Methionin, Cystein) → Produktion von Schwefelsäure und andere organische Säuren → über Niere ausgeschieden Starke Säurebelastung durch bestimmte Stoffwechselsituationen Hungern, Diabetes → Produktion von Ketonkörpern aus dem Fettabbau → kann bei Überschreitung der Stoffwechselkapazität der Leber zur Acidose führen Aufnahme saurer Äquivalente über die Nahrung 33 Säure-Basen-Haushalt Alkalisierende Lebensmittel(-bestandteile) Gemüse/Obst liefern in Form von KHCO3 Bicarbonationen Säuernde Lebensmittel(-bestandteile) Aminosäuren wie Methionin, Nukleinsäuren, eiweißreiche Lebensmittel, Milchprodukte, Getreideprodukte → Einfluss bei gesunden Menschen eher gering Regulation des Säure-Basen-Haushalts 1. Pufferfunktion des Blutes (Bikarbonat & Proteine) => sofort 2. Atmung => wenige Minuten Abgabe von CO2 => Vermeidung einer Säurebelastung des Organismus Säurezunahme im Blut => Hyperventilation = Atmung gesteigert Basenzunahme im Blut => Hypoventilation = Atmung reduziert 3. Nierenfunktion => Stunden bis Tage Ausscheidung überschüssiger Säuren Steuerung durch renale Ausscheidung von H+ bzw. Resorption von HCO34. Leberstoffwechsel => 3-4 Stunden Oxidativer Abbau von AS => CO2 (HCO3-) + NH3 (NH4+) Auch oxidativer Abbau von Milchsäure, Essigsäure & Zitronensäure Störungen im Säure-Basen-Haushalt Azidose → Senkung des pH-Wertes im arteriellen Blut pH-Abfall max. auf 6,8 sonst Lebensgefahr Alkalose → Erhöhung des pH-Wertes im arteriellen Blut pH-Anstieg max auf 7,7 sonst Lebensgefahr respiratorische Alkalosen/Azidosen → gestörte Atmung führt zu pH-Änderung metabolische Alkalosen/Azidosen → Nicht-flüchtige Säuren im Blut angehäuft/verringert Ursachen: Magensafterbrechen (-HCl), Diabetes mellitus, Niereninsuffizienz, Alkoholabusus 34 Häufige Ursachen von Acidosen/Alkalosen Acidose (pH < 7,36) • Metabolische Ursachen — Diabetische Ketoazidose — Niereninsuffizienz — Sepsis & Schock — Durchfälle & Erbrechen • Respiratorische Ursachen — Respiratorische Insuffizienz Alkalose (pH > 7,44) • Metabolische Ursachen — Säureverluste durch Erbrechen — schwere Hypokalämie — extrazelluläre Volumenmangel, Diuretikatherapie • Respiratorische Ursachen — Hyperventilation — Fieber Einfluss der Ernährung auf den Säure-Basen-Haushalt bei gemischter Kost: täglich 50-100 mmol freie Wasserstoff-Ionen, die durch die Nieren aus dem Organismus eliminiert werden müssen Potenzielle renale Säurelast (PRAL = potential renal acid load) verschiedener Lebensmittelgruppen 35 Einfluss von Lebensmitteln auf die renale Säurelast I Pflanzliche Lebensmittel … (Obst, Gemüse, Salate & Fruchtsäfte) wirken alkalisierend. Insbesondere Zitrussäfte → größere Mengen Alkalisalze organischer Säuren, vor allem Zitronensäure, deren Metabolisierung in Hydrogencarbonat resultiert. Konsum von 1L Orangensaft → Anstieg des Harn-pH-Wertes Hydrogencarbonatreiche Mineralwässer → alkalisierend Aufnahme von 1,4L Mineralwasser mit einem Hydrogencarbonatgehalt von 3388 mg/L → Steigerung Harn-pH-Wertes Einfluss verschiedener Ernährungsformen auf die renale Säurelast Trennkost → Grundprinzipien: 1. Trennung von Protein & Kohlenhydrate 2. Bevorzugung von „basenüberschüssigen“ Lebensmitteln Ziel: „Übersäuerung entgegenzuwirken“ Fasten → Ziel: Reduktion des Körpergewichts und/oder die „Entschlankung“ & „Entgiftung“ des Körpers Klinische Aspekte relevant eine hohe Nettosäureexkretion nur dann, wenn Säureausscheidungskapazität niedrig ist wie bei • Frühgeborenen • älteren Menschen (niedrige glomeruläre Filtrationsrate) • Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion Fazit Abwechslungsreiche Ernährung mit moderater Proteinaufnahme senkt renale Säurelast & erhöht die Pufferkapazität des Organismus. Durch ausreichenden Verzehr von Obst, Gemüse & Salat wird die adäquate Alkalizufuhr gewährleistet. empfohlen: Verzehr von 250g Obst & 400g Gemüse pro Tag Gegenüber Puffersystemen kommt Lebensmitteln eine untergeordnete Rolle in der Regulation des Säure-Basen-Haushalts zu 36 Kohlenhydrate Pflanzen machen Kohlenhydrate Aufgebaut aus Kohlenstoff (C), Wasserstoff (H), Sauerstoff (O) gebildet durch Photosynthese in Pflanzen: im Blatt reagiert Kohlendioxid unter Lichteinfluss mit Wasser → Glucose (Traubenzucker) & Sauerstoff entsteht. Funktionen • • • • Energielieferanten/-speicher (Leber- & Muskelglykogen) Stützfunktion als Bestandteil in Knochen & Bindegewebe Ballaststoffe für die Darmbewegung Beteiligt an der Regulation Wasser- & Elektrolythaushalts Einteilung nach der Anzahl der Grundbausteine Gruppe Kennzeichnung Vertreter Summenformel Monosaccharide* durch Hydrolyse nicht mehr spaltbar (1 Zuckermolekül) durch Hydrolyse in 2 Monosaccharidmoleküle spaltbar (2 Zuckermoleküle) durch Hydrolyse in viele Monosaccharidmoleküle spaltbar Glucose Fructose C6H12O6 C6H12O6 Maltose Saccharose C12H22O11 C12H22O11 Stärke Cellulose (C6H10O5)2 (C6H10O5)2 Disaccharide* Oligosaccharide* Polysaccharide** * wasserlöslich & süß ** wasserunlöslich & geschmacksneutral Monosaccharide = Einfachzucker • Traubenzucker (Glucose) — frei im Blut — Phosphorgebunden in den Körperzellen — Energiesubstrat: alleinige Energiequelle für Gehirn, Nebennierenmark & Erythrozyten — Baustein von Stärke, Glykogen, Cellulose & Disacchariden — Aktiver Transport: ▪ unter Energieverbrauch ▪ auch gegen ein Konzentrations-/Ladungsgefälle ▪ Sekundär aktiver Transport: • im Vorfeld wird aktiv ein Ionengradient aufgebaut • Nährstoffe gelangen mit den Ionen gegen ein Gefälle in die Zelle • Fruchtzucker (Fructose) (=Laevulose) 37 — — — — — • • • Einfachzucker mit höchster Süßkraft gelangt unabhängig von Insulin in die Zellen wird von der Plazenta gebildet & kommt deshalb im fetalen Blut vor Baustein der Saccharose & des Insulins „High fructose“ corn sirup findet Verwendung beim Süßen von Softdrinks, Desserts, Süßigkeiten — Passiver Transport ▪ Freie Diffusion • ohne Energieverbrauch • entlang eines Konzentrations-/Ladungsgefälles ▪ Erleichterte Diffusion • ohne Energieverbrauch • entlang eines Konzentrations-/Ladungsgefälles • über einen Carrier/Kanal Schleimzucker (Galaktose) — Bestandteil von Cerebrosiden — Bestandteil von Lactose & vielen pflanzlichen Polysacchariden Ribose Mannose — Bestandteil von Glykoproteinen — ist z.B. in Leguminosen enthalten Nahrungsmittelquellen • Obst • Gemüse • Honig • Süßigkeiten • Pilze Disaccharide = Zweifachzucker • • • Saccharose = Haushaltszucker = Rüben-/Rohrzucker — aus Glucose & Fructose — der am häufigsten verzehrte Zucker — Invertzucker: Zuckerlösung aus gespaltenen Saccharosebausteinen (Fru + Glu); Spaltung durch Säuren/enzymatisch (z.B. Honig) Laktose = Milchzucker Maltose = Malzzucker Nahrungsmittelquellen • Haushaltszucker • Milch • Getreide • Pilze 38 Stevia → Süßungsmittel aus Südamerika → 100-300mal süßer als Haushaltszucker Nutzen • keine Karies • Keine Kalorien eventuell Nutzen • Schutz vor Diabetes – Studienlage unzugänglich • Wirksamkeit gegen Bluthochdruck Oligosaccharide • • • • • bestehen aus 3-9 Monosacchariden verbreitestes Trisacchrid: Raffinose — bestehend aus Galaktose, Glucose, Fructose — kommt in Pflanzen vor — aus Zuckerrübenmelasse gewonnen Bestandteile von Glykoproteinen Kohlenhydrate sind an der Vermittlung von Zell-Zell-Wechselwirkungen beteiligt Bestandteile von Glykolipiden (Membranbestandteile) Nahrungsmittelquellen: • Zwiebeln • Leguminosen • Weizen • Spargel • Muttermilch Polysaccharide → durch glykosidische Verknüpfung vieler Monosaccharide (mehr als 9) • Speicher & Gerüstfunktion • Glykogen & Stärke sind Speicherformen • Cellulose ist ein wesentlicher Bestandteil der Pflanzenzellwände Stärke • in der Stärke vorkommende Amylose: aus Ketten von ⍺-1-4 verknüpften Glucosen (1525%) • Amylopectin => poly-⍺-1,4 bis ⍺-1,6 Glucose durch Verbindungen zwischen den C1- & C6-Atomen entstehen Verzweigungen. • Lebensmittelquellen: — Weizen – Kartoffel — Reis – Süßkartoffel — Mais – Leguminosen — Hafer — Hirse — Gerste 39 Resistente Stärke • RS1: nicht aufgeschlossene, in intakten Zellen eingeschlossene Stärke in grob gemahlenen Körnern & Samen • RS2: unverarbeitete Stärkekörner wie in Amylomais, rohen Kartoffeln & grünen Bananen • RS3: Retrogradierte Amylose in aufbereiteten Lebensmitteln. Lebensmittelstärke wird durch physikalische/chemische Prozesse & Abkühlung so umgewandelt, dass sie von den Verdauungsenzymen nicht mehr hydrolisiert werden kann. (z.B. Brot, Cornflakes & gekochte kalte Kartoffeln • RS4: chemisch modifizierte Stärke Maltodextrin → Maltose = Dimer aus 2 Gluc + Dextrose = Gluc-Monomer • leicht verdaulich • gering süß • geringe Osmolarität • Kranken-/Kinder- & Sporternährung Cellulose • in Wasser unlöslich • unverdaulich für Menschen Glykogen • Kohlenhydratspeicher im menschlichen & tierischen Körper (Leber/Muskeln) • aufgebaut wie Amylopectin Glykogenspeicherung – physiologisch Muskulatur • durch Training & Fasten bis auf das 5-fache steigerbar • Glykogensynthese: Insulin Leber • mit 5-10% des Lebergewichts konstanter Speicher • Glykogenolyse: Glukagon, Cortisol, Adrenalin Proteinsparende Wirkung der Kohlenhydrate • ausreichend hoher Kohlenhydratanteil in der Nahrung verhindert, dass Proteine als Energiesubstrat (Gluconeogenes) herangezogen werden • Aufnahme von min. 10% des Tagesenergiebedarf in Form von Kohlenhydraten 40 Antiketogene Wirkung der Kohlenhydrate → Kohlenhydraten-Aufnahme vermindert Ketonkörperbildung, weil glucoseabhängige Stoffwechselwege ablaufen können Welche Verbindungen zählen zu den Ketonkörper? • Acetacetat • -Hydroxybutyrat • Aceton Woraus entstehen Ketonkörper? • Fettsäuren • ketoplastische Aminosäuren Was bewirken Ketonkörper? • ersetzen Glucose als Energiesubstrat • Ketoacidose, diabetisches Koma Wann werden sie gebildet? • Diabetes Mellitus • Fasten • Protein-Fett-Diäten Vorkommen der Kohlenhydrate im Organismus Vorkommen im Organismus Leber Kohlenhydratenarten Aufgaben Menge/Konzentration Glykogen 150 g (10g/100g) Muskel Glykogen Sonstiges Gewebe Blut Glucose kurzfristige Energiereserve, Blutzuckerregulation kurzfristige Energiereserve Energiegewinnung Glucose Energiegewinnung Skelett, Schleimstoffe, usw. Polysaccharide, Glykoproteine Baustoff 5g (0,1g/100g) 300g 200g (1g/100g) 30g WHO empfiehlt … … maximal 10 Energieprozent freie Zucker pro Tag zu konsumieren = 50g Zucker pro Tag bei einer Energiezufuhr von 2000kcal • Frauen: 45g/d bei einer durchschnittlichen Energiezufuhr von 1815 kcal/d • Männer: 61g/d bei einer durchschnittlichen Energiezufuhr von 2453 kcal/d 41 Glykämischer Index = Maß für den Blutzuckeranstieg nach dem Verzehr von 100g Kohlenhydraten • wird Insulin ausgeschüttet, erfolgt der Transport des Blutzuckers in die Zellen & der Blutzuckerspiegel sinkt • verschiedene Kohlenhydrate lassen den Blutzuckerspiegel unterschiedlich rasch & stark ansteigen & absinken Nahrungsmittel → GI Glukose (Referenz) → 100 Cornflakes → 84 Pommes → 75 Weißbrot → 70 Vollkorn-Weizenbrot → 69 Saccharose → 54 Pumpernickel → 51 Reis → 44 Äpfel → 40 Linsen → 30 Milch → 27 Fruchtzucker → 23 Bewertung des GI • ungünstig => GI größer als 70 • Mittel => GI-Werte zwischen 50-70 • Gut => GI kleiner als 50 Kritik am GI • beschreibt die Blutzuckerreaktion auf die Einnahme von 50g Kohlenhydraten, die über ein bestimmtes Lebensmittel zugeführt werden & nicht die Reaktion auf 50g Lebensmittel Faktoren, welche den Anstieg des Blutzuckerspiegels verändern • • • • Ballaststoffmenge der Mahlzeit Protein-/Fettmenge der Mahlzeit Garzustand der Lebensmittel (roh, erhitzt, …) Absorptionsgeschwindigkeit Glucose, Galaktose > Fructose > Mannose > Xylose > Arabinose Hormone im Kohlenhydrat-Stoffwechsel • • Insulin: -Zellen der Pankreas; senkt Blutzucker durch Einstrom von Glucose in die Körperzellen Glucagon: -zellen der Pankreas erhöht Blutglucosespiegel durch Abbau von Leberglykogen & Gluconeogenese 42 • • Adrenalin: aus dem Nebennierenmark bewirkt Glykogenolyse & Lipolyse (Blutzucker steig) Cortisol: aus der Nebennierenrinde stimuliert die Glukoneogenese in der Leber, erhöht also den Blutzucker Aspekte die Kohlenhydrate für das Adipositasrisiko • • • Kohlenhydrate: deutlich geringerer Energiegehalt pro Gewichtseinheit Kohlenhydratreiche Lebensmittel zeichnen sich in der Regel durch eine geringere Energiedichte als fettreiche Lebensmittel aus Mechanismen, die eine Gewichtsverlust unter einer kohlenhydratarmen Kost begünstigen: — Sättigung durch Ketonkörperbildung bzw. höheren Proteinanteil der Kost — verbesserte Insulinsensivität Isoglukose = Süßungsmittel, das (wie Saccharose) aus einem Gemisch aus Glucose & Fructose besteht. • aus Mais-/Weizenstärke • Abhängig davon, welcher Anteil der beiden Bausteine überwiegt, wird das Produkt als Glukose-Fruktose-Sirup oder Fruktose-Glukose-Sirup bezeichnet. Empfehlungen • • Verzehr von Früchten statt zuckerhaltiger Getränke – Sättigung Vorwiegend energiefreie/-arme Getränke 43 Ballaststoffe Definition = Zellwandbestandteile pflanzlicher Lebensmittel • „Nahrungsfasern“ – nicht alle diese Stoffe weisen eine Faserstruktur auf • schwer verdauliche Kohlenhydrate, die weder resorbiert, noch von Enzymen des Gastrointestinaltraktes in eine resorbierende Form umgewandelt werden • Botanisch: Strukturbestandteile der Pflanzenzelle oder Speicherstoffe • Chemisch: Nicht-Stärke-Polysaccharide + Lignin Eigenschaften & Wirkung Physikalisch-chemische Eigenschaften: • Zusammensetzung der Monomere (Hexosen, Pentosen) • Kettenlänge • Verzweigungsgrad Stoffe können • fest/flüssig • wasserlöslich/-unlöslich • bakteriell fermentierbar/nicht fermentierbar sein. Löslichkeitsverhalten Wirkung aufgrund von Löslichkeitsverhalten • • • • • lösliche Ballaststoffe hohes Wasserbindevermögen vollständiger bakterieller Abbau verzögerte Magenentleerung verzögerte Glukoseabsorption Erhöhung des Stuhlvolumens • • • • unlösliche Ballaststoffe geringes Wasserbindevermögen geringer bakterieller Abbau Erhöhen der Stuhlmasse/-frequenz Beschleunigen Dünn/Dickdarmpassge Während wasserunlösliche Nahrungsfasern vor allem die Passagezeit des Speisebreis verkürzen, beeinflussen wasserlösliche auch den Glukose- & Fettstoffwechsel. 44 Positive Wirkung • • • • • • • Verlängerung der Kautätigkeit vermehrte Speichelsekretion vermehrte Magensaftsekretion verlängerte Verweildauer im Magen → verlängerte Sättigung Darmperistaltik steigt (Wasserbindungsfähigkeit, Volumen) geringe Transitzeit im Dickdarm (geringe Wirkungsdauer von Kanzerogenen) Bindung von Gallensäuren (cholesterinsenkende Wirkung) Eigenschaften ballaststoffreicher Kostformen • • • • • • großes Volumen hohe Nährstoffdichte hoher Gehalt an ungesättigten Fettsäuren & Kalium niedrige Energiedichte niedriger Gehalt an gesättigten Fettsäuren & Cholesterin niedriger Gehalt an Zucker & Speisesalz Präventive Effekte einer hohen Ballaststoffzufuhr zeigen sich in Bezug auf das Risiko für … • • • • • • Adipositas Diabetes mellitus* Hypertonie* Koronare Herzerkrankungen* Dyslipoproteinämie Maligne Tumore im Kolorektum * präventive Wirkung insbesondere durch hohe Zufuhr an Vollkornprodukten Ballaststoffe aus Vollkorngetreide => überwiegend unlösliche, bakterielle wenig abbaubare Polysaccharide Ballaststoffe aus Gemüse, Obst & Kartoffeln => überwiegend lösliche, bakteriell abbaubare Polysaccharide Den „Zucker“ zügeln – Rolle der Ballaststoffe 1. Lebensmitteln, die natürlicherweise ballaststoffreich sind, sind empfehlenswert 2. Ballaststoffaufnahme mindestens 40g/Tag; günstige Effekte schon mit niedrigen Ballaststoffmengen – lösliche Ballaststoffe (Obst, Gemüse, …) – unlösliche Ballaststoffe (Vollkorn-Getreideprodukte) 4. die Hälfte der verzehrten Getreideprodukte → Vollkorngetreideprodukte 5. täglich min. 5 Portionen ballaststoffreiches Gemüse & Obst; min. 4 Portionen Hülsenfrüchte/Woche 45 Potentiell negative Wirkungen • • • Phytinsäure bindet Kationen wie Calcium-, Zink-, Eisen-, Magnesiumkationen und entzieht sie der Absorption (keine negative Wirkung bei der täglich empfohlenen Menge) bei hoher Ballaststoffaufnahme in Kombination mit geringer Flüssigkeitszufuhr → negative Flüssigkeitsbilanz/Obstipation bei Kindern & Senioren → Energieaufnahme aufgrund von Völlegefühl bei zu hoher Ballaststoffzufuhr ungenügend Beispiele für eine empfehlenswerte Ballaststoffzufuhr • • • • • 3 Scheiben Vollkornbrot 1 roher Paprika 1 großer Apfel gekochte Karotten 2 Scheiben Grahambrot Steigerung der Ballaststoffzufuhr durch… 1. Steigerung des Konsums ballaststoffreicher Lebensmittel — Vollkornprodukte — Gemüse — Obst 2. Konsum von ballaststoffangereichertem Lebensmittel — Insulin — Oligofruktose — Psyllium 3. Einnahme von isolierten Ballaststoffen (Ballaststoffpräparate) — Ballaststoffpulver — Kautabletten Ballaststoffanreicherung von Lebensmitteln Ballaststoffarten • Insulin • Oligofruktose • Psyllium Einsatzgebiete • Joghurt • Kekse • Backwaren • Wurstwaren Risiken • Gefahr der ungünstigen Lebensmittel-Auswahl (Wurstwaren, Kekse, Fertigjoghurt) • Resultierende Erhöhung der Zucker-/Fettzufuhr 46 Süßstoffe – Definition • • Substanzen mit intensivem Süßgeschmack Eigenschaften: — liefern praktisch keine Energie — Insulinunabhängig verwertet — nicht kariogen — nicht konservierend Zuckeralkohole • • nicht kalorienfrei wichtige Vertreter: — Xylit ▪ Zuckeraustauschstoff ▪ Vorteile: • Brennwert 2,4 kcal/g (10 kJ/g) • gut geeignet zum Backen, Kochen & Süßen von Getränken, Kaugummi • kann Kariesbakterien hemmen • geeignet für Menschen mit Diabetes mellitus ▪ Nachteile: • karamellisiert schlecht • kann bei Konsum von größeren Mengen abführend wirken — Sorbit — Erythrit — Mannit — Isomalt — Maltit — Lactit Vorteile: — nicht kariogen — keine Wirkung auf den Blutzuckerspiegel — Insulinunabhängig — geringerer Energiegehalt Nachteile: — können abführend wirken — eventuell Gewöhnungsphase • • Zucker & Honig Zucker • • • • Disaccharid aus Glucose + Fructose geringer Süßkraft zum Süßen von Speisen/Getränken, Verbesserung der Bekömmlichkeit, Konservierung, Teiglockerung kariogen Honig • • • • • 75% Invertzucker, weiteren Zuckerarten & 20% Wasser, 0,2g/100g Mineralstoffe höhere Süßkraft Brotaufstrich, Süßunsgmittel kariogen Botulismus Gefahr bei Säuglingen/Kleinkindern 47 Fette (Lipide) Eigenschaften • • • • große strukturelle Variabilität stark hydrophob, kaum wasserlöslich löslich in organischen Lösungsmitteln bilden keine Polymere Funktionen • • • • • • • Bildung von Depotfett als Energiespeicher/Wärmeisolator/Druckpolster Energiequelle durch Bildung von ATP Substrat zur Synthese von Gallensäuren/Vitamin D/Steroidhormonen Substrat zur Synthese von Eikosanoiden Substrat (Phospholipide, Cholesterin, Sphingolipide) zur Synthese von zellulären Strukturbestandteilen Geschmacksträger Trägersubstanz fettlöslicher Vitamine Stoffklasse der Lipide • • • • einfache Fette = Neutralfette; Triglyceride komplexe Lipide Fettbegleitstoffe (Cholesterin, Vitamin D, Vitamin E & andere Antioxidantien, Steroidhormone, Gallensäuren) Fettderivate (Fettsäuren, Monoglyceride, Diglyceride, Cholesterinester) Unterscheidungsmerkmale von Fettsäuren Nach ihrer Struktur: • Kettenlänge • Sättigungsgrad • Lokalisation der Doppelbindungen • Isomerie der Doppelbindungen Nach ihrer physiologischen Wirkung: • Essentialität Einteilung der Fettsäuren nach ihrer Kettenlänge • • • kurzkettige Fettsäuren: C2, C4 → Buttersäure (z.B. Milchfette) mittelkettige Fettsäuren: C6 – C12, bilden MCT → Caprylsäure (z.B. Milch-, Kokos-, Palmkernfette) langkettige Fettsäuren: ab C14, bilden LCT → Palmitinsäure (z.B. Fette, Öle) 48 Bedeutung von MCT Fetten = Medium Chain Triglyceride • spezielle, mittelkettige Fettsäuren mit 6–10 C-Atome • können rascher hydrolysiert werden • gelangen in Albumin gebunden über das Pfortaderblut zur Leber, unabhängig von Gallensäuren oder dem Einfluss von Verdauungsenzymen (z.B. Pankreaslipase) • kaum in Lebensmittel natürlich → technologisch (z.B. Streichfett, Brotausstrich) • für Personen mit eingeschränkter Fettverdauung Einteilung der Fettsäuren nach der Anzahl der Doppelbindungen • • • gesättigte Fettsäuren einfach ungesättigte Fettsäuren => Monoenfettsäuren mehrfach ungesättigte Fettsäuren => Polyenfettsäuren Gesättigte Fettsäuren werden mit steigender Kettenlänge fester. Der Schmelzpunkt einer Fettsäure… sinkt… … mit abnehmender Kettenlänge … mit zunehmender Anzahl an Doppelbindungen Bei Raumtemperatur sind Fette… … mit überwiegend gesättigten Fettsäuren → fest … mit überwiegend ungesättigten Fettsäuren → flüssig Trans Fettsäuren • • entstehen im Pansen von Wiederkäuer