Überblick: Systeme, Strukturen und Schlüsselbegriffe

Die Verarbeitung von Nahrung ist ein koordiniertes Zusammenspiel vieler Organe, Zellen und Hormone. Hauptakteure sind der Magen-Darm-Trakt (Mund, Magen, Dünn- und Dickdarm), die Leber, die Bauchspeicheldrüse (Pancreas), die Gallenblase, das lymphatische System (Laktale) und die Nieren. Wichtige zelluläre Strukturen sind Enterozyten (Darmepithelzellen) mit Mikrovilli, Hepatozyten (Leberzellen), Pankreas-Azinozyten (exokrine Drüsen), Lipoproteine (Chylomikronen, VLDL, LDL, HDL) sowie Transportproteine und Pumpen (z. B. SGLT1, GLUT-Familie, Na+/K+-ATPase).

 

Hormone und Botenstoffe wie Insulin, Glukagon, sekretin, CCK, Aldosteron und ADH regulieren die Aufnahme, Verteilung und Speicherung. Enzyme (Amylasen, Lipasen, Peptidasen) zerlegen Makronährstoffe in transportfähige Einheiten. Das Ergebnis: Bausteine werden entweder unmittelbar verbraucht, in Zwischenformen umgebaut, temporär (Glykogen) oder langfristig (Fett) gespeichert oder in andere Stoffe transformiert.

 

Fett: Aufnahme, Transport und Verarbeitung

Fette (Triglyceride, Cholesterin, Phospholipide) müssen zuerst emulgiert und hydrolysiert werden, um absorbierbar zu werden. Die Schritte im Überblick:

 

• In der Küche und im Mund beginnt mechanische Zerkleinerung; im Magen setzen erste Lipasen ein.
• Die entscheidende Arbeit leisten Pankreaslipase und Gallensalze im Dünndarm. Gallensalze emulgieren Fett zu feinsten Tröpfchen; die Lipase spaltet Triglyceride in freie Fettsäuren und Monoglyceride.
• Diese Spaltprodukte bilden zusammen mit Gallensalzen Mizellen, die die Transportfähigkeit durch die wasserige Darmschleimhaut ermöglichen.
• In Enterozyten werden Fettsäuren wieder zu Triglyceriden verestert, in Chylomikronen verpackt und über die Laktale (Lymphgefäße) ins Blut abgegeben. Chylomikronen transportieren Nahrungsfett zu Muskel- und Fettgewebe.

 

Wichtige Unterschiede und Details:

• Kurz- und mittelkettige Fettsäuren (z. B. in Kokosöl, Milchfett) werden teilweise direkt in die Pfortader aufgenommen und zur Leber transportiert. Langkettige Fettsäuren (typisch für die meisten Nahrungsfette) passieren meist den lymphatischen Weg.
• Chemisch unterscheiden sich tierische Fette und pflanzliche Öle vor allem im Gehalt an gesättigten vs. ungesättigten Fettsäuren. Die Verdauung selbst läuft grundsätzlich gleich ab, aber:
• Gesättigte Fettsäuren sind bei Zimmertemperatur fester; das beeinflusst physikalisch Lipoproteinbildung und kann langfristig Blutlipidprofile (LDL/HDL) beeinflussen.
• Einfach und mehrfach ungesättigte Fettsäuren sind flüssiger, werden leichter in Zellmembranen eingebaut und haben oft andere metabolische Effekte (z. B. Einfluss auf Entzündungsprozesse).
• Cholesterin wird teilweise aus der Nahrung aufgenommen, teilweise endogen in der Leber synthetisiert. Es wird in Chylomikronen aufgenommen, Chylomikron-Reste gelangen zur Leber, die Cholesterin recycelt oder in Gallensäuren umwandelt.

 

Wie gelangen Fettsäuren in die Speicher? Insulin stimuliert Lipoproteinlipase (LPL) an der Oberfläche von Kapillaren im Fettgewebe und Muskel: LPL spaltet Triglyceride aus Chylomikronen zu freien Fettsäuren, die in Adipozyten aufgenommen und erneut als Triglyceride eingelagert werden. Bei Energiemangel aktiviert Hormone wie Adrenalin die hormone-sensitive Lipase, die gespeicherte Triglyceride mobilisiert.

 

Kohlenhydrate und Zucker: Vom Brot zur Glukose

Kohlenhydrate beginnen bereits im Mund mit der Speichelamylase. Im Dünndarm setzt Pankreasamylase die Arbeit fort; anschließende Disaccharidasen der Bürstensaummembran (Maltase, Sucrase, Laktase) zerlegen Oligo- und Disaccharide in Monosaccharide.

 

Aufnahme in Enterozyten:

• Glukose und Galaktose werden überwiegend aktiv über den Na+-gekoppelten Glukosetransporter SGLT1 in die Enterozyten aufgenommen.
• Fruktose gelangt weitgehend passiv über GLUT5 in die Zellen.
• Auf der basolateralen Seite verlassen alle drei Monosaccharide über GLUT2 die Enterozyten und gelangen über die Pfortader in die Leber.

 

Leber und Insulin:

• In der Leber wird ein großer Teil der aufgenommenen Glukose metabolisch verwertet: sofort für Energie (Glykolyse), in Glykogen umgewandelt (Glykogensynthese) oder bei langfristigem Überschuss in Fettsäuren umgewandelt (de novo Lipogenese).
• Insulin, das von den Betazellen des Pankreas ausgeschüttet wird, ist der Schlüsselregulator: es stimuliert die Glukoseaufnahme in insulinabhängigen Geweben (v. a. Muskel und Fett) über GLUT4, aktiviert Glykogenaufbau und hemmt Glykogenabbau sowie Glukoneogenese.
• Bei sinkendem Blutzucker wirkt Glukagon entgegengesetzt: es fördert Glykogenabbau und Glukoneogenese in der Leber.

 

Kurz: Kohlenhydrate werden in Monosaccharide zerlegt, größtenteils von der Leber „erfasst“, dort kurzzeitig gespeichert oder umgebaut. Insulin steuert Verteilung und Speicherprozesse.

 

Eiweiß (Proteine): Abbau, Aminosäuren und ihr Schicksal

Proteine werden im Magen (Pepsin) und im Dünndarm (Pankreasproteasen: Trypsin, Chymotrypsin, Carboxypeptidasen) zu Oligopeptiden und Aminosäuren abgebaut. Bürstensaumenzyme und enterale Transporter ermöglichen die Aufnahme von freien Aminosäuren sowie kleinen Peptiden in Enterozyten.

 

Was passiert mit den Aminosäuren?

• Bausteine: Aminosäuren dienen vorrangig der Proteinsynthese (Muskel, Enzyme, Hormone, Immunsystem).
• Energie und Glukoneogenese: Bei Bedarf werden Aminosäuren desaminiert; das Kohlenstoffgerüst kann in die Glukoneogenese oder in die Zitratzyklus-Energiegewinnung eingespeist werden.
• Entgiftung von Stickstoff: Die Aminogruppe (-NH2) wird in der Leber in den Harnstoffzyklus überführt und als Harnstoff über die Nieren ausgeschieden.
• Synthese anderer Verbindungen: Aminosäuren sind Vorläufer für Neurotransmitter, Nukleotide, Kreatin, Häm und andere biologische Moleküle.

 

Wichtig: Es gibt keinen großen „Protein-Vorrat“ wie beim Fett. Überschüssiges Protein wird nicht als Protein gespeichert, sondern in Energie umgewandelt oder in Fett umgebaut, wenn die Energiezufuhr generell zu hoch ist.

 

Ballaststoffe und das Darmmikrobiom

Nicht alle Kohlenhydrate werden vom Menschen enzymatisch abgebaut: Ballaststoffe (z. B. Zellulose, Pektin) gelangen in den Dickdarm. Dort fermentieren Darmbakterien diese zu kurzkettigen Fettsäuren (SCFA) wie Acetat, Propionat und Butyrat.

 

• Butyrat dient als Energiequelle für Kolonozyten.
• Propionat gelangt zur Leber und kann gluconeogenetisch genutzt werden.
• Acetat kann systemisch als Energielieferant oder Vorstufe für Lipogenese verwendet werden.

 

Das Mikrobiom beeinflusst darüber hinaus Immunsystem, Bindegewebsbarriere und sogar Stoffwechselregulation.

 

Salze, Elektrolyte und Mineralstoffe: Aufnahme und Nutzen

Salze und Mineralstoffe (Natrium, Kalium, Chlorid, Kalzium, Magnesium, Phosphat) werden im Darm über unterschiedliche Mechanismen aufgenommen und in Geweben eingesetzt:

 

• Natrium wird oft gemeinsam mit Glukose über SGLT1 oder parazellulär aufgenommen; Na+/K+-ATPase in der Enterozyten-Basis hält das Gradientenverhältnis aufrecht.
• Kalzium wird sowohl parazellulär als auch transzellulär (Vitamin-D-abhängig, über TRPV6) aufgenommen und für Knochen, Signaltransduktion und Muskelfunktion benötigt.
• Kalium ist wichtig für Ruhepotentiale und wird über passive/parazelluläre Wege absorbiert.
• Phosphat ist Bestandteil von ATP, Knochen (Hydroxyapatit) und Signal-Transduktion.

 

Regulierung durch Nieren und Hormone:

• Nieren sind das zentrale Organ zur Feinabstimmung: sie reabsorbieren oder scheiden Elektrolyte aus, gesteuert durch Aldosteron (fördert Na+-Rückresorption/K+-Ausscheidung), ADH (Wasserretention), Parathormon (PTH, reguliert Ca2+/Phosphat) und Vitamin D.
• Elektrolyte sind entscheidend für Osmolarität, Blutdruck, neuronale Erregbarkeit, Muskelkontraktion und pH-Pufferung.

 

Leber, Lipoproteine und der langfristige Fluss von Energie

Die Leber ist das zentrale Stoffwechselzentrum:

• Sie empfängt Nährstoffe aus der Pfortader (vor allem Glukose, Aminosäuren) und entscheidet über Umwandlung, Speicherung und Weiterleitung.
• Nach einer Mahlzeit: Glykogenaufbau, Fettsäuresynthese bei Überangebot an Kohlenhydraten, Produktion von VLDL für den Transport endogen synthetischer Triglyceride.
• Chylomikron-Reste und LDL werden in der Leber verarbeitet; HDL nimmt überschüssiges Cholesterin auf und bringt es zur Leber zurück (Reverse Cholesterol Transport).

 

Lipoprotein-Interaktionen:

• Chylomikronen transportieren exogene (Nahrungs-)Triglyceride; LPL setzt Fettsäuren zur Einlagerung frei.
• VLDL transportiert vom Körper gebildete Triglyceride; beim Abbau entstehen IDL und LDL (Cholesterinlieferant für Gewebe).
• HDL gilt als „Recycling“-System für Cholesterin.

 

Hormone und Regelkreise im Überblick

• Insulin: Schwergewichtige Rolle nach der Mahlzeit; fördert Glukoseaufnahme, Glykogensynthese, Lipogenese, Hemmung der Lipolyse.
• Glukagon: Aktiv bei Nahrungsmangel; erhöht Blutzucker durch Glykogenabbau und Glukoneogenese.
• CCK (Cholezystokinin): Aus der Darmschleimhaut; stimuliert Gallenblasenkontraktion und Pankreassekretion.
• Sekretin: Fördert Pankreassekret-Bicarbonat zur Neutralisierung des Duodenalinhalts.
• Aldosteron/ADH/PTH: Regulieren Elektrolyte, Wasser- und Kalziumhaushalt.

 

Diese Hormone sorgen dafür, dass Aufnahme, Verteilung, Speicherung und Mobilisierung von Nährstoffen situationsgerecht funktionieren.

 

Zum Weiterdenken bleibt offen, wie individuelle Faktoren (Genetik, Mikrobiom, Ernährungsgewohnheiten, körperliche Aktivität) die beschriebenen Abläufe modulieren und welche Auswirkungen langfristige Muster auf Gesundheit und Krankheit haben…