Makronährstoffe
Makronährstoffe sind Nährstoffe, die dem Körper unter anderem zur Energiegewinnung dienen. Der Bedarf an Makronährstoffen (makros = Groß) ist mit einigen Gramm pro Tag deutlich größer als der von Mikronährstoffen, deren Bedarf in der Regel im Milli- oder Mikrogramm angegeben wird. Makronährstoffe sind in nahezu allen Lebensmitteln vorhanden. Zu den Makronährstoffen zählen Kohlenhydrate (inkl. Ballaststoffen), Fette, Eiweiße und Alkohol.
Fette:Zu den Nahrungsfetten wird unter anderem das Cholesterin gezählt. Die in der Nahrung am häufigsten vorkommenden Fette sind allerdings die Triglyceride, die aus einem Teil Glycerin und drei Fettsäuren bestehen. Bei den Fettsäuren unterscheidet man Gesättigte-, Einfach- und mehrfach ungesättigte Fettsäuren. Die mehrfach ungesättigten Fettsäuren werden wiederum in die Omega 3 Fettsäuren alpha-Linolensäure (ALA), Eicosapentaensäure (EPA) und Docosahexaensäure (DHA) und die Omega 6 Fettsäuren Linolsäure, Gamma-Linolensäure (GLA) und Arachidonsäure (AA) aufgeteilt. Während gesättigte- und einfach ungesättigte Fettsäuren von Körper selber gebildet werden können, sind die mehrfach ungesättigte Ὠ3 alpha-Linolensäure sowie die Ὠ6 Linolsäure als Vorstufe der anderen Omega 3 und Omega 6 Fettsäuren essentiell, müssen also mit der Nahrung zugeführt werden. Die mit der Nahrung aufgenommenen Fette dienen vor allem der Energieversorgung und Speicherung. Mit 9,3kcal pro Gramm liefern Fette von allen Makronährstoffen die meiste Energie.
Eiweiße:Mit der Nahrung aufgenommene Eiweiße werden im Körper in ihre Einzelbestandteile - Aminosäuren und Stickstoff - zerlegt. Da Aminosäuren nicht gespeichert werden können, werden sie direkt verwertet um aus ihnen neue, körpereigene Eiweiße für Zellen, Organe, Gewebe, Enzyme und Hormone herzustellen. Bei Bedarf können Eiweiße auch zur Energiegewinnung genutzt werden, wobei sie pro Gramm 4,1 kcal liefern. Insgesamt werden 20 Aminosäuren unterschieden, wobei 9 von ihnen nicht vom Körper gebildet werden können und somit mit der Nahrung zugeführt werden müssen (essentielle Aminosäuren).
Kohlenhydrate:
Kohlenhydrate können in unserer Nahrung in Form von Einfachzucker (Fruktose/Fruchtzucker, Glukose/Traubenzucker und Galaktose/Schleimzucker), Zweifachzucker (Saccharose/Haushaltszucker = Glukose+Fruktose, Maltose/Malzzucker = Glukose+Galaktose und Maltose/Malzzucker = Glukose+Glukose) sowie Mehrfachzucker (z.B. Stärke, die aus mehreren Einfachzuckern besteht) vorliegen. Während Einfachzucker direkt aus dem Darm aufgenommen werden können, müssen Zwei- und Mehrfachzucker von unserem Körper zunächst in Einfachzucker zerlegt werden. Kohlenhydrate dienen vor allem zur Energiegewinnung und liefern pro Gramm 4,1kcal . Da sie vom Körper aus Bestandteilen von Fetten und Eiweißen auch selber gebildet werden können, müssen sie nicht zwingend mit der Nahrung aufgenommen werden.
Ballaststoffe:Ballaststoffe sind Mehrfachzucker, die im Dünndarm kaum aufgeschlossen werden können und so nahezu unverdaut in den Dickdarm gelangen. Hier binden sie Wasser, regen die Darmtätigkeit an und beschleunigen so die Verdauung. Außerdem dienen sie den guten Darmbakterien als Nahrung. Aufgrund der geringen Verdaulichkeit liefern Ballaststoffe mit 2 kcal je Gramm deutlich weniger Energie als andere Kohlenhydrate.
Alkohol:Alkohol liefert mit 7,1 kcal je Gramm mehr Energie als Kohlenhydrate und Eiweiße. Aufgrund dessen wird er hier unter den Makronährstoffen aufgeführt, obwohl aufgrund seiner toxischen Wirkung die Bezeichnung als selbstverständlich entbehrlicher Schadstoff deutlicher treffender wäre.
Energiebedarf:Für die Produktion von Wärme, die Bewegung, die Funktion der Organe, die Regeneration von Gewebe, das Wachstum sowie den Stoffwechsel benötigt der Körper Energie in Form von ATP.
Angaben über die Höhe des Energiebedarfs und den Energiegehalt der Nahrung erfolgen in Form vom Kalorien (kcal), Kilojoule (KJ) oder Megajoule (MJ). Dabei entspricht 1kcal = 4,2MJ bzw. 1 MJ = 239kcal.Wie viel Energie benötigt wird ist abhängig vom individuellen Energieverbrauch. Dieser setzt sich zusammen aus Grundumsatz und Leistungsumsatz.
Grundumsatz:
Der Grundumsatz entspricht der Menge an Energie, die ein Mensch in völliger Ruhe im Liegen für die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur sowie Organfunktionen in 24 Stunden verbraucht. Er ist Abhängig von Alter (nimmt im Alter ab), Geschlecht (Männer haben einen höheren Grundumsatz als Frauen), der Körpergröße und dem Gewicht (umso größer und schwerer, umso höher der Grundumsatz) sowie der Muskelmasse (umso mehr Muskeln umso höher der Grundumsatz). Der Grundumsatz steigt außerdem bei Stress, Fieber, Kälte und einige Hormone, während er durch andere Hormone und Wärme sinkt. Für die Berechnung des Grundumsatzes gibt es Alters- und Geschlechtsspezifische Formeln der WHO. Nach dieser liegt der Grundumsatz zwischen 1200 und 1800kcal.
Leistungsumsatz:
Zusätzlich zum Grundumsatz wird Energie für Muskeltätigkeit, Wachstum, Wärmeregulation, Verdauung und geistige Anstrengung verbraucht. Der Leistungsumsatz beschreibt also das gesamte Ausmaß der körperlichen Aktivität und kann anhand des sogenannten PAL (physical acitivity level) berechnet werden. Multipliziert man den PAL-Wert, der je nach körperlicher Aktivität zwischen 1,2 und 2,4 liegt. Mit dem Grundumsatz erhält man den Gesamten Energiebedarf, der im Durchschnitt bei einem Erwachsenen bei etwa 2000kcal liegt.
Energiegewinnung:
Energiegewinnung aus Kohlenhydraten:
Unter den Kohlenhydraten, die wir mit der Nahrung aufnehmen macht die Glukose den größten Anteil aus. Glukose ist der wichtigste Energielieferant für den Körper. Glukose wird in der Leber in Glykogen (bei vollen Glykogenspeichern in Fett) umgewandelt und so gespeichert. Bei Bedarf wird Glykogen wieder in Glukose umgewandelt und ans Blut abgegeben, durch das sie zu den Körperzellen gelangt. In der Zellmembran befinden sich Transportproteine (Glukosetransporter), durch die der Traubenzucker ins Zellinnere geschleust wird. Für einige Transportproteine in Skelett-, Herzmuskel-, und Fettzellen wird ein Schüssel benötigt- das Hormon Insulin. In den Zellen findet dann im mehreren Schritten der Abbau des Zuckers, die sogenannte Glykolyse statt. Letztendlich müden die Produkte aus dem Abbau aller mit der Nahrung aufgenommenen Kohlenhydrate (Fruchtzucker, Schleimzucker, Milchzucker, Malzzucker, Glykogen und Stärke) an unterschiedlicher Stelle in die Glykolyse ein. Am Ende liefert die Glykolyse unterm Strich 2 ATP (Energie) sowie Pyruvat. Ist ausreichend Sauerstoff in den Zellen vorhanden, wird Pyruvat in Acetyl-CoA umgewandelt und in die Mitochondrien der Zellen eingeschleust. Acetyl-CoA geht dann in den Zitratzyklus ein wo es zu Kohlendioxid und Wasser abgebaut wird. Hierbei entstehen weitere 32 ATP. In Zellen, die keine Mitochondrien enthalten oder bei einem Mangel an Sauerstoff wird Pyruvat hingegen zu Laktat abgebaut (liefert keine zusätzliche Energie). Da das Nierenmark, rote Blutkörperchen sowie Spermien auf Glukose als Energielieferanten angewiesen sind, ist der Körper in der Lage den benötigten Traubenzucker bei geringer Kohlenhydratzufuhr mit der Nahrung aus Laktat oder Bestandteilen von Eiweißen oder Fetten auch selber herzustellen. Dieser Vorgang wird als Glukoneogenese bezeichnet und findet vor allem in Leber und Nieren statt.
Energiegewinnung aus Eiweißen:
Über die Nahrung aufgenommene Eiweiße werden im Verdauungstrakt in ihrer Einzelbestandteile, die Aminosäuren zerlegt und zu den Körperzellen transportiert. Da Aminosäuren nicht gespeichert werden können, werden sie vor allem dazu genutzt körpereigene Zellen, Enzyme und Hormone aufzubauen. Bei einem Mangel an Glukose aus der Nahrung und leeren Glykogenspeichern können Eiweiße aus Leber, Milz und Muskeln jedoch wieder zu Aminosäuren abgebaut und zu Pyruvat umgewandelt werden. Das Pyruvat kann dann entweder zur Neubildung von Glukose (Glukoneogenese) genutzt oder nach Umwandlung in Acetyl-CoA direkt in den Zitronensäurezyklus eingeschleust werden. Dabei entsteht giftiges Ammoniak, was in der Leber in Harnstoff umgewandelt und dann über die Nieren ausgeschieden werden muss. Um den Abbau körpereigener Zellen möglichst gering zu halten, werden bei länger andauerndem Glukose- und/oder Insulinmangel zusätzlich Fette als Energielieferanten genutzt.
Energiegewinnung aus Fetten:
Fette können entweder direkt mit der Nahrung aufgenommen und/oder aus überschüssiger Glukose oder Eiweißen von Körper selber gebildet werden. Von der Leber wird überschüssiges Fett an spezielle Transportproteine gebunden zu den Fettzellen transportiert. Fett gelangt im Gegensatz zu Glukose insulinunabhängig in die Zellen und wird dort als Energiereserve gespeichert. Zu Zwecken der Energiegewinnung können die Fette bei Bedarf in Glycerin und Fettsäuren gespalten werden, wobei Acetyl-CoA entsteht. Das Glycerin kann dann zur Glukoneogenese genutzt werden und somit zur Versorgung der glukoseabhängigen Zellen beitragen. Das Acetyl-CoA wird zum Teil in den Citratzyklus eingeschleust und dient so ebenfalls der Energiegewinnung. Bei einem stark erhöhten Fettabbau aufgrund eines Mangels an Glukose, Glykogen und/oder Insulin, was die Glukose in die Zellen schleust, sammelt sich vermehrt Acetyl-CoA in den Leberzellen an. Dort wird es zu Ketonkörpern (Aceton) abgebaut, die von den meisten Zellen als alternative Energiequellen genutzt werden. So kann bei einem Glukosemangel eine ausreichende Versorgung mit Fetten den übermäßigen Abbau körpereigener Zellen zur Glukoneogenese verhindern.
Energiegewinnung aus Alkohol:
Der Abbau von Alkohol erfolgt vor allem in der Leber. Dort wird er zunächst in für den Körper giftiges Acetaldehyd umgewandelt. Da dieses für den Körper sehr giftig ist, wird Acetaldehyd schnellstmöglich zu Acetyl-CoA abgebaut, was im Rahmen des Zitronensäurezyklus zur Energiegewinnung (32 ATP) genutzt wird. Wegen seiner Toxizität erfolgt der Abbau von Alkohol bevorzugt, während der Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen gehemmt wird.
Zusammenfassung:
Glukose ist der wichtigste Energielieferant für den Körper. Sie kann in Form von Kohlenhydraten direkt mit der Nahrung aufgenommen werden oder von Körper aus Bestandteilen von Eiweißen oder Fetten im Rahmen der Glukoneogenese gebildet werden. Glukose wird in Form von Glykogen gespeichert. Bei vollen Glykogenspeichern kann Glukose auch in Fett umgewandelt werden und dient so zusammen mit den mit der Nahrung aufgenommenen Fetten als Energiereserve. Bei einem Mangel an Glukose können die gespeicherten Fette dann zu Ketonkörpern abgebaut werden, die den meisten Zellen als alternative Energielieferanten dienen. Alkohol hemmt den Abbau von Kohlenhydraten, Fetten und Eiweißen und wird selber zur Energiegewinnung genutzt.
Die Rolle des Hormons Insulin:
Insulin ist ein körpereigenes Hormon, was in den Inselzellen (daher auch Insulin) der Bauchspeicheldrüse gebildet wird. Insulin hat unter anderem die Aufgabe Glukose in die Zellen zu schleusten und erfüllt somit wichtige Aufgaben bei der Energiegewinnung.
Regulation des Insulinspiegel:Insulin wird vor allem bei einem Anstieg der Glukose-Konzentration im Blut ausgeschüttet. Ein Konzentrationsanstieg von Fettsäuren und Aminosäuren übt ebenfalls einen schwachen fördernden Reiz auf die Insulinausschüttung aus. Darüber hinaus stimulieren auch bestimmte Hormone aus dem Magen die Insulinausschüttung, die kurz nach der Nahrungsaufnahme freigesetzt werden. Gehemmt wird die Insulinfreisetzung durch den Abfall der Glukose-Konzentration im Blut, sowie durch einige Hormone wie z.B. Cortison (Stresshormon), Glukagon (direktes Gegenspielerhormon zu Insulin, was ebenfalls in der Bauchspeicheldrüse gebildet wird) und Katecholamine (Stresshormone wie z.B. Adrenalin).
Wirkung:- Insulin senkt die Konzentration von Glukose im Blut (=Blutzuckerspiegel), indem es
- … die Glukose-Aufnahme in die Fett- und Muskelzellen stimuliert
- …die Glykogenbildung- und speicherung in Muskel- und Leber fördert
- … den Abbau von Glykogen (=Speicherform der Glukose) zu Glukose hemmt
- … die Neubildung von Glucose (Glukoneogenese) hemmt.
- Insulin erhöht die Blutfettwerte indem es
- ... die Bildung von Triglyceriden (Fetten) fördert
- ... den Fettabbau hemmt
- Insulin hemmt den Abbau von Aminosäuren, indem es
- … den Eiweißabbau direkt hemmt
- … die Aufnahme von Aminosäuren in Fett- und Muskelzellen stimuliert
- … die Speicherung von Aminosäuren im Muskel fördert
- Insulin fördert die Kaliumaufnahme in die Zellen.
Aufteilung von Energielieferanten:In der Vollwerternährung wird den Empfehlungen der DGE entsprechend für einen gesunden Erwachsenen die in der Tabelle genannte Aufteilung der Makronährstoffe empfohlen. In der ersten Spalte finden Sie den Energiegehalt pro Gramm des jeweiligen Makronährstoffs. In der zweiten Spalte sehen Sie den von der DGE empfohlenen Anteil des jeweiligen Nährstoffs an der Gesamtenergie. Ausgehend von einem täglichen Energiebedarf von 2000kcal pro Tag müssten 50% und somit 1000kcal über Kohlenhydrate gedeckt werden. Um nun die Menge an benötigten Kohlenhydraten zu errechnen, müssen die 1000kcal durch die 4,1Kcal, die ein Gramm Kohlenhydrate liefern geteilt werden um die Tagesmenge an Kohlenhydraten zu errechnen. Um Ihnen einen ungefähren Überblick über den Tagesbedarf zu geben und Ihnen dabei das Rechnn zu ersparen, habe ich in der letzten Spalte den Bedarf des jeweiligen Nährstoffs in Gramm bezogen auf einen Gesamtenergiegehalt von 2000kcal errechnet.