Birgitt Täuber-Rusch - Mitochondrien

Der Sauerstoffgehalt der Ausatemluft enthält immer noch 16 Prozent Sauerstoff. Wir nehmen also nur 5 Prozent des in der Luft enthaltenen Sauerstoffs auf. Der CO 2-Gehalt in der Ausatemluft beträgt 4 Prozent; also atmen wir 40 Milliliter CO 2pro Liter Luft aus.

Verdeutlichen wir uns diese Dimension des Atemvorgangs, wird dessen essenzielle Bedeutung ersichtlich. Ein erwachsener Mensch atmet im Durchschnitt pro Minute 12- bis 15-mal ein und aus. Dabei werden ca. 8 Liter Luft in uns hinein- und hinausbewegt. Am Tag sind das über 12.000 Liter Luft. Pro Minute setzen wir 0,4 Liter Sauerstoff um.

Saubere Luft ist lebenswichtig

Saubere Luft ist essenziell für unsere Gesundheit und unser Wohlbefinden. Die Luftverschmutzung, also die Anreicherung der Atemluft mit verschiedensten Schadstoffen, hat aber seit Beginn der Industrialisierung immer mehr zugenommen. Gerade in etlichen Ballungsgebieten mit hohem Verkehrsaufkommen und in Industriegebieten hat die Konzentration von verschiedensten gesundheitsschädlichen Stoffen trotz vieler Bemühungen zur Luftreinhaltung längst bedenkliche Werte erreicht oder überschritten. Unser menschlicher Körper benötigt dann mehr Energie, um Schadstoffe wieder auszuleiten und physische Schäden zu reparieren bzw. die Funktion bereits geschädigter Bereiche aufrechterhalten zu können. Dadurch steht weniger Energie für andere Aufgaben zur Verfügung. Luftreinhaltung ist daher bekanntlich kein Luxus, sondern grundlegend notwendig für Menschen, Tiere, ja die gesamte Natur und für die Aufrechterhaltung gesunder, funktionierender Lebensgrundlagen, da auch Pflanzen, Böden, Gewässer, Gebäude und Materialien unter den vielen Luftschadstoffen leiden.

Zusammen mit Wind, Wärme und Sonnenlicht reagieren die primären Schadstoffe miteinander, sie vermischen sich – es entstehen sekundäre Luftschadstoffe wie Feinstaub, Ozon usw.

Ozon reizt die Atemwege und ist in höheren Konzentrationen giftig.

Die Feinstaubpartikel sind so klein, dass sie über die Lungenbläschen in den Blutkreislauf und von dort weiter zu Körperzellen gelangen. Dort können sie zu unkontrollierten Reaktionen führen – sie gelten unter anderem als krebserregend. Rauch und Ruß setzen sich in der Lunge ab und beeinträchtigen deren Funktion.

Stickstoffdioxid (NO 2) schädigt Pflanzen und wirkt als Reizgas buchstäblich reizend auf uns Menschen, was z.B. besonders problematisch für Asthmatiker ist. Aufgrund der starken Oxidationswirkung kann es zu Entzündungsreaktionen in den Atemwegen kommen.

Stickstoffmonoxid (NO) reagiert weniger in den Lungen, sondern geht ins Blut über und hat eher einen systemischen Effekt. Es beeinflusst die Spannung der Blutgefäße und ruft eine Gefäßerweiterung hervor. Zudem ist Stickstoffmonoxid ein körpereigener Botenstoff, aber das von außen zugeführte NO kann massiv in verschiedene Mechanismen wie die Blutdruck-Regulierung oder die Signalübertragung an das Gehirn und das periphere Nervensystem eingreifen und sie empfindlich stören. Zudem werden Heilreaktionen verhindert, da sich die Blutplättchen und weißen Blutkörperchen nicht mehr an die Gefäßwände anheften können.

Kohlenmonoxid (CO) entsteht immer bei einer unvollständigen Verbrennung von Brenn- und Treibstoffen, besonders im Fall von Sauerstoffmangel bei Verbrennungsprozessen. Es handelt sich um ein starkes Atemgift, verhindert die Aufnahme von Sauerstoff bei Menschen und Tieren und kann starke Auswirkungen auf unser zentrales Nervensystem haben.

Stickoxide (NO x) entstehen bei der Verbrennung von Kohle und Öl. Sie reizen Schleimhäute, Augen und Atemwege.

Die Reise der Nährstoffe zu den Zellen

Genauso wie der Sauerstoff müssen auch die in der Nahrung enthaltenen und für die Energiegewinnung notwendigen Stoffe zu den Mitochondrien gelangen. Sind die Nahrungsaufnahme und/oder die Verdauung gestört, werden möglicherweise weniger Nährstoffe resorbiert; in der Folge fehlen die notwendigen Stoffe, sodass unser Körper nicht genügend Energie bereitstellen kann.

Aber woher weiß unser Körper, wann er welche notwendigen Verdauungsschritte ankurbeln soll, damit die Nahrungsverwertung optimal funktioniert?

Wissenschaftler des Max-Plank-Institutes haben herausgefunden, dass bereits vor der Nahrungsaufnahme Verdauungsprozesse im Körper beginnen. Damit die aufgenommene Nahrung effizient verarbeitet werden kann, wird in dieser sogenannten Kopfphase der Verdauung bereits die Magensäureproduktion aktiviert, sobald wir die Nahrung riechen und sehen; gleichzeitig werden Neuronen, also Nervenzellen, in der Hypothalamusregion des Gehirns aktiviert, die Signale an die Leber leiten, um sie auf die Verdauung vorzubereiten.

Der ganze weitere Prozess der Nahrungsaufnahme sowie der Verwertung und des Transports der für die Energiegewinnung notwendigen Stoffe wird durch ein hoch komplexes Kontroll- und Regelsystem vom Gehirn und vom Hormonsystem und, wie wir später sehen werden (➧ Teil 2 ➧ »Lichtquanten – Biophotonen – Intelligente Zellkommunikation«), von Lichtquanten gesteuert.

Proteinverdauung und Aufnahme von Aminosäuren im Körper

Die über die Nahrung aufgenommenen Eiweiße (Proteine) werden im Magen-Darm-Trakt mithilfe von Enzymen (Pepsine/Proteasen) zunächst zu Oligopeptiden, dann weiter zu Di- und Tripeptiden und schließlich zu Aminosäuren abgebaut. Die erste Spaltung beginnt im Magen. Im Duodenum (Zwölffingerdarm) werden die Proteine mithilfe von Enzymen aus dem Pankreas (Bauchspeicheldrüse) weiter zu Oligopeptiden zerlegt. Letzte Spaltungsschritte werden von Enzymen der Enterozyten durchgeführt, wobei Di- und Tripeptide entstehen.

Die Resorption der Spaltprodukte in die Enterozyten (Zellen der Darmwand) erfolgt aktiv (es wird Energie benötigt), da sich dort bereits eine hohe Konzentration an Aminosäuren befindet. Die Di- und Tripeptide werden hier weiter zu Aminosäuren abgebaut. Über die Mukosazellen der Darmwand werden sie passiv durch Diffusion ins Blut abgegeben und zunächst über die Pfortader zur Leber transportiert. Von hier werden sie weiter über das Blut zu den jeweiligen Zielzellen befördert. Zusätzlich zu den mit der Nahrung aufgenommenen Proteinen werden auch die Proteine in einer Zelle ständig abgebaut, um sie zu erneuern.

Durch diesen regen Proteinstoffwechsel sind immer freie Aminosäuren verfügbar. Deshalb ist es nicht notwendig, Aminosäuren auf Vorrat zu speichern, im Gegensatz zu den Kohlenhydraten und Fetten. Nimmt man mehr Proteine auf, als man braucht, werden die überschüssigen Aminosäuren zu Energie verbrannt. Allerdings entsteht beim Abbau von Aminosäuren eine Art Sondermüll in Form von Ammoniak, der für den Körper giftig ist. Er muss deshalb zunächst über das Blut zur Leber transportiert werden, wo er in den ungiftigen Harnstoff umgebaut wird. Nachdem dieser über das Blut zu den Nieren gelangt ist, kann er mit dem Urin ausgeschieden werden. Das verbleibende Kohlenstoffgerüst der Aminosäuren wird vor allem zu Acetyl-CoA (aktivierte Essigsäure), aber auch zu Acetoacetyl-CoA, Pyruvat, Oxalacetat oder anderen Intermediaten des Zitronensäurezyklus umgewandelt und somit im Energiestoffwechsel zur ATP-Bildung, für die Glukoneogenese oder für die Fettsäuresynthese verwendet (➧ Teil 2).

Fettverdauung und Fettaufnahme in die Zelle

Viele der heutigen Nahrungsmittel enthalten große Mengen an Fetten (Lipiden). Wenn die Aufnahme von Fett den eigenen Bedarf übersteigt, gilt dies als ungesund, da sich das überschüssige Fett in den Arterien ablagern und Herz- und Gefäßerkrankungen verursachen kann. Trotzdem: Ohne Fett kann der Mensch nicht leben.

Fett ist ein wichtiger Geschmacksträger und liefert viel Energie (9,3 kcal bzw. 39 kJ pro Gramm), mehr als doppelt so viel wie Kohlenhydrate (4,1 kcal bzw. 17 kJ pro Gramm) oder Eiweiße (ebenfalls 4,1 kcal bzw. 17 kJ pro Gramm). Weiterhin dient es zur Wärmeisolation, schützt innere Organe und spielt eine wichtige Rolle beim intrazellulären Membranaufbau. Die Fette, die wir über die Nahrung aufnehmen (also Pflanzenöle, Butter etc.), setzen sich aus unterschiedlichen Bestandteilen zusammen: Phospholipiden, Cholesterin, Triglyceriden, den fettlöslichen Vitaminen E, D, K und A und Fettsäuren.