Energie, Atmung und Ausscheidung: Nährstoffe, Grundumsatz & Gesundheit

Energie und Nährstoffe

Nährstoffe liefern die Energie, die Zellen benötigen, um ihre Funktionen aufrechtzuerhalten. Die Nutzung dieser Energie zur Erfüllung ihrer Aufgaben erfolgt durch die Zellatmung in den Mitochondrien. Der Nährstoff Glukose ist dabei weit verbreitet. Es lassen sich drei grundlegende Vorgänge unterscheiden: Sauerstoffverbrauch (dessen Anwesenheit notwendig ist, um die Verbrennung zu ermöglichen), die Freisetzung von Energie, die von Zellen genutzt wird, und die Produktion von Kohlendioxid und Wasser.

Energieformen in Zellen

Die nutzbare Energie stammt aus der chemischen Energie, die in den Nährstoffen enthalten ist. Diese Energie wird in den Zellen in drei Formen verwendet:

• Mechanische Energie – z. B. für Muskelkontraktion.
• Chemische Energie – z. B. zur Synthese neuer Moleküle.
• Thermische Energie – zur Aufrechterhaltung der Körpertemperatur (ca. 36–37 °C) unabhängig von der Umgebungstemperatur.

Energiegehalt der Nährstoffe

1 g Fett liefert etwa das Doppelte an Energie im Vergleich zu 1 g Eiweiß oder 1 g Kohlenhydraten. Zudem gilt:

1 kcal = 4,2 kJ

Beispiel: 1 kcal entspricht 4,2 kJ. (z. B. 17 kcal × 4,2 = 71,4 kJ)

Empfohlene Makronährstoffverteilung

In einer ausgewogenen Ernährung sollten etwa 55 % der Energie aus Kohlenhydraten, 30 % aus Lipiden (Fetten) und die restlichen 15 % aus Proteinen stammen.

Grundumsatz und Energiebedarf

Der Grundumsatz ist die Energiemenge, die ein Mensch im Ruhezustand benötigt; definiert meist nach 12 Stunden Fasten ohne Kälte- oder Hitzeeinwirkung.

Beispielwerte (Angaben wurden im Originaltext so genannt):

• Jugendliche: weiblich 12.600, männlich 10.000
• Erwachsene: Frau 8.300, Mann 10.800
• Ältere: weiblich 5.800, männlich 5.800

Faktoren, die den Energiebedarf beeinflussen: körperliche Aktivität, Umgebungstemperatur, Zellaktivität, Geschlecht und Alter.

Ein Erwachsener mit dem richtigen Gewicht für sein Geschlecht und Alter hat seinen Energiebedarf gedeckt, wenn das Körpergewicht stabil bleibt.

Mangelernährung, Unterernährung und Erkrankungen

Mangelernährung bezeichnet eine unzureichende Ernährung, die durch schlechte Nahrungszusammensetzung oder verminderte Nahrungsaufnahme entstehen kann.

Unterernährung liegt vor, wenn die Menge der aufgenommenen Nahrung nicht ausreicht, um den Energiebedarf des Körpers zu decken (oft in Regionen extremer Armut).

Mangelkrankheiten treten nicht nur bei zu geringer Nahrungsmenge auf, sondern auch bei einem Mangel einzelner Vitamine oder Nährstoffe (z. B. Beriberi durch Thiaminmangel).

Essstörungen

Magersucht (Anorexie): Gekennzeichnet durch intensive Angst vor Gewichtszunahme und ein verzerrtes Körperbild; kann zu physischen und physiologischen Schäden führen, Bewegungsmangel einschließen und in extremen Fällen tödlich sein.

Bulimie: Perioden von übermäßigem Essen, gefolgt von Erbrechen oder anderen kompensatorischen Maßnahmen, um Gewichtszunahme zu verhindern.

Adipositas: Übermäßige Aufnahme energiereicher Lebensmittel (Kohlenhydrate und Fette) bei zugleich sitzendem Lebensstil; Nährstoffe lagern sich als Fett ein.

Atmungssystem

Das Atmungssystem ist verantwortlich für den Austausch von Luft zwischen dem Organismus und der äußeren Umgebung. Die Atemwege sind die Kanäle, durch die die Luft zirkuliert. Man unterscheidet Ober- und Untere Atemwege: Nase, Rachen und Kehlkopf gehören zu den oberen; Luftröhre, Bronchien, Bronchiolen und Alveolen zur unteren Atemwege.

Das Atmungssystem besteht aus den Atemwegen und den Lungen, die in der Brusthöhle liegen.

Nase und Mund sind Eintrittswege für die Luft; von dort gelangt die Luft in den Rachen, einen gemeinsamen Raum mit dem Verdauungssystem. Ab diesem Punkt führt die Luft auf einem Weg unabhängig von der Nahrung.

Wichtige Strukturen

Kehlkopf: Knorpelig geformte Struktur mit harten Wänden, die im vorderen Hals tastbar ist; im Inneren befinden sich die Stimmbänder, die durch Luftvibrationen Klang erzeugen.

Trachea (Luftröhre): Ein flexibler, stets offener Schlauch, der den Luftstrom durch knorpelige Halbringe stabilisiert.

Bronchien und Bronchiolen: Verzweigen sich wie ein Baum von der Trachea; die Bronchien teilen sich in immer feinere Äste, die schließlich Bronchiolen genannt werden.

Lungen: Zwei Organe in der Brusthöhle, geschützt durch die Rippen, leicht konisch geformte, elastische Organe. Die Basis ist leicht konkav und ruht auf dem Zwerchfell, einer kuppelförmigen Muskelplatte, die Brust- und Bauchhöhle trennt.

Alveolen (Lungenbläschen): Kleine Säckchen mit sehr dünnen Wänden am Ende der feinsten Bronchiolen, die von zahlreichen Blutkapillaren umgeben sind.

Gasaustausch und Luftzusammensetzung

Der Gasaustausch zwischen Atmosphäre und Blut findet in den Alveolen statt. Die Alveolen sind durch ihre große Oberfläche, die vielen Blutkapillaren und ihre dünnen Wände für den Austausch optimiert.

In den Alveolen diffundiert Sauerstoff aus der Luft ins Blut, Kohlendioxid geht in umgekehrter Richtung ins Alveolarluftreservoir; Stickstoff bleibt dabei in vergleichbarer Konzentration.

Zusammensetzung der eingeatmeten Luft laut Originaltext: N2 - 78%, O2 - 16%, CO2 - 4,5%, sowie etwas Wasserdampf.

Atemwegserkrankungen

IVRS (Infektionen der oberen Atemwege): leichte bis schwere Erkältungen bis hin zur Grippe. LRTI (Infektionen der unteren Atemwege): treten auf, wenn sich Infektionen in die Bronchien (Bronchitis) oder in das Lungengewebe (Pneumonie) ausbreiten.

Rauchen und Schnupftabak: Chronische Bronchitis kann durch Reizstoffe wie Tabakrauch ausgelöst werden; sie führt zu reichlicher Schleimproduktion, die Atemwege verstopft, und zerstört die Flimmerhärchen, die die Atemwege reinigen. Chronischer Husten bei Bronchitis dient oft der Reinigung der blockierten Atemwege. Lungenkrebs resultiert aus unkontrolliertem Wachstum bösartiger Zellen in der Lunge. Schnupftabak trägt außerdem zum Auftreten anderer Tumoren bei, z. B. im Kehlkopf, in der Speiseröhre und in der Blase.

Prävention bei Atemwegserkrankungen

• Durch die Nase atmen: Luftfilterung und Erwärmung.
• Menschenansammlungen in schlecht belüfteten Räumen meiden.
• Mund und Nase beim Niesen oder Husten mit einem Taschentuch bedecken; Taschentuch nach Gebrauch entsorgen.

Ausscheidung: Urin und Nieren

Die Beseitigung von Stoffwechselabfällen erfolgt unter anderem über den Urin. Urin ist eine gelbliche, klare Flüssigkeit, die etwa 95 % Wasser und 5 % gelöste Stoffe enthält. Diese Substanzen stammen aus dem Blut und werden konzentriert ausgeschieden. Harnstoff ist ein typischer Abfallstoff, der beim Abbau von Proteinen in den Zellen entsteht und in höherer Konzentration im Urin als im Plasma vorkommt.

Der Urin hat eine ähnliche Zusammensetzung wie Blutplasma, jedoch eine höhere Konzentration an Abfallstoffen wie Harnstoff.

Niere

Die Nieren sind paarige, bohnenförmige Organe, die beidseits der Wirbelsäule liegen. Innerlich lassen sich drei Teile unterscheiden: die Rinde (äußerer, körniger Teil), das Mark (pyramidale Zonen mit Blutgefäßen) und die Nierenpforte (konkave Stelle, an der A. und V. renalis die Niere verlassen).

Die Blase sammelt kontinuierlich den über die Harnleiter (Ureteren) abgeführten Urin. Sie ist dehnbar und kann variable Mengen (ungefähr 250 bis 500 cm3) aufnehmen; beim Erreichen einer bestimmten Füllmenge entsteht das Bedürfnis zu urinieren.

Die Harnröhre leitet den Urin von der Blase nach außen.

Nephron und Filtration

Das Nephron ist die funktionelle Einheit der Niere. Das Blut wird in der Glomerulus-Kapillaren filtriert; Wasser, Salze, Glukose und Harnstoff gelangen in den Tubulus. In den peritubulären Kapillaren werden Wasser, Salze und Glukose wieder aufgenommen und konzentriert; verbleibende Harnstoff- und Abfallkonzentrationen sowie überschüssiges Wasser bilden schließlich den tropfenweisen Urin.

Wichtige Strukturen: Glomerulus-Kapsel, peritubuläre Kapillaren, tubuläre Strukturen und Verbindungsrohre.

Blut und Funktionen der Nieren

Blut besteht aus Zellen (rote Blutkörperchen, weiße Blutkörperchen, Blutplättchen) und Flüssigkeiten (Blutplasma). Im Plasma sind zahlreiche Moleküle gelöst, darunter Wasser, Harnstoff, Salze, Glukose, Lipide und Proteine. Die Nieren erfüllen eine doppelte Funktion: Sie reinigen das Blut von Abfallstoffen (Ausscheidung) und regulieren die Menge an Wasser und Salzen, die im Körper verbleiben.

Homöostase und beteiligte Organe

Homöostase ist die Gesamtheit von Mechanismen, durch die Organismen die Stabilität ihrer inneren Umwelt aufrechterhalten.

Neben den Nieren tragen auch die Lungen (Regulation von Sauerstoff und Kohlendioxid im Blut), die Leber (Regulation des Blutzuckers), die Haut (Ausscheidungsorgan und Mitregulation der Körpertemperatur) und das Gehirn (Steuerung homöostatischer Prozesse) zur Aufrechterhaltung der Homöostase bei.

Erkrankungen und Behandlungen

Infektionen und Entzündungen der Blase (Zystitis) äußern sich oft durch Beschwerden beim Wasserlassen (Schmerzen, Jucken, Brennen). Nierenkoliken treten durch die Ansammlung von Salzen und die Bildung von Steinen oder ’Sand’ auf.

Hämodialyse: Wird mit einer Maschine durchgeführt, bei der das Blut des Patienten in Kontakt mit einer speziellen Lösung kommt; durch eine halbdurchlässige Membran erfolgt der Austausch ähnlich dem Plasma.

Ernährungstipps und BMI

Genießen Sie Fleisch und Meeresfrüchte in Maßen und missbrauchen Sie nicht Salze (z. B. Wurstwaren ⇒ erhöhter Harnstoffanteil im Stoffwechsel). Trinken Sie viel Wasser: ca. 2 l/Tag/Erwachsener wird empfohlen.

BMI (Body Mass Index): BMI = Gewicht (kg) / Größe (m)².

Einordnung laut Originaltext:

• < 20: Untergewicht
• 20–25: Normalgewicht
• 25–30: Übergewicht
• 30–35: Mäßige Adipositas
• > 35: Adipositas