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Der Stoffwechsel des Menschen

Der Stoffwechsel des Menschen findet oft Erwähnung, wenn es um das Thema Fettverbrennung und Doping geht. Tatsächlich bezeichnet der Stoffwechsel nicht nur die Vorgänge der Verdauung oder der Leistungssteigerung. Er umfasst viel mehr alle biochemischen Vorgänge, die in einem Organismus ablaufen. Darunter fallen alle Vorgänge, in denen Stoffe aufgenommen, transportiert und in Endprodukte umgewandelt werden. Der Stoffwechsel wird durch Nährstoffe, Enzyme und Hormone geregelt. Beispiele für Stoffwechselprozesse sind die innere und äußere Atmung und die Verdauung.

Die Atmung als Stoffwechselvorgang

Die Atmung zählt zu unseren wichtigsten Stoffwechselvorgängen. Durch die äußere Atmung wird der menschliche Körper und ihre Organe mit Sauerstoff versorgt. Wenn wir Einatmen, gelangt der Sauerstoff in unsere Lunge und anschließend in unsere Lungenbläschen, den Alveolen, die von einem dichten Kapillarnetz umgeben sind. Hier findet die Anreicherungen des Blutes mit Sauerstoff statt.

Lungenbläschen (Alveolen).jpg

Der Gasaustausch erfolgt aufgrund eines Konzentrationsgradienten zwischen Atemluft und Blut. Dieser Konzentrationsunterschied bewirkt, dass der Sauerstoff passiv durch die Wand der Alveolen in das Blut diffundiert. Von dort aus wird es über den Blutkreislauf in die Körperzellen transportiert. Je größer der Unterschied, desto schneller erfolgt die Diffusion und desto mehr Sauerstoff gelangt ins Blut. Ebenso diffundiert das Kohlenstoffdioxid nach demselben Prinzip aus dem Blut in die Alveolen und kann ausgeatmet werden.

Gasaustausch in der Alveole.jpg

Der Sauerstoffverbrauch eines Menschen variiert abhängig von der Tätigkeit des Menschen. Der Körper verbraucht weniger Sauerstoff, wenn ein Mensch sitzt oder nicht angestrengt ist. Am höchsten ist der Sauerstoffverbrauch bei Muskelarbeit, z.B. wenn man Sport treibt. Die Wirkung von Sport auf den Stoffwechsel ist erheblich und gut zu erkennen. Der erhöhte Sauerstoffverbrauch während des Sports wirkt sich auf unsere Atemfrequenz aus. Wir atmen deutlich öfter und tiefer, unsere Atemfrequenz wird also erhöht. Damit der eingeatmete Sauerstoff schnell in unseren Körper gelangen kann, wird auch die Durchblutung unserer Lungenkapillaren erhöht, indem die Herzfrequenz steigt. Das führt dazu, dass die Sauerstoffkonzentration im Körper sinkt und die Kohlenstoffdioxidkonzentration steigt.

Ein komplexer Mechanismus unseres Körpers ist bei der Atmung dafür zuständig, dass die Konzentration von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid im Blut konstant gehalten wird. Die Regulierung der Sauerstoffkonzentration im Blut erfolgt über mehrere Vorgänge. Der Grundrhythmus der Atmung, den wir unbewusst ausführen, wird über das Atemzentrum reguliert. Chemorezeptoren an den Halsschlagadern und an der Aorta messen den Gehalt des Sauerstoff und des Kohlenstoffdioxid im Blut und geben die Meldung an das Atemzentrum weiter. Weitere Rezeptoren, wie die Dehnungsrezeptoren in den Zellen der Lunge, überwachen die Volumenzunahme und verhindern durch das Mitwirken des Atemzentrums eine Überdehnung der Lunge. Dieser Vorgang wird häufig als Regelkreisschema dargestellt.

Die Verdauung – Voraussetzung für Stoffwechsel

Während der Verdauung nehmen wir Nahrung auf, die mithilfe unserer Verdauungsorgane in ihre Nährstoffe gespalten wird. Kohlenhydrate, Fette und Eiweiße werden in ihre Bestandteile zerlegt und können so von unserem Körper aufgenommen werden. Die Verdauung erfolgt in unterschiedlichen Verdauungsorganen mithilfe von Sekreten und Enzymen, die verdauungsfördernd wirken. Die Funktion der Verdauungsenzyme ist für den Stoffwechsel essentiell.

Ein wichtiges Verdauungsorgan ist die Bauchspeicheldrüse, auch bezeichnet als Pankreas. Die Bauchspeicheldrüse liegt zwischen Magen und Leber und ist mit dem Zwölffingerdarm verbunden. Sie ist für die Regulation des Blutzuckers zuständig. Die sogenannten Langerhans-Inseln der Bauchspeicheldrüse, die aus verschiedenen Zellen, wie z.B. den α-Zellen und β-Zellen, besteht, sind für diese Aufgabe zuständig. Um die Funktion der Bauchspeicheldrüse nachvollziehen zu können, muss der Kohlenhydratstoffwechsel betrachtet werden. Die aufgenommenen Kohlenhydrate werden in Einfachzucker, wie die Glucose, zerlegt und in das Blut abgegeben. Die Zellen unseres Körpers können aus den Glucosemolekülen Energie gewinnen oder sie werden in Stärke zusammengesetzt gespeichert. Wenn die Glucose in das Blut gelangt, wird der Gehalt der Glucose von den β-Zellen registriert. Es kommt zur Bildung des Hormons Insulin, das an Membranrezeptoren von Körperzellen bindet und dafür sorgt, dass die Glucose von den Zellen aufgenommen werden kann. Wenn zu wenig Glucose verfügbar ist, produzieren die α-Zellen Glykogen, also tierische Stärke, die dann von den Leberzellen in Glucose gespalten wird.

Die Schlüssel-Funktion des Insulins bei der Regulation des Blutzuckerspiegels.jpg

Der Blutzuckerspiegel des Körpers wird je nach Bedarf von der Bauchspeicheldrüse reguliert. Die Dysfunktion der Zellen der Langerhans-Inseln oder die sogenannte Insulin-Resistenz sind die Ursache für Diabeteserkrankungen, die mit Medikamenten oder Insulininjektionen behandelt werden.