Eine Reise durch die Physiologie - Wie der Körper des Menschen funktioniert
 

    
Ernährung und Verdauungssystem

 Verdauung
© H. Hinghofer-Szalkay
Algin: alga = Tang, Seegras
 Apolipoprotein: άπό = Ab-, Weg-
Indol: Von Indigo, Farbe aus der Indigopflanze Indigofera tinctoria (indikon = das indische)
Inulin: Aus der Pflanze inula helenium
 Mizelle: mica = Klümpchen, kleiner Bissen
Pektin: πηκτός = fest, geronnen
Skatol: σκώρ, σκατός = Kot
Peptidasen spalten Eiweißmoleküle im Darm: Pepsin aus dem Magen (aus Pepsinogen durch Salzsäure aktiviert) sowie für die Proteinspaltung unbedingt notwendige pankreatische Enzyme. Diese werden zum Selbstschutz als enzymatisch inaktive Vorstufe sezerniert und erst im Duodenum aktiviert (durch Enterokinase und Trypsin).

Polysaccharide (Stärke, Glykogen, Pektine) werden - außer durch Speichelamylase (Ptyalin), die Stärke bis zu 50% abbauen kann - durch Pankreas-Amylase gespalten. Oligosaccharide werden dann weiter zu Mono- und Disacchariden abgebaut.

 Lipasen stammen in erster Linie aus dem Pankreas; mechanische Verkleinerung sowie Emulgierung (Gallensäuren) unterstützt die Bildung von Tröpfchen aus Membranlipiden, Eiweiß- und Kohlenhydratkomponenten, Glycerin und Fettsäuren, Phospholipiden und Cholesterin. Die Spaltprodukte der Fettverdauung werden am Bürstensaum in die Enterozyten aufgenommen und zum Großteil - entsprechend aufbereitet - basolateral an Interstitium und Blutbahn abgegeben.

Ballaststoffe sind unverdaulich, ein Teil davon sind "Faserstoffe" (Zellulose, Hemizellulose, Lignin etc). Sie binden viel Flüssigkeit, bestimmen das Stuhlgewicht, unterstützen das Sättigungsgefühl, fördern die Darmmotorik, verkürzen die Darmpassagezeit, und binden Gallensalze und Toxine.


Proteine Kohlenhydrate Ballaststoffe Fettverdauung Darmgase

Praktische Aspekte       Core messages
  
Der Organismus nimmt aus seiner Umwelt Fremdstoffe auf und wandelt komplexere (organische) - wie Kohlenhydrate, Eiweiße, Lipide - in endogene Stoffe um. Diesen Vorgang bezeichnet man als Assimilation (assimilatio = Angleichung). Dies geschieht durch Digestion (Verdauung) - enzymatischen Abbau komplexer Nahrungsbestandteile - in Darmlumen und Mucosaepithelzellen, Resorption (Absorption) - Aufnahme durch Darmepithelzellen -, Transport der Bruchstücke in den Kreislauf und Neusynthese körpereigener Verbindungen.

Die Vorgänge der Assimilation sind oft auf bestimmte Abschnitte des Gastrointestinaltrakts konzentriert. Klinische Manifestationen entsprechender Erkrankungen können solche segmentale Unterschiede widerspiegeln.
 
Proteine
 
Die Aufspaltung von Eiweißerfolgt durch Peptidasen, und zwar sehr effizient. Weniger als 4% des mit der Nahrung aufgenommenen Stickstoffs gelangt in den Stuhl: Mehr als 90% der Nahrungsproteine werden im Dünndarm aufgeschlossen und resorbiert, ein kleiner Teil gelangt in den Dickdarm und wird dort bakteriell zu Aminen abgebaut (Fäulnisvorgang).

Zu den 70-100 g Protein (oftmals erheblich mehr), die täglich mit der Nahrung aufgenommen werden, kommt eine ähnlich große Menge körpereigener Proteine, die über abgeschilfertes Epithel und sezernierte Enzyme, Hormone, Immunglobuline (Speichel, Magensaft, Gallensekret, Pankreassaft, intestinale Sekrete) in den Darm gelangen und ebenfalls aufgeschlossen und wiederverwertet werden.

     Pepsin wird im Magen aus Pepsinogen durch H+ (bei pH<4) aktiviert und spaltet etwa 10-15% des Nahrungseiweißes (es ist für die Eiweißverdauung nicht unbedingt nötig); sein pH-Optimum liegt bei 1,8-3,5, bei pH>5 wird es denaturiert, pH>7 (Duodenum!) irreversibel inaktiviert.

Für die vollständige Eiweißverdauung erforderlich sind pankreatische Peptidasen:

     Trypsin - zum Selbstschutz werden pankreatische Peptidasen in der inaktiven Vorstufe Trypsinogen sezerniert. Trypsinogen wird erst im Duodenallumen durch das hier sezernierte, kohlenhydratreiche Enzym Enteropeptidase (Enterokinase) zu Trypsin aktiviert, welches dann weitere Enzyme sowie seine eigene Vorstufe aktiviert:
 
     Chymotrypsin wird durch Wirkung von Trypsin aus Chymytrypsinogen aktiviert
 
     Elastase wird durch Wirkung von Trypsin aus Proelastase aktiviert
 
     Carboxy- und Aminopeptidasen werden über mindestens zwei Zwischenstufen durch Wirkung von Trypsin aus Propeptidasen aktiviert


Pankreas-Peptidasen

Nach Boron / Boulpaep: Concise Medical Physiology, Elsevier 2021
Proenzym
 		Aktivierung durch
 		Aktives Enzym
 		Wirkungsart
 		Produkte
Trypsinogen
 		Entero-
peptidase (Enterokinase aus Jejunum)
 
 Trypsin
 		Trypsin
 		Endo-
peptidase
 		Oligiopeptide: 2-6 AS
(Aminosäuren)
Chymo-
trypsinogen
 		Trypsin
 		Chymotrypsin
 		Endo-
peptidase		 Oligiopeptide: 2-6 AS
Proelastase
 		Trypsin Elastase
 		Endo-
peptidase		 Oligiopeptide: 2-6 AS
Procarboxy-
peptidase A
 		Trypsin Carboxy-
peptidase A
 		Exo-
peptidase
 		Aminosäuren
Procarboxy-
peptidase B
 		Trypsin Carboxy-
peptidase B
 		Exo-
peptidase		 Aminosäuren


Einmal in den Dünndarm freigesetzt, werden pankreatische Enzyme durch Autodigestion (vorwiegend über Trypsin) rasch inaktiviert.
 

Abbildung: Verdauung und Resorption von Protein und seinen Bruchstücken
Nach einer Vorlage in Johnson: Gastrointestinal Physiology, 9th ed., Mosby 2019
Die luminale Digestion (Verdauung im offenen Lumen) produziert etwa 20% Aminosäuren und 80% Peptide. Membranständige Peptidasen spalten große Peptide in Aminosäuren und kleine Peptide (membrangebundene Verdauung).
 
In die Zelle aufgenommen werden Aminosäuren, Di- und Tripeptide über Transporter in der apikalen Zellmembran (Bürstensaum)

Peptidasen in der Membran des Bürstensaums bauen Peptide zu Aminosäuren und kleinen Peptiden ab (membrangebundene Verdauung, Abbildung).

Apikale / basolaterale Membran s. dort

Die apikale Membran verfügt über Transportsysteme für die Aufnahme in die Zelle. Di- und Tripeptide werden von zytoplasmatischen Peptidasen zu Aminosäuren gespalten.

An der basolateralen Membran gelangen Aminosäuren - ebenfalls über Transporter - schließlich in Interstitium und Blutkreislauf (Pfortader).

Zur Resorption der Aminosäuren s. dort
 
Protektive Mechanismen, die Schutz vor Selbstbeschädigung (Autodigestion / Pankreatitis) des Pankreas bieten, sind u.a.
     Synthese pankreatischer Enzyminhibitoren

     ausreichend hoher pH-Wert

     Kondensation / Isolierung von Zymogenen von Lysosomen
 
Kohlenhydrate
   
Kohlenhydrate liegen in Form von Monomeren (Monosaccharide), kurzen (Oligosaccharide) oder langen Polymeren (Polysaccharide) vor. Der Dünndarm kann Monosaccharide direkt resorbieren, nicht aber Polymere. Letztere muss die Mukosa des Dünndarms abbauen, um sie resorbieren zu können; das geht nur bei einem Teil - bei verdaulichen (digestible) Kohlenhydraten, nicht bei "Ballaststoffen" (nondigestible, "fiber") - diese werden teilweise von Bakterrien im Dickdarm verwertet.

Kohlenhydrate liefern bei gemischter Kost etwa die Hälfte der Nahrungsenergie. Rund 50% sind Stärke (starch) - pflanzliches Polysaccharid, bestehend aus Amylose und Amylopektin ; 30-40% Saccharose ("Zucker", "Haushaltszucker", Rohrzucker / Rübenzucker, sucrose), bestehend aus Glucose und Fructose; ~6% Lactose (Milchzucker, bestehend aus Glucose und Galactose);  1-2% Maltose / Maltotriose (Glucose-Oligomere), der Rest alle anderen, inklusive Fruchtzucker und Glucose; der Anteil an Glykogen (~1%: Leber, Fleisch) ist gering.

Die Spaltung von Poly- und Oligosacchariden erfolgt durch enzymatische Hydrolyse - im Darmlumen (intraluminal hydrolysis) oder an der apikalen Membran der Schleimhautepithelzellen ("membrane digestion") ( Abbildung).
 

Abbildung: Verdauung von Oligo- und Polysaccariden zu Monosacchariden
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016
Links oben: Stärkeverdauung. Speichel- und pankreatische α-Amylase sind Endoenzyme, sie können "normale" innere α-1,4-Bindungen spalten, nicht aber terminale, an α-1,6-Bindungen grenzende sowie α-1,6-Verzweigungen. Daher bleiben α-Grenzdextrine, Maltose, Maltotriose und lineare Glucoseoligomere übrig.
 
Rechts: Membranständige Oligosaccharidasen des Bürstensaums - Lactase, Maltase (=Glucoamylase), Sucrase-Isomaltase (Invertase) - sind mit ihrer katalytischen Seite lumenwärts gerichtet.
  
In der apikalen Membran befinden sich SGLT1 (Na/Glucose- bzw. Na/Galactose-Symporter) und GLUT5 (erleichtert die Passage von Fructose durch die Membran).
 
Links unten: Ist Glucose, Fructose oder Galactose in den Enterozyt gelangt, werden diese Monosaccharide - via erleichterte Diffusion - über GLUT2 in der basolateralen Membran blutwärts weitertransportiert
  Zu Glucosetransportern s. dort

Polysaccharide (Stärke, Glykogen, Pektine) werden durch α-Amylasen gespalten:
 
     Ptyalin (Speichelamylase; Stärkeabbau bis zu ~50%, Sekretion reflektorisch angeregt) und die sehr ähnlich aufgebaute (94% Homologie)
 
     Pankreas-Amylase (Sekretion durch CCK angeregt)
 
hydrolytisch gespalten.

Die Speichel- und Pankreas-Amylase haben ein pH-Optimum nahe bei 7,0 und werden durch Chloridionen aktiviert, Ptyalin durch den niedrigen pH im Magen inaktiviert. Sie spalten im Lumen Stärke und Glykogen zu Dextrinen, Maltotriose und Maltose (luminale Verdauung).

Die Dünndarmschleimhaut verfügt über vier Oligosaccharidasen: Maltase (=Glucoamylase), Lactase, Sucrase und Isomaltase (die letzteren beiden liegen als Proteinkomplex in der apikalen Membran vor). Oligosaccharidasen gibt es vor allem im oberen Jejunum, nur wenige im Doudenum und in distaleren Dünndarmabschnitten (keine im Dickdarm). Durch Amylasewirkung entstandene Oligosaccharide werden durch diese membranständigen Enzyme weiter zu Disacchariden (Saccharose, Maltose, Lactose) abgebaut. Die Monosaccharide Glucose, Fructose und Galactose stehen am Ende des Hydrolyseprozesses.
 

Abbildung: Verdauung der Kohlenhydrate
Nach einer Vorlage in Johnson: Gastrointestinal Physiology, 9th ed., Mosby 2019
Luminale Digestion findet im offenen Darmlumen statt, membrangebundene durch Enzyme, die an der apikalen Membran von Enterozyten fixiert sind. Für den Abbau von Lactose, Saccharose und Trehalose steht jeweils nur ein Enzym zur Verfügung.
 
Klinisch bedeutsam ist ein Ausfall der Lactasewirkung (Milchzuckerunverträglichkeit), Mangel an Invertase oder Trehalase kommt so gut wie nicht vor.

Enzyme in roter Schrift. Zahlen in Kreisflächen: Prozentsatz des Substrats, den das betreffende Enzym spaltet (gerundet)

Der Dünndarm hat eine hohe Reserve an Disaccharidasen; limitierend für die Aufnahme von Kohlenhydraten ist nicht ihre Verdauung, sondern die Resorptionskapazität. Diese ist allerdings enorm hoch; mehrere kg Hexosen können im Darm eines gesunden Menschen pro Tag resorbiert werden.

Intestinale Chemo- und Osmorezeptoren bewirken neuronal und hormonell eine Rückkopplung auf den Weitertransport im proximalen Darmbereich: Je höher der Zuckeranteil des Chymus, desto langsamer seine Fortbewegung.

Normalerweise ist die Resorption der Kohlenhydrate bereits im oberen Jejunum abgeschlossen. Sie erfolgt sekundär-aktiv (Glucose / Galactose apikal: SGLT1) und über erleichterte Diffusion (Fructose apikal GLUT-5, Glucose / Galactose / Fructose basolateral GLUT-2; Abbildung oben).
 
Milchzuckerverträglichkeit:

Bei den meisten Säugetieren nimmt die Aktivität der Lactase im Darm nach der Stillzeit stark ab, da ja dann keine Notwendigkeit zum Abbau von Milchzucker mehr besteht. Wie stark die Lactaseaktivität abnimmt, ist teilweise genetisch determiniert, teilweise durch unterschiedlich starke Adaptation (Geninduktion) geprägt.

Insbesondere in westlichen Populationen, wo Milch als Nahrungsmittel oft zeitlebens zur Verfügung steht, erhalten viele Erwachsenen ihre Lactaseaktivität (Lactase-Persistenz).

Erwachsene Angehörige anderer ethnischer Gruppen (insbesondere in Afrika und Asien) können hingegen nur wenig Milchzucker ohne Auftreten von Darmbeschwerden und Durchfall verwerten. Die dadurch bedingte Lactoseintoleranz ist unterschiedlich stark ausgeprägt (vgl. dort).
 
Lactasemangel bewirkt Lactoseunverträglichkeit (Malassimilation von Milch und Milchprodukten)
 
An der apikalen Zellmembran der Enterozyten setzt sich die Aufschließung fort:

      Saccharase lässt (aus Saccharose) Glucose und Fructose entstehen,

      Maltase (aus Maltose) Glucose,

      Lactase (aus Lactose) Glucose und Galactose,

      Isomaltase (aus Isomaltose) Glucose, Fructose und Galactose.
 
Enzymatische Aktivität und Glucosetransport sind im Jejunum am stärksten ausgeprägt, weniger im Duodenum, noch schwächer im Ileum.
 
Ballaststoffe
 
Ballaststoffe sind Substanzen pflanzlichen oder tierischen Ursprungs, die von den körpereigenen Verdauungsenzymen nicht abgebaut werden. Bakterien im Colon können aus ihnen teilweise kurzkettige Fettsäuren abspalten, die resorbierbar sind und zum Energiestoffwechsel (geringgradig) beitragen.

Nur ein Bruchteil der Ballaststoffe sind "Faserstoffe" (dietary fiber) im engeren Sinn. Sie umfassen

     Zellulose (in Getreide, Obst, Gemüse),

     Hemizellulose (Vollkorngetreide, Gerste, Hülsenfrüchte),

     Lignin (Gemüse, Obstkerne, Getreide),

     Pektine (Gemüse, Obst, insbesondere Äpfel),

     Algin (Agar, Karrageen) und

     Inulin (dieses kann auch zur Bestimmung der Filtrationsleistung der Nieren - der glomerulären Filtrationsrate - verwendet werden, dazu wird es in die Blutbahn infundiert).

Wirkung von Ballaststoffen: Komplexe Kohlenhydrate quellen im Darm, d.h. sie binden Wasser (50-400 ml pro Gramm), aber auch Mineralstoffe, Vitamine, Medikamente und Schadstoffe. Der Ballaststoffgehalt der Nahrung bestimmt wesentlich das Stuhlgewicht: Während 100 g Fleisch oder Milch nur etwa 5 g Stuhl erzeugen, liegt der Wert bei Vollkornbrot bei 60 g, bei Hülsenfrüchten bei fast 100 g. Die meisten Nahrungsmittel pflanzlicher Herkunft sind reich an Ballaststoffen.

Ballaststoffe unterstützen das Sättigungsgefühl: Dehnungsrezeptoren im Darm melden zum Sättigungszentrum im Hypothalamus. Die Aufnahme von Monosacchariden aus komplexen Nahrungs-Kohlenhydraten erfolgt langsam, dadurch resultiert eine gedämpfte Wirkung auf die Insulinfreisetzung; die Darmmotorik (dehnungsabhängige Reflexe) wird gleichzeitig angeregt und die Darmpassagezeit verkürzt, was die Schleimhaut schont und Präkanzerosen vorbeugt. Außerdem binden Ballaststoffe Gallensalze und Toxine.
 
  Ballaststoffarme Ernährung verringert das Stuhl- und Darmgasvolumen, verlängert andererseits die Verweildauer des Darminhalts.
Lipide
 
Nahrungslipide: Etwa 100 g Lipide sind in der täglichen Kost einer erwachsenen Person enthalten (~40% des Energiebedarfs). Davon sind ≥90% Triglyzeride; ~5% sind Phospholipide aus Zellmembranen. Neugeborene konsumieren - bezogen auf das Körpergewicht - 3-5mal so viel Lipide wie Erwachsene.
Über Lipide s. auch dort

 Die Fettverdauung wird wesentlich durch mechanische Verkleinerung (Kauen, Magenmotorik) sowie Emulgierung unterstützt (über Gallenproduktion sowie Leber- und Blasengalle s. dort). Dies vergrößert das Oberflächen-Volumen-Verhältnis der Tröpfchen. Eine Hülle aus Membranlipiden, Eiweiß- und Kohlenhydratkomponenten, Glycerin und Fettsäuren sowie (in Dünndarm) Phospholipiden und Cholesterin aus der Galle stabilisiert diese Tröpfchen.

Die im Ausgangsteil des Magens entstehenden Teilchen sind zu Tröpfchen emulgiert (Fette, Phospholipide, Cholesterin, Steroide,  fettlösliche Vitamine, Polyzucker, Proteine), welche  einen Durchmesser von durchschnittlich 1/4 mm (Maximum 2 mm) haben; im Nahrungsbrei enthaltene Fette werden im sauren Milieu des Magens - also ohne aktivierte Lipasen - bereits teilweise in Fettsäuren sowie Mono- und Diglyceride gespalten ("verseift").

Die Zufuhr von Gallensäuren (z.B. Taurocholat, Glykocholat) führt zu weiterer Dispersion der Emulsionströpfchen. Aktivierung der Lipasen im Darm führt zu weiterer Fettspaltung, weshalb die Emulgierung weiter fortschreitet und eine feine Verteilung bis zur Stufe von Mizellen mit einer Größe um ~1 μm erfolgt.  Dadurch erhöht sich die Oberfläche von Fettsäuren und Monoglyzeriden am Bürstensaum hundert- bis tausendfach mit entsprechend hoher Resorptionsgeschwindigkeit.
 

Abbildung: Von Emulsionströpfchen zu gemischten Mizellen
Nach einer Vorlage in Boron / Boulpaep, Medical Physiology, 3rd ed., Elsevier 2016
Links oben: Der Kern (gelb) von Emulsionströpfchen (Durchmesser durchschnittlich ~0,2 mm) enthält Tri- und Diglyzeride sowie Cholesterinester; die Hülle (grau) verseifte Fettsäuren, Monoglyzeride, Lysolezithine, Cholesterin und gallensaure Salze, weiters Pankreaslipase. Mit zunehmender Aufspaltung rücken Triglyzeride aus der Tiefe in die Hülle nach, der Kern schrumpft.
 
Rechts oben: Ergebnis von Absprossungen aus Emulsionströpfchen sind multilamelläre Vesikel.
 
Rechts unten: Durch Anreicherung mit gallensauren Salzen dünnt die Hülle aus, es entstehen unilamelläre Vesikel (die Lamelle ist eine Lipid-Doppelschichte).
 
Links unten: Weitere Anreicherung mit gallensauren Salzen führt zur Bildung gemischter Mizellen (Durchmesser 3-6 nm, zusammengesetzt aus Gallensäuren und gemischten Lipiden). In der nunmehr einfachen Lipidhülle blicken hydrophobe Molekülteile nach innen, hydrophile nach außen: Gallensäuren sind Lösungsvermittler, die Oberfläche für die Wirkung der Lipase ist maximiert

Im Kern der Mizellen finden sich neben Cholesterin u.a. fettlösliche Vitamine, Phospho- und andere Lipide. Diese diffundieren als gemischte Mizellen und Monomere durch die Grenzschichten - muköses Gel, flüssiger Film (unstirred layer) - zum Bürstensaum der Mucosa. Wahrscheinlich verlassen Fettsäuren die Mizellen, wenn sie durch den an der apikalen Membran herrschenden (durch Na/H-Austausch generierten) niedrigen pH-Wert protoniert werden. So können sie in den Enterozyten eindringen.

Die Aufnahme der Fettsäuren wird durch mehrere Membranproteine befördert (FAT: Fatty acid translocase, FABP: Fatty acid- binding protein, FATPs: Fatty-acid transport proteins). Gallensäuren werden durch einen Na-abhängigen Transport aufgenommen (ASBT: Apical sodium-dependent bile-acid transporter).
 
Die Nahrung enthält oft selbst Lipaseaktivität (wie saure Lipasen und Phospholipasen). Muttermilch enthält Gallensalz-aktivierte Lipase (bile salt-stimulated lipase BSSL) - äquivalent zur Carboxylesterlipase (carboxyl ester lipase CEL) im Pankreassekret -, sie spaltet Cholesterinester zu Cholesterin und Fettsäuren in Anwesenheit von Gallensäuren (d.h. erst im Dünndarm); Neugeborene verfügen selbst nur über geringe Aktivität triglycerinspaltender Enzyme, können aber Lipide recht gut verdauen.

Endogene Lipide, die in den Darm gelangen, sind Membranlipide aus abgeschilfertem Epithel (2-6 g/d), Lipide abgestorbener Bakterien (~10 g/d), sowie biliäre Phospholipide, vor allem Lezithin (10-15 g/d) und (unverestertes) Cholesterin (1-2 g/d) - die Gallenflüssigkeit liefert also etwa die Hälfte der endogenen Lipide. Gallensaure Salze ermöglichen die Bildung von Mizellen (ohne Mizellenbildung wird höchstens die Hälfte der Nahrungsfette resorbiert); so können fettspaltende Enzyme besser angreifen.
 

<Abbildung: Lipidverdauung
Nach einer Vorlage in Panini SR, Medical Biochemistry, 2nd ed. 2021 (Thieme)
Im Nahrungsfett befinden sich zahlreiche verschiedene lipidlösliche Substanzen (neben Neutralfetten u.a. Cholesterinester, Phospholipide, fettlösliche Vitamine).
 
Nahrungsfette werden von Speichel- und Magenlipasen kaum gespalten, wenn sie lediglich emulgiert worden sind. Im Dünndarm bilden sich Mizellen, die um zwei Zehnerpotenzen kleiner sind und den Lipasen eine wesentlich größere Oberfläche bieten als emulgierte Fettkügelchen. Mizellen enthalten einfache Lipide, freie Fettsäuren, 2-Acyl-Glycerin und Cholesterin

Fette werden im Darm durch fettspaltende Enzyme - gebildet vom exokrinen Teil des Pankreas sowie der Dünndarmschleimhaut - an der Esterbindung aufgebrochen:
 
   Lipasen spalten Triglyzeride,
 
   Cholesterolesterasen spalten Cholesterinester,
 
   Phospholipasen spalten Phospholipide (Glycerophospholipide, Sphingophospholipide).

Lipasen stammen aus Mund-und Rachensekret, Magensaft und (hauptsächlich) Pankreassekret:

    Die sogenannte Zungenlipase aus serösen Drüsen neben Papillen spaltet aus Triglyzeriden mittel- bis langkettige Fettsäuren ab; dabei entstehen vor allem Diglyzeride. Ihr pH-Optimum beträgt 4,5-5,4, und sie benötigt für ihre Wirkung keine gallensauren Salze. Daher wirkt sie vor allem im Magen (nachdem der Mundinhalt geschluckt wurde). Bis zu 30% der Nahrungsfette werden innerhalb von 1-20 Minuten von der Zungenlipase alleine aufgespalten.

    Magen- (Corpus- und Fundusschleimhaut) und Pankreaslipase unterscheiden sich in pH-Optimum (Magenlipase 3 bis 6, daher im sauren Milieu des Magens stabil - Pankreaslipase >7) und Resistenz (Magenlipase wird nicht von Pepsin angegriffen).
 
Saure Lipasen (Magen) tragen bei erwachsenen Personen zu 15-30% zur Fettverdauung bei. Neugeborene bilden bereits Magenlipase, aber noch wenig Pankreaslipase; zur Milchverdauung ist der Magen hier besonders wichtig. Aus der Milch werden kurzkettige Fettsäuren freigesetzt; beim sauren Magen-pH sind sie ionisiert und können schon im Magen resorbiert werden.

     Die Pankreaslipase ist eine Triglyzeridlipase - sie spaltet Esterbindungen an C1 und C3 des Glycerins -, wird in aktiver Form sezerniert und wirkt bei pH>5 (Wirkungsoptimum bei pH=8, Denaturierung bei pH<3,5). Sie benötigt zur Aktivitätsentfaltung eine Colipase.

Die Kapazität der Pankreaslipase ist sehr hoch. Fettstühle (Steatorrhoe) treten erst auf, wenn die Sekretion der Pankreaslipase um mindestens 80% (also auf ~20% des Normalwertes) reduziert ist.
 
Colipase (10 kDa) ist ein ebenfalls aus dem Pankreas stammendes Protein, das als Procolipase sezerniert und im Duodenum durch Trypsin aus seiner Vorstufe aktiviert wird. Trotz ihres Namens ist sie kein Enzym; sie verändert die Gestalt des Lipasemoleküls so, dass dessen katalytische Region in Lipidtröpfchen "freigelegt" wird, fördert die Anlagerung der Lipase an das Fetttröpfchen, und verhindert seine Inaktivierung durch Gallensalze infolge Verdrängung von der Fett-Wasser-Grenze.
 
Pankreaslipase und Colipase werden vom Pankreas in einem 1:1-Mengenverhältnis sezerniert.

     Carboxylesterhydrolase ist ein weiteres fettspaltendes Enzym aus dem Pankreas; es ist unspezifisch (breites Wirkungsspektrum) und setzt aus Estern Glycerin, Fettsäuren und Cholesterin frei.

Pankreaslipase und Carboxylesterhydrolase sind möglicherweise dasselbe Enzym, in unterschiedlichen Aktivitätsstufen, je nach beteiligtem Co-Enzym. Die Pankreaslipase benötigt zum Erreichen ihren vollen Aktivität nicht nur Colipase, sondern auch Gallensäuren, Fettsäuren, Ca-Ionen und einen alkalischen pH-Wert.

     Diese Faktoren benötigt auch die als Proenzym sezernierte Phospholipase A2 (PLA2 - zahlreiche Isoformen), das sind Enzyme, die von Phosphoglyceriden Fettsäuren abspalten. Phospholipase A2 wird vom Pankreas als Proenzym gebildet und durch Trypsin aktiviert. Aus Nahrungs-Phospholipiden in gemischten Mizellen setzt sie Lysophospholipide und freie Fettsäuren frei.

      Pankreatische Cholesterinesterase hydrolysiert Cholesterinester und Ester fettlöslicher Vitamine (A, D, E) in Mizellen unter Anwesenheit von Taurocholat und Taurochenodesoxycholat.
 
Die Spaltprodukte der Fettverdauung diffundieren durch den "unstirred layer" von Magen- und Dünndarmschleimhaut zum Bürstensaum der Enterozyten, wo die Resorption erfolgt. Während Glycerin und kurz- bis mittelkettige Fettsäuren unmodifiziert durch den Enterozyt und in Kapillaren des Pfortadersystems gelangen, werden alle anderen Produkte der Lipidverdauung umgebaut bzw. verestert, in Chylomikronen verpackt und diese an Chylusgefäße weitergegeben ( s. dort).

Das bedeutet, dass längerkettige Fettsäuren sowie Cholesterin und Lezithin unter Umgehung der Pfortader in Lymphgefäße (und über den Venenwinkel in das systemische Blut) gelangen ( vgl. dort).

Fettsäuren regen in der Duodenalschleimhaut die Bildung von Cholecystokinin und GIP an; das regt die Galleproduktion (Kontraktion der Gallenblase, Relaxation des sphincter Oddi) und Enzymsekretion an, und unterstützt so die Fettverdauung.

Zur Lipidresorption s. dort
 

  Die Verdauung von Nukleinsäuren erfolgt durch Nukleasen. Dabei unterscheidet man u.a. Ribonukleasen, Desoxyribonukleasen, weiters Exo- und Endonukleasen. 
 
Darmgase
 
Im gesamten Darm einer erwachsenen Person befinden sich 50-200 ml Gas. Darmgase bestehen zu ~70% aus Stickstoff, ~15% Wasserstoff (Explosionsgefahr bei Hitzewirkung unter Anwesenheit von Sauerstoff), ~11% Kohlendioxid, ~2% Methan. Der mikrobielle Abbau (Fäulnis, Gärung) vor allem von Ballaststoffen erzeugt Wasserstoff und Methan (brennbar, explosiv), CO2 und andere. >99% der Gase sind geruchlos; unangenehm riecht das restliche <1 Volums-%, vor allem Skatol (Geruchsschwelle: 1 ng / 250 Liter) und Indol (Abbauprodukte der Aminosäure Tryptophan), sowie Schwefelverbindungen (H2S, Dimethlysulfid, Methylmerkaptan).

Zum Geruch des Stuhls tragen auch die Abbauprodukte Tyramin (aus Tyrosin), Kadaverin (aus Lysin) und Histamin (aus Histidin) bei ( s. auch dort).

Darmgase verlassen zusammen mit verschluckter Luft (mit jedem geschluckten Bissen wandern 2-3 ml Luft mit in den Magen) als Darmwinde den Körper (Durchschnittliches Volumen ~40 ml, ~15 pro Tag, Gesamtvolumen beim Erwachsenen etwa 600 ml/Tag, Extremwerte 200 - 2000 ml).

 
      Lactoseintoleranz (s. oben): Menschen mit zu geringer Aktivität des Mukosa-Enzyms Lactase (~3/4 der erwachsenen Weltbevölkerung) vertragen keine Milch, da sie den Milchzucker (Lactose) nicht ausreichend spalten können. Die Lactose bleibt im Darm und wirkt osmotisch wasseranziehend. Das führt zu osmotischer Diarrhö und Störung der bakteriellen Darmflora. Wegen verstärkter bakterieller Gärung im Darm ist in der Ausatemluft vermehrt Wasserstoff nachweisbar (Diagnostik gestörter Kohlenhydratresorption).
 
Betroffene Personen müssen sich lactosefrei ernähren oder Lactasezusätze nehmen. Eine Ernährungsweise ohne Milch und Milchprodukten ist keine Gefahr für Calciumbilanz und Längenwachstum, soferne sie ausgewogen ist.

      Reichliches Angebot an Ballaststoffen in der Nahrung beugt der Bildung von Darmdivertikeln sowie der Entstehung eines Coloncarcinoms vor.
 

 
      Proteine werden durch Peptidasen aufgespalten - ~90% werden im Dünndarm resorbiert, ~10% im Dickdarm bakteriell abgebaut. Die luminale Verdauung produziert ~20% Aminosäuren und ~80% Peptide, diese werden von membranständigen Peptidasen gespalten. Pepsin spaltet 10-15% der Nahrungseiweiße (pH-Optimum 1,8-3,5, bei pH>5 denaturiert, bei pH>7 irreversibel inaktiviert). Für die Proteinverdauung sind pankreatische Peptidasen unverzichtbar: Trypsin (aus Trypsinogen durch Enterokinase und Trypsin aktiviert), Chymotrypsin (aus Chymotrypsinogen durch Enterokinase aktiviert), Elastase (aus Proelastase), Carboxy- und Aminopeptidasen (aus Propeptidasen). Im Dünndarm werden die Enzyme durch Autodigestion (vorwiegend über Trypsin) inaktiviert (Schutz). Aminosäuren, Di- und Tripeptide gelangen über Transporter im Bürstensaum in die Enterozyten, an der basolateralen Membran gelangen Aminosäuren - ebenfalls über Transporter - in das Blut. Schutz vor Autodigestion bieten Enzyminhibitoren, Kondensation / Isolierung von Zymogenen, ausreichend hoher pH-Wert
 
      Kohlenhydrate (~50% Stärke, ~30% Rohrzucker; ~6% Milchzucker, 1-2% Maltose) liefern etwa die Hälfte der Nahrungsenergie. Speichel- und pankreatische α-Amylase (pH-Optimum ~7,0) spalten innere α-1,4-Bindungen (luminale Verdauung) - Stärke und Glykogen zu Dextrinen, Maltotriose und Maltose. Membranständige Oligosaccharidasen des Bürstensaums - Lactase, Maltase, Invertase - sind mit ihrer katalytischen Seite lumenwärts gerichtet, es entstehen Glucose und Fructose (oberes Jejunum). SGLT1 ist ein Na/Glucose- bzw. Na/Galactose- Symporter, GLUT5 erleichtert die Passage von Fructose durch die Membran. Glucose und Fructose verlassen den Enterozyt über GLUT2 in der basolateralen Membran. Chemo- und Osmorezeptoren koppeln neuronal und hormonell zurück: Je höher der Zuckeranteil des Chymus, desto langsamer seine Fortbewegung. Normalerweise ist die Resorption der Kohlenhydrate bereits im oberen Jejunum abgeschlossen
 
      Nicht-digestible Polymere pflanzlichen oder tierischen Ursprungs nennt man Ballaststoffe; sie regen die Darmmotorik an, unterstützen das Sättigungsgefühl, verkürzen die Passagezeit in Dünndarm und tragen zur Fülle des Stuhls bei (100 g Fleisch oder Milch ergeben ~5 g Stuhl, 100 g Hülsenfrüchte fast 100 g). Die Aufnahme von Monosacchariden aus komplexen Kohlenhydraten erfolgt langsam → gedämpfte Wirkung auf die Insulinfreisetzung. Komplexe Kohlenhydrate binden Wasser (50-400 ml/g), Mineralstoffe, Vitamine, Medikamente, Schadstoffe. Nur ein Bruchteil der Ballaststoffe sind Faserstoffe (dietary fiber): Zellulose, Hemizellulose, Lignin, Pektine, Algin, Inulin. Mikrobieller Abbau (Fäulnis, Gärung) von Ballaststoffen erzeugt Wasserstoff, Methan, CO2 (Darmgase)
 
      Lipide decken ~40% des Energiebedarfs (≥90% Triglyzeride, ~5% Phospholipide aus Zellmembranen: 2-6 g/d, aus Bakterien: ~10 g/d). Kauen, Magenmotorik und Emulgierung erhöhen das Oberflächen-Volumen- Verhältnis der Tröpfchen, die durch eine Hülle aus Membranlipiden, Eiweiß- und Kohlenhydratkomponenten, Glycerin und Fettsäuren sowie (in Dünndarm) Phospholipiden und Cholesterin aus der Galle stabilisiert werden. Aus der Galle stammen ~50% der endogenen Lipide. Mizellen (Durchmesser ~1 µm) sind wasserlöslich, erleichtern die Diffusion von Lipiden durch die wässrige Grenzschichte über den Enterozyten und erhöhen die Konzentration von Fettsäuren und Monoglyzeriden am Bürstensaum um einen Faktor 102 bis 103. Lipasen stammen aus Mund-und Rachensekret, Magensaft (15-30% der Lipaseaktivität) und (hauptsächlich) Pankreassekret: Pankreaslipase ist eine Triglyzeridlipase (Wirkungsoptimum bei pH=8, Wirkung bei ph>5, Denaturierung bei pH<3,5). Pankreaslipase und Colipase werden in einem 1:1-Mengenverhältnis sezerniert; Colipase optimiert die Lipasewirkung. Pankreaslipase hat eine hohe Kapazität, Fettstühle treten erst bei einer Reduktion der Enzymwirkung auf ~20% des Normalwertes auf. Kurzkettige Fettsäuren gelangen in das Pfortaderblut; längerkettige Fettsäuren, Cholesterin und Lezithin in Chylusgefäße
 

 




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