Eine Reise durch die Physiologie

IV.       V. Energie- und Stoffwechsel       VI.

Physiologie des Intermediärstoffwechsels, Substratflüsse zwischen Organen

Physiologie des Insulinsystems

Physiologie der 'kontrainsulinären' Hormonsysteme

Metabolischer Status

Energiestoffwechsel des Nervengewebes (Hirnstoffwechsel)

Regulation des Körpergewichts, Bestimmung der Körperzusammensetzung

Metabolische Kontrolle durch das hypothalamische System

Temperaturregulation und Wärmehaushalt, Hypo- und Hyperthermie

Untersuchung der metabolischen Funktionen


Stoffwechsel und Wärmeregulation haben weitreichende Bedeutung für die Gesundheit.  Insulin wird vermehrt aus der Bauchspeicheldrüse freigesetzt, wenn nach einer Mahlzeit (postprandial) der Zuckerspiegel steigt: Glukose dringt in Betazellen des Pankreas ein, ATP wird besser verfügbar, das hemmt ATP-sensitive Kalziumkanäle, was die Zelle depolarisiert, wodurch wiederum Kalziumkanäle öffnen, und das in die Zelle einströmende Ca++ führt zur Freisetzung vesikulär gespeicherten Insulins ... ein schönes Beispiel einer zellulären Funktionskaskade. Insulin wirkt vor allem an Fett- und Muskelgewebe: Es macht für Zellen, die über Insulinrezeptoren verfügen, Zucker und Aminosäuren besser verfügbar; nehmen diese - über Glukosetransporter, abgekürzt GLUT - Glukose auf, sinkt der Blutzuckerspiegel ... ein Beispiel für negative Rückkopplung.

Andere Hormone (wie Glukagon, Adrenalin, Glukokortikoide) treten im postresorptiven Zustand auf den Plan - also wenn aus dem Darm nichts mehr zu holen ist. Jetzt geht es darum, Glukose aus körpereigenen Speichern verfügbar zu machen, z.B. für das (glukoseabhängige) Gehirn; da kommt in erster Linie Glykogen in Leberzellen in Betracht, das wird nun abgebaut und Glukose für andere Gewebe bereitgestellt (Glykogenolyse).

Ist dieser für einige Stunden verfügbare Vorrat verbraucht, wird wieder die Leber als metabolische Umsatzstation benötigt (Glukoneogenese aus Glyzerin, Laktat, Aminosäuren, anderen Kohlenhydraten). Im chronischen Hungerzustand schließlich - wenn die glukoneogenetischen Substrate versiegen - bildet die Leber aus Fettsäuren (Fettdepots!) Ketonkörper, die dem Gehirn als "Notbrennstoff" dienen. Der Nachteil ist eine metabolische Azidose (Azetessigsäure, Hydroxybuttersäure).

Das Gehirn zeichnet sich durch ziemlich konstante Durchblutung (Glukose- und Sauerstoffbedarf) aus. Durch Autoregulation schwankt die zerebrale Perfusion auch bei verändertem Blutdruck kaum. Stark reagieren die Gehirngefäße auf veränderten CO2-Partialdruck: Hypokapnie reduziert die Perfusion (starke Hyperventilation kann zu Ohnmacht führen), Hyperkapnie hingegen weitet die Hirngefäße und steigert die Durchblutung.

Der metabolische Status kann - außer durch biochemische Tests - über Messung des Energieumsatzes beurteilt werden. Dies erfolgt entweder direkt - also über Bestimmung der Wärmeproduktion, was aufwändig ist - oder indirekt durch Quantifizierung des Sauerstoffverbrauchs: Je mehr Energie im Körper umgesetzt wird, desto mehr O2 wird auch konsumiert. Die Umrechnung wird als "kalorisches" oder Energieäquivalent bezeichnet: Bei gemischter Ernährung fallen pro Liter Sauerstoff ≈20 kJ an (unter Ruhebedingungen verbraucht eine erwachsene Person ca. 0,3 l Sauerstoff pro Minute - das entspricht dann ca. 6 kJ Energie).
Die Körperzusammensetzung kann eine wichtige Rolle in Diagnostik und Therapie spielen (Sportmedizin, Übergewicht, Pharmakodynamik etc). Die Skelettmuskulatur bildet (als Endprodukt) Kreatinin in sehr konstanter Weise, sodass die Kreatininausscheidung einerseits einen Hinweis auf die Muskelmasse gibt; andererseits ist der Kreatininspiegel im Harn eine stabile Bezugsgröße für Konzentrationswerte anderer ausgeschiedener Stoffe (inverse Korrelation von Wasserausscheidung und Stoffkonzentrationen).

Den Energiestoffwechsel steuert letzlich das Gehirn (Hypothalamus mit Hunger- und Sattheitszentrum), allerdings unter Bezugnahme auf zahlreiche periphere Zustandsgrößen (mechanische und chemische Signale aus dem Darm; Hormone aus dem Fettgewebe usw.). Orexigene (hungerauslösende) und anorexigene (Sattheits-) Faktoren wirken teils kurz-, teils langfristig auf das komplexe Kräftegleichgewicht, das die Steuerung neuraler und humoraler Einflüsse auf die Nahrungsaufnahme ausmacht.

Stoffwechselprobleme wie Diabetes mellitus betreffen viele Millionen Menschen, Komplikationen (wie diabetische Ketoazidose) zeigen - unbehandelt - eine relativ hohe Mortalitätsrate. Die Einstellung und Stabilisierung der Körpertemperatur bei wechselnden Umweltfaktoren betrifft viele Beispiele (Unterkühlung, künstliche Hibernation, maligne Hyperthermie, Hitzekollaps). Querverbindungen bestehen zu berufs-, sport- und freizeitmedizinischen Fragestellungen.

© H. Hinghofer-Szalkay