Glucose und der menschliche Stoffwechsel
Wissen für’s Medizinstudium: Die Rolle von Glucose im Energiestoffwechsel des menschlichen Körpers
Glucose – der wichtigste Energielieferant unseres Körpers. Diesen wichtigen Baustein nehmen wir täglich in großen Mengen über unsere Nahrung auf. Von dort gelangt das Zuckermolekül über unseren Verdauungstrakt ins Blut bis hin zu unseren Zellen. Hier entstehen in der Verstoffwechselung täglich große Mengen Energie, wodurch wir überhaupt unseren Alltag bewältigen können. Allein unser Gehirn verbraucht über 100g Glucose pro Tag! Doch wie läuft der Prozess der Aufnahme und Verstoffwechselung genau ab? Welche Aufgabe hat Insulin? Und woraus zieht der Körper Energie bei Glucosemangel? Let’s Go: Glucose und der menschliche Stoffwechsel.
In diesem Artikel findest du spannende Hintergrundinformationen zum Thema „Glucose und der menschliche Stoffwechsel“. Dich interessiert die Relevanz von Blutzucker-Tracking im Leistungssport? Dann klicke anschließend unbedingt auf den Erfahrungsbericht von unserer Triathletin Sophia. Sie teilt dort interessante Erkenntnisse zu den Auswirkungen ihres Glucose-Trackings auf ihr künftiges Training.
Was ist Glucose?
Glucose kennen vermutlich viele von euch unter dem Namen Traubenzucker. Dabei handelt es sich um den kleinsten Baustein von Kohlenhydraten. Glucose ist ein sogenanntes Monosacchararid, d.h. ein Einfachzucker. Es kann aber auch Baustein von Zweifachzuckern wie Lactose (Milchzucker) oder Saccharose (Rohrzucker) sein. Sind viele Zuckermoleküle aneinandergereiht, spricht man von langkettigen Kohlenhydraten, wie beispielsweise Glykogen oder Stärke.
Welche Funktion hat Glucose?
Traubenzucker ist der wichtigste Energieträger im menschlichen Organismus. Die Zellen unseres Körpers brauchen für die Aufrechterhaltung ihrer Stoffwechselprozesse Energie, die durch den Abbau von Glucose bereitgestellt wird. Doch wie funktioniert dieser Prozess genau? Gelangt Glucose in unsere Zellen, wird das Zuckermolekül in einen langen biochemischen Stoffwechselweg eingeschleust, der sogenannten Glykolyse. Dieser Prozess läuft in unseren Zellen bzw. Mitochondrien ab. Das sind sozusagen die Energiekraftwerke unserer Zellen. Dabei wird ATP (Adenosintriphosphat) frei. Das ist die „Energiewährung“ unseres Körpers. Doch wie gelangt Glucose überhaupt in unsere Zellen? Den Weg von der Nahrungsaufnahme bis ins Blut wollen wir uns im Folgenden genauer anschauen – Glucose und der menschliche Stoffwechsel.
Wie gelangt Glucose überhaupt ins Blut?
Glucose ist Bestandteil zahlreicher Lebensmittel, die wir mit der Nahrung aufnehmen. Egal ob das Müsli mit Obst zum Frühstück, der leckere Nudelteller mittags oder die zünftige Brotzeit zum Abendessen – in fast allen Lebensmitteln ist Glucose enthalten.
Der Mund bildet sozusagen den Eingang zu unserem Verdauungstrakt. Die aufgenommenen Nahrungsbestandteile werden zunächst mit den Zähnen zerkleinert. Gleichzeitig wird die Nahrung mit unserem Speichel emulgiert. Im Speichel sind erste, hilfreiche Verdauungsenzyme enthalten. So hat die Amylase die Aufgabe die enthaltenen Kohlenhydratketten in kleinere Einheiten zu spalten. Nun gelangt der Nahrungsbrei über den Ösophagus (Speiseröhre) in den Magen. Durch dessen Bewegung (Peristaltik) werden die Bestandteile weiter zerkleinert. Der Kontakt mit der Magensäure tötet u.a. enthaltene Bakterien ab.
Kohlenhydrate haben mit 1-2 Stunden die kürzeste Verweildauer im Magen und gelangen anschließend in den Dünndarm. Hier vermischt sich der Nahrungsbrei mit weiteren Enzymen des Pankreas (Bauchspeicheldrüse). Diese spalten die Kohlenhydrate in ihre reinste Form, der Glucose. So kann das Zuckermolekül von der Dünndarmschleimhaut aktiv aufgenommen werden. Dies geschieht über einen speziellen Transporter, der die Glucose zusammen mit Natrium in die Dünndarmzelle befördert. Man spricht von einem Natrium-Glucose-Symporter. Von dort wird die Glucose passiv in das Blut abgegeben.
Die Konzentration von Glucose im Blut wird auch als Blutzucker bezeichnet. Normwerte des Nüchternblutzuckers, d.h. der Glucose-Konzentration im Blut nach achtstündiger Nahrungskarenz, entspricht <100 mg/dl, d.h. unter 100 tausendstel Gramm in einem zehntel Liter Blut. Bei einem Messwert von 100-125 mg/dl spricht man von einem Prädiabetes, ab >126 mg/dl von einem Diabetes. Bevor die Diagnose allerdings als gesichert gilt, folgen natürlich noch weitere Untersuchungen.
Geringe Schwankungen des Blutzuckers sind normal und unbedenklich. Auch Extremwerte kann man beim Gesunden gut erklären. So kann dein Wert vor dem Frühstück bei z.B. 80 mg/dl liegen und kurz nach dem Frühstück auf über 160 mg/dl steigen. Doch wie verwertet der Körper die anfallende Glucose? Wie zieht er hieraus Energie? Und wie sinkt schließlich der Blutzucker wieder?
Wie gelangt Glucose aus dem Blut in die Zelle? Und was ist die Aufgabe von Insulin?
Damit die Zellen die Glucose aus dem Blut aufnehmen können, braucht die Glucose sozusagen einen Partner, das Insulin. Doch woher stammt das Insulin überhaupt? Das Hormon wird von den sogenannten „Langerhansschen Inseln“ – benannt nach ihrem Entdecker – im Pankreas (Bauchspeicheldrüse) produziert. Kleine Zusatzinfo: die „Langerhansschen Inseln“ produzieren auch ein weiteres, wichtiges Hormon in der Blutzuckerregulation, und zwar Glucagon. Dieser Botenstoff wirkt dem Insulin antagonistisch entgegen. Doch später dazu mehr.
Insulin kommt eine wichtige Bedeutung bei der Regulation des Blutzuckerspiegels zu. Gelangen große Nahrungsmengen in unser Verdauungssystem und steigt folglich der Blutzucker an, wird die Bauchspeicheldrüse (u.a. über hormonelle Regelkreise über die Hypophyse) angeregt Insulin freizusetzen. Und dieses Insulin wird dann zusammen mit Glucose in die Zellen aufgenommen – der Blutzuckerspiegel sinkt foglich. Hier kann dann Energie in Form von ATP via Glykolyse (s.h. oben) freigesetzt werden. Durch die bereitgestellte Energie können weitere Stoffwechselprozesse aufrecht erhalten werden.
Liegt mehr Glucose vor, als die Zellen zurzeit benötigen, können v.a. Leber- und Muskelzellen den Überschuss in Form von Glykogen speichern. Das ist auch der Grund, warum Ausdauersportler wie Sophia vor einem Wettkampf gerne viele Kohlenhydrate essen. Eben, um die Kohlenhydratspeicher aufzufüllen, d.h. viel Glykogen herzustellen.
Kleine Info am Rande: Gehen aufgrund von Autoimmunprozessen die Insulin-produzierenden Zellen im Pankreas (Bauchspeicheldrüse) zugrunde, kann kein/nicht genügend Insulin freigesetzt werden. Folglich kann keine/nicht genügend Glucose in die Zellen aufgenommen werden. Man spricht dann von einem Diabetes Typ 1. Liegt hingegen eine Insulinresistenz vor, d.h. das ausgeschüttete Insulin wirkt nicht mehr an den Zielzellen, Glucose kann also nicht mehr von ihnen aufgenommen werden, spricht man von einem Diabetes Typ 2. In beiden Fällen liegt eine Stoffwechselerkrankung vor. Diese geht mit erhöhten Blutzuckerspiegeln, einer sogenannten Hyperglykämie, einher. Es besteht eine dringende Therapieindikation. Sonst drohen zahlreiche Folgeschäden im Organismus. Auch eine deutliche Über- als auch Unterzuckerung, d.h. Hyper- und Hypglykämien, können schnell gefährlich werden
Woraus zieht der Körper Energie bei Glucosemangel?
Und was passiert, wenn die Glucose im Blut nicht ausreicht, um den Körper mit ausreichend Energie zu versorgen? Was geschieht, wenn Sophia in einem Wettkampf nicht so viel Glucose aufnehmen kann, wie sie verbraucht?
Glucose ist für den Menschen überlebenswichtig. Für Zeiten des Nahrungsmangels hat unser Körper Mechanismen etabliert, um die Zellen trotzdem mit ausreichend Energie zu versorgen. Große Bedeutung kommt hier v.a. der Leber zu. Hier kann beispielsweise aus dem gespeichertem Glycogen (s.h. oben) wieder Glucose hergestellt werden. Man spricht von der Glycogenolyse. In Phasen längerer Nahrungskarenz, kann Glucose auch aus anderen Bestandteilen hergestellt werden. Die stammen z.B. aus dem Abbau von Fetten, der Lipolyse, oder Proteinen, der Proteolyse. Der gesamte Prozess wird dann als Gluconeogenese bezeichnet.
Diese Abläufe werden von den sogenannten hormonellen „Gegenspielern“ zum Insulin reguliert. Besonderer Bedeutung kommt hier z.B. dem erwähnten Glucagon aus dem Pankreas (Bauchspeicheldrüse zu). Weitere wichtige Hormone entspannen z.B. der Nebenniere (bspw. Adrenalin), der Schilddrüse oder der Hypophyse. All diese Hormone können ausgeschüttet werden, wenn wir gerade z.B. viel Sport treiben oder geistige Arbeit leisten. Dann sinkt nämlich unser Blutzuckerspiegel, die Hormone werden sezerniert und sorgen letztendlich dafür, dass unser Körper ausreichend Glucose zur Verfügung stellt.
Und wie funktioniert überhaupt ein Glucosesensor?
Sophia hat uns in ihrem spannenden Bericht erzählt, welche Erkenntnisse sie aus ihrem Glucose-Tracking gezogen hat. Doch wie funktioniert so ein Sensor überhaupt?
Mithilfe eines Applikators wird der Sensor i.d.R. an die Rückseite des Oberarms angebracht. Dabei wird ein dünnes, flexibles Filament bis unter die Haut geschoben. Dadurch kann der Glucosespiegel im Raum zwischen den Zellen im Gewebe gemessen werden. Dieser entspricht in etwa dem Blutzuckerspiegel. Der Sensor kann bis zu 14 Tage getragen werden und muss anschließend entfernt bzw. gewechselt werden.
Zum Messen der Glucosekonzentration hält man ein spezielles Lesegerät oder das Handy mit installierter App an den Sensor. Dabei wird einem der aktuelle Glucosewert angezeigt. Auch der Verlauf der vergangenen 8h und ein Trendpfeil wird einem bildlich visualisiert. Das ist natürlich ein tolles Tool für Diabetiker, um den eigenen Blutzuckerspiegel stets im Blick zu halten. Aber auch für Leistungssportler wie Sophia ist das eine spitzen Möglichkeit, das eigene Training noch weiter zu optimieren.
Ich hoffe, dass ich euch mit meinem Artikel spannende Grundlagen zum Thema „Glucose und unser menschlicher Stoffwechsel“ vermitteln konnte. Wertvolle Erfahrungen bezgülich der Anwendung eines Blutzucker-Trackers im Leistungssport könnt ihr in Sophias Artikel entnehmen.
Beitrag „Glucose und der menschliche Stoffwechsel“ von Medizinstudentin Marleen
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