5 Ernährung, Verdauung, Resorption

5 Ernährung, Verdauung, Resorption
5.1 Grundlagen
5.1.1 Quantitative und qualitative Aspekte der Ernährung
Einheit der Energie ist Joule (veraltet Kalorie = Wärmemenge, die nötig ist um ein Gramm H2O um
1°C zu erwärmen; 1kal = 4,18J)
Nährstoffe lassen sich in Energieträger (Fett – 38,9kJ/g, KH – 17,2kJ/g, Prot. – 17,2kJ/g) und
Funktionsträger einteilen (Salze, Vitam., Wasser);
Jedes Tier braucht organische Moleküle, die es nicht selbst synthetisieren kann = essenzielle
Nährstoffe, z.B. Acetylgruppen, Vitamine, manche Fettsäuren oder gewisse Aminosäuren. Bei
Erwachsenen gibt es 8 verschiedene essentielle AS, die in Milch, Eiern, Fleisch und Sojaprodukten
(nicht aber in den meisten Pflanzen) enthalten sind. Streng vegetarische Ernährung birgt also das
Risiko von Mangelernährung. Bei chronischer Fehlernährung (Fehlen essentieller Bestandteile in
der Nahrung) kommt es zu Mangelkrankheiten. Beispiele sind Skorbut (Vit C), Beriberi (Vit B1),
perniziöse Anämie (mangelnde Reife der roten BK, Vit B12)
5.1.2 Grundumsatz
= Energiebetrag, den ein Organismus in völliger Ruhe bei krit. Temp. (geringste Wärmeregul.)
freisetzt um Lebensfkt. aufrecht zu erhalten; Einheit = kJ/kg Körpergew. * 24h; vom Alter +
Geschlecht abhäng., z.B. 12-jähr - 130, 15-jähr. - 100, 20-jähr. - 92; GU bei kleinen Tieren größer als
bei gr. Tieren, z.B. Pferd 48,5, Ente 318;
1300-1600 kcal/Tag für erwachsene Frau, 1600-1800kcal/d für Mann
über GU hinausgehender Aufwand wird als Leistungszuwachs bezeichnet - Muskelarbeit +
Wärmeregul. benöt. bes. viel Energie; Bsp. Hund: 25° - 226, 7,6° - 359,5, 35° - 286; and. Beispiele:
Mensch in Ruhe - 4,18/kg*h, Walzertanzen - 21, Radfahren (30 kmh) - 50, Lauf 400m/min - 355;
Hungerstoffwechsel: Energiezufuhr sinkt unter GU; zunächst werden Glykogen- (Reserve für 1d)
bzw. Fettreserven angegriffen, dann Muskeleiweiß, zuletzt NS; mögl. Gewichtsverlust bei Säugern
40-50%, bei Fischen bis 75%, bei nied. Tieren bis 99%; wenn der Blutproteingehalt sinkt, sammelt
sich Flüss. in Interzellularräumen --> Hungerödem;
5.2 Anpassungen an die Art der Nahrungsaufnahme
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versch. Ernährungsweisen bedingen Variabilität des Nahrungsaufnahmeraums
• Filtrierer/Strudler: bei Wasserlebenden; Strömungserzeug. durch Cilien, Flagellen, Gliedmaßen;
Bsp: Schwämme (Kragengeißelzellen), Muscheln (Kiemen zur Nahrungsaufn. mitverwendet),
Krebse (Beinborsten zur Filtrat.), Wasservögel (Enten, Gänse, Flamingos u. a. ) --- Hornzähnchen
+ -lamellen der Schnabelränder; Bartenwale: verhornte Gaumenleisten;
• Kratzer: kleine Partikel; Bsp: Schnecken: Radula (Chitin) im Vorderdarm; Säuger: Nagezähne;
• Schlinger: gr. Nahrungsbrocken ohne Zerklein. (---> Magen) ; Bsp: Süßwasserpolyp,
Regenwürmer; häufig Festhaltevorrichtungen (Krebsscheren, Mandibelzangen v. Insekten,
gleichart. = homodonte spitzkegel. Fangzähne bei Fischen, Amphib., Rept.);
• Kauer: mechan. Zerkleiner.einricht. im Nahrungsaufnahmeraum wie Gebiß d. Säuger, MWZ
pflanzenfress. Insekten; Zähne der Säuger stark differenziert = heterodont (Mahlzähne, Fang-,
Reißzähne);
Aufbau Zahn: Wurzel, Hals, Krone, Höhle; Zahnschmelz, Dentin
Typen: Schneide-, Eck-, Vormahl-, Mahlzähne
• Sauger: Sog durch plötzl. Erweiter. d. Mundhöhle (Fische, Schildkröten); Insekten: MWZ bilden
2 Röhren (eine zur Aufnahme, zweite für gerinnungshemm. Speichel, Gifte, Enzyme; Wanzen,
Zikaden, Blattläuse, Stechmücken, Bremsen; Blutegel, Kolibris
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•
Außenverdauer: Enzyme wirken vor dem Mund! verflüss. Nahrung wird aufgesaugt, MWZ
können reduz. werden; Bsp: Laufkäfer (+ Larven), Fliegenlarven, Spinnentiere, Ameisenlöwe =
Larve der Ameisenjungfer;
5.3 Bau und Funktion des Verdauungstrakts der Wirbeltiere
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5.3.1 VERDAUUNGSSYSTEME
• intrazellulär: Nahrungskörper wird durch Zellmembran aufgenommen + in Zelle verdaut;
Protoz., Schwämme;
• extrazellulär: Nahrung im Verdauungstrakt zerlegt, Bruchstücke durch Darmwand
aufgenommen = Resorption; einfaches System ist das Gastrovaskularsystem, das mit 1
Öffnung mit der Außenwelt in Verbindung steht (Nesseltiere); die meisten anderen Tiere
besitzen einen an 2 Enden offenen Verdauungstrakt
1. MUND
Zerklein.(Zahn s.o.), Vermisch. mit Speichel; Speichel v. Speicheldrüsen (Ohr-, Unterkiefer-,
Unterzungen-) + Mundschleimhaut abgeg.; chem. neutral; enthält Lysozym zur Abwehr von
Bakterien und die Amylase Ptyalin (Abbau von Stärke zu Dextrinen und Malzzucker);
Speichelbild. v. Wassergehalt der Körperzellen abh.; Auslösung d. Speichelprod. durch Reflexe
(Geruch, Geschmack), mechan. Reize d. Mundschleimhaut + Kaubeweg. führt zu vermehrter
Speichelprod.;
Temperaturausgleich, Prüfen der Nahrung
2. Schlucken
(Gaumensegel = weicher Gaumen verschließt Nasenhöhle; Berührung der hinteren
Rachenwand löst Schluckreflex aus – Kehlkopf wird nach oben gezogen, sodass sich der
Kehldeckel über den Eingang der Luftröhre legt) Speiseröhre ---> peristalt. Beweg.
3. MAGEN
muskul. Schlauch, 30x14cm, Vol _ bis 3l; Schließmuskeln an Ein- und Ausgang
(Pylorus=Pförtner), "Speicher" (Fundus), musk. Wand durchmischt Brei (peristaltische
Bewegungen); bis zu 2l Magensaft/d; Flüssigkeiten durch die „Magenstrasse“ in der kleinen
Krümmung ohne sich mit fester Nahrung zu mischen); Verweildauer bis 8h (normal 3-4h);
einige Substanzen werden z.T. bereits im Magen aufgenommen (Alkohol, Aspirin, Kaffee);
im Fundus 3 wichtige Zelltypen:
o Belegzellen: produz. Salzsre (0,5%), bakterizid, Denaturier. v. Proteinen ( Zerstör. d.
Tertiärstruktur durch Lösen v. Disulfidbrücken ==> Zugang für Endopeptidasen, z.B.
Pepsine); pH-Wert im Magen zw. 1-3
o Hauptzellen: Bildungsort der Pepsinogene = Vorstufen der Pepsine, die durch HCl aktiviert
werden; bauen Eiweiß zu Peptiden ab!
o Nebenzellen: produz. Schleim ---> Schutz d. Magenwand durch Bicarbonat (HCO3-);
Helicobacter pylori (Bakterium) schädigt die Magenschleimhaut und kann zu
Magengeschwüren führen
verflüss. Mageninhalt wird portionsweise in 12-Finger-Darm gedrückt;
4. Dünndarm
• 3m, 3,5cm; Schlingen durch Hautfalten des Bauchfells = Gekröse an Rückwand der Bauchhöhle
befestigt; Innenseite trägt gefaltete Schleimhaut, die von Darmzotten mit Mikrovilli besetzt ist
(inn. Oberfläche ca. 300m²); produz. Proteasen, Carbohydrasen; Hauptabschnitt der Verdauung
(Gallenflü, Bauchspeichel, eig. Enzyme); Inhalt ist dünnflüss. (10l Wasser v. Speichel, Magen,
Darmsaft, Galle, Bauchspeichel);
• 1. Teil ist Zwölffingerdarm (Duodenum; Verdauung), 2. Teil Leerdarm (Jejunum), 3. Teil ist
Krummdarm (Ileum); in 2. + 3. Resorption
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•
Resorption: aktiv, über Darmzotten (Darmepithel) (bis zu 3000/cm2 innere Oberfläche 50m²)-darunter Blutgefäße (Abtransport der gelösten Nährstoffe ohne Fette) -- darunter Lymphgefäße
(Abtransport der verdauten Fette - gelangen über Milchbrustgang in Blutgefäße hinter
Schlüsselbein und von dort in die Leber); im Ileum wird Gallenflüss. aufgenommen und in Leber
zurücktransportiert
5. Leber (Hepar)
• größte Drüse (_ 1,5kg); unter Zwerchfell rechts v. Magen; wird durch Pfortader mit Blut aus
Verdauungsorg. durchströmt; Leberarterie versorgt mit Sauerstoff; gibt Gallenflü ab (0,5l/d;
besteht aus Farbstoffen, Cholesterin und Gallensalzen; in Gallenblase gespeichert), die durch
Gallensalze Fettsrn auflöst und Fette emulgiert (außerdem anregend für Darmtätigkeit,
fäulnishemmend); Gallenfarbstoffe (Bilirubin und Biliverdin): abgebautes Häm aus
Blutkörperchen - verursachen Braunfärb. des Kots + Gelbfärbung d. Harns;
Emulsion: feinverteiltes Gemisch von Fett und Wasser (wie Milch, Mayonnaise)
• Aufg.: Entgift. + Umwandl. v. Ammoniak in Harnstoff; Zurückhalten v. Metallen (As, Pb, Cu u.a.);
Speicher. v. Glykogen -- bei Bedarf Abbau in Zucker; Aufbau v. Eiweiß; Wärmeprod.,
Homöostase = Gleichhalten der Blutwerte im Kreislaufsystem
6. Bauchspeicheldrüse (Pankreas)
• 15x4cm; 2.größte Drüse; hinter Magen, traubenförmig, produz. Bauchspeichel: alkal.,
enzymreich;
• Aufg.: Produktion v. Enzymen, die Fette, KH, Proteine zerlegen (Peptidasen, Amylasen,
Esterasen)- konkret: Amylase und Maltase zerlegen Stärke und Doppelzucker in Glucose;
Trypsin und Erepsin zerlegen Polypeptide, Pankreaslipase zerlegt Fett in Glycerin und
Fettsäruen; Produkt. v. Hormonen (Insulin, Glucagon) in den Langerhansschen Inseln --- regeln
Blutzuckergehalt; s. 6.4.
7. Dickdarm
• besteht aus Blinddarm (Caecum; mit Wurmfortsatz (Abwehrfkt. wie Mandeln)), Grimmdarm
(Colon) und Mastdarm (Rectum)
• 1,5-2m; unt., rechter Bauchraum; weiter als Dünndarm, keine Zotten, Schleimbild.; keine
Enzyme; v. Bakterien (E.coli) besiedelt = Darmflora --> spalten Zellulose, liefern Vitam. B12 und
K; (<--> Antibiotika, falsche Ernähr.);
• Aufg.: Eindicken des Darminhalts (bis 8l Wasser/d); Aufnahme von Ionen; Abgabe des Kots
(unverdauliche + unverdaute Reste, Darmzellen, Bakterien [bis 10% d. Vol.]);
• wird zu wenig H2O entzogen kommt es zu Durchfall (Diarrhoe), der zu lebensgefährlichem
Verlust von Ionen und H2O führen kann (z.B. Cholera)
• Kotabgabe durch Mastdarm (Rectum; normal leer, bei Druck wird Stuhlgang ausgelöst);
5.3.2 Kontrolle und Regulation von Verdauung und Energiestoffwechsel
Mehrere Hormone kontrollieren Verdauungstrakt: Sekretin (aus Duodenum) fördert
Pankreasaktiv., Cholecystokinin (aus Duodenum) veranlasst Ausschüttung von Gallenflüss.; beide
zusammen verlangsamen Magentätigkeit; unterer Magen gibt Gastrin ab, das Bewegung des
Magens stimuliert.
Der Umsatz der Nährstoffe, die den Stoffwechsel speisen, wird durch die Leber geregelt. Sie kann
KH und Fette speichern und bei Bedarf wieder freisetzen.
Beim Transport von Fetten im Blut werden diese in einen Proteinmantel eingeschlossen
(Lipoproteine), der sie wasserlöslich macht und von bestimmten Zellwand-Rezeptoren erkannt
wird. Man unterscheidet
o Lipoproteine hoher Dichte (HDL): 25% Cholesterin; Vehikel, die Cholesterin zur Leber
bringen
o Lipoproteine geringer Dichte (LDL): 50-60% Cholesterin; transportieren es zu Geweben
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o Lipoproteine sehr geringer Dichte (VLDL): aus Triglyceriden; transportieren diese zu
Fettgewebe; zu viel davon macht dick!
Ein hohes Verhältnis von LDL zu HDL im Blut stellt einen Risikofaktor für Herz-KreislaufErkrankungen dar. Rauchen senkt den HDL-Spiegel, Bewegung hebt ihn.
Während Resorptionsphase steigt Blutzuckerspiegel – jetzt wird Insulin abgegeben – fördert die
Aufnahme von Glucose aus dem Blut und Umwandlung in Glykogen bzw. Fett. Außerdem werden
Zellen dazu veranlasst, Glucose als Betriebsstoff zu verwenden. Die Wirkung von Glucagon ist
genau entgegengesetzt. Wenn der Blutzuckerspiegel sinkt, nimmt die Insulinausschüttung ab und
die meisten Körperzellen verwenden Fettsäuren als Betriebsstoff. Dadurch bleibt genügend
Glucose für das Nervensystem übrig, das immer Glucose verwendet.
5.4 Regulation der Nahrungsaufnahme
Hunger/Sättigungsgefühl werden vom Hypothalamus beeinflusst. Wird bei Ratten das Zentrum
geschädigt folgt Fresssucht, wird der Rand geschädigt, fressen die Tiere weniger. In beiden Fällen
wird nur der Sollwert verstellt (ab einem bestimmten Gewicht wird ein Gleichgewicht erreicht!).
Wahrscheinlich reagieren Zellen in Hypothalamus und Leber auf Glucose- und Insulinkonzentration
im Blut, noch wahrscheinlicher ist allerdings Reaktion auf Signale aus dem Fettstoffwechsel.
bei Mäusen: Punktmutation im rez. ob-Gen (obese=fettleibig) führt zu Fettleibigkeit. Dieses Gen
codiert für Protein Leptin. Wenn Mäuse Leptin injiziert bekommen, fressen sie weniger. Leptin
wird von Fettzellen produziert, Rezeptoren befinden sich im Hypothalamus.
Mensch: bei meisten Fettleibigen ist Leptinspiegel höher als normal – wahrscheinlich reagieren
Rezeptoren weniger empfindlich; ein weiterer Signalstoff ist das Hormon Ghrelin aus Magenzellen
– Fasten führt zu Ansteigen seines Spiegels, Ghrelin regt auch zur Ausschüttung von
Wachstumshormon an.
5.5 Parasiten des Menschen
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S 113f
• Parasit: Lebewesen, das sich von anderen ernährt, ohne diese dadurch zu töten (wenn doch,
dann spricht man von Parasitoid)
• Ektoparasit: Außenschmarotzer;
• Endoparasit: lebt im Inneren des Wirts; häufig Rückbildung vieler Organe (Verdauung, Sinne,
Muskeln, Ausscheidung u.a.) --- "schwimmen" im Futter; Schädigung durch Nahrungsentzug,
Beeinträcht. d. Organfkt., giftige Ausscheid.;
5.5.1 Protozoen
• Flagellaten: Trypanosoma, Leishmania: Naganaseuche (Antilopen, Katze, Hund), Orientbeule
(Haut; lebenslange Immunität – absichtl. Infektion), Kala-Azar (Eingeweide, 90% Mortalität,
=schwarze Krankheit(ind), Phlebotomus – kleine Mücke, kommt auch durch Moskitonetze;
befällt Makrophagen – Milz/Lebervergrößerung), Schlafkrankheit (Lymphknotenschwellungen,
apath. Zustände, Verfall, Tod)
• Sporozoen:
Plasmodium - Malariaerreger (Zerstör. v. Blutkörperchen; Anopheles); Mücke injiz. 20
Sporozoiten – in 30s in Leberzellen – Wachstum zu Schizont (1mm) – bildet 40000 Merozoiten,
dabei zerfallen Erys – Reste des Hämoglobins werden frei; einige Meroz. diff. zu Gamonten, die
sich erst in Mücke weiterentwickeln können – wenige Minuten nach Aufnahme beginnt Bild. d.
Gameten – Befruchtung – Oocyste – in ihr entstehen Sporozoiten
Toxoplasma gondii: unspez. Wirt wird zu Zwischenwirt, in dem es zu ungeschl. Vermehr. + zu
Gewebezysten (v.a. Muskeln, Gelenke) kommt (Endwirt ausschließl. Katzen!); Infektion (beim
Menschen) durch Oocysten v. Katzen/rohes Schweinefleisch; gefährlich ist Infektion von
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Schwangeren im letzten Drittel der Schwangerschaft – Hydrocephalus, Verkalkungen im Gehirn;
Mütter, die sich schon davor infiziert haben weitgehend immun.
• Amöben: Entamoeba -- Amöbenruhr (Zerstör. der Darmschleimhaut)
5.5.2 Würmer
Rundwürmer: Spul/Madenwurm
Plattwürmer: Rest! Infektion über:
o Mund : Bandwürmer - z.B. Hundebandwurm (40 cm große Finne; in Indien bis 50% der
Hunde infiziert), Trichine (rohes Fleisch), Spulwurm (Allergie, Darmverschluss)
o akt. Einbohren: Schistosoma (Bilharzia) --> bestach. Eier führen zu Blutungen bes. im
Blasenbereich; Eier führen zu Vestopfung von Kapillaren – stecknadelkopfgr. Geschwüre
– Blasenkrebs in endem. Gebieten
o über Insekten: Nematoden; z.B.: Wuchereria bancrofti ---> im Lymphsystem --> verhind.
Lymphabfluß ==> Elephantiasis; Loa loa wandert subcutan (auch ins Auge);
5.5.3 Arthropoden
wicht. Überträger: = Vektoren, v.a. Stechmücken (Anopheles --Malaria, Aedes -- Gelbfieber
[Panamakanal 80% Tote], Culex --Wuchereria) und Fliegen ( Tsetse -- Trypanosoma);
• Läuse: Menschenlaus (Kopf-, Kleider-, Filzlaus); Juckreiz --Kratzen -- Infekt.gefahr; Übertrag. v.
Rickettsien (Fleckfieber, Mortal. 20-40% - in gemäßigtem Klima, 30-jähr. Krieg mehr Tote durch
Fieber, Napoleon 200000 Mann); beim Zerquetschen von Läusen können Spirochäten
Läuserückfallfieber auslösen (hohe Mortalität);
• Wanzen: Bettwanze - Entzünd. durch Kratzen (keine Vektoren);
• Flöhe: Eier in Fußbodenritzen; am Menschen: Schweine-, Hund-, Rattenfloh, Sandfloh:
Weibchen bohrt sich nach Begatt. in Haut ein -- erbsengroß -- Eier werden nach außen abgeg.;
Vektoren der Pest (Pasteurella pestis) -- Befall v. Lymphknoten -- eitern, brechen auf, Fieber,
Tod (im 14. Jht. 25% der Bevölker. gestorben); Vektoren für Rickettsien;
• Fliegen: manche haben Larven, die am Menschen parasit. können; Tumbufliege (Afrika): Larven
bohren sich in Haut -- Dasselbeulen; and. können durch Wechsel d. Nahr.quellen Krankheiten
übertragen, z.B. Gold-, Schmeiß-, Fleischfliegen (Viren, Amöben-, Bakterienruhr);
• Spinnen: nur Milben; Laufmilben (Vektoren v. Rickettsien --Tsutsugamushifieber -- kann tödlich
sein); Schildzecken z.B. Holzbock = Zecke -- Übertragung v. Viren + Bakt. (Enzephalitis,
Fleckfieber, Tularaemie -- fiebr. Erkrankung); Krätzmilbe --Weibchen bohren Gänge in
Epidermis, in denen Eier abgelegt werden;
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