0 Chemieprojekt 13. Klasse 2016 - alle Texte

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Lebensmittelchemie,
biochemische Aspekte
&
Chemie der Umwelt
Ein Projekt der 13. Klasse
Schulhalbjahr 2015/2016
Freie Waldorfschule Eckernförde
Vorwort
Tu deinem Leib etwas Gutes, damit deine Seele Lust hat,
darin zu wohnen.
Teresa von Avila
Von Kindesbein an erfahren wir tagtäglich im Kindergarten, in der Schule und vor allen Dingen in
der Familie, welche Nahrung für uns schmackhaft, bekömmlich und gesund ist. So werden wir
schon sehr früh an eine bestimmte Ernährung gewöhnt und oft darauf geprägt. Im Laufe der
Persönlichkeitsentwicklung tritt dann bei vielen Jugendlichen der Zeitpunkt auf, an dem die
eigene Ernährungs- und Lebensweise kritisch hinterfragt wird. Hierbei können ethische,
moralische oder gesundheitliche Gründe eine große Rolle spielen. Die Orientierung auf eine
angemessene Ernährungsform ist heutzutage nicht leicht. Eine unendliche Anzahl an
Empfehlungen und Tipps und viele halbwissentschaftliche Berichte und Erkenntnisse zu
Ernährungsfragen prasseln täglich auf uns ein. Die ernährungsphysiologischen Vorgänge in
unserem menschlichen Körper sind derartig komplex und lassen sich nicht unter einem Aspekt
zusammenfassen. So gibt es viele Faktoren, die man berücksichtigen muss, um sich gesund zu
ernähren. Daneben werden wir mit vielen Produkten konfrontiert, die eine Vielzahl an
Zusatzstoffen enthalten und oft unverträglich sind oder Allergien auslösen.
Unter all diesen Aspekten war es für die Schüler und Schülerinnen des Chemiekurses der 13.
Klasse sehr hilfreich und bereichernd, sich mit Themen der Lebensmittelchemie und Biochemie,
sowie physiologischen Vorgängen des menschlichen Körpers auseinanderzusetzen. Jede/r
Kursteilnehmer/in hat sich im letzten Schuljahr intensiv mit einem Thema beschäftigt und sich
dabei so tief in die Zusammenhänge eingearbeitet, dass sie als ausführliche Referate dem
gesamten Kurs vorgestellt werden konnten. Die anschließenden Fragen und Diskussionen
zeigten, wie aufmerksam die Themen reflektiert wurden. Viele Reaktionen deuten darauf hin,
dass die neuen Erkenntnisse zu einem Umdenken und Weiterdenken in die eigene Ernährungsbzw. Lebensweise führen.
Für mich als seit 5 Jahren die Klasse begleitender Biologie- und Chemielehrer ist es erfreulich zu
sehen, dass alle Beiträge sehr sorgsam erarbeitet wurden und jetzt in die abschließenden
Textausarbeitungen münden. Dadurch stehen die verschiedenen Abhandlungen auch kommenden
Klassen und der Schulgemeinschaft zur Verfügung.
Klaus Reich
Inhaltsverzeichnis
Thema 1 :
Konrad Appel
Östrogene ( Estrogene)
Thema 2 :
Ylva Appel
Wie wirkt sich unsere Ernährung auf unseren
Körper aus?
Thema 3 :
Antonia Beckmann
Ethanol – Unser Trinkalkohol
Thema 4 :
Elly Daus
Schimmelpilze
Thema 5 :
Rahel Delling
Pestizide im Alltag
Thema 6 :
Henning Hardell
Epigenetik
Thema 7 :
Lukas Hirsch
Histamin – Biochemische Betrachtung und
Histaminintoleranz / Histaminose
Thema 8 :
Jan-Ole Hoffmann
Ist Zucker ein Gift ?
Thema 9 :
Catharina Jansen
Das Gift in unser Nahrung – Auswirkungen
von Lebensmittelverpackungen
Thema 10 :
Mialena Kneschke
Schadstoffe in Kosmetika
Thema 11 :
Lasse Reifferscheidt
Die Zöliakie
Thema 12 :
Anna Bella Rohweder
Lebensmittelfarbstoffe
Thema 13 :
Carmen Romberger
Biokunststoffe
Thema 14 :
Johann Schmiedehausen
Pestizide – DDT, Glyphosat und Neonicotinoide
Thema 15 :
Leonie Schoeneich
Impfungen mit ihren Vor- und Nachteilen
Thema 16 :
Harka Jondalar Schüller
Wasser und unser Trinken
Thema 17 :
Matti Bjarki Thomsen
Acetylsalicylsäure in Aspirin
Thema 18 :
Helena Theres Wirz
Künstliche Proteine
Thema 1
Östrogene (Estrogene)
13a
Frei Waldorfschule Eckernförde
2015/2016
Konrad Apel
1
Thema 1
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung
3
2 Grundlagen zu Östrogen
3
2.1 Chemischer Aubau von Östrogenen
4
2.2 Die Oxidation von Testosteron (Biogenese)
6
2.3 Die wichtigsten Östrogene
8
2.4 Estradiol
8
2.5 Inaktivierung und Ausscheidung von Östrogenen
9
3 Die hormonellen Phasen im Leben einer Frau
10
3.1 Menstruationszyklus und Schwangerschaft
11
1. Phase
11
2. Phase
13
3. Phase
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4 Synthetische Östrogene und Antibabypille
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5 Auswirkungen von zu viel Östrogen auf Mensch und Natur
17
5.1 Woher stammen die Östrogene, welche unsere Natur belasten?
17
5.2 Folgen für Tier und Umwelt
19
5.3 Folgen für den Menschen
21
6 Fazit
22
Quellenverzeichnis
24
2
Thema 1
1 Einleitung
In meiner Hausarbeit habe ich mich mit dem Thema „Östrogen“ auseinandergesetzt.
Dabei bin ich auf die chemischen Eigenschaften von Östrogenen eingegangen und habe
mich zudem der medizinischen Bedeutung angenähert. Hierbei habe ich insbesondere
die Antibabypille betrachtet und deren Einfluss auf die Natur und den Menschen.
Dabei habe ich auch die Aufgaben der Östrogene in unserem Körper betrachtet. Dies
bedeutet in wie Fern beeinflusst dieses Hormon den Menschen.
Im zweiten Teil der Arbeit versuchte ich die Gefahren von Östrogenen zu verstehen.
Dabei habe ich die Einsatzgebiete von Östrogenen betrachtet und bin dabei auch auf
die Gefahren für den Menschen und die Natur eigegangen. Hierbei habe ich einzelne
Studien und Versuche aus den letzten Jahren als Grundlange genutzt.
2 Grundlagen zu Östrogen
Östrogen oder Estrogen ist ein Hormon, welches zu den Steroiden gehört. Es ist das
wichtigste weibliche Sexualhormon. Zudem ist es verantwortlich für die Fruchtbarkeit
einer Frau. Östrogen arbeitet natürlich nicht als einziges Hormon in einem Körper,
sondern arbeitet immer mit anderen Hormonen zusammen, wie z.B. mit dem Gestagen
Progesteron. Östrogene regeln z.B. den Menstruationszyklus (bei Affen und
Menschen).
Östrogene sind definiert durch einen aromatischen Ring und die ähnelnde phenolische
Hydroxygruppe. Auf diese Begriffe wird später noch ein wenig genauer eingegangen.
Die Östrogene teilen sich in drei Hauptgruppen auf. Es gibt einmal die natürlichen
Östrogene, die synthetischen (künstlichen) Östrogene und zu guter Letzt die
östrogenähnlichen Stoffe, welche chemisch einen ähnlichen Aufbau haben jedoch anders wirken. Alle Östrogene dieser verschiedenen Gruppen haben eine ähnliche Strukturformel und sind dadurch miteinander verwandt.
3
Thema 1
Östrogene können auf natürliche Weise in unserem Körper oder in anderen Organismen oder künstlich im Labor produziert werden. Diese künstlichen oder besser gesagt
synthetischen Östrogene werden hauptsächlich in der Medizin verwendet. Auf die
Frage, warum synthetische und nicht natürliche Östrogene in der Medizin verwendet
werden, wird in den folgenden Abschnitten noch deutlich.
Östrogene werden zum größten Teil in den Eierstöcken produziert. Zu einem kleinen
Teil werden sie auch in der Nebennierenrinde und bei der Schwangerschaft in der
Plazenta hergestellt. Östrogen wird jedoch nicht nur in weiblichen, sondern auch in
männlichen Organismen produziert. Dort wird Östrogen zu einem kleinen Teil in den
Hoden und teilweise auch durch die Umwandlung von Fettzellen mit Hilfe von Enzymen (Aromatase) produziert.
Nach diesem kurzen Einblick wird im folgenden Abschnitt der chemische Aufbau der
Östrogene behandelt.
2.1 Chemischer Aubau von Östrogenen
Alle Östrogene und Steroide haben die Grundstruktur eines Sterans. Ein Steran ist eine
Zusammensetzung aus drei sechsgliedrigen Ringen und einem fünfgliedrigen Ring.
Diese Ringe werden mit A, B, C, und D bezeichnet (siehe Abb. 1). Die Sterane haben
drei Gonan-Derivate (Moleküle, welche aus anderen entstanden sind und zwischen
Ring B und C, sowie C und D eine TransVerbindung haben. Dies bedeutet, dass sich
die Wasserstoffatome der einzelnen Verbindungen gegenüberliegen). Estran (bestehend aus 18 Kohlenstoffatomen (C18)),
welches zu der Stoffgruppe der Östrogene gehört, bildet den ersten Derivat,
Androstan (C19), welches zu der Stoffgruppe der Androgene gehört den
zweiten und das Pregnan (C21), welches zu der Stoffgruppe der Gestagene
Abb. 1
4
Thema 1
gehört den dritten. Östrogene bestehen also aus 18 Kohlenstoffatomen. Soweit erst
einmal zu dem Grundaufbau von einem Östrogen.
Wie bereits erwähnt, definiert eine phenolische Hydroxygruppe und ein aromatischer
Ring ein Östrogen. Der aromatische Ring ist der A-Ring, welcher bei der Biogenese
(Veränderung eines bestehenden Moleküls) durch die Abgabe eines Kohlenstoffatoms
aromatisiert wird. Auf dieses Phänomen der Biogenese wird im nächsten Kapitel Oxidation von Testosteron (Biogenese) eingegangen.
Zudem befindet sich an Ring A, genauer an dem 3. Kohlenstoffatom (C3), die phenolische Hydroxygruppe. Diese phenolische Hydroxygruppe hat jedoch nur einen phenolischen Charakter, da sich an dem aromatischen A-Ring noch ein weiterer Rest befindet.
Zu den wichtigsten Östrogenen gehört das Estron (E1, mit einer Hydroxygruppe, siehe
Abb. 2), das 17�-Estradiol (E2, mit zwei Hydroxygruppen, siehe Abb. 3) und das Estriol-3,16�, 17� (E3, mit drei Hydroxygruppen, siehe Abb. 4). Alle diese Östrogene
wirken im Organismus einer Frau zusammen. Östrogene entstehen bei der Biogenese,
bei der aus Testosteron ein Östrogen oxidiert wird. Im nächsten Abschnitt wird genau
dieser Prozess erklärt.
Estron
Estradiol
Abb. 3
Abb. 2
Estriol
Abb. 4
5
Thema 1
2.2 Die Oxidation von Testosteron (Biogenese)
Östrogene sind oxidierte Testosterone oder durch Enzyme (Aromatase) veränderte
Cholesterine. Bei einer Oxidation von einem Testosteron wird das 19. Kohlenstoffatom
abgespalten und der A-Ring aromatisiert. Testosteron (siehe Abb. 5) besteht nicht, wie
Testosteron
Abb. 5
Östrogen aus 18 Kohlenstoffatomen, sondern aus 19. Die Strukturformel sieht
zunächst dem Östrogen sehr ähnlich, jedoch bemerkt man kleine Unterschiede. Damit
aus dem Testosteron ein Östrogen werden kann muss also ein Kohlenstoffatom
abgegeben werden. Testosteron oxidiert am 19. C-Atom (19).
Als erstes wird die Methyl-Gruppe (CH3, C-19) hydroxyliert. Eine Hydroxylierung ist
eine chemische Reaktion bei der eine oder mehrere Hydroxygruppen (-OH) an ein
Molekül oder Atom gebunden werden. Danach wird diese Gruppe durch eine Dehydrierung zu einem Aldehyd. Eine Dehydrierung bedeutet, dass Wasserstoffatome
abgegeben werden. Ein Aldehyd enthält
die funktionelle Aldehydgruppe oder
auch Formylgruppe genannt (-CHO).
Nachdem dieses geschehen ist, kann
diese Gruppe (Formaldehyd) abgespalten
werden und der A-Ring wird aromaAbb. 6
6
Thema 1
tisiert.
Dies bedeutet, dass als erstes der
Methyl-Gruppe ein Sauerstoffatom (O)
hinzugefügt wird (Hydroxylierung,
siehe Abb. 6). Danach werden zwei
Abb. 7
Wasserstoffatome der Methyl-Gruppe
entfernt (Dehydrierung) und es entsteht ein Aldehyd (siehe Abb. 7). Ein
Wasserstoffatom reißt die Doppelbindung am dritten C-Atom auf und
lässt so eine Hydroxygruppe entstehen
(siehe Abb. 8). Danach bindet sich das
Abb.8
zweite freie Wasserstoffatom bei der
Abspaltung an das Aldehyd und macht
es zu einem Formaldehyd (siehe Abb.
9). Der freie Bindungsarm des C-10
Atoms klappt nach innen genauso wie
der des C-3 Atoms. Nun wurde der AAbb. 9
Ring aromatisiert und die Hydroxygruppe an C-3 bekommt einen phenolischen Charakter.
Erst jetzt ist aus
Testosteron das 17�-Estradiol entstanden (siehe Abb. 10). Durch ähnliche Vorgänge entsteht auch das Estron
oder Estriol entstehen. Diese drei verAbb. 10
schiedenen Östrogene sind natürlich
und werden bei Frauen und zu einem kleinen Teil auch bei Männern produziert.
Diese Umwandlung müsste nicht unbedingt durch eine Oxidation entstehen, sondern
könnte auch durch das Enzym Aromatase (CYP19A1) geschehen, welches für das
7
Thema 1
Katalysieren (Dinge, in diesem Fall Moleküle, in eine bestimmte Richtung lenken) von
Testosteron in Estradiol und von Androstendion in Estron bei Wirbeltieren verantwortlich ist.
2.3 Die wichtigsten Östrogene
Zu den wichtigsten Östrogenen gehört das Estron, Estradiol und das Estriol. Estron ist
ein Östrogen mit einer schwachen Östrogenen Wirkung. Estradiol ist hingegen ein
sehr stark wirkendes Östrogen, welches deswegen auch häufig als das eigentliche
Östrogen bezeichnet wird. Das Estriol hat wiederum eine sehr schwache Östrogene
Wirkung. Alle diese Östrogene sind für die Frau und zum Teil auch für den Mann von
Bedeutung, jedoch hat das Estradiol einen höheren Stellenwert für die Frau, weshalb
die physiologischen Wirkungen (Wirkung eines Stoffen in einem Organismus) dieses
Östrogens noch einmal genauer betrachtet wird.
Estron, Estriol und 2-Hydroxyestron sind die drei wichtigsten Stoffwechselprodukte
von Estradiol.
2.4 Estradiol
Estradiol ist im Groben erst einmal für den normalen Ablauf der Genitalzyklen verantwortlich, zum einen für den Menstruationszyklus (Mensch und Affe) und zum anderen
für den Brunftzyklus (Bestimmt die Paarungszeit, Läufigkeit…) bei Wirbeltieren verantwortlich. Zudem ist es für die Proliferation (Zellenwachstum) der Uterusschleimhaut, die Entwicklung der Brustdrüsen und die Entwicklung der Genitalien verantwortlich. Es ist nicht nur für das Wachstum dieser Dinge verantwortlich, sondern
auch für die Fruchtbarkeit einer Frau, da durch einen Rückkopplungseffekt die Gonadotropin-Ausschüttung der Hypophyse reguliert. Gonadotropin ist ein Sexualhormon, welches die Samenproduktion beim Mann und die Fruchtbarkeit bei der Frau
regelt (FSH Follikelstimulierendes Hormon, LH Luteinisierendes Hormon). Die Hy-
8
Thema 1
pophyse ist eine der wichtigsten Hormondrüsen. Sie leistet einen großen Beitrag zu der
Regulation des Hormonhaushaltes.
Das Estradiol wirkt hier mit dem Gestagen Progesteron und anderen Hypophysenhormonen im Zyklus zusammen. Im Allgemeinen ist es für die Vermehrung von Fettdepots in der Unterhaut und Verminderung von Blutlipiden (Blutfette) verantwortlich.
Zu viele Blutlipide können sich an den Arterienwänden absetzen und diese so verengen, im schlimmsten Fall ein Schlaganfall oder ein Herzinfarkt droht.
Im nächsten Kapitel wird die Inaktivierung der Östrogene in der Leber betrachtet.
Dieses Kapitel ist besonders wichtig für die Folgenden Kapitel „Auswirkungen von zu
viel Östrogen auf Mensch und Natur“ und „Synthetische Östrogene und
Antibabypille“.
2.5 Inaktivierung und Ausscheidung von Östrogenen
Östrogene müssen nach der Produktion auch wieder ausgeschieden werden. Dafür
werden sie in der Leber inaktiviert. Dies bedeutet das ihnen die Ursprüngliche
Wirkung genommen wird. Estradiol wird in Estron, Estriol und 2-Hydroxyestron verstoffwechselt. Diese Metabolite werden in der Leber an Glucuronsäure und Schwefelsäuren gebunden und als Glucuronide und Sulfate über den Harn, also übers Urin,
ausgeschieden. Da natürliche Östrogene durch die Leber sehr schnell metabolisiert
(Wirkung neutralisieren) werden und sich erst bei einer hohen Dosierung eine
Wirkung feststellen lässt, wird in der Medizin und vor allem in der Antibabypille hautsächlich auf synthetische Östrogene zurückgegriffen. Diese werden trotz der oralen
Einnahmen nur sehr schwer metabolisiert und zeigen so eine höhere Wirkung.
Bevor nun auf die synthetischen Östrogene und speziell auf die Antibabypille eingegangen werden kann, wird im nächsten Kapitel zunächst die Wirkung von Östrogenen
in dem Zyklus einer Frau betrachten. Dafür müssen erst einmal die hormonellen
Phasen einer Frau brachtet werden, damit man danach die Wirkung der Antibabypille
verstehen kann.
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Thema 1
3 Die hormonellen Phasen im Leben einer Frau
In diesem Kapitel geht es darum wann und wo diese Östrogene Im Organismus einer
Frau produziert werden.
Bei der Frau beginnt bereits mit der Geburt die erste hormonelle Phase. Zunächst
wächst der Körper der Frau nahezu gleich wie der des Mannes, jedoch mit bereits angelegten noch unreifen Geschlechtsorganen. Mit dem 8. Lebensjahr beginnt das Ovar
mit der Produktion von Östrogenen und die weiblichen Körperformen beginnen sich zu
differenzieren. Dieser Abschnitt wird als Kindheit bezeichnet.
Danach kommt die Frau oder eher gesagt das Kind mit ca. 10 Jahren in die Pubertät.
Während der ungefähr sechs Jahre andauernden Pubertät kommt es zu der Menarche
(erste Regelblutung der Frau) zwischen dem 12. und 14. Lebensjahr. Mit der Menarche
beginnt der Menstruationszyklus sich nahezu rhythmisch bis zur Menopause in Perioden zu wiederholen. Der Zyklus kann jedoch durch Krankheit oder eine Schwangerschaft unterbrochen werden oder ausbleiben. Gleichzeitig werden in diesen Jahren die
Brüste (Thelarche), die Schambehaarung (Pubarche) ausgebildet und die regelmäßige
Eireifung setzt ein.
Nach der Pubertät, also ca. mit dem 16. Lebensjahr beginnt die Geschlechtsreife der
Frau. Diese wird durch die fertige Ausbildung der Eierstockfunktionen definiert. Die
Geschlechtsreife hält bis zur 2. Hälfte des 5. Lebensjahrzehnts an, also bis ungefähr
zum 45. Lebensjahr.
In den darauffolgenden 5 Jahre kommt es zum Aussetzen der Eireifung im Ovar und
somit zur Impotenz des Eierstocks. Diese Jahre gehören zum Klimakterium, welches
jedoch erst mit ca. 55 Jahren abgeschlossen ist. Der Abbau der Eierstöcke, ausgelöst
durch eine Veränderung im Hormonhaushalt, führt zwischen dem 48. und 52. Lebensjahr zur Menopause, also zur letzten Menstruation einer Frau. Diese Menstruation
beendet die Geschlechtsreife der Frau. Nach dieser Zeit kommt es zur völligen Erlösung der Eierstöcke. Diese kann Monate oder auch Jahre umfassen. Während dieser
10
Thema 1
Zeit kann es zu Hitzewallungen, Schweißausbrüchen, Herzsensationen, Schlafstörungen und auch zu Leistungsabfall kommen. Dieser Leistungsabfall ist auf den
zunehmenden Östrogenmangel zurückzuführen. Damit diese Übergangsjahre den
Frauen leichter fallen und die Schmerzen gelindert werden, setzt man in der Medizin
verschiedene Hormonersatztherapien an, wenn diese benötigt werden. Häufig wird ein
Östrogenmangel durch künstliche Zuführung von Östrogenpräparaten behoben.
Die letzte Phase bezeichnet man als die unfruchtbare Phase oder als Senium, sie besteht ab ca. dem 55. Lebensjahr bis zum Tode fort.
Alle einzelnen Phasen können natürlich auch etwas früher oder später auftreten. Zu
große Abweichungen können z.B. durch äußere Einflüsse, wie zu östrogenhaltige
Nahrung oder durch Krankheit verursacht werden.
3.1 Menstruationszyklus und Schwangerschaft
In diesem Kapitel geht es um den genauen Ablauf des Menstruationszyklus’. Der Menstruationszyklus ist, wie der Name schon sagt ein zyklischer Vorgang, welcher hormonell gesteuert wird. Hierbei kommt es zur Reifung von Follikeln im Ovar (Eierstock), wobei eines als Ei auf den Weg in die Gebärmutter geschickt wird und nach
einer Nichtbefruchtung mit der Regelblutung, also der eigentlichen Menstruation,
wieder ausgeschieden wird. Dieser Vorgang dauert ca. einen Monat (26-32 Tage) und
lässt sich in 3 Phasen einteilen.
1. Phase
Die erste Phase oder Follikelphase beginnt direkt nach der letzten Menstruation
(Regelblutung). Diese Phase dauert ca. 14 Tage und endet mit der Ovulation (Eisprung).
Zunächst wird der Vorgang aus dem Sexualzentrum, also dem Hypothalamus gesteuert. Der Hypothalamus ist das wichtigste Steuerzentrum des vegetativen Nervensystems. Er regelt mehrere homöostatische Regelkreise und ist im Zwischenhirn angesiedelt. Er steuert die Temperatur, den Blutdruck und die Osmolarität. Zudem ist er für
11
Thema 1
die Regulation von der Nahrungs- und Wasseraufnahme, Circadiane Rhythmik, den
Schlaf und zu guter letzt für das Sexual- und Fortpflanzungsverhalten zuständig.
Der Hypothalamus gibt nun der Hypophyse den Auftrag über Releasing Faktoren Follitropin (FSH, follikelstimmulierendes Hormon) zu produzieren. Releasing Hormone
sind Hormone, welche der Hypophyse beauftragen Hormone zu produzieren, in diesem
Fall durch GnRH (Gonadotropen-Releasing-Hormon). Dieses FSH wirkt auf das Ovar
und führt zur Reifung von Follikeln (5-15 Stück). Unter diesen Follikeln befinden sich
auch Ovarialfollikel mit der Eizelle (Oozyte). Diese wächst nun durch das FSH langsam
an bis zum sogenannten Graafschen Follikel (sprungreifes Ei) und wird 14 Tage vor der
nächsten Periode in den Eileiter entlassen.
Die Hypophyse ist eine Hormondrüse, welche auch im Zwischenhirn liegt. Sie ist zudem ein Teil des Hypothalamus. Sie ist für das Wachstum, den Stoffwechsel und die
Fortpflanzung verantwortlich.
Das FSH ist nicht nur für die Follikelreifung, sondern auch für die Heilung der letzten
Menstruation und den Aufbau der neuen Gebärmutterschleimhaut zuständig. Die
Schleimhaut wird jedoch hauptsächlich durch das Estradiol in der Proliferationsphase
aufgebaut, welche mit der Ovulation fertiggestellt ist. Zudem wirkt das Estradiol auf
die Hypophyse zurück und hemmt die Follitropin-Produktion.
Nach wenigen Tagen der FSH-Produktion kommt es zu einem starken Anstieg des
Lutropin (LH, luteinisierendes Hormon), welches auch aus der Hypophyse veranlasst
wird. Dieser starke Anstieg ist ca. nach dem 13. Tag der letzten Periode zu datieren.
Bereits ein bis zwei Tage später kommt es zur Ovulation. Dieser ist bei einem 28 tägigen Zyklus ungefähr in der Mitte zu finden. Das LH stimuliert zudem die einzelnen
Progesteron-Produktionen und ist für die Ausbildung des Corpus Luteum (Gelbkörper)
verantwortlich.
FSH und LH gehören zu den gladotropen Hormonen, welche sich in zwei Gruppen einteilen lassen, in die auf Keimdrüsen (Gonaden) wirkende und nicht darauf wirkenden
Hormone.
Nach der Ovulation kommt es zur zweiten Phase.
12
Thema 1
2. Phase
Die zweite Phase, auch Gelbkörperphase (Lutealphase) genannt, setzt mit der Ovulation ein. Diese ist auf 14 Tage beschränkt, da der Gelbkörper nur eine Lebensdauer
dieser Zeit besitzt. Der Gelbkörper ist der Follikel, welcher die fertige Eizelle entlassen
hat. Dieser Follikel beginnt, nach der Entlassung der Eizelle, kleine Mengen Östrogen
und kurz darauf größere Mengen Progesteron (Gelbköperhormon) zu produzieren.
Progesteron ist ein Gestagen und veranlasst die Einlagerung von Nährstoffen in der
Gebärmutterschleimhaut für eine mögliche Schwangerschaft. Diese Nährstoffe sind für
eine Ansiedlung der befruchteten Eizelle notwendig.
Die luteinisierende Wirkung des Lutropins bringt die Progesteron- Produktion in Gang.
Das Progesteron wandelt die Uterusschleimhaut in den prägraviden Zustand um und
bereitet die Einbettung der Eizelle vor (Sekretionsphase). Solange die ProgesteronProduktion anhält bleibt dieser Zustand erhalten. Ist die Eizelle nicht befruchtet worden bildet sich der Corpus luteum durch den Abfall der LH-Produktion der Hypophyse
zurück. Durch den folgende Progesteron- und Estradiol-Abfall kann die Schleimhaut
nicht gehalten werden und es kommt zur dritten Phase. Der alte Corpus luteum setzt
sich in der Haut des Ovars ab und hinterlässt so eine narbige Schicht.
3. Phase
Die dritte Phase ist die eigentliche Menstruation. Diese kann nur eintreten, wenn keine
Eizelle befruchtet wurde. Aus diesem Grund kann die dritte Phase auch in zwei Varianten eigeteilt werden, einmal die Menstruation und die Schwangerschaft.
Im ersten Fall kommt es kurz nach Beginn des Abbaus der Schleimhaut zur Regelblutung und somit zur Abstoßung der Schleimhaut.
Durch den Abfall des Estradiols wird im hypothalamo-hypophären System eine Gegenreaktion eingeleitet, bei der die FSH-Produktion angeregt wird und der Zyklus von
vorne beginnen kann.
Die Menstruation ist also der Startschuss für die Wiederholung des Zyklus’.
13
Thema 1
Bei einer Befruchtung der Eizelle bleibt die Menstruation aus. Hier würde sich der
Corpus luteum in den Corpus luteum graviditatis umwandeln und die ProgesteronProduktion würde sich erhöhen. Diese Produktion würde später von der Plazenta
übernommen werden.
Im folgenden Kapitel wird es
wieder um die synthetischen
Östrogene gehen. Diese werden
anhand der Antibabypille erläutert.
Folikelkreislauf
Abb. 12
Abb. 11
4 Synthetische Östrogene und Antibabypille
Zu den synthetischen Östrogenen gehört zum Beispiel das Ethinylestradiol. Dieses ist
das synthetisch hergestellte und leicht veränderte Estradiol, welches somit eine
stärkere östrogene Wirkung aufweist als das Estradiol. Dies passiert durch die
Ethinylierung (siehe Abb. 13) der Carbonylgruppe von Estron an
C-17. Das
Ethinylestradiol ist damit eines der Hauptbestandteile der Antibabypille. Synthetische
Abb. 13
14
Thema 1
Östrogene werden gegenüber natürlichen Östrogenen in der Antibabypille verwendet
aus einem ganz einfachen Grund, da sie in der Leber nicht so leicht metabolisiert werden. Dies kommt durch die hinzugefügte Ethinylgruppe (Dreifachbindung, siehe Abb.
13) zustande. Natürliche Östrogene werden im
Ovar des Körper und im Gelbkörper selbst produziert und werden dann vor der Ausscheidung
Abb. 14
metabolisiert.
Für die künstliche Zunahme von Östrogenen und anderer Stoffe gibt es genau drei
Möglichkeiten, entweder führt man diese über eine Spritze (parenteral) oder über die
Absorption der Haut in Form von Cremes oder aber in Form von Tabletten (oral) dem
Körper zu. Die orale Einnahme bietet sich als die einfachste und unkomplizierteste für
die Empfängnisverhütung an. Für andere medizinische Behandlungen bieten sich die
anderen Zuführungsmöglichkeiten oftmals eher an.
Zu den synthetischen Östrogenen gehören auch andere Östrogenpräparate, welche für
verschiedenste medizinische Behandlungen notwendig sind. Östrogenpräparate sind
nicht nur Präparate aus Ethinylestradiol, sondern bestehen häufig aus einem Mix aus
anderen synthetisch hergestellten Östrogenen. Zudem bestehen diese Präparate oftmals nicht nur aus synthetischen Östrogenen, sonder auch aus anderen Stoffen, wie
z.B. einem Gestagen. Im den folgenden Abschnitten wird nicht auf alle diese Östrogene
eingegangen, sondern hauptsächlich das Ethinylestradiol betrachten.
Östrogene werden z.B. gegen Menstruationsstörungen, Akne oder starke Körperbehaarung (Hypertrichose) verschrieben.
Ethinestradiol hat die größte Bedeutung in der Medizin, da es genauso wie das Estradiol die stärkste östrogene Wirkung beinhaltet.
Bevor es nun um die Antibabypille (Kontrazeptiva) geht, muss vorweg kurz erwähnt
werden, dass die Antibabypille das am meist verwendeteste Verhütungsmittel in
Deutschland ist.
Es gibt zwei verschiedene Arten von hormonellen Verhütungsmitteln, einmal die
Minipille, welche nur Gestagen enthält und auf Östrogene verzichtet und andrerseits
15
Thema 1
die Mikropille, welche eine Kombination aus Gestagenen und Östrogenen ist.
Beide teilen sich wiederum in drei
verschiedene Möglichkeiten auf. Es
gibt hier die
Einphasenpille,
welche einen gleichbleibenden
Hormongehalt
in
allen
einzunehmenden Tabletten hat, die
Abb. 15
Zwei- phasenpille, welche zunächst in der ersten
Phase eine niedrige Dosierung von Gestagenen
und Östrogenen beinhaltet und in der zweiten
Phase die Dosierung erhöht und zu guter letzt gibt
es die Dreiphasenpille, welche zunächst in den ersten
Abb. 16
beiden Phasen der Zweiphasenpille ähnelt, jedoch in der dritten Phase die
Östrogendosierung reduziert und die
Gestagendosierung erhöht.
Die Minipille verhindert nicht den Eisprung, sondern baut nur die Gebärmutterschleim- haut, d.h. den Zervixschleim auf,
welcher das eindringen von Spermien in
Abb. 17
die Gebärmutter verhindert.
16
Thema 1
Die Mikropille baut nicht nur durch das Gestagen den Zervixschleim auf, sondern verhindert zudem durch das Östrogen die Follikelreifung und somit auch die Ovulation.
Dadurch dass diese Pille einen „Doppelschutz“ besitzt, ist sie auch etwas sicherer und
lässt zudem größere Abweichungen im Einnahmerhythmus der Tabletten zu.
Nach einer Absetzung kommt es bei beiden Tablettenarten zu einer Entzugsblutung,
welche jedoch kleiner Ausfällt als die normale Menstruation. Aus diesem Grund wird
die Pille auch gegen zu starke Regelblutungen verschrieben.
Die drei Bilder (Abb. 15,Abb. 16 und Abb. 17) zeigen eine Auswertung der von der
Technikerkrankenkasse bezahlten Antibabypille von Frauen bis zum 20. Lebensjahr.
Die Daten enden mit dem 20. Lebensjahr, da die Kosten der Pille nur bis zu diesem
Lebensjahr von der Krankenkasse übernommen werden. Diese Studie ist relativ aussagekräftig, da die Krankenkasse in ganz Deutschland aktiv ist und sehr viele Kunden
hat. Wie man an den Zahlen sehr schön erkennen kann verwenden sehr viele Mädchen
die Pille. Zudem bemerkt man, dass der Anteil der Nutzerinnen mit zunehmendem Alter wächst.
5 Auswirkungen von zu viel Östrogen auf Mensch und
Natur
Um der Frage nachgehen zu können, was für Auswirkungen Östrogene auf Mensch und
Natur haben, müssen wir zunächst erst einmal klären, wie natürliche Östrogene, synthetische Östrogene oder östrogenähnliche Stoffe in die Umwelt gelangen.
5.1 Woher stammen die Östrogene, welche unsere Natur belasten?
Zum einen werden Östrogene über den Menschen ausgeschieden und sammeln sich
dann in den Klärwerken an. Zu diesen Östrogenen gehören nicht nur die synthetischen
z.B. aus der Antibabypille, sondern auch die natürlichen Östrogene. Eine Frau scheidet
im Durchschnitt zwischen 3-8 µg (µg=Mikrogramm) Estradiol (E2) pro Tag aus.
Während der Schwangerschaft sind es sogar 170-360 µg E2 pro Tag. Zu diesen natür17
Thema 1
lichen Östrogenen kommt nun noch die Exkretion der synthetischen Östrogene hinzu.
Das Ethinylestradiol (EE2) wird z.B. pro Tag in der Menge zwischen 0,8 und 2,6 µg
ausgeschieden. Von den Kläranlagen aus gelangt es dann nahezu ungefiltert in Flüsse,
Meere, Seen… In den Kläranlagen werden zwar 90% des E2 und 68% des EE2 durchschnittlich abgebaut, jedoch bleibt ein Teil der Östrogene aktiv. Zudem hängt die Inaktivierung der Östrogene von der technischen Ausgestaltung der Kläranlage ab. Östrogene werden als aktiv bezeichnet, wenn sie die Gesundheit von Organismen bzw. Populationen beeinflussen können. Hormonaktive Stoffe werden auch als endokrine Disruptoren bezeichnet.
An den Zahlen kann man bereits erkennen, dass das Ethinylestradiol zwar deutlich
weniger ausgeschieden wird als die natürlichen Östrogene, jedoch wird es auch deutlich schlechter inaktiviert. Diese Hartnäckigkeit ist auf die zusätzliche Ethinylgruppe
an C17 zurückzuführen. Die Halbwertszeit eines natürlichen Östrogens in Gewässern
liegt bei ca. 2 Tagen und bei dem synthetischen Ethinylestradiol bei 17 Tagen. Die
Konzentration von Östrogenen in einem Gewässer hängt immer davon ab, wie stark es
verdünnt wird. Aus diesem Grund gibt es keinen Durchschnittswert von östrogener Belastung in Gewässern, jedoch kann man sagen, dass in niederschlagsarmen Monaten
die Flüsse und Seen eine höhere Konzentration von Östrogenen pro Liter aufweisen als
in niederschlagsreichen Monaten. Zudem ist die Umwelt in unmittelbarer Nähe der
Abwasserrohre und in dicht besiedelten Gebieten am stärksten betroffen.
Nicht nur über Kläranlagen, sondern auch über den östrogenähnlichen Stoff Bisphenol
A, welcher in nahezu allen Plastikarten vorhanden ist, gelangt „Östrogen“ in die
Umwelt. Bisphenol A ist nur einer von vielen Stoffen, welcher unsere Umwelt und uns
selbst mit Stoffen belastet, welche östrogenähnlich wirken. Wir selbst kommen in Kontakt mit diesen Stoffen über unsere Plastiktrinkflaschen, über alle in Plastik verpackten
Lebensmittel, über Zahnpasta und viele andere Dinge (siehe auch in der Arbeit Bioplastik von Carmen Romberger). Zudem gelangen jedes Jahr Millionen Tonnen von
Plastik in die Meere, welche von kleinen wie großen Meeresbewohnern gefressen wer-
18
Thema 1
den und schließlich über die Nahrungskette wieder im Organismus des Menschen landen.
Weiterer „Östrogenlieferanten“ sind die Pestizide, welche auf die Pflanzen gespritzt
werden, dann in den Boden sickern, im Grundwasser oder nahegelegenen Seen landen
oder über die Aufnahme der bespritzen Pflanzen wieder den Menschen beslasten (siehe
auch Pestizide von Johann Schmiederhausen und Rahel Delling).
Zu guter Letzt kommen natürliche Östrogene auch über Tiere und Pflanzen in die
Natur. Zierpflanzen produzieren z.B. das Phytoöstrogen (bzw. Phytoestrogen). Diese
Stoffe sind zwar keine Östrogene im herkömmlichen Sinne, jedoch können sie sich
durch die chemische Ähnlichkeit mit Estrogenrezeptoren verbinden und so eine östrogene bzw. antiöstrogene Wirkung entfalten.
5.2 Folgen für Tier und Umwelt
Hormone gehören mit zu den am stärksten wirkenden Stoffen in der Natur. Selbst verschwindend geringe Mengen an Östrogen können biologisch aktiv wirken. Zudem
summieren sich verschiedene Östrogene in ihrer Wirkung auf, d.h., dass Gewässer oder
andere Gebiete, welche mit verschiedenen Östrogenen oder ähnlich wirkenden Stoffen
verseucht sind, noch stärker auf die Umwelt wirken. Aus diesem Grund sind Östrogene
für die Umwelt, die Tiere und den Menschen so gefährlich.
Wie bereits erwähnt sind Östrogene für die Entwicklung des weiblichen Geschlechts,
deren Funktion und Zyklen, die Fruchtbarkeit und für die Rhythmen der Paarungszeit
zuständig.
Genau an diesen Punkten setzen nun die Folgen der östrogenen Überbelastung ein.
Um Folgen nachweisen zu können, haben die Wissenschaftler Max Lambert und sein
Team von der Yale Universität Froschpopulationen in natürlichen Tümpeln, mit Tümpeln in agrarwirtschaftlich geprägten Regionen und Stadtteichen verglichen. Hierbei
hat man die Spezies Rana clamitans, den sogenannten „Schreifrosch“, untersucht. Eine
Population dieser Spezies besteht normalerweise zu 63% aus männlichen und zu 37%
19
Thema 1
aus weiblichen Tieren. Das Verhältnis der Geschlechterverteilung in den belasteten
Tümpeln war jedoch gekippt. Hier waren die Weibchen zu mehr als 50% vertreten.
Die Frösche waren durch die Östrogene „feminisiert“ worden. Zudem ist die Potenz
der männlichen Frösche und die Bereitschaft der Weibchen zur Paarung gesunken.
Dieses Phänomen führte zu einem Rückgang der Population.
Endokrine Disruptoren sind und waren für Fortpflanzungsstörungen von Fischpopulationen weltweit der Auslöser. Die Östrogene eines Fisches sind mit denen des Menschen chemisch identisch.
Bei Fischen, welche sich nahe an Kläranlagen oder in verseuchten Seen aufhielten, fand
man heraus, dass selbst bei männlichen Fischen das weibliche Eidotterprotein Vitellogenin, welches normalerweise nur bei weiblichen Fischen während der Reproduktionsphase gebildet wird, zu finden war. Diese Veränderung ging sogar so weit, dass
sich sogenannte „Intersex“-Gonaden in eigentlich getrenntgeschlechtlichen Fischpopulationen gebildet hatten. „Intersex“-Gonaden sind Gonaden, welche weibliche sowie
männliche Geschlechtszellen enthalten. Die Populationen zeigten zudem eine ähnliche
Entwicklung wie bei den Fröschen. Die Weibchen waren nicht mehr so
„paarungswillig“ und die Männchen waren nicht mehr so potent bis hin zur Impotenz.
Diese Umweltöstrogene können beim Fisch genauso wie bei anderen Tieren auf den
Hypothalamus, die Hypophyse, das Ovar oder die Leber wirken. Dort können sie eine
Reaktion auslösen, welche z.B. beim Fisch die Vitellogeninproduktion antreibt. Dies
führt wiederum dazu, dass es zu einem Rückkopplungsmechanismus kommt, welcher
auf das Ovar wirkt. Hierbei sei nochmal erinnert an die komplexe hormonelle Regulation des Menstruationszyklus’.
Auslöser für solche Veränderungen sind oftmals nicht nur tägliche Verschmutzungen
unserer Umwelt, sondern häufig auch Chemieunfälle. Als Beispiel kann man hier die
Population der Alligatoren im Apopka-See in Florida nehmen. Hier hatte sich die Population der Alligatoren stark verkleinert, es kam gehäuft zu Fehlbildungen der
Geschlechtsorgane und der Testosterongehalt war extrem niedrig, nachdem Pestizide
20
Thema 1
wie DDT (Dichlordiphenyltrichlorethan) und Diclofol bei einem Chemieunfall in das
Gewässer gelangt waren. Beide genannten Pestizide haben eine hormonelle Wirkung,
weshalb sie die Alligatoren „feminisiert“ haben.
Die Liste der Beispiele könnte nun problemlos weitergeführt werden, jedoch ist bereits
anhand dieser Bespiele klar, dass zu viele Östrogene oder Stoffe, welche eine östrogene
Wirkung entfalten können, in der Natur ein großes Problem darstellen und zu erheblichen Folgen führen können.
5.3 Folgen für den Menschen
Der Mensch ist vielen Umweltbelastungen ausgesetzt und eine große könnte in der
Zukunft das Östrogen darstellen. Die endokrinen Disruptoren wirken auf unseren Körper ähnlich wie beim Fisch. Diese Umweltöstrogene können z.B. auf den Hypothalamus, die Hypophyse oder das Ovar wirken.
Diese Wirkungen würden der Antibabypille ähneln. Dies bedeutet, wenn zu viele
Östrogene auf eine erwachsene Frau wirken, dann könnte der Eisprung aussetzten, da
der Körper denken würde, dass er schwanger wäre. Zudem könnte es zu unregelmäßigen Zyklen kommen. Nicht nur Zyklusunregelmäßigkeiten, sondern auch ein erhöhtes
Brustkrebsrisiko oder äußerliche Körperveränderungen könnten die Folge sein.
Da die Östrogene, sowie Testosterone eine wichtige bzw. die wichtigste Rolle in der
Kindheit und Pubertät spielen, würden sich auch dort Folgen zeigen. Das Östrogen ist
für die Entwicklung des weiblichen Geschlechts und der weiblichen Körperformen verantwortlich. Eine zu Große Menge an Östrogen könnte die Kindheit verkürzen, so dass
die Frau früher geschlechtsreif wäre und deutlich früher die Menarche bekäme. Der
Körper der Frau könnte durch diese unnatürlichen Beschleunigungen Schäden davontragen, da er nicht so viel Zeit zur Entwicklung bekäme, wie wenn er auf natürliche
Weise gewachsen wäre.
Nicht nur bei der Frau könnte es zu starken Folgewirkungen kommen, sondern auch
beim Mann. Das Geschlechtsorgan des Mannes könnte sich durch zu viele Östrogene in
der Kindheit nicht richtig entwickeln und dadurch verkümmern. Dies bedeutet, dass
21
Thema 1
der Mann nicht mehr so potent wäre und Probleme bei der Fortpflanzung bekommen
könnte. Die Verkümmerung des Geschlechtsorgans bis hin zu Geschlechtsumwandlungen sind bei den Fischen bekannt. Daher ist für den Menschen eine erhöhte Vorsicht
im Umgang mit endokrinen Disruptoren gefragt.
Beim Mann könnte es zudem dazu führen, dass die Spermienzahl, sowie deren Qualität
stark abnimmt, welches bis zu einer Impotenz führen könnte.
Bis jetzt ist nur bekannt, dass die Spermienzahl und deren Qualität bei den Männern in
den Industrieländern abgenommen hat. Ob die endokrinen Disruptoren dafür verantwortlich sind ist noch nicht bewiesen, jedoch kann man davon ausgehen, dass wenn
diese Disruptoren bei Fischen zu den genannten Veränderungen führen können, dass
diese beim Menschen eine ähnliche Veränderung bewirken können. Auch wenn bis
jetzt noch keine Nachweise von Folgen auf den Menschen durch endokrine Disruptoren gefunden wurden, könnten diese Stoffe in Zukunft ein erhebliches Problem bei
der Fortpflanzung darstellen.
Der Mensch in den Industrieländern hat bereits jetzt mit Fortpflanzungsproblemen zu
kämpfen, deswegen sollte man den endokrinen Disruptoren eine erhöhte Aufmerksamkeit schenken und diese so weit es geht vermeiden.
6 Fazit
In meiner Hausarbeit bin ich über den chemischen Aufbau von Östrogenen zu den
natürlichen Östrogenen gekommen. Dabei habe ich die Bedeutung des Östrogens für
den Menschen herausgearbeitet und seine Funktion im Hormonhaushalt des Körpers
betrachtet.
Danach bin ich auf die synthetischen Östrogene anhand der Antibabypille eingegangen
und habe danach den Einfluss von Östrogenen auf den Menschen und die Natur betrachtet. Hierbei bin ich auch auf die Umweltöstrogene bzw. die östrogenähnlichen Stoffe
eingegangen und habe die Problematik dieser in einigen Beispielen verdeutlicht.
22
Thema 1
Das Thema „Östrogene“ ist mit diesen einzelnen Schwerpunkten noch nicht bearbeitet, sondern könnte in Richtung der Medizin noch weiter ausgeführt werden. Desweiteren könnte auf die Auswirkungen der Verwendung von Östrogenen in der Landwirtschaft eingegangen werden. Beispielhaft sei hier der Lebensmittelskandal, ausgelöst durch Östrogene in Kalbfleisch, aus den 1980er Jahren genannt. Das Thema der
östrogenähnlichen Stoffe bzw. der endokrinen Disruptoren könnte noch ein weiteres
Feld umfassen.
Ein weiteres und sehr spannendes Thema könnte die Verwendung von Östrogenen im
Bereich des Bodybuildings darstellen. Dort werden die Eigenschaften der Steroide bzw.
des Östrogens genutzt, um den Körper noch voluminöser zu Formen.
23
Thema 1
Quellenverzeichnis
INTERNETSEITEN
http://flexikon.doccheck.com/de/Östrogen
Hucklenbroich, Christina: Hormone in der Umwelt, 15.9.2015 Frankfurter Allgemeine, http://www.faz.net/aktuell/wissen/natur/oestrogene-in-der-umwelt-in-dengaerten-der-vorstadt-leben-mehr-weibliche-froesche-13790548.html
Hauptsache, es hilft und fällt nicht auf, SPIEGEL-Verlag Rudolf Augstein GmbH &
Co. KG., 27.10.1980, http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-14322935.html
Freese, Gunhild: Gewinn vor Gesundheit, 14.11.1980, http://www.zeit.de/1980/47/
gewinn-vor-gesundheit
https://de.wikipedia.org/wiki/Menstruation
http://www.laves.niedersachsen.de/portal/live.php?navigation_id=20053&article_id=73704&_psmand=23
Paradisi-Redaktion - Artikel vom 21.11.2012 (zuletzt überarbeitet am 18.09.2015),
http://www.paradisi.de/Health_und_Ernaehrung/Anatomie/Geschlechtshormone/
Artikel/21967_Seite_2.php
Obskure Quellen, SPIEGEL-Verlag Rudolf Augstein GmbH & Co. KG., 18.1.1982,
http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-14337132.html
Der Tapfere, SPIEGEL-Verlag Rudolf Augstein GmbH & Co. KG., 10.11.1980,
http://www.spiegel.de/spiegel/print/d-14326795.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Estrogene
Glaeske, Gerd und Thürmann, Petra: Pillenreport, Ein Statusbericht zu oralen Kontrazeptiva, Anschrift der Verfasser: Universität Bremen, SOCIUM, Mary-SomervilleStr. 5, 28359 Bremen, 2015, https://www.tk.de/centaurus/servlet/contentblob/
771128/Datei/67490/Pillenreport_2015.pdf
Unser tägliches Östrogen, 17.5.2010, http://www.sueddeutsche.de/leben/mineralwasser-unser-taegliches-oestrogen-1.400134
http://oestrogen-dominanz.de/buch/oestrogen.htm
24
Thema 1
Wikipedia wurde nur zur Begriffsklärung verwendet und für Abb. 11 und Abb. 12
LITERATUR
Karlson, Peter: Biochemie für Mediziner und Naturwissenschaftler, 12. völlig
neubearbeitete Auflage, Georg Thiele Verlag Stuttgart - New York 1984
Martius, Gerhard und Goeschen, Klaus: Geburtshilfe und Gynäkologie in Frage und
Antwort, Ein Repetitorium für Krankenschwestern, Krankenpfleger und Hebammen 2. neubearbeitete und erweiterte Auflage, Georg Thieme Verlag
Segner, Helmut: Hormone als Schadstoffe?, Die Wirkung von Umweltöstrogenen auf
Fische, 2014 Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim, http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/biuz.201490051/abstract?globalMessage=0
Die Fachliteratur wurde als Hauptgrundlage der Arbeit verwendet
25
Thema 2
Thema 2
Ylva Appel
Wie sich unsere Ernährung auf unseren Körper
auswirkt

Einleitung S.1

Was braucht unser Körper eigentlich zum Leben? S.2-4

Was genau ist ein Vegetarier S.5-6

Mangel und Mangelerscheinungen
erkennen und vorbeugen (am Beispiel von Vitamin B12 und
Calcium) S.6-8

Quellenangaben S.9
Thema 2
Einleitung
Ich wollte mir für mein Referat ein Thema aus der Lebensmittelchemie
aussuchen mit dem ich mich wirklich beschäftigen wollte. Ein Thema
welches mich interessiert und von dem ich vielleicht sogar persönlich
betroffen war. Also dachte ich über mich und über die Welt und über
verschiedene Lebensstiele nach und ich fand ein Thema: Wie sich unsere
Ernährung auf den Körper auswirkt.
Da ich selber seit fast 2 Jahren Vegetarierin bin und dachte das ich mich
damit genügend auskenne wollte ich mich mit anderen
Ernährungsformen wie z.B. Halal, Koscher, oder dem Veganismus, aus
einander setzten. Zeitgleich zu dieser Entscheidung gingen jedoch die
Vegetariervitamine die ich täglich zu mir nehme zur neige und ich
begann, anfangs nur aus Spaß, mal nach den Inhaltstoffen dieser
Tabletten zu googlen. Es faszinierte mich wie eine Tablette am Tag
angeblich allen Mangelerscheinungen vorbeugen konnte.
Ich weiß das man sich als Vegetarier geschickt ernähren muss um all
seine Nährstoffdepots auffüllen zu können, jedoch hatte ich ein paar
Monate nach meiner Entscheidung zukünftig auf Fleisch zu verzichten,
selber an meinem Körper Veränderungen Bemerkt. Ich bemerkte das
meine Nägel dünner wurden und immer mehr kaputt gingen. Um dem
vor zu beugen begann ich damals mit der Einnahme der Vitamine.
Beim googeln bemerkte ich wie wenig ich eigentlich immer noch über
meinen Körper und über das Vegetarier sein wusste und begann mich
hauptsächlich auf dieses Thema zu konzentrieren.
Seit diesem Referat habe ich das Gefühl besser auf mich und meine
Gesundheit achten zu können und auch das zu viele Menschen wenig
oder gar nichts darüber wissen, wie viel Einfluss unsere Ernährung auf
unseren Körper hat.
Thema 2
Was braucht unser Körper eigentlich zum leben?
Damit unser Körper gesund ist und vernünftig funktionieren kann müssen
wir durch unsere Nahrung verschiedene Stoffe aufnehmen. Dazu zählen:
Kohlenhydrate, Fette, Eiweiße (Proteine), Nahrungsfasern (Ballaststoffe),
verschiedene Vitamine, Spurenelemente und Elektrolyte.
All diese sorgen dafür das der Körper im Gleichgewicht ist und alle
Prozesse gut ausführen kann.
Die Kohlenhydrate versorgen den Körper mit ausreichend Energie, die
Fette dienen als Energiespeicher, die Eiweiße sorgen für den
Muskelaufbau und die Beweglichkeit, die Ballaststoffe regen die
Verdauung und die damit verbundenen Organe an, die Vitamine sorgen
für die Funktion aller Organe und des Abwehrsystems, die
Spurenelemente für den Stoffwechsel und die Ausschüttung
verschiedener Hormone und Elektrolyte steuern, unter anderem, den
Flüssigkeitshaushalt des Körpers
Damit man weiß in welchem Verhältnis man diese Stoffe dem, Körper zu
führen muss/sollte wurde 1992 von der Deutschen Gesellschaft für
Ernährung (kurz DGE) die sogenannte Lebensmittelpyramide erstellt.
Anhand dieser kann man gut erkennen das die Grundlage für einen
gesunden Körper Trinken, bzw. Flüssigkeit ist, mindestens 1,5L täglich.
Thema 2
Die zweite Stufe bilden die Kohlenhydrate, also ihre großen Vertreter
wie Reis, Kartoffeln, Brot und Nudeln. Die darauffolgende dritte Schicht
ist in Obst und Gemüse, also die hauptsächlichen Vitaminlieferanten
unterteilt, bei denen man darauf achten sollte mehr Gemüse als Obst zu
sich zu nehmen. Auf der nächsten Stufe befinden sich die Eiweiße,
welche wir in Form von Milch, Milchprodukten und Fisch zu uns
nehmen.
Als vorletztes folgt dann die Stufe der Proteingeber, wie
Fleisch und Ei. Und an der Spitze der Pyramide, und damit die kleinste
Stufe, bilden die Fette (darunter auch die tierischen Fette) und auch die
Süßigkeiten, von diesen sollte man am wenigsten zu sich nehmen.
Insgesamt sollte unsere Ernährung zu 30% aus Kartoffeln etc., zu 26%
aus Gemüse und Salat, zu 17% aus Obst, zu 18% aus Milchprodukten, zu
7% aus Fleisch, Fisch und Eiern, und zu 2% aus Ölen und Fetten
bestehen.
Was in dieser Pyramide jedoch nicht mit aufgeführt ist, ist das ein
gesunder Körper auch immer ein fitter Körper ist, also Sport und
körperliche Aktivitäten die Basis hierfür bilden.
Diese Ernährungspyramide wurde zum besseren Verständnis auch in ein
Kreisdiagramm umgewandelt.
In
diesem
sieht
man
noch
mal
sehr gut das
Wasser, also
trinken hier
im
Mittelpunkt
steht,
und
wie
die
anderen
Lebensmittel drum herum angeordnet sind.
Thema 2
Was genau ist ein Vegetarier?
Die Bezeichnung Vegetarier benutzen wir häufig ohne die genaue
Bedeutung des Wortes überhaupt zu kennen. Auch ich hatte mich, bis
dahin immer leichtfertig als Vegetarier betitelt, da ich glaubte das dies
nur bedeutet das ich kein Fleisch esse. Als ich mich jedoch genauer mit
diesem Thema befasste merkte ich schnell das ich laut Fachsprache
überhaupt kein Vegetarier bin, sondern Ovo-Lakto-Pescetarier. Was mir
vorher nämlich nicht so bewusst war, ist das immer die Art von
Lebensmittel in der Bezeichnung verwendet wird die man noch isst, also
für mich in diesem Fall Ovo für Ei, Lakto für Milch und Milchprodukte
und Pesce für Fisch.
Allgemein gliedern sie „Vegetarier“ in Ovo-Lakto-Pescetarier (also Ei,
Milch und Fisch Verwender), Ovo/ oder Lakto-Pescetarier (also entweder
Ei und Fisch, oder Milch und Fisch Verwender), Ovo-Lakto-Vegetarier
(also Ei und Milch Verwender), Ovo/ oder Lakto Vegetarier (also Ei oder
Milch Verwender) und in Vegetarier (weder Ei, noch Milch noch Fisch
Verwender).
Die Steigerung vom Vegetarismus ist der Veganismus, bei diesem
verzichtet man nicht nur auf Eier, Milch, Fleisch und Fisch, sondern auch
auf alle anderen tierischen Produkte, wie z.B. Leder, Wolle, Honig,
Bienenwachskerzen, oder Daunendecken und Jacken.
Die Zahl der Menschen die sich für eine vegane oder vegetarische
Lebensweise entscheiden wächst stetig, mittlerweile ernähren sich rund
Thema 2
10% der Weltbevölkerung Vegetarisch oder Vegan. Diese Entscheidung
für sich zu treffen kann die verschiedensten Gründe haben, z.B. Religiöse
(z.B. in Indien der Jainismus, einige Richtungen des Hinduismus, und
einige Anhänger des Buddhismus), ethische oder moralische Gründe
(z.B. Massentierhaltung, Urwaldabholzung, etc.), oder auch
gesundheitliche Gründe (z.B. zu hohe Cholesterin Werte).
Viele Ärzte gehen davon aus das die vegetarische Ernährung viele
Vorteile mit sich bringt, vor allem dadurch, dass man auf tierische Fette
verzichtet. Daher haben Vegetarier selten hohe Cholesterin Werte, kaum
Herz-Kreislauf-Erkrankungen, neigen nicht zu Übergewicht und Diabetes
mellitus II. Auf Grund dieser Vorteile wird vielen eine Umstellung auf
die vegetarische Küche empfohlen, vor allem wenn die Patienten an einer
dieser Sachen leiden, oder auch bei Rheuma Beschwerden.
Damit Vegetarier und Veganer wissen was sie zu sich nehmen können,
gibt es für vegetarische und vegane Lebensmittel eine besondere
Kennzeichnung.
Nur wenn ein Produkt auch wirklich zu 100% vegetarisch oder vegan ist
darf es solch ein Emblem tragen.
Mangel und Mangelerscheinungen
Obwohl all dies das Vegetariertum verlockend klingen lässt, darf man die
Warnungen nicht außer Acht lassen. Fast jeder hat schon mal von
Mangeln und Mangelerscheinungen im Zusammenhang mit einer
vegetarischen Lebensweise gehört. Diese „Nebenwirkungen“ sind
allgemein Bekannt, doch was genau sind das für Mangel und wie kann
man diesen Vorbeugen?
Thema 2
Diese Fragen habe ich mir während meiner Arbeit an diesem Referat
auch gestellt. Allgemein bekannt sind z.B. Eisenmangel, Eiweißmangel,
Calcium und Zinkmangel und auch ein Mangel an den Vitaminen B12
und D.
Eigentlich müsste ein durchschnittlicher Ovo-Lakto-Vegetarier täglich
als Basis (wie jeder andere Mensch auch) 1,5 Liter Wasser trinken.
Zusätzlich dazu bräuchte er jedoch täglich noch mindestens 500 Gramm
Früchte und Gemüse (besonders grünes). Hinzu kommen Milch und
Milchprodukte, wobei man wegen des Cholesterins dabei am besten auf
die fettarmen Varianten zurückgreifen sollte, und der tägliche Verzehr
von Eiern und Hülsenfrüchten um den Bedarf an Eiweiß, Ballaststoffen,
Vitamin B12 und Vitamin D zu decken.
Da aber natürlich nicht jeder immer und ständig so genau auf seine
Ernährung achten kann oder möchte, sollte man um etwaigen Mängeln
vor zu beugen sollte man auf Nahrungsergänzungsmittel wie z.B.
Vegetariervitamine (z.B. von Doppelherz) zurückgreifen. Diese
beinhalten eine Vielzahl von mehr oder weniger wichtigen Stoffen und
Vitaminen, die Vegetariern häufig fehlt oder zu fehlen scheint. In diesen
Vitamintabletten sind enthalten: Vitamin B12, Calcium, Eisen, Zink, Jod,
Vitamin B1, B2, B6, B12 und D. Zusätzlich gibt einem die Verpackung
auch Hinweise darauf wofür der Körper diese Stoffe braucht.
Wenn man sich jedoch etwas mit diesen Stoffen auseinandersetzt, kommt
heraus das einiges in diesen Tabletten nur toll klingt, jedoch keine
nennenswerte Wirkung hat. Zum Beispiel nehmen wir im Durchschnitt
eher zu viel als zu wenig Jod zu uns, weshalb dieses Spurenelement in
diesen Vitaminen nicht vor zu kommen bräuchte. Auch reichen
normalerweise ein paar Minuten täglich an der frischen Luft um uns
ausreichend mit Vitamin D zu versorgen. Sogar durch eine geschlossene
Fensterscheibe hindurch können wir Vitamin D produzieren, weshalb
auch diese Zutat überflüssig wäre. Des weiteren ist der menschliche
Körper nicht dazu in der Lage gleichzeitig Eisen und Calcium
aufzunehmen, weshalb er jeweils nur das in seinen Kreislauf ausnimmt,
was er gerade benötigt.
Andere Stoffe wie z.B. Vitamin B12, Zink und Calcium sind
Lebensnotwendig und ein Mangel an ihnen kann schlimme Folgen
haben.
Vitamin B12
Vitamin B12 findet sich fast nur in tierischen Produkten (Fleisch oder
Milchprodukte) und in den untersten Wurzeln einiger Pflanzen. Dieses
Vitamin B12 aus Pflanzen ist jedoch so gering konzentriert das vor allem
Vegetarier häufig einen Mangel daran haben. Auch ist es so, dass
Vegetarier dieses Vitamin B12 aus Pflanzen. häufig schlechter
aufnehmen können als tierisches, da in den tierischen Produkten auch
Thema 2
Stoffe enthalten sind die die Aufnahme vom tierischen Vitamin B12
begünstigen, aber keine Auswirkungen auf pflanzliches Vitamin B12
haben Jedoch dauert es unter normalen Bedingungen sehr lange bis
Mangelerscheinungen auftreten, da Vitamin B12 über den
enterohepatischen Kreislauf (also den Darm-Leberkreislauf) resorbiert
wird, d.h. immer wieder verwendet wird. Dadurch treten
Mangelerscheinungen erst nach bis zu 10 Jahren auf.
Wenn man einen solchen Mangel bei sich vermutet lässt sich dieser beim
Arzt durch einen Bluttest überprüfen. Im Blut sind 4 verschiedene
Biomarker enthalten die sich bei einem Vitamin B12 Mangel verändern.
Ist der Mangel nur gering ist z.B. der Holotransbalaminwert (Holo-Tc
Wert) auffällig. Bei einem so geringen Mangel sind die klinischen und
hämatologischen Symptome meist noch nicht vorhanden und es gibt auch
meist noch keine neurologischen Schäden. Bei einem fortgeschrittenen
Mangel, feststellbar durch deutlich erhöhte Holo-tc Werte und erhöhte
Werte für Methyaminosäure, können jedoch erhebliche neurologische
Schäden auftreten.
Calcium
Wenn wir von Calcium in Bezug auf unseren Körper sprechen, dann
sprechen wir von Calciumphosphat (siehe Strukturformel oben). Es ist zu
ca. 1 Kilogramm in unserem Körper enthalten und zählt damit nicht mehr
zu den Spurenelementen wir Zink oder Iod. Damit ein Element nicht
mehr als Spurenelement gilt muss es zu mehr als50 Milligramm pro
Kilogramm Körpergewicht enthalten sein.
Hauptsächlich wird Calcium im Körper in den Zähnen und Knochen
gespeichert. Die Knochen haben jedoch auch die zusätzliche Funktion
dieses Calcium auch wieder auslösen zu können falls im Körper nicht
genug vorhanden ist und das Calcium an einer anderen Stelle benötigt
wird. Dies ist vor allem bei einem Calciummangel sehr schädlich für den
Körper, da die Knochen anfangen porös zu werden und
Knochenerkrankungen wie Osteoporose entstehen können. Calcium sorgt
jedoch nicht nur für die Stabilität von Knochen und Zähnen, sondern
Thema 2
auch für die Erregung von Muskeln, Zellteilung, die Aktivierung von
Enzymen und Hormonen, Blutgerinnung und für den Aufbau der
Zellmembran (Zellhaut). All diese Prozesse können bei einem
Calciummangel nicht mehr vernünftig ausgeführt und können erhebliche
Schäden mit sich führen.
Einige Anzeichen Calciummangel könne z.B. sein: Muskelkrämpfe,
Kribbeln auf der Haut, Herz und Kreislaufprobleme, trockene Haut,
brüchige Nägel oder eine gestörte Zahnheilung.
Um solchen Mangelerscheinungen vor zu beugen reicht es
normalerweise aus sich bewusst zu ernähren. In unserem normalen
Trinkwasser und in Nahrungsmitteln wie Käse, Sesam, Mandeln,
Broccoli, oder auch getrockneten Feigen ist genügend Calcium enthalten.
Darum ist auch hier ein Mangel eher unwahrscheinlich.
Quellenangaben
Internet:
https://de.wikipedia.org/wiki/Calciumstoffwechsel
https://vebu.de/themen/lifestyle/anzahl-der-vegetarierinnen
http://www.onmeda.de/naehrstoffe/calcium-calciumhaltige-lebensmittel-2273-2.html
http://www.apotheken-umschau.de/Ernaehrung/Vegetarier-Mythen-und-was-wirklich-stimmt185177.html
http://flexikon.doccheck.com/de/Reabsorption
https://de.wikipedia.org/wiki/Enterohepatischer_Kreislauf
http://www.worldsoffood.de/gesundes-und-bio/item/1590-weltvegetariertag-fakten-und-zahlenzur-vegetarischen-ernaehrung.html
http://evidenzbasierte-wirtschaftspolitik.blogspot.de/2014/02/wie-viele-vegetarier-und-veganergibt.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Fette
https://de.wikipedia.org/wiki/Eiwei%C3%9F
https://de.wikipedia.org/wiki/Protein
https://de.wikipedia.org/wiki/Ballaststoff
https://de.wikipedia.org/wiki/Ern%C3%A4hrungspyramide
Thema 2
https://de.wikipedia.org/wiki/Deutsche_Gesellschaft_f%C3%BCr_Ern%C3%A4hrung
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/e4/Ern%C3%A4hrungs_Pyramide.jpg
https://www.dge.de/ernaehrungspraxis/vollwertige-ernaehrung/ernaehrungskreis/
https://www.dge.de/ernaehrungspraxis/vollwertige-ernaehrung/5-am-tag/
https://www.dge.de/ernaehrungspraxis/vollwertige-ernaehrung/lebensmittelpyramide/
http://de.sci.medizin.misc.narkive.com/VU5RYRCN/vitamin-b12-gewinnung-synthese
http://www.r-biopharm.com/de/produkte/lebensmittelfuttermittelanalytik/inhaltstoffe/vitamine/vitamin-b12-cyanocobalamin/item/easi-extract-vitaminb12
http://www.vegane-inspiration.com/Vitamin-D.html
http://www.s3-chemicals.de/product_info.php?info=p796_calciumphosphat--reinst-lebensmittelqualitaet-.html
http://www.chemie.de/lexikon/Calciumphosphat.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Calciumphosphat
Persönliche/Gesprächsquellen:
Frau Simone Appel
Thema 3: Ethanol
Freie Waldorfschule Eckernförde
Thema 3: Ethanol
Unser Trinkalkohol
Antonia Beckmann
1
Thema 3: Ethanol
Inhaltsverzeichnis
1.VORWORT ................................................................................... 3
2.CHEMISCHER AUFBAU ........................................................... 4
3.1. HERSTELLUNG VON ETHANOL .................................... 10
3.2. Alkohol- Dehydrogenase ....................................................... 11
4.1. AUFNAHME IM MENSCHLICHEN KÖRPER ................ 12
4.2. Wirkung im Körper ................................................................ 14
5.1. ABBAU IM KÖRPER ............................................................ 15
5.2. Abbau in der Leber ................................................................. 16
6.GESCHICHTLICHER HINTERGRUND ............................... 18
7.1. Schlusswort .............................................................................. 20
7.2. ANHANG ................................................................................. 21
Literaturverzeichnis....................................................................... 21
Internetquellen ............................................................................... 21
2
Thema 3: Ethanol
1.Vorwort
“Prosit! – Wohl bekomm’s!”
So riefen es sich schon die Menschen im Alten Rom beim gemeinsamen
Genuss von Alkohol zu. Schließlich stammt der Begriff Prosit vom
lateinischen prodesse (nützlich sein). Und auch heute noch ist dieser
Trinkspruch in aller Munde. Doch Alkohol gilt als Volksdroge Nr.1, von der
in Deutschland pro Kopf jährlich 10 Liter in reiner Form konsumiert wird.
Das sind umgerechnet ungefähr 550 Gläser Bier, 20 Liter Wein und dazu
noch 5 Liter Schnaps. Für die einen ist es ein selbstverständlicher Bestandteil
der Geselligkeit, für die anderen ein Mittel um Sorgen und Unwohlsein im
Rausch vorübergehend zu vergessen.
Doch was ist eigentlich Alkohol?
Dieser Frage kann man sich auf vielen Wegen nähern: Ich möchte mich in
dieser Arbeit hauptsächlich mit den chemischen Eigenschaften beschäftigen.
Berücksichtigen will ich aber auch den historischen und gesundheitlichen
Aspekt.
Als begleitenden Teil meiner Arbeit habe ich in einem praktischen Versuch in
einem Gärungsballon das Entstehen von Alkohol beobachtet und Apfelwein
hergestellt.
3
Thema 3: Ethanol
2.Chemischer Aufbau
Ethanol gehört zu der Gruppe der Alkanolen, die sich aus der homologen
Reihe der Alkane ableiten lassen. So wird aus Methan Methanol, aus Ethan
Ethanol usw. mi dem Suffix –ol. So steht Ethanol hinter dem Methan an
zweiter Stelle.
Abbildung 1.: Zusammenhang: Alkane- Alkanole (Beispiele)
4
Thema 3: Ethanol
Die Alkanole unterscheiden sich
von den Alkanen lediglich durch
ihre funktionelle Gruppe, die
Die Hydroxygruppe
Hydroxygruppe (-OH-). Diese
Die Hydroxygruppe ist eine funktionelle Gruppe
ersetzt in dem Molekül eine
und wesentliches Strukturmerkmal der Alkanole.
oder mehrere H-Atome. Die
Sie zeichnet sich durch die OH-Verbindung aus.
Hydroxygruppe
ist
Hauptstrukturmerkmal
das
der
Alkanole.
Alkanole
mit
Hydroxygruppen
mehreren
werden
als
mehrwertig bezeichnet.
Die Hydroxygruppe ist dafür
(Hydroxygruppe blau markiert)
Im Alkanol verleiht sie dem Molekül polare
Eigenschaften und ermöglicht die Bildung von
Wasserstoffbrücken-bindungen
verantwortlich, dass das Alkanol
polarisiert wird. Das heißt unter
anderem, dass das Molekül sich
in polaren Lösungsmitteln auflösen kann wie z.B. in Wasser. Je mehr OHGruppen im Molekül vorhanden sind, desto besser ist die Substanz löslich.
Die Alkanole haben eine allgemeine Summenformel:
CnH2n+1OH
Sie sind farblose Substanzen; diejenigen mit niedriger C-Zahl sind flüssig,
diejenigen mit höherer C-Anzahl sind fest. Alle Alkanole sind brennbar.
5
Thema 3: Ethanol
Wie das Wasser neigen auch die Alkanole zur Assoziation, allerdings in
weniger starken Ausprägung:
Assoziation: -die Zusammenlagerung zweier oder mehrerer
gleichartiger Moleküle zu größeren Molekülverbänden.
Die OH- Gruppe hat nämlich eine recht große Anziehungskraft zu Wasser
und bildet durch zwischenmolekulare Kräfte Wasserstoffbrückenbindungen.
Wasserstoffbrückenbindungen sind wesentlich stärker, als die von-der-WaalsKräfte bei vergleichbar großen Molekülen. Daher haben Alkanole wesentlich
höhere Siedetemperaturen als Alkane.
Methanol CH3OH (Methan CH4)
64,7°C (-161,5 °C)
Propanol C3H7OH (Propan CH8)
97°C (-42 °C)
Butanol C4H9OH (Butan
117°C (-1 °C)
Überblick: Beispiele Siedetemperaturen von Alkanolen im Vergleich zu
Alkanen (in Klammern angegeben) [Ethanol: »siehe Seite 8]
6
Thema 3: Ethanol
Dann lassen sich Alkanole noch unter einem dritten Gesichtspunkt betrachten:
Die Einteilung in ihre Subgruppen. Aufgrund der möglichen verschiedenen
Stellungen der OH-Gruppe an einer C-C-Kette gibt es primäre, sekundäre und
tertiäre Alkanole:
Subgruppen am Beispiel von Methanol
Zusammenfassend kann gesagt werden, dass Alkanole sich unter mehreren
Differenzierungen betrachten lassen können:
1.
Benennung nach der Anzahl der C-Atome
» homologe Reihe «
2. Wertigkeit des Alkanols
» einwertig; mehrwertig «
3. Unterscheidung in Subgruppen
» primär; sekundär; tertiär «
Unser Trinkalkohol ist unter vielen Namen bekannt. So wird er z.B. auch
„Weingeist“, „Spiritus“ oder eben auch einfach nur „Alkohol“ genannt.
Das sind chemisch betrachtet aber Trivialnamen:
Der korrekte systematische Begriff
lautet Ethanol.
7
Thema 3: Ethanol
Ethanol ist das am längsten bekannte (»siehe Kapitel Geschichtlicher
Hintergrund) und das am häufigsten verwendete Alkanol. In der homologen
Reihe der Alkanole steht es direkt an zweiter Stelle. Es enthält nur eine
Hydroxygruppe und keine Kohlenstoff-Doppelbindung und ist somit ein
einwertiges, gesättigtes Alkanol. Ethanol ist eine farblose,
klare, brennbare, leicht entzündliche Flüssigkeit. Es
verbrennt mit blassblauer, schwach leuchtender Flamme.
Auf der Abbildung kann man den strukturellen Aufbau
des Ethanol-Moleküls sehen. Es hat die Summenformel
C2H6O.
Während das Ethan durch dessen Kohlenwasserstoffkette einen hydrophoben
Charakter hat und somit wasserunlöslich ist, lässt Ethanol sich gut in Wasser
bzw. in polaren Lösungsmitteln auflösen. Das liegt zum einen daran, dass die
Hydroxy-Gruppe dem Molekül polare Eigenschaften (»siehe Seite 5) gibt und
außerdem daran, dass Ethanol ein kurzkettiges Alkanol ist. Das gilt auch für
Methanol und Propanol. Bei den höheren Alkanolen nimmt diese Hydrophilie
ab, bis sie sich schließlich in Hydrophobie umkehrt. Die Menge der
Kohlenstoffverzweigungen ist im Verhältnis zur Hydroxygruppe zu groß.
Ethanol hat einen Schmelzpunkt von -114,5 Grad Celcius und eine
Siedetemperatur von 78,3 Grad Celsius. Ein Wert, der später bei der
Destillation zur Gewinnung von reinen Alkohol sehr wichtig ist. Außerdem
ist Ethanol leichter als Wasser, d.h. 10cm³ reiner Alkohol wiegen 0,8 g,
wohingegen dieselbe Menge Wasser ein Gramm wiegt. Volumenprozent
(Vol.-%) berechnet man deshalb mit dem Faktor 0,8.
Die charakteristischen Reaktionen sind die Veresterung mit Carbonsäuren und
die Oxidation zu Acetaldehyd, Essigsäure und Kohlenstoffdioxid (»siehe
Kapitel Abbau in der Leber)
8
Thema 3: Ethanol
Alkoholische Gärung als Selbstversuch
UM SELBER ETHANOL HERZUSTELLEN, GIBT MAN FRISCH
GEPRESSTEN
FRUCHTSAFT
GÄRUNGSBALLON. DAMIT
UND
KEIN
HEFE
IN
EINEN
SAUERSTOFF
HINEIN
GELANGT, WIRD DIE FLASCHE MIT EINEM GÄRRÖHRCHEN
VERSCHLOSSEN, IN DEM ALS SPERRFLÜSSIGKEIT WASSER
IST. DANN WIRD DIE FLASCHE AN EINEN WARMEN ORT
GESTELLT.
NACH
EINIGEN
STUNDEN
BILDEN
SICH
GASBLASEN IM GÄRRÖHRCHEN DURCH DAS ENSTANDENE
CO2.. DER ALKOHOL HAT FERTIG GEGÄRT, WENN DER
GASAUSTRITT ABGEKLUNGEN IST ( CA. 2 WOCHEN). IN
DIESEM VORGANG IST DIE HERSTELLUNG VON BIS ZU 15%
REINEN ALKOHOL MÖGLICH.
GÄRUNGSBALLON
9
Thema 3: Ethanol
3.1. Herstellung von Ethanol
Ethanol wird durch die alkoholische Gärung zuckerhaltiger Gemische, also
Kohlenhydraten gewonnen. Obwohl die Menschen die alkoholische Gärung
schon früh nutzten, kannten sie lange nicht den genauen biochemischen
Ablauf. Erst 1815 stellte der Chemiker Gay Lessac erstmals die
Reaktionsgleichung für den Abbau von Glucose zu Ethanol auf. Eine
vereinfachte Reaktionsgleichung sehe dann so aus:
C6H12O6
Glucose
2C2H5OH + 2CO2
Ethanol
Kohlenstoffdioxid
Dieser Prozess passiert jedoch nicht von selbst:
In den 1830er Jahren wurde nachgewiesen, dass Lebewesen, nämlich
Hefebakterien dafür verantwortlich sind. Sie dienen als Katalysator
biologischen Ursprungs (»Biokatalysator).
Um höherprozentigen Alkohol herzustellen, muss der vergorene Saft durch
Wärme vom Ethanol getrennt werden. Das passiert bei der Destillation. Der
Fruchtsaft, auch Maische genannt, wird langsam erhitzt und die entstehenden
Alkoholdämpfe aufgefangen und wiederum kondensiert. Hierbei ist es
wichtig, Methanoldämpfe gründlich von den Ethanoldämpfen zu separieren.
Methanol hat eine Siedetemperatur von circa 68°C und damit einen
niedrigeren als Ethanol (ca. 78°C). Methanol ist für den menschlichen
Organismus hoch toxisch und kann zu Erblindung und Tod führen.
richtiger Durchführung lässt bis zu 96% reinen Alkohol herstellen. Der
10
Bei
Thema 3: Ethanol
Restanteil von Wasser im reinen Alkohol wird durch die enge Verkettung der
Wassermoleküle und der Ethanolmoleküle (»Wasserstoffbrückenbindungen)
verursacht.
3.2. Alkohol- Dehydrogenase
Hinter der doch zuerst recht simplen erscheinenden alkoholischen
Herstellung, steckt eine recht komplizierte chemische Reaktion. Ethanol
entsteht nicht direkt aus Glucose, sondern ist das Endprodukt vieler
Zwischenschritte:
Zunächst wird Glucose/Traubenzucker in 10 verschiedenen Schritten zu
Brenztraubensäure umgewandelt.
Ketocarbonsäure.
Die
Brenztraubensäure ist die einfachste
Brenztraubensäure
reagiert
durch
die
Pyruratdecarboxylase zu Ethanol. Pyruvatdecarboxylase ist ein Enzym, das
als Katalysator von der Brenztraubensäure zum Acetaldehyd und damit zur
11
Thema 3: Ethanol
Abspaltung der Carboxy-Gruppen fungiert. Das entstehende Kohlendioxid
bewirkt den Schaum während der Gärung.
Das Acetaldehyd ist für den Organismus sehr giftig und spielt auch beim
Abbauprozess eine wichtige Rolle.
Durch die Alkoholdehydrogenase erfolgt die Reduzierung von Ethanal zu
Ethanol. Das Acetaldehyd wird durch die ADH(Abk. »siehe oben) unter
Verbrauch
von
NADH zu
Ethanol. Alkoholdehydrogenase ist
ein
katalysierendes Enzym und enthält ein Zinkion, welches die Carbonylgruppe
am Acetaldehyd polarisiert. Dadurch
können zwei Elektronen und ein Proton von NADH auf das Acetaldehyd
übertragen werden, wodurch es zu Ethanol reduziert und NADH regeneriert
wird. Dieser Vorgang ist reversibel, also umkehrbar und geschieht
unteranderem nach der Aufnahme von Ethanol im menschlichen Organismus.
Die gesamte Reaktion findet im Zytoplasma
der Hefezelle statt.
Das Endprodukt Ethanol wird dann an die Umgebung weitergegeben und die
Hefekultur stirbt ab.
4.1. Aufnahme im menschlichen Körper
Bei oraler Aufnahme gelangt Ethanol zunächst über die Speiseröhre in den
Magen. 80% von aufgenommenen Menge gehen gleich weiter in den
Dünndarm. Die restlichen 20% bleiben im Magen. Die Schleimhäute im
12
Thema 3: Ethanol
Dünndarm und Magen werden von den Ethanol-Molekülen durchdrungen, die
dadurch in den menschlichen Blutkreislauf gelangen. Das liegt an den polaren
Eigenschaften des Ethanols. Kohlensäure begünstigt den Vorgang, in dem sie
die Schleimhäute stärker durchblutet und Ethanol diese einfacher überwindet.
Die Geschwindigkeit der Aufnahme der gesamten Alkoholmenge in das Blut
hängt unter anderem von der Fülle des Magens ab. Wird das alkoholische
Getränk in Begleitung von Nahrung bzw. nach einer Mahlzeit konsumiert,
verlangsamt sich die Aufnahme. Natürlich entscheidet letztendlich auch die
Wahl des Alkohols den Zeitraum. Höherprozentige Alkoholika wirken
wesentlicher rascher in der Resorptionsphase. Spätestens nach zwei Stunden
ist der gesamte Alkohol im Blutkreislauf verteilt und somit die
Resorptionsphase abgeschlossen. Bei geringen Trinkmengen kann von 30 - 90
Minuten ausgegangen werden. Der Blutalkoholspiegel beginnt jedoch schon
bereits nach ca. 5 Minuten zu steigen, und erreicht nach ca. 30-60 Minuten
seinen Höhepunkt.
beschleunigt
verlangsamt
 Kohlensäure z.B. in Sekt
 Fett-/Proteinreiche Speisen
 hochprozentig
 andere Faktoren »siehe
 schnelles Trinken
Kapitel “Wirkung im
Körper”
Übersicht: Aufnahmegeschwindigkeit
Die Ethanol-Moleküle verteilen sich im gesamten Körper und erreichen auch
die Kopfregion. Das menschliche Gehirn wird durch den Blutkreislauf mit
Sauerstoff und Nährstoffen versorgt und wird durch die Blut-Hirn-Schranke
geschützt. Diese verhindert, dass im Blut zirkulierende Krankheitserreger,
13
Thema 3: Ethanol
Toxine und Botenstoffen den empfindlichen Hirnraum erreichen und damit
schädigen können. Die Zellmembran der Blut-Hirn-Schranke hat liphophile
Eigenschaften und ist durch sogenannte Tight-Junctions dicht vernetzt. Diese
Kombination lässt die Anzahl der Substanzen, die durch Diffusion die BlutHirn-Schranke überwinden können, stark einschränken. Zusammenfassend
bedeutet das, dass je lipophiler und kleiner eine Verbindung ist, umso leichter
kann sie durch die Membran hindurch diffundieren. Da Ethanol sehr
kurzkettig ist und einen liphophilen Charakter hat, durchdringt es die BlutHirn-Schranke ohne Schwierigkeiten und wirkt in den Gehirnzellen.
4.2. Wirkung im Körper
Mit dem Steigen des Blutalkoholspiegels beginnen auch die Wirkungen.
Dabei wird die Menge des Alkohols im Blut in Promille gemessen.
Promille ‰
 1 Promille= Einen Milliliter reinen Alkohol pro
Liter Blut
Formel:
Konstante:
0,68= Männer 0,55= Frauen
Durch genetische Unterschiede variiert der Promillegehalt bei gleicher
getrunkener Alkoholmenge. So weisen Frauen häufig einen nahezu doppelten
Messwert auf als Männer. Das liegt an dem niedrigeren Wassergehalt und
kleineren Muskelgewebe-Anteil im weiblichen Körper. Muskelgewebe
enthält ca. 75% Wasser, Körperfett hingegen nur 25%. Der Alkohol muss sich
somit auf weniger Wasser verteilen und löst sich langsamer. Zudem bestimmt
auch die ethnische Herkunft die Toleranz von Alkohol: So verfügen laut der
Zeitung “Zeit” ca. 46 Prozent der Japaner und ca. 56 Prozent der Chinesen
14
Thema 3: Ethanol
nur wenig bzw. nicht von dem Enzym ADH, das für den Abbau des Alkohols
zuständig ist (»siehe Kapitel Abbau). Sie reagieren mit dem sogenannten
“Flush-Syndrom”.
0,6 ‰
1‰
1,5‰
4‰
Gleichgewichtsschwächen; verlangsamte Reflexe;
Fahruntüchtigkeit
Dauerreden, Selbstgespräche, torkelnder Gang,
plumpe Reaktionen, Fahruntüchtigkeit
Betrunkenheit (Rausch), Zwei von drei Menschen
erbrechen »Alkoholvergiftung
Tod häufig als Folge
[Tabelle]: Zusammenhang: Promille – Trinkmenge -Wirkung
5.1. Abbau im Körper
Im Vergleich zur Aufnahme von Ethanol im Körper innerhalb von Minuten,
erfolgt der Abbau sehr langsam. Zwar ist der auch nochmal individuell
verschieden, jedoch wird ein Richtwert von 0,1‰ bis 0,15‰ angegeben. So
würde zum Beispiel der Abbau von zwei Halbe Bier (ca. 6-7 ‰) über sechs
Stunden dauern. Nach einem starken Rausch kann es sogar bis zu einem Tag
dauern, bis die Ethanolmoleküle nicht mehr im Blutkreislauf zirkulieren.
Oftmals fühlen sich die Betroffenen subjektiv zu früh wieder nüchtern,
weswegen die Abbaugeschwindigkeit häufig überschätzt wird.
Dabei geschieht der Abbau über drei Wege:
1. Urin: ca. 0,5 bis 2% werden direkt über die Nieren ausgeschieden
2. Lunge und Haut: ca. 5% transpiriert über die Haut oder geht vom Blut
über die Alveolen in die Atemluft »es kommt zur Alkoholfahne
3. Leber: Sie ist das wichtigste Organ für den Alkoholabbau. Ca. 94%
werden dort chemisch abgebaut.
15
Thema 3: Ethanol
5.2. Abbau in der Leber
Der Abbau geschieht in der Leber hauptsächlich durch das Enzym
Alkoholdehydrogenase (ADH). Dieses Enzym ist auch für die Entstehung von
Ethanol obligatorisch (»siehe Kapitel Herstellung von Ethanol).
Alkoholdehydrogenasen kommen in allen Lebewesen vor. Uns Menschen ist
das Enzym angeboren, wobei es jedoch erst ab dem 5. Lebensjahr aktiviert
wird. Das ist auch einer der Hauptrisikofaktoren für frühkindliche Schäden
bei dem Konsum von Alkohol in der Schwangerschaft.
Das Enzym reagiert als Katalysator in einer Redoxreaktion von Ethanol zum
ersten
Zwischenprodukt,
Acetaldehyd.
Als
Co-Enzym
ist
NAD+
(Nicotinamidadenindinukleotid; oxidierte Form) beteiligt. Zusätzlich zum
Acetaldehyd entsteht NADH (reduzierte Form).
Redoxreaktion: Ethanol zu Acetaldehyd
16
Thema 3: Ethanol
Das nun entstandene Acetaldehyd wird auch Ethanal
genannt und hat die Halbstrukturformel CH3-CHO.
Acetaldehyd ist pures Zellgift und noch toxischer als
Ethanol selbst. Die verursachten Schäden in der
Leber sind vielfältig: Es begünstigt z.B. durch eine
Acetaldehyd: Strukturformel
verstärkte Kollagenbildung durch aktivierte KupfferZellen in den Itozellen der Leber, eine Leberzirrhose. Außerdem werden
Sauerstoffradikale vermehrt gebildet, welche die Membranen der Leberzellen
schädigen und zerstören. Das Acetaldehyd ist auch Auslöser für den Kater am
nächsten Morgen nach einem übermäßigen Alkohol-konsum.
Im
nächsten
Schritt
wird
das
Acetaldehyd
nun
durch
Aldehyd-
Dehydrogenasen (ALDH), eine Gruppe von Enzymen, weiter oxidiert. Es
entsteht das nicht-toxische Acetat, auch bezeichnet als Essigsäure.
Daran beteiligt ist wieder das Co-Enzym NAD in der oxidierten Form
(NAD+).
Aldehyd-Dehydrogenase: Vom Acetaldehyd zur Essigsäure
17
Thema 3: Ethanol
Als letzter Schritt wird die Essigsäure unter anaeroben Bedingungen über das
Enzymsystem bzw. Stoffwechsel Citratzyklus in Wasser und Kohlendioxid
abgebaut und aus dem Körper ausgeschieden.
Verstoffwechselung über den Citratzyklus
6.Geschichtlicher Hintergrund
Alkohol hat einen festen Stellenwert in unserer Kultur und begleitet den
Menschen schon seit mehr als 8000 Jahren.
Die Entdeckung des Alkohols entstand mit der beginnenden Sesshaftigkeit
der Menschen. Sie wurden vom Jäger zum Bauern und begannen mit dem
Ackerbau und konnten dadurch ihre Ernte und insbesondere Früchte in
größeren Mengen anpflanzen, sammeln und aufbewahren.
18
Thema 3: Ethanol
Bereits vor 3500 Jahren v. Christi, also vor 5 ½ Tausend Jahren gab es eine
hochentwickelte Alkoholkultur, z.B. gab es in Ägypten und in Babylon mehr
als 70 verschiedene Biersorten. Römer tranken Wein, die Germanen
bevorzugten Met und Kräuterbier. Alle Getränke hatten aber noch einen
moderaten Alkoholgehalt, da in der Gärung der Hefe 15 % vom Alkohol
abgetötet wird. Es gab dennoch Wetttrinken, bis der Gegner unter dem Tisch
lag. Als besonders wüst galten die Trinkgelage der Germanen, hier wurde das
Bier aus den Hirnschalen der erschlagenen Feinde getrunken. Insgesamt
wurde nur mäßig getrunken und es gab noch keine nennenswerten Probleme
mit Alkohol. Mit Ausnahme von Schwangeren und Frischvermählten, denen
von dem Genuss von Alkohol schon im Alten Testament abgeraten wurde.
Im Mittelalter wurde Alkohol zum beliebten Volksgetränk. Wichtigstes
Trinkmotiv war die Verbrüderung durch das gemeinsame Trinken. Als
Zentren der Alkoholproduktion entwickelten sich die Klöster. Wein hatte als
Blut Jesu eine religiöse Bedeutung bekommen und Bier galt als ideales
Nahrungsmittel für die Fastenzeit. Noch heute gibt es Biere unter dem Namen
Klosterbräu. Oft entwickelten sich eigenartige Sitten in Verbindung mit
Alkohol: so galt im alten England der Mann als der Frömmste, der am
meisten Bier vertragen konnte. Mägden und Knechten wurde ein sogenanntes
Biergeld ausgezahlt, der Vorgänger des heutigen Trinkgeldes. Es geht auf die
Sitten und Gebräuche der Färber zurück, “blau sein” als den Zustand der
Trunkenheit zu bezeichnen. Sie pflegten nämlich, während des dreitägigen
Färbens des Indigoblaus, jede Menge Bier zu trinken und mit ihrem Urin den
Färbeprozess zu intensivieren.
Ab dem 16. Jahrhundert kam es zur ersten Alkoholkrise: Durch das neue
Verfahren der Destillation konnte Alkohol hochprozentiger, billiger und in
größeren Mengen hergestellt werden. Viele Menschen entwickelten eine
Abhängigkeit und der Alkoholismus verbreitete sich. Städte mussten täglich
ihre Alkoholtoten zählen und Martin Luther warnte vor dem „Alkoholteufel“.
19
Thema 3: Ethanol
Ab 1750 versuchten die Regierungen Englands und der amerikanischen
Kolonien erfolglos dem übermäßigen Alkoholkonsum Herr zu werden.
Besonders bekannt ist die Zeit der Prohibition in den USA von 1919- 1933.
Der Alkohol wurde offiziell verboten. Die Gesetze wurden aber unterwandert,
der Schwarzmarkt blühte und Alkohol wurde von der Mafia eingeschmuggelt.
Heutzutage wird der Konsum von Alkohol in der westlichen Welt geduldet.
Zusammen mit dem Nikotin gilt Alkohol als das Suchtmittel
Nr.1.
Nach Angaben des Drogen- und Suchtberichtes der Bundesregierung starben
im Jahre 2015 rund 74 000 Menschen im Zusammenhang mit Alkohol. Rund
1,3 Millionen Menschen gelten als abhängig. Die Lebenserwartung eines
Alkoholabhängigen liegt ca. 15 Jahre unter dem Durchschnitt. Damit ist der
Alkoholkonsum nach dem Tabakrauchen und dem Bluthochdruck der
drittgrößte gesundheitliche Risikofaktor. Erst im Jahre 1968 wurde
Alkoholismus als Krankheit gesetzlich anerkannt.
7.1. Schlusswort
Prosit, es sei Dir nützlich: Dies muss mit äußerster Vorsicht ausgesprochen
werden, damit der anregende Genuss von Alkohol nicht zu einer Gefahr für
den
menschlichen
Körper
wird.
So
gibt
es
viele
weitere
Krankheitszusammenhänge mit Ethanol, die in dieser Arbeit keine
Erwähnung finden. Zudem wird Ethanol auch in Technik bzw. Forschung
vielfach verwendet z.B. als Lösemittel (u.a. in Medikamenten; Klebstoff
usw.)
Ich hoffe aber, dass mit dieser Arbeit ein verständlicher Überblick über
Ethanol geschaffen wurde.
20
Thema 3: Ethanol
7.2. Anhang
Literaturverzeichnis
1. Bauer, Ernst W.: Humanbiologie (1.Auflage), Cornelsen-Velhagen & Klasing
GmbH & Co. Verlag für Lehrmedien KG, Berlin,
2. Gerchow, J.: Alkohol/ Alkoholismus Lexikon Neuland- Vertragsgesellschaft,
Hamburg
3. Tausch./ v.Wachtendonk: Chemie Sǀǀ/ Stoff-Formel-Umwelt C.C. Buchner
4. Bennet, Prof. Dr. med. K. U.: Gesundheit und Medizin heute Bechtermünz
Verlag
5. Lindenmeyer, Dr. J. Lindenmeyer: Lieber Schlau als blau Beltz
Internetquellen
1. http://www.dhs.de/suchtstoffe-verhalten/alkohol.html (abgerufen am 15.02.2016)
2. http://www.suchtschweiz.ch/fileadmin/user_upload/DocUpload/alkohol_koerper.pd
f (abgerufen am 20.02.2016)
3. http://www.kenn-dein-limit.info (abgerufen Januar/ Februar 2016)
4. https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/chemie/artikel/ethanol
(abgerufen
am
29.02. 2016)
5. http://www.welt.de/wissenschaft/article5918972/Warum-viele-Asiaten-keinenAlkohol-vertragen.html (abgerufen am 15.2.2016)
6. Wikipedia:
Acetaldehyd;
ALDH;
Alkoholdehydrogenase;
Alkoholische
Gärung; Alkoholkonsum; Essigsäure; Ethanol; NAD (abgerufen Januar/
Februar 2016)
7. https://vidagesund.de/wasseranteil/ (abgerufen am 29.02.2016)
21
Thema 3: Ethanol
22
Thema 4
Thema 4: Schimmelpilze
Chemiehausarbeit von Elly Daus
1
Thema 4
Inhaltsverzeichnis
Titelblatt
1
Inhaltsverzeichnis
2
Vorwort
3
Allgemeines zu Schimmelpilzen
4
Tabelle zu Mykotoxinen
8
Aspergillus
12
Aflatoxine
16
Penicillin
17
Nachwort
21
Quellenangaben
22
2
Thema 4
Vorwort
In dieser Hausarbeit habe ich mich mit Schimelpilzen beschäftigt. Zunächst werde ich
allgemeine Informationen alle Schimmelpilze betreffend dargelegen.
Darauf folgen Informationen über die Schimmelpilzgattung Aspergillus, da die Familie der
Schimmelpilze zu groß und zu vielfältig ist um zum Beispiel einen allgemeinen Aufbau
feststellen zu können. So habe ich Eigenschaften, die mehrere Schimmelpilzgattungen
aufweisen, prototypisch am Aspergillus festgemacht.
Folgend gehe ich auf Aflatoxine ein, von Aspergillen produzierte Gifte, um die Stärke und
Verwendung von Mykotoxinen (Pilzgiften) an einem Beispiel zu verdeutlichen.
Ein weitaus besser erforschtes Mykotoxin als das Aflatoxin ist das Penicillin, auf das ich
ebenfalls eingehe. Es stellt ein positives Beispiel der Mykotoxine dar.
Nach dem Nachwort folgen die Angaben zu meinen Quellen.
3
Thema 4
Allgemeines zu Schimmelpilzen
Schimmelpilze kommen fast überall in Boden vor, ohne jedoch schädlich zu sein. Die
Mehrzahl der Schimmelpilze sind Schlauch- (Asomyceten) oder Jochpilze (Zygomyceten).
Schimmelpilze kennen wir als:
- Humanparasiten und Krankheitsursachen
- Nahrungsmittelveredler
- Quelle für Antibiotika und cholesterinsenkende Medikamente
- Ursache von Pflanzenkrankheiten
- Schimmel in Gebäuden (Baumykologie beschreibt den Zusammenhang zwischen
Schimmelpilzen, Gebäudeschäden und deren Sanierung )
Schimmel wird als farbiger Belag auf verschiedensten Substraten wie Lebensmittel, Papier,
Wänden, Holz, Kot, Staub,Erdreich,Kunststoffe etcetera sichtbar. Für sein Wachstum ist
Feuchtigkeit eine Voraussetzung. Schimmelpilze stoßen Fäulnisprozesse in ihrem Substrat an.
Am besten wachsen Schimmelpilze, wenn die Temperatur ihres Lebensumfeldes zwischen
20° und 25° Celsius beträgt. Sie wachsen jedoch auch bis 0° und 60° Celsius. In der
Tiefkühltruhe (circa -18° Celsius) wachsen sie also nicht mehr, was aber nicht zwangsläufig
bedeutet, dass sie abgetötet sind.
Aufbau und Vermehrung
Der eigentliche Pilzkörper der Schimmelpilze ist das Mycel. Dieses Mycel besteht aus
mikroskopisch kleinen Pilzfäden, den Hyphen. Das Mycel breitet sich kreisförmig aus und
kann verschiedene Farben haben wie zum Beispiel grau, grün, weiß. Die meisten
Schimmelpilze sind während ihrer gesamten Existenz haploid, haben also nur einen
Chromosomensatz. Diese vermehren sich ungeschlechtlich über Sporen.
Eine Möglichkeit der Erzeugung der Sporen liegt in den Sporangien, kugeligen
Anschwellungen am Ende von Sporangienträgern. Für eine zweite bildet das Mycel
Sonderhyphen aus, die stark verzweigt sind, die Konidienträger. An ihren äußeren
Verästelungen (Sterigmen) werden die Sporen (Konidien) durch Abschnüren erzeugt. Ist der
Schimmel in dem Stadium, in dem er Sporen absondert, angekommen, nimmt er eine staubige
Beschaffenheit an.
Eine Schimmelspore keimt, wenn sie auf ein geeignetes Substrat fällt. Dann wachsen die
Hyphen in das Substrat hinein und verflechten sich zum Mycel.
Manche Schimmelpilze sind aber auch in der Lage, sich sexuell zu vermehren. In dem
Stadium dieser sexuellen Vermehrung haben sie dann zeitweise einen doppelten
Chromosomensatz, sind also diploid.
Sexuelle Vermehrung der Asomyceten
Vorweg muss gesagt werden, dass viele Asomyceten homothallisch sind, also sich selbst
befruchten können. Manche von ihnen sind aber auch heterothallisch, als Vorraussetzung für
4
Thema 4
die sexuelle Vermehrung müssen also zwei zueinander passende Mycelien verschiedenen
Geschlechtes aufeinander treffen.
Sind zwei passende Hyphen aufeinander getroffen, bilden sie Gametangien aus, Gameten
produzierende Zellen. Ein homothallischer Asomycet bildet bei der sexuellen Fortpflanzung
ebenfalls Gametangien unterschiedlichen Geschlechtes aus. Dies bildet den Anfang der
sexuellen Phase.
Aus dem sozusagen weiblichen Gametangium, dem Ascogon, wächst nun eine Trichogyne,
ein extrem dünner Schlauch, der das Ascogon mit seinem Gegenstück, dem Antheridium,
Träger der männlichen Gameten, verbindet. Durch diese Verbindung können nun die
männlichen Gameten in das Ascogon geleitet werden (Plasmogamie). Dort paaren sich die
verschiedenen Zellkerne, verschmelzen aber noch nicht miteinander.
Aus dem Ascogon wachsen nun durch gleichzeitige Teilung der männlichen und weiblichen
Zellkerne die ascogenen oder fertilen Hyphen, deren Zellen jeweils einen männlichen und
weiblichen Zellkern enthalten, also dikaryotisch sind.
Die fertilen Hyphen werden von sterilen Hyphen mit nur einem Zellkern pro Zelle ernährt.
Die sterilen und fertilen Hyphen verflechten sich miteinander und bilden den Fruchtkörper
(Asokarpium) mit einer spezifischen Form: kugelförmig (Kleistothezium), flaschenförmig
(Perithezium) oder schalenförmig (Apothezium).
In diesem Kissen, das der Fruchtkörper aus Mycelgeflecht darstellt, kommt es nun zur
Hakenbildung, was die Verschmelzung von zwei Zellkernen an der Spitze einer ascogenen
Hyphe einleitet. Die Zelle an der Hyphenspitze krümmt sich hakenförmig, die beiden
Zellkerne teilen sich synchron. Das Kernpaar auf dem Zenit des Hakens wird von zwei
Zellwänden sowohl von der Spitze als auch vom Stiel des Hakens abgetrennt. Spitze und
Stiel, die jeweils nur einen Kern haben, verschmelzen miteinander und sind somit wieder
paarkernig. Während dieses Vorgangs kommt es in der Zelle am Zenit zur Verschmelzung des
Dikaryons, also der beiden Zellkerne, zur Zygote. Die Zygote ist der eigentlich Ascus.
Diese Zygote macht nun eine Meiose und eventuell noch Mitosen durch, sodass sich am
Ende zwischen vier und 1000 haploide Ascosporen am Ende der Hyphe im Ascus befinden.
Bei Gelegenheit werden diese freigesetzt.
Treffen sie auf ein geeignetes Substrat, keimen sie aus und bilden eine neues Mycelgeflecht,
das zur Konidiogenese ebenso wie zur sexuellen Fortpflanzung (entweder homothallisch oder
ein geeigentes Partner nötig) fähig sind.
5
Thema 4
Entwickllungszyklus eines homothallischen Asomyceten
A Ascogon vor der Plasmogamie; B Ascogon mit ascogenen dikaryotischen Hyphen mit den
nacheinander folgenden Stadien der Haken- und Ascusbildung: a Hakenbildung, b Haken
nach der Teilung der Paarkerne, c Querwand der Hakenzelle gebildet, d Karyogamie in der
Ascuszelle und Fusion des Hakens mit der Stielzelle, e, f, g Teilungen des primären
Ascuskernes, g Bildung der acht Ascosporen.
as = Ascogon, an = Antheridium, tr = Trichogyne
Ernährungsweise
Schimmelpilze sind überwiegend Saprobionten, sie ernähren sich von toter Biomasse. Da sie
diese teilweise bis in die abiotischen Bestandteile zersetzen, zählt man sie zu den Destruenten.
Da sie Opportunisten sind, also wachsen, wo sie können, und aufgrund ihrer hohen Toleranz
das Substrat betreffend finden sie sich auch als Parasiten auf Pflanze, Tier und Mensch.
Das Mycel der Schimmelpilze sondert Enzyme ab, die ihr Substrat zersetzen. Die Nährstoffe,
die nun aufgeschlossen sind, zum Beispiel Kohlenhydrate, nimmt der Schimmelpilz über das
Mycel auf. Schimmelpilze verdauen ihre Nahrung also, bevor sie sie zu sich nehmen.
Schimmelschäden
Die Schimmelpilze können durch die Kohlenhydrate in ihrer Zellwand toxisch wirken. Auch
können ihre Sporen, in Massen eingeatmet, schädlich sein und außerdem eine
Geruchsbelästigung darstellen. Manche Schimmel sondern Mykotoxine ab, starke Gifte, die
ein Abfallprodukt ihres Stoffwechsels sind (Sekundärmetabolite, scheinbar nicht benötigte
6
Thema 4
Stoffwechselprodukte).
Schimmel kann tödlich wirken, sowohl durch Vergiftung, aber auch durch Zersetzung des
Körpers, wenn er den Körper selbst befällt. Schädlichen bis tödlichen
Wirkstoffkonzentrationen ist man aber nur ausgesetzt, wenn man verschimmelte Nahrung zu
sich nimmt, in verschimmelten Räumen lebt oder selbst befallen ist.
Mykotoxine können verschiedene Wirkungen haben, zum Beispiel
- krebserregend (karzinogen) wirken
- das Zentralnervensystem schädigen (neurotoxisch wirken)
- das Immunsystem schädigen (immunsuppressiv wirken)
- das Erbgut schädigen (mutagen wirken)
- die Leibesfrucht schädigen (teratogen wirken)
- Organschäden (z. B. an Leber oder Niere) verursachen (hepatotoxisch oder nephrotoxisch
wirken)
- bei Berührung Hautschäden (von Hautreizungen bis Nekrosen) verursachen
- enzymatische Stoffwechselprozesse hemmen oder einleiten
- allergische Reaktionen auslösen
Mykotoxine sind bereits in sehr geringen Mengen giftig, weswegen sie unter Verdacht
stehen, als Biowaffe gespeichert zu werden (siehe Aflatoxin B1). Sie sind praktisch
unzerstörbar, durch Erhitzen, Säuern, Einfrieren und Trocknen sind die befallenen
Lebensmittel nicht zu reinigen.
So kann es zum Beispiel zustande kommen, dass in Milch Mykotoxine nachzuweisen sind,
weil eine Kuh verschimmeltes Futter gefressen hat (Sekundärkontamination). Im
Verdauungssystem der Kuh konnte das Toxin nicht zerstört werden.
Da das Mycel, teilweise für das menschliche Auge unsichtbar, das ganze befallene Objekt
durchwächst und alles mit Mykotoxinen verseucht und sich die Toxine besonders in
wasserhaltigen Lebensmitteln über das Mycel hinaus schnell ausbreiten, müssen befallene
Lebensmittel im Ganzen weggeworfen werden.
Ausnahmen davon bilden Marmeladen mit einem Zuckeranteil von über 60%, Hartkäse,
luftgetrocknete Wurst und Schinken. Hier genügt es, die befallenen Stellen großzügig zu
entfernen.
7
Thema 4
Tabelle Mykotoxine
Name des Toxins / der Toxine Hauptproduzenten
wesentl. Vorkommen
(Gift-)Wirkung
Aflatoxine
Aspergillus flavus
Erdnüsse, Getreide,
Aspergillus parasiticus Mais, Feigen, Milch
(carry over)
Altenuen
Alternaria alternata
Alternaria solani
Alternariol (AOH)
Alternaria alternata
Alternaria solani
Obst, Gemüse,
Tabak, Hirse, Nüsse
Alternariolmonomethylether
(AME)
Alternaria alternata
Alternaria solani
Obst, Gemüse, Tabak, mutagen
Hirse, Nüsse
Cephalosporin
Cephalosporium
acremonium
antibiotisch
Chaetomin
Chaetomium-Arten
nephrotoxisch,
antibiotische
Wirkung auf
grampositive
Bakterien
Citrinin
Aspergillus ochraceus Getreide
Penicillium citrinum
hepatotoxisch,
nephrotoxisch,
karzinogen
Deoxynivalenol (DON)
Fusarium culmorum
Getreide
Fusarium graminearum
gastrointestinaler
Reizstoff
Fumagillin
Aspergillus fumigatus
hemmt Angiogenese,
antibiotisch
Fumonisine
Fusarium verticillioides hauptsächlich Mais
Fusarium proliferatum
Fusarium anthophilum
möglicherweise
karzinogen, teratogen
Fusarin C
Fusarium-Arten
mutagen, vermutlich
karzinogen
Fusarinsäure (FA)
Fusarium-Arten
schwach toxisch,
antibiotisch
Gliotoxin
Aspergillus fumigatus
Aspergillus terreus
Eurotium chevalieri
zytotoxisch,
immunsuppressiv
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hepatotoxisch,
karzinogen, akute
Toxizität, Aflatoxin
B1 = stärkstes
mykotisches
Karzinogen
mutagen
Thema 4
Gliocladium fimbriatum
Griseofulvin
Penicillium griseofulvum
antibiotisch
Kojisäure
Aspergillus- und
Penicillium-Arten
schwach mutagen,
mäßig antibiotisch,
im Tierversuch
epilepsieartige
Symptome
Moniliformin
Fusarium avenaceum Gerste, Mais
Fusarium tricinctum
Fusarium fusaroides
Fusarium moniliforme
gastroenteritisch,
hämorrhagisch
Mutterkornalkaloide
Claviceps purpurea
Ergotismus
Mycophenolsäure
Penicillium brevicompactum
Nivalenol
Fusarium culmorum
Ochratoxin A (OTA)
Aspergillus ochraceus Erdnüsse, Mais,
Penicillium viridicatum Weizen,
Baumwollsamenmehl
nephrotoxisch,
dermatotoxisch,
karzinogen
Patulin
Penicillium claviforme Apfelsaft, Äpfel und
Penicillium expansum andere Obstarten
Penicillium griseofulvum
Penicillium leucopus
Penicillium clavatus
Penicillium giganteus
Penicillium terreus
hämorrhagisch,
ödematös, im
Tierversuch (sc.)
karzinogen
Penicillin
Penicillium notatum
antibiotisch
Penicillinsäure
viele Penicillium- und Mais, Futtermittel
Aspergillus-Arten
antibiotisch, im
Tierversuch (sc.)
karzinogen
Penitrem A
Penicillium carneum Fleisch,
Penicillium crustosum Fleischerzeugnisse
neurotoxisch,
tremorgen
Roquefortin
Penicillium roqueforti Reismehl u. a.
Penicillium commune Nahrungsmittel
neurotoxisch,
paralytisch
Satratoxine
Stachybotrys chartarum
systemische
Vergiftungserscheinungen
Sterigmatocystin
Aspergillus
aurantiobrunneus
Aspergillus nidulans
Mais, wahrscheinlich
viele andere Lebensund Futtermittel
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Getreide
Gerste, Mais, Weizen
hämorrhagisch
Hartkäse, grüne
karzinogen,
Kaffeebohnen,
hepatotoxisch,
Gerste, Mais, Weizen, nephrotoxisch
Thema 4
Aspergillus
Reis
quadrilineatus
Aspergillus ustus
Aspergillus variecolor
Aspergillus versicolor
Tenuazonsäure
Alternaria alternata
Trichothecene
Fusarium-Arten,
hauptsächlich Getreide vielfältig
auch Cephalosporium,
Stachybotrys,
Trichoderma
T-2-Toxin
Fusarium culmorum
Gerste, Hirse, Mais
Fusarium incarnatum
Fusarium poae
Fusarium solani
Fusarium sporotrichioides
Fusarium tricinctum
Trichoderma lignorum
dermatotoxisch
Viomellein
Aspergillus ochraceus
Penicillium cyclopium
Penicillium melanoconidium
Penicillium freii
Penicillium viridicatum
nephro- und
hepatotoxisch
Verrucosidin
Penicillium aurantiogriseum
Penicillium melanoconidium
Penicillium polonicum
neurotoxisch
Verruculogen
Penicillium verrucosumGetreide
Aspergillus fumigatus
tremorgen, vermutlich
tumorfördernde
Wirkung
Xanthomegnin
Aspergillus-Arten
Penicillium-Arten
Trichophyton-Arten
Microsporum-Arten
Fleisch,
Fleischerzeugnisse
hepatotoxisch
Zearalenon (ZEA)
Fusarium avenaceum
Fusarium culmorum
Fusarium equiseti
Fusarium gibbosum
Fusarium lateritium
Fusarium moniliforme
Fusarium nivale
Fusarium oxysporum
Fusarium graminearum
Cornflakes, Gerste,
Hafer, Hirse, Mais,
Nüsse, Roggen,
Sesammehl, Weizen
Wirkung als
Östrogen, Infertilität
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Äpfel, Tomaten
antibiotisch, antiviral,
geringe Toxizität,
hemmt
Proteinbiosynthese
Thema 4
Fusarium sambucinum
Fusarium tricinctum
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Thema 4
Aspergillus oder Gießkannenschimmel
Zu der Gattung der Gießkannenschimmel gehören über 350 Arten. Formen, die sich nur
asexuell vermehren können bezeichnet man als Aspergillus. Die Sporenträger der Aspergillen
sind geformt wie ein Weihwassersprenkler (Aspergill), dem sie ihre Namen verdanken.
Aspergillen leben eigentlich in toter Biomasse, aufgrund ihrer hohen Toleranz das Substrat
betreffend findet man sie in manchen Fällen aber auch in lebenden Organismen. Als Parasiten
stellen sie Krankheitserreger für Menschen, Tiere und Pflanzen dar.
Aspergillen scheinen sich auf Wüsten spezialisiert zu haben, wurden aber auch schon in
Permafrostböden entdeckt. Einige Arten sind sehr tolerant gegenüber Salz und osmotischem
Stress (Extreme Konzentrationen von zum Beispiel Mineralien, die sich im Substrat und
damit auch im Pilz befinden).
Aufbau und Vermehrung
Gießkannenschimmel wachsen in Kolonien, die eine weißliche, grünliche, rote, gelbe,
gräuliche, braune oder schwarze Färbung haben. Die Kolonie besteht zunächst aus dem
Mycel, das anfangs exponentiell, später gemäßigter kreisförmig wächst. In höherem Alter der
Kolonie kann es in Teilen zu anaerobem Stoffwechsel oder zu völlig nährstoffbefreiten
Gebieten kommen.
12
Thema 4
Die Geschlechtsreife (Fruktifikation) beziehungsweise Vermehrung über Konidiosporen
(Konidiogenese) erfolgt über die Konidienträger. Die Konidienträger bestehen aus Fußzelle,
Konidiophor, Vesikel und Phialiden.
Zunächst schwellen Zellen innerhalb des Mycels an (konidogene Orte). Die Wände dieser
Zellen verdicken sich stark (Septum) und bilden nun die Fußzellen.
Aus jeder Fußzelle wächst nun mittig und senkrecht zur Längsachse der Hyphe ein
Konidiophor oder auch einfach Stiel. Er wächst nun, bei wenigen Arten verzweigt er sich
auch, und bildet einen „Kopf“, eine halbkugel-, kugel, ellipsen- oder länglich keulenförmige
Blase, das Vesikel.
An diesem bilden sich kegelförmige Auswüchse, die Phialiden. Sie kommen sowohl in einer
Schicht, als auch in zwei Schichten vor, wobei dann aus jedem primären Phialidus zwei oder
mehr sekundäre Phialiden wachsen.
An den Vesikelabgewandten Spitzen bildet sich nun je ein konidienproduzierender Tubus.
Während das Vesikel nur einen Zellkern besitzt, besitzen die Phialiden meist mehrere, die
dann an die sekundären Phialiden weitergereicht werden, falls diese vorhanden sind.
Schlussendlich landen sie im Tubus und werden dort nacheinander abgeschnürt, sodass jeder
Tubus eine unverzweigte Kette von Konidien bildet.
Diese Konidien, die von den meisten Arten haben nur einen Zellkern, manche allerdings bis
zu 12, sind mit dünnen Brücken miteinander verbunden, da sie bis zur Reife von dem Vesikel
mit Nährstoffen versorgt werden. Schließlich lösen sich die Sporen ab und werden aufgrund
13
Thema 4
ihrer geringen Größe als Teil der Luft hinweggetragen.
Sporen sind ein natürlicher Teil des Aerosols in der Luft, wir atmen sie immer ein. Sie
wurden sogar noch in 4100m Höhe entdeckt.
Ist die Spore an einer festen oder flüssigen Unterlage angekommen setzt sie sich dort fest und
beginnt mit ihrem Wachstum. Sie schwillt zunächst an, ein Keimfaden wächst aus ihr heraus,
der durch Zellteilung zu einer Hyphe heranwächst. Die Hyphe verzweigt sich und bildet das
Mycel. Ist die Kolonie groß genug und sind genügen Nährstoffe vorhanden beginnt die
Fruktification.
Von Aspergillen verursachte Schäden
Da Aspergillen unsere Nahrung befallen, können sie, beziehungsweise ihre Toxine, in
unseren Kreislauf gelangen und uns vergiften. Sie können auch lebende menschliche und
tierische Organismen befallen, dazu später mehr.
Sie befallen auch Pflanzen, bei denen sie 30 wichtige Pflanzenkrankheiten an über 50
Wirtspflanzen verursachen. Beispiele hierfür sind Schwarzfäule der Speisezwiebel, Chlorose
bei Mandeln, Weinkrebs, Erdnuss-Kronenfäule (alle von Aspergillus niger ausgelöst), andere
Arten befallen auch Kaffee- und Baumwollpflanzen. Sie bilden einen nicht zu
vernachlässigende Schädling in der Agrarwirtschaft.
Pathogenität
Infektionen durch Aspergillus Arten kommen in Augen, Ohren, Genitalien, Vogeleiern, am
häufigsten aber in den Lungen von Vögeln und Säugetieren vor. Der bedeutendste Erreger
hierfür ist Aspergillus fumigatus.
Bei gesunden Organismen bildet sich ein Aspergillom, eine kugelförmige Kolonie in Lunge
oder Nasennebenhöhlen. Menschen sind für derartige Infektionen vor allem dann anfällig,
wenn sie Narbengewebe in der Lunge (zum Beispiel von einer ausgeheilten Tuberkulose)
oder Lungenkavernen (Hohlräume im Gewebe, spezifisch für Tuberkulose-Patienten) haben.
Wenn die eingeatmeten und gekeimten Sporen sich jedoch nicht auf eine Kolonie
beschränken, sondern die ganze Lunge und schließlich den ganzen Körper befallen, liegt eine
Aspergillose vor. Zunächst bildet sich in der Lunge ein Mycel. Die gebildeten Sporen
gelangen über das Blut in den ganzen Körper, was zu Metastasen an Organen und im
zentralen Nervensystem führt. Diese Krankheit ist in 50 - 95% der Fälle tödlich.
Gesunde erwachsene Menschen werden normalerweise nicht befallen, Kinder sehr selten.
Befallen werden aber zum Beispiel AIDS-Patienten und andere immungeschwächte Patienten
(Leukämie, Diabetes melitus Typ 1, während einer Chemotherapie).
Feinde der Aspergillen
Bis jetzt wurden 25 Arten von Mykoviren, die Aspergillen befallen, entdeckt. Außerdem
werden sie von Käfern gefressen, die sich teilweise so auf bestimmte Aspergillusarten
spezialisiert haben, dass sie bis zu einer bestimmten Dosierung gegen deren Toxine immun
sind.
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Thema 4
Da die Schimmelpilze, genau wie die Bakterien, zu den Destruenten gehören, teilen sie sich
mit ihnen die Lebensräume. Man vermutet, dass Mykotoxine, Sekundärmetabolite, also
scheinbar nicht benötigte Stoffwechselprodukte, möglicherweise evolutionär als
Bakterienkiller entwickelt wurden. Daher auch die antibiotische Wirkung bestimmter
Schimmelpilze und deren Toxine (Siehe Penicillin).
Nutzung
Im asiatischen Raum werden Aspergillus-Arten zur Fermentation von Soja benutzt. Hierbei
scheiden sie Enzyme aus, die den Aufbau des Nahrungsmittels und so den Geschmack
verändern. Es entstehen Sojasoßen und -pasten.
Aspergillen werden auch zur Alkoholherstellung genutzt, Beispiele dafür sind Sake aus Reis
und Getreideschnäpse.
Fast 100% der weltweiten Produktion von Zitronensäure wird von Aspergillus niger
hergestellt. Diese Zitronensäure wird als Reinigungsmittel, aber auch als Konservierungs- und
Säuerungsmittel genutzt.
Kojisäure von Aspergillus flavus wird in der Kosmetik zur Hautbleichung verwendet.
Merck Lovastatin des Aspergillus terreus wird zur Behandlung von Hypercholesterinämie
(übermäßig hoher Cholesterinspiegel) eingesetzt.
Von Aspergillus niger nutzt man die Gluconsäure als Lebensmittelzusatzstoff, als
Metallbeizmittel und als Eisengluconat zur medizinischen Behandlung von Eisenmangel,
Itaconsäure (Aspergillus niger) wird zur Herstellung von Gummi und Polyacrylaten genutzt.
Cyanocobalamin wird als Nahrungszusatzstoff Vitamin B12 verwendet.
Über 100 verschiedene Enzyme werden heute industriell mithilfe von Aspergillen hergestellt
(Amylasen, Katalasen, Cellulasen, Lipasen, Phytasen, Xylanasen). Enzyme werden zum
Beispiel in Spülmitteln, Waschmitteln, Papierindustrie (chlorfrei gebleicht – mit Enzymen),
Textilindustrie (Waschungen und used Look der Jeans) genutzt.
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Thema 4
Aflatoxine
Aflatoxine sind in die Gruppen B1, B2, G1, G2, M1, M2 zu unterteilen. Aflatoxin B1, ein
blauer, kristalliner Feststoff, ist das stärkste pflanzenerzeugte Kanzerogen und gilt als das
giftigste Mykotoxin. Aflatoxin B1 wird von Aspergillus flavus und parasiticus gebildet.
Aflatoxine stehen aufgrund ihrer vergleichsweise einfachen Produktionsmethode und der
niedrigen letalen Dosis (für einen 70kg schweren erwachsenen Menschen: 0,07-0,7g) im
Verdacht, als Kampfstoff bevorratet zu werden.
So wurden beispielsweise im Irak zwischen 1985 und 1991 etwa 2200 Liter Aflatoxin als
Kampfstoff hergestellt, mit dem Scud-Raketen bestückt werden sollten.
Gesundheitsgefährdung
Aflatoxine wirken:
- karzinogen (krebserregend)
- mutagen (erbgutschädlich)
- teratogen (leibesfruchtschädlich)
- immunsuppressiv
- möglicherweise die Fortpflanzungsfähigkeit beeinträchtigend
- Bewusstlosigkeit hervorrufend
- Entwicklungsstörungen bei Neugeborenen hervorrufend
Aflatoxine wirken nicht nur bei Verschlucken oder einatmen toxisch, sondern auch bei
Berührung mit der Haut. Die Leber ist am anfälligsten für Aflatoxine.
Grenzwert, Richtwerte, Einstufungen
Letale (=tödliche) Dosis bei Erwachsenen: 1-10 mg/kg (0,07-0,7g für mich)
Letale Dosis bei Kindern: 9-18 µg/d
Aflatoxin B1 in Lebensmitteln: 2 µg/kg
Summe Aflatoxin B1, B2, G1, G2 (Gesamtaflatoxingehalt): 4 µg/kg
Aflatoxin B1 in Kindernahrung: 0,05 µg/kg
Aflatoxin M1 in Milch (für Säuglinge): 0,01 µg/kg
Futtermittel-Verordnung, Toleranz für Handelsfutter:
-Milchkühe 10 ppb
-Schweine 20 ppb
-Mastrinder 50 ppb (Jungtiere 10 ppb)
-Hähnchen 20 ppb (Jungtiere 10 ppb)
-Hühner 20 ppb
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Thema 4
Penicillin
Penicillin ist ein Sekundärmetabolit von Penicilliumarten (eine andere Schimmelpilzgattung).
Penicillin wirkt zwar auch als Antidot gegen Amanitin, ein Gift der Knollenblätterpilze, ist
aber hauptsächlich für seine Vorreiterrolle im Gebiet der Antibiotika bekannt. So gehört es zu
den ältesten verwendeten Antibiotika und wird heute noch erfolgreich angewandt.
Wirkungsmechanismus
Penicillin wirkt bakterizid auf sich teilende grampositive Bakterien. Das Penicillin bindet sich
an Enzym, das zur Teilung und Synthese von Zellwand der Bakterie (Quervernetzung der
Peptidoglykane) zuständig ist. Die teilende Bakterie stirbt ab, da sie bei der Teilung immer
Teile der Zellwand neu synthetisieren muss, was ihr nun nicht mehr möglich ist.
Grampositive Bakterien haben eine Zellwand aus Peptidoglycanen, welche das Penicillin
angreift, während sich bei den gramnegativen über dieser Schicht eine Lipid-Membran
befindet.
Da Penicillin nur auf sich teilende Bakterien wirkt, muss es immer länger, als die Symptome
andauern, eingenommen werden, damit auch Dauerformen der Bakterien abgetötet werden.
Synthetische Penicilline
Aufgrund der Instabilität des natürlichen Penicillin G angesichts Säuren und bestimmter
Enzyme und der daraus resultierenden Unmöglichkeit der oralen Einnahme wurde Penicillin
weiterentwickelt. So gibt es synthetische Penicilline, die säure- und enzymstabil sind und
auch solche, die aufgrund eines lipophilen Bestandteils auch gramnegative Bakterien
bekämpfen.
Synthese von Penicillin G
Penicillin G (natürliches Penicillin) entsteht zunächst aus den der Aminosäuren D-Valin, LCystein, L-Aminoadipidinsäure. Mit Hilfe des Enzyms ACVS ((L-α-aminoadipyl)-Lcysteine-D-valine Synthetase) wird aus diesen drei Aminosäuren das ACV Tripeptid.
Das Enzym IPNS (Isopenicillin N Synthase) sorgt für die Veränderung des Tripeptides zum
Isopenicillin N.
Enzym Isopenicillin N N-acyltransferase spaltet nun die Aminoapidinsäure von dem Molekül
ab und bindet Phenylacetyl, welches sich als Pflanzenhormon findet, an das Molekül.
17
Thema 4
18
Thema 4
Geschichte und Entdeckung
Alexander Fleming (1881-1955) verschimmelte (mit Penicillium notatum) während seiner
Beschäftigung mit Staphylokokken eine Kultur (1928 während er im Urlaub war). Im Umfeld
der Pilze war die Bakterienkultur nicht gewachsen, sondern gestorben. Er konnte das
Penicillin als bakterientötenden Stoff identifizieren und gab ihm seinen Namen. Er
untersuchte das Penicillin und stellte fest, dass es auf Tiere und gramnegative Bakterien
keinerlei Einfluss hatte, kam aber nicht auf die Idee es als Medikament einzusetzen. Flemings
Veröffentlichungen fanden zunächst bei Kollegen kaum Beachtung.
Fleming war jedoch nicht der erste neuzeitliche Wissenschaftler, der entdeckte, dass
Schimmelpilze Bakterienwachstum hemmen können: Schon 1870 hatte John Scott BurdonSanderson einen Zusammenhang zwischen Schimmelpilzen und Bakterienwachstum erkannt.
1884 behandelte Joseph Lister den Abszess einer Krankenschwester mit einem PenicilliumSchimmelpilz (genauer: Penicillium glaucum), veröffentlichte die Ergebnisse jedoch nicht.
1896 führte Ernest Duchesne einen erfolgreichen Tierversuch mit Meerschweinchen durch.
Alle diese Erkenntnisse blieben jedoch ohne Resonanz in der wissenschaftlichen Welt und
wurden völlig verkannt. Erst Sir Fleming verwendete sicher das Penicillium notatum (welches
Penicillin Burdon-Sanderson und Duchesne verwendeten, ist leider unbekannt).
Weitere Untersuchungen (nach Fleming) wurden von Howard W. Florey, Ernst B. Chain und
Norman Heatley 1939 vorgenommen. Heatley gelang es, das Penicillin aus der
Nährflüssigkeit der Bakterien zu extrahieren und zu reinigen.
Am 24. August 1940 fand ein Tierversuch an 50 Ratten statt, die mit einer tödlichen Dosis
Streptokokken infiziert wurden. Die Hälfte von ihnen erhielt Penicillin, und nur eine aus
dieser Gruppe starb. Die Ratten, die kein Penicillin erhielten, starben alle innerhalb weniger
Stunden. Dieses Tierexperiment stellte überraschend die kraftvolle Wirkung des Penicillins
heraus, die bei diesem aggressiven Bakterienstamm nicht erwartet wurde.
Am 12. Februar 1941 wurde der erste Patient mit dem gewonnenen Penicillin behandelt. Es
handelte sich um einen 43-jährigen Londoner Polizisten, der sich beim Rasieren geschnitten
und durch Infektion der Wunde eine Blutvergiftung erlitten hatte. Nach fünf Tagen
Behandlung war das Fieber verschwunden. Die Penicillinvorräte waren jedoch aufgebraucht
und die Behandlung musste abgebrochen werden. Der Mann verstarb einen Monat später.
Dies stellte retrospektiv die Notwendigkeit heraus, dass Antibiotika grundsätzlich länger
eingenommen werden müssen, als die sichtbaren Beschwerden andauern. Ein vorzeitiger
Abbruch birgt immer das Risiko eines Krankheitsrückfalls, auch heute oftmals nur
behandelbar durch Einsatz alternativer Antibiotika.
Sie untersuchten so die therapeutische Wirksamkeit des Penicillins, aber die weitere
Entwicklung desselben als Medikament scheiterte an der schweren Herstellung.
Erst als Florey und Heatley in die USA flogen, um dort für Penicillin zu werben, wurde das
allgemeine Interesse an Penicillin geweckt, besonders beim amerikanischen Militär, deren
Soldaten gerade im Zweiten Weltzkrieg nach nicht lebensbedrohlichen Verletzungen und
Eingriffen an Infektionen starben. Zunächst suchte man nach einem Pilzstamm, der mehr
Penicillin produziert. Dazu sammelte die amerikanische Luftwaffe Bodenproben von
möglichst vielen Flugplätzen weltweit. Der ergiebigste Stamm, Penicillium chrysogenum,
wurde jedoch auf einer verschimmelten Melone vor dem Forschungsinstitut entdeckt. Man
fand heraus, dass es güstiger ist, die Schimmelpilze in flüssiger Nährlösung zu kultivieren und
19
Thema 4
konnte ab 1944 Penicillin medizinisch einsetzen. Dies bedeutete zunächst den Nobelpreis für
Florey, Chain und Heatley, menschheitsgeschichtlich aber eine Revolution der Medizin im
Umgang mit Bakterien.
Die Deutschen hatten sich während des 2. Weltkrieges auf Sulfonamide als Antibiotika
konzentriert, der Handelsname war Prontosil. Nach dem Krieg erwies sich das Penicillin aber
als überlegen und setzte sich durch.
20
Thema 4
Nachwort
Aus dieser Chemiearbeit werde ich natürlich Informationen zu Schimmelpilzen mitnehmen.
Gleichzeitig habe ich daran aber auch anderes gelernt. Dass das Internet, beziehungsweise
Wikipedia als Quelle nicht unbedingt genügt, aber hilfreich sein kann. Wie man mit
Lehrbüchern arbeitet...
Aber ich habe auch andere Erkenntnisse gewonnen. Im Rahmen meiner Beschäftigung mit
der industriellen Nutzung von Schimmelpilzen beziehungsweise Aspergillen, die ja eigentlich
ein absoluter Nebenschauplatz war, ist mir klargeworden, wie Industrie funktioniert. Es wird
irgendein Stoff entdeckt, oder es werden bestimmte Eigenschaften irgendeines Stoffes
entdeckt. Dann wird dieser Stoff an der Stelle eingesetzt, an der gewisse Eigenschaften von
ihm nützliche Wirkung entfalten. Dieser Stoff ist dann aber aus seinem natürlichen Kontext
gerissen. Allein das spricht schon dafür, dass eventuell etwas schief gehen kann, weil der
Mensch hier Gott spielt. Er bringt Dinge zusammen, die in der Natur nicht zusammen
kommen, und erwartet, dass das keine negativen Folgen hat. Diese Gefahr wird nun dadurch
verstärkt, dass der Einsatz von isolierten Stoffen meist in einem extrem großen Umfang
stattfindet. So ist die Wahrscheinlichkeit für negative Konsequenzen sehr hoch. Industrie mag
viele Vorteile bringen, aber sie ist unnatürlich und zu 0% ganzheitlich, weswegen man sie
meiner Meinung nach mit Vorsicht genießen sollte. Vor meiner Arbeit war mir das nicht in
diesem Maße bewusst.
In der Medizin ist das ähnlich. Das Penicillin gehört eigentlich zu dem Schimmelpilz
Penicillium. Heute wird es gezielt hergestellt und isoliert, und zwar in Massen. Und die
Unwissenheit der Menschen zeigt sich bereits: Zahlreiche Resistenzen haben sich durch den
übermäßigen Einsatz der Antibiotika gebildet. Der Mensch ist einfach zu voreilig und zu
extrem, er neigt zu Übertreibung.
Ich bin froh, derartige Erkenntnisse gewonnen haben zu können, neben meinem Wissen über
Schimmelpilze.
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Thema 4
Quellenangaben
Allgemeine Mikrobiologie von Hans G. Schlegel
6. überarbeitete Auflage
Links zu Informationsquellen
https://en.wikipedia.org/wiki/Aflatoxin_B1
https://en.wikipedia.org/wiki/Penicillin
https://de.wikipedia.org/wiki/Schimmelpilz
https://de.wikipedia.org/wiki/Gie%C3%9Fkannenschimmel
https://de.wikipedia.org/wiki/Penicilline
https://de.wikipedia.org/wiki/Aflatoxine
http://www.abendblatt.de/wirtschaft/karriere/article107662123/Wie-Enzyme-unseren-Alltagerleichtern.html
https://de.wikipedia.org/wiki/Gram-F%C3%A4rbung
https://de.wikipedia.org/wiki/Schlauchpilze
Links zu Bilderquellen
Titelbild 1
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/3/3a/Alternariaalternata.jpg/220pxAlternariaalternata.jpg
Titelbild 2
https://i.ytimg.com/vi/W1Bzi7T8-HQ/hqdefault.jpg
Titelbild 3
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/a/a8/Bleu_de_Gex.jpg/290pxBleu_de_Gex.jpg
Titelbild 4
http://images.google.de/imgres?imgurl=http%3A%2F%2Fwww.pfdb.net%2Fphoto
%2Fmirhendi_h%2Fbox020909%2Fstandard%2Fa_fumigatus_s.jpg&imgrefurl=https%3A
%2F%2Fwww.aspiescentral.com%2Fthreads%2Faspergillus-the-official-fungus-of-aspergers-
22
Thema 4
syndrome.3739%2F&h=992&w=1500&tbnid=fQRZdg75ynfh_M
%3A&docid=E84FadjlhetKqM&ei=K3OCVueYMqLeywO6j4SQCA&tbm=isch&iact=rc&ua
ct=3&dur=395&page=1&start=0&ndsp=25&ved=0ahUKEwin2v2OgIHKAhUi73IKHboHA
YIQrQMIMzAA
Titelbild 5
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/8/81/Trichoderma.reesei.jpg
Titelbild 6
http://fungi.myspecies.info/sites/fungi.myspecies.info/files/DSC_0033.jpg
Bild zum Aufbau des Aspergillus
https://de.wikipedia.org/wiki/Gie%C3%9Fkannenschimmel#/media/File:Aspergillus.svg
Bild zur Synthese von Penicillin G
https://en.wikipedia.org/wiki/Penicillin
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Thema 5
Pestizide im Alltag
Rahel Sophia Delling
Inhalt
Geschichte
Unterteilung von Pestiziden
Allgemeines
Herbizid-Glyphosat
Dichlordiphenyltrichloethan
Verwendung
Auswirkungen
Die Macht der großen Konzerne
Alternativen
Thema 5
PESTIZIDE
Es dauerte viele Jahrtausende bis die Erde sich bildete, der wir unser Leben verdanken.
In diesem sogenannten Boden entstehen Stoffe, die Pflanzen ernähren und ihnen
ermöglichen zu gedeihen und sich zu vermehren. Pflanzen wiederum sind es, denen wir
Menschen und Tiere das Leben verdanken. Deshalb ist es wichtig zu begreifen, dass der
Begriff >Mutter Erde< nicht bloß eine Metapher, sondern eine objektive Tatsache ist.
Heutzutage, im Zeitalter der Produktivität und der grenzenlosen Vermarktbarkeit sieht
man die Erde und die Pflanzen nur noch als Quellen finanziellen Profits.
Mechanisierung, genetisch verändertes Saatgut, Monokulturen, Pestizide und vieles
mehr machen deutlich, dass die Landwirtschaft heute in erster Linie gewinnorientiert
handelt.
Pestizid ist ein Sammelbegriff für verschiedene Schädlingsbekämpfungsmittel. Es ist
ein bekannter Begriff für die meisten Menschen, doch welche Substanzen und welche
Wirkungsweisen er umfasst, bleibt meistens im Verborgenen.
Pestizide sind chemische Substanzen, die lästige oder schädliche Lebewesen töten,
vertreiben oder in Keimung, Wachstum oder Vermehrung hemmen.
Geschichte
Schon mit dem Beginn des Ackerbaus fingen die Menschen an, sich mit dem Thema
Pflanzenschutz auseinanderzusetzen. Bereits in der Antike wurden anorganische
Substanzen auf den Feldern eingesetzt. Im 18. Jahrhundert wurde dann erstmals
entdeckt, dass auch pflanzliche Wirkstoffe gegen Schädlinge helfen. So nutzte man
beispielsweise ab 1763 Nikotin aus den Tabakblättern oder ab 1843 Pyrethrum aus
Chrysanthemenblüten. Ab Mitte des 19. Jahrhundert begann man dann erstmals
anorganische Salze industriell herzustellen und einzusetzen. Entscheidender Auslöser
für die Verwendung von chemischen Pflanzenschutzmitteln war das Eindringen
verschiedener Krankheitserreger nach Europa, die zu katastrophalen Ernteausfällen
führte. Den Anfang bildete die Kraut und Knollenfäuleepedemie an Kartoffeln 1845 in
Irland. Hierdurch kam es zur Vernichtung der für die Bevölkerung lebensnotwendigen
Kartoffelernte, welche zum Hungertod oder der Emigration von Millionen von
Menschen führte. Als nächste große Katastrophe sieht man die von 1878 im Weinbau
Thema 5
an, bei der Rebenmehltau nach Frankreich verschleppt wurde. Anders als in Irland
konnte durch die Entdeckung von Kupferkalkbrühe als Fungizid durch den Franzosen
Millardet und Nikotin sowie Schwefelkalkbrühe eine Epidemie abgewendet werden.
Eine lange Zeit über war die Herstellung von Insektiziden und Herbiziden weitaus
weniger erfolgreich als bei den Fungiziden.
Als erstes organisches Pflanzenschutzmittel kam 1892 das Insektizid Dinitro-o-kresol
von dem Chemiekonzern Bayer auf den Markt. Es wurden aber auch andere organische
Verbindungen wie z.B. Methylquecksilber einige Zeit verwendet. Den ersten Höhepunkt
in der Produktion von Pestiziden fand die Industrie, kurz vor und während des Ersten
Weltkrieges und zwar im Einsatz chemischer Kampfstoffe.
Seitdem hat sich eine enorme Industrie entwickelt und es werden bis heute Versuche
gemacht, geforscht und neue Pestizide hergestellt, so dass die Entwicklung in großen
Schritten voranging.
1939 wurde die chemische Substanz DDT entwickelt. DDT ist ein Insektizid, das auf
Grund seiner effektiven Wirkung gegen Insekten und trotzdem geringen Toxizität
gegenüber Säugetieren sehr beliebt war. Eine relativ einfache Herstellung, sorgte
außerdem dafür das es jahrelang das meist verkaufte Insektizid auf der Welt war. DDT
wurde auch als Mittel zur Eindämmung von Malaria verwendet. Doch durch
zunehmende Erkenntnisse über die Anreicherung in der Umwelt und Nahrungskette
wurde die Substanz in den 70er Jahren in einigen westlichen Staaten verboten. Seit
2004 ist DDT weltweit nur noch als Nutzmittel zur Seuchenbekämpfung erlaubt.
1950 wurde Glyphosat erstmals hergestellt. Es dauerte allerdings noch knapp 25 Jahre
bis der Wirkstoff des heute meistverwendeten Pestizides 1974 endgültig auf den Markt
kam.
Moderne Präparate zeichnen sich durch breite Wirkungsspektren, geringe Toxikologie
und Umweltverträglichkeit aus.
Thema 5
Unterteilung von Pestiziden
Die Pestizide können nach ihren Zielorganismen weiter unterteilt werden:
• Bakterizide gegen Bakterien
• Fungizide gegen Pilze. Pilzkrankheiten
• Akarizide gegen Milben
• Ovizide gegen Eier von Milben
• Insektizide gegen Insekten
• Ovizide gegen Eier Insekten
• Molluskizide gegen Schnecken
• Nematizide gegen Fadenwürmer
• Rodentizide gegen Nagetiere
• Avizide gegeVögel
• Herbizide gegen Pflanzen
• Algizide gegen Algen
• Graminizide gegen Gräser
• Arborizide gegen Gehölze
Allgemeines
Pestizide sind chemische Substanzen, die gegen Schädlinge eingesetzt werden, also
Schädlingsbekämpfungsmittel. Jährlich werden weltweit mehr als 30 Milliarden Dollar
Umsatz gemacht. Pestizide unterteilt man in:
Biozide und Pflanzenschutzmittel
Biozide:
Biozid ist ein chemischer Stoff, der gegen Organismen eingesetzt wird und bedeutet ins
Deutsche übersetzt soviel wie Leben töten(bios griechisch=Leben und cedere
lateinisch=töten). Biozide werden nicht im agrarischen Bereich eingesetzt, sie sind
daher „nicht landwirtschaftliche Pestizide“. Sie sind eher im privaten und beruflichen
Bereich zu finden und werden gegen Schädlinge, wie Insekten bis hin zu Pilzen und
Bakterien
eingesetzt
und
sind
so
beispielsweise
in
Holzschutzmitteln,
Desinfektionsmitteln und Rattengift vorhanden.
Allein in Deutschland gibt es mehr als 30.000 Biozidprodukte, weshalb es auch kein
Wunder ist, dass durch den verbreiteten Gebrauch eine potentielle Gefahr für Mensch,
Tier und Umwelt besteht.
Biozide werden in vier Hauptgruppen definiert: Desinfektionsmittel,
Materialschutzmittel, Schädlingsbekämpfungsmittel, sowie eine kleine Gruppe
'Sonstige'.
Thema 5
Hauptgrupp
Desinfektionsmittel und allgemeine Biozid-Produkte
e1
Produktart 1 Biozid-Produkte für die menschliche Hygiene
Desinfektionsmittel für den Privatbereich und den Bereich des
Produktart 2
öffentlichen Gesundheitswesen sowie andere Biozid-Produkte
Produktart 3 Biozid-Produkte für die Hygiene im Veterinärbereich
Produktart 4 Desinfektionsmittel für den Lebens- und Futtermittelbereich
Produktart 5 Trinkwasserdesinfektionsmittel
Hauptgrupp
Schutzmittel
e2
Produktart 6 Topf-Konservierungsmittel
Produktart 7 Beschichtungsschutzmittel
Produktart 8 Holzschutzmittel
Produktart 9 Schutzmittel für Fasern, Leder, Gummi und polymerisierte Materialien
Produktart 10 Schutzmittel für Mauerwerk
Produktart 11 Schutzmittel für Flüssigkeiten in Kühl- und Verfahrenssystemen
Produktart 12 Schleimbekämpfungsmittel
Produktart 13 Schutzmittel für Metallbearbeitungsflüssigkeiten
Hauptgrupp
Schädlingsbekämpfungsmittel
e3
Produktart 14 Rodentizide
Produktart 15 Avizide
Produktart 16 Molluskizide
Produktart 17 Fischbekämpfungsmittel
Produktart 18 Insektizide und Produkte gegen andere Arthropoden
Produktart 19 Repellentien und Lockmittel
Produktart 20 Produkte gegen sonstige Wirbeltiere
Hauptgrupp
Sonstige Biozid-Produkte
e4
Produktart 21 Antifouling-Produkte
Produktart 22 Flüssigkeiten zur Einbalsamierung und Taxidermie
Thema 5
Pflanzenschutzmittel:
Pflanzenschutzmittel - auch Ackergifte genannt, werden überwiegend zum Schutz von
Pflanzen eingesetzt, haben aber auch unterschiedliche Funktionen und Wirkungen nach
denen sie eingeteilt werden:
*Insektizide und Rodentizide = Pflanzen vor Schädlingen zu schützen oder ihrer
Einwirkung vorzubeugen.
*Wachstumsregulatoren = Lebenswege von Pflanzen zu beeinflussen.
*Saatgut/Vorratsschutzmittel = Pflanzenerzeugnisse zu konservieren.
*Herbizide = Unerwünschte Pflanzen zu vernichten oder Wachstum zu hemmen oder
vorzubeugen.
Herbizide sind mit einem Anteil von 50% weltweit die meist verkauften und damit
wichtigsten Pflanzenschutzmittel heutzutage. In Asien, Afrika und Lateinamerika
dominieren allerdings Insektizide. In Deutschland liegt der jährliche Absatz bei mehr als
40.000T. Der Weltmarkt für Pflanzenschutzmittel betrug im Jahr 2014 42,7 Mrd. Euro.
Alle in Deutschland erlaubten Pflanzenschutzmittel befinden sich in dem jährlich neu
erscheinenden Pflanzenschutzmittelverzeichnis des Bundesamtes für Verbraucherschutz
und Lebensmittelsicherheit(BVL). Dieses gliedert sich in folgende Abschnitte:
•
Teil 1: Ackerbau – Wiesen und Weiden – Hopfenbau – Nichtkulturland
•
Teil 2: Gemüsebau – Obstbau– Zierpflanzenbau
•
Teil 3: Weinbau
•
Teil 4: Forst
•
Teil 5: Vorratsschutz
•
Teil 6: Anerkannte Pflanzenschutz- und Vorratsschutzgeräte
•
Teil 7: Haus- und Kleingartenbereich
Vor der Vermarktung durchlaufen die Pestizide ein langwieriges Zulassungsverfahren.
In Deutschland
betrifft
dies
Zulassungsstelle
ist
das
Lebensmittelsicherheit(BVL).
zunächst
die
Bundesamt
Vorgeschaltet
allgemeine
für
wird
EU-Verordnung. Die
Verbraucherschutz
jedoch
ein
und
EU-
Gemeinschaftsverfahren zur Wirkstoffgenehmigung. Zugelassene Wirkstoffe sind in
sogenannten Positivlisten der EU-Verordnung und besitzen eine Zulassungsnummer, die
auf der Verpackung stehen muss.
>In Europa werden jährlich rund 67.000 Lebensmittelproben auf Pestizidrückstände
geprüft.<
Spezielle Anwendungsverbote entscheidet dann jedes Land für sich. In Deutschland
Thema 5
kümmert
sich
darum,
die
„Verordnung
über
Anwendungsverbote
für
Pflanzenschutzmittel“. Gründe dafür sind z.B. neue Erkenntnisse zur Gefährdung von
Gesundheit oder Umwelt.
Diesen Gesetzen unterliegt die industrielle Landwirtschaft, in der ökologischen
Landwirtschaft dürfen Pestizide ohnehin nicht verwendet werden.
Ein Problem, vor dem Nutzer bei der Verwendung von Pestiziden Angst haben, stellt die
Gefahr von Resistenzbildung gegenüber einzelnen Wirkstoffen dar. Dies kann durch
wiederholt identische Anwendungen entstehen. Daher werden häufig Spritzfolgen von
verschiedenen Wirkstoffen angewendet oder die Dosis erhöht. Außerdem ist die
Pflanzenschutzforschung ständig auf der Suche nach neuen Wirkstoffen mit neuen
Leitstrukturen, um im Falle von Resistenzbildung Möglichkeiten anbieten zu können.
Ein kleines Beispiel für die Wirkkraft von Pestiziden:
>Die jährliche Weltgetreideproduktion stieg von 1950 bis 2007 von 700 Millionen
Tonnen auf 2,3 Milliarden Tonnen. Das ist eine Verdreifachung des Ertrags auf nahezu
gleichbleibender Produktionsfläche.<
Thema 5
Herbizid-Glyphosat
Herbizide sind Unkrautbekämpfungsmittel, welche man wiederum in selektive
Herbizide(gegen bestimmte Pflanzen) und Breitband-oder Totalherbizide(gegen viele
Pflanzen) unterteilt.
Ein sehr bekanntes und weit verbreitetes Totalherbizid ist Glyphosat.
Glyphosat:
Ist unter anderem unter dem Handelsnamen Roundup bekannt, da die Firma Monsanto
das Herbizid in den 70er Jahren patentieren ließ. Mittlerweile ist das Patent aber in den
meisten Ländern abgelaufen und so wird es zusätzlich von unterschiedlichsten Firmen
produziert.
Glyphosat wird als Hemmer von Aminosäuresynthese bei Pflanzen eingesetzt.
Glyphosat wird auf die Blätter aufgetragen, wodurch der Wirkstoff in den Organismus
der Pflanze eindringt. Dort blockiert Glyphosat ein wichtiges Enzym, das 5Enolpyruvylshikimat-3-phosphat-Synthase, wodurch die Aminosäuresynthese der
aromatischen Aminosäuren L-Phenylalanin, L-Tyrosin und L-Tryptophan über den
Shikimatweg (Stoffwechselweg) verhindert wird. Diese Aminosäuren sind für die
Pflanze lebensnotwendig und durch die verursachte Blockade stirbt die Pflanze ab. Das
Pflanzenschutzmittel Glyphosat wird dann von Mikroorganismen abgebaut.
Grund für die Blockade ist die chemische Ähnlichkeit von Glyphosat zu
Phosphoenolpyruvat, dem regulären Substrat des Enzyms.
Glyphosat wird in über 130 Ländern vertrieben und in einem Jahr werden weltweit über
1 Millionen Tonnen ausgetragen, von denen ein Großteil in China produziert wird. In
Deutschland werden jährlich etwa 30.000 Tonnen Glyphosat versprüht und 2015 waren
in Deutschland noch 94 glyphosathaltige Mittel zugelassen.
C3H8NO5P
C3H5O6P
Glyphosat
Phosphoenolpyruvat(PEP)
Thema 5
Dichlordiphenyltrichlorethan
Dichlordiphenyltrichlorethan, abgekürzt auch als DDT bekannt, ist ein Insektizid, das
auf Grund seiner Wirksamkeit seit 1939 sehr beliebt ist und oft verwendet wurde.
Herstellung:
Ein Grund für den wirtschaftlichen Erfolg und die steigenden Verkaufszahlen lag
sicherlich auch in der einfachen Handhabung von DDT. DDT entsteht indem
Chlorbenzol
(C6H5Cl)
und
Chloralhydrat
(C2H3Cl3O2)
in
konzentrierter
Schwefelsäure reagieren. Das bei der Reaktion entstehende Wasser wird von der
Schwefelsäure aufgenommen. Nach etwa acht Stunden Reaktionszeit kann das DDT
getrocknet und zerkleinert werden.
DDT wirkt hauptsächlich auf das zentrale Nervensystem. Nach einer gängigen
Hypothese lagern sich die DDT-Moleküle an die Nervenzellmembran an und verhindern
dabei das Wiederverschließen der Natriumkanäle während der Repolarisation. Bei
Thema 5
niedrigen Dosierungen kommt es dabei zu Übererregbarkeit, bei hohen zur Lähmung.
Die Steigerung der Erregbarkeit tritt zuerst bei den Motoneuronen des Gehirns auf,
Spinalnerven sind erst bei höheren Konzentrationen betroffen.
In Deutschland interessierte man sich anfangs für DDT auf Grund seiner
Wirkungsweise gegen den Kartoffelkäfer. Später wurde es dann als Mittel gegen
Läusebefall bekannt. Dazu wurde das Pulver einfach in die Klamotten gerieben, kam
aber auch in direkten Kontakt mit den Menschen. Außerdem wurde DDT zur
Vorbeugung von Malaria eingesetzt und auch als einfaches Spray gegen Mücken
verwendet. So war DDT nach dem Ende des 2.Weltkrieges zur zivilen Nutzung
zugelassen, als Standardmittel in die Mode gekommen und wurde im Alltag vielfältig
genutzt. Lange Zeit war DDT das meistverwendete Insektizid und wurde je nach Land
im Bereich von 0,5 bis 35 kg DDT pro ha verwendet.
Bei verschiedenen Großaktionen wurde DDT auch mit Flugzeugen ausgetragen und
verbreitete sich so ungemein. Diesen Aktionen fielen verschiedenste Tiere zum Opfer.
Vergiftungen bei Insekten
und Vögeln traten auf und einige Arten verschwanden
komplett. Fische wurden krank und Milch von Kühen, die auf belasteten Feldern lebten,
konnten nicht mehr verkauft werden.
So kam es erstmals zu Aufrufen von
Naturschützern und der Bevölkerung und es fing an ein Umweltbewusstsein zu
entstehen. Verschiedene Proteste und Versuche den Verbrauch zu stoppen hatten keinen
Erfolg bzw. schlugen zunächst fehl. In den 70er Jahren wurde DDT erstmals verboten
und im laufe der nächsten Jahre folgten die meisten Länder. Doch es gibt selbst heut
noch vereinzelt Länder in denen DDT noch hergestellt und verwendet wird. So zum
Beispiel in Indien, die noch heute DDT zur Eindämmung von Malaria einsetzten.
Thema 5
Verwendung
In Deutschland werden jährlich 40.000Tonnen Pestizide ausgebracht. Diese werden
größtenteils durch Feldspritzen oder beim Obstanbau mit Gebläsespritzen hinter einem
Traktor hergezogen und verteilt. So kann die Arbeit relativ schnell und ohne großen
Aufwand vollzogen werden und der Arbeiter ist relativ gut geschützt.
Zum Anbau von Soja, Mais, Baumwolle und Zitruspflanzen werden zu ungefähr 95%
immer Pflanzenschutzmittel verwendet.
Paprika, Tomaten, Salat, Äpfel, Trauben und Johannisbeeren sind, was die
Pestizidbelastung angeht, Spitzenreiter.
Obwohl bekannt ist, dass bestimmte Pestizide hochgiftig sind, werden viele noch immer
in großem Ausmaß und oft ohne die nötigen Schutzvorkehrungen verwendet.
In tropischen Ländern ist es angesichts des Klimas kaum zumutbar, dicke
Schutzkleidung zu tragen; in anderen Ländern steht Schutzkleidung gar nicht zur
Verfügung.
Auch bei einem Getränk wie Tee, von dem alle erwarten, das es gesund ist, liegt der
ökologische Anbau nur bei ungefähr 2%. Tee als Getränk wurde schon vor ungefähr
5000 Jahren in China entdeckt. 2011 wurden ca. 4,2Millionen Tonnen Tee produziert.
Hauptproduktionsländer sind momentan China, Indien und Afrika. Dort sind die
Menschen den Pestiziden massiv ausgesetzt. Die Arbeiter versprühen das Gift per Hand
mit nicht genügend ausreichender Schutzkleidung oder mit Flugzeugen, wodurch sich
die Gifte viel weiträumiger verteilen und sich oft auch auf die angrenzenden
Wohnsiedlungen legen.
In solchen Wohnsiedlungen leben oft um die 50 Tausend
Menschen mit nur 2 Ärzten. Viele dieser Arbeiter erblinden oder tragen andere
schwerwiegende Krankheiten davon. Dazu kommt noch, dass die meisten Arbeiter in
der Verwendung von Pestiziden nicht ausreichend aufgeklärt werden. So kommt es,
dass falsche Mittel verwendet werden oder eine falsche Dosierung erfolgt, wie zum
Beispiel eine zu häufige Anwendung.
Bei der Teeernte werden lediglich die jungen äußeren Blätter abgezupft. Jeder Strauch
ist einzigartig in seiner Färbung. Die vielen Grüntöne bezeugen die hohe Qualität des
Tees. Schmale Wege trennen die einzelnen Parzellen voneinander. In Kenia sind es
Kleinbauern, die 60% der Ernte hervorbringen. Anderswo bewirtschaften internationale
Konzerne große Plantagen mit geklonten Pflanzen und bieten vielen Menschen einen
Arbeitsplatz. Eine Mechanisierung der Produktion wurde auch hier schon erwogen,
Thema 5
doch verbietet die unregelmäßige Form der Teegärten die maschinelle Ernte, sodass die
Kosteneinsparung bei den Arbeitskräften durch die geringe Qualität des Tees im Handel
zunichte gemacht würde.
Bei einem Test der Zeitschrift Öko-Test, kamen unglaubliche Ergebnisse von 30
getesteten Teesorten zum Vorschein. 20 dieser Tees fielen durch, da sie stark belastet
waren, bei 4 von ihnen waren die Grenzwerte überschritten und in einem Tee fand man
23 verschiedene Gifte. Nur 5 der 30 getesteten Tees waren frei von Schadstoffen.
Thema 5
Auswirkungen
Pestizide werden heutzutage oft in Verbindung gebracht bei der Belastung von Mensch
und Umwelt.
Es wurde erforscht, dass das Pflanzenspektrum sich durch Pestizide stark verringern
kann. Ebenfalls wird durch die angegriffenen Pflanzen die Gefahr einer
Artenverarmung von Tieren ,durch die Nahrungskette befürchtet. Außerdem wurden
Pestizide schon im Oberflächen- und Grundwasser nachgewiesen. In Europa und auch
Kanada wird Imidacloprid, ein Insektizid für das dramatische Bienensterben
verantwortlich gemacht.
Viele Krankheiten sollen durch den Pestizidgebrauch verstärkt oder ausgelöst werden,
so z.B. Hautkrankheiten, Diabetes, Autismus, Asthma, Alzheimer und Missbildungen
von Neugeborenen. Eine Studie ergab einen Zusammenhang zwischen dem Einsatz
großer Mengen von Pestiziden und einer weit überdurchschnittlichen Anzahl von
Parkinson-Fällen in den entsprechenden Regionen. Parkinson ist in Frankreich seit
2012 sogar als Berufskrankheit von Landwirten anerkannt, wenn sie mindestens 10
Jahre lang mit Pestiziden in Berührung standen. Auch Krebs wurde als eine mögliche
Folge von Pestizidgebrauch genannt. Doch selbst solche Studien sorgen nicht bei allen
Menschen für eine andere Einstellung. Im Gegenteil, es gibt unglaubliche Antworten
und Reaktionen auf solche Tatsachen. Einige Menschen bevorzugen „bloß ein
Krebserreger mehr im Austausch für erschwingliche Nahrung für die breite Masse“.
Ein weiteres Problem besteht darin, das oft sogenannte Giftcocktails(bunt gemischte
Gifte) verwendet werden. Dadurch wird nicht nur bestimmten Grenzwerten aus dem
Weg gegangen, sondern die Wechselwirkungen der verschiedenen Gifte untereinander
können einzelne Wirkungen bei weitem überschreiten.
Der Einsatz von Pestiziden ist verantwortlich für fünf Millionen Vergiftungsfälle mit
mehreren Tausend Toten in den Entwicklungsländern. Pestizide stellen überall ein
Gesundheitsproblem dar. Ein Gramm kann ausreichen, um zehn Millionen Liter
Wasser zu verunreinigen und die giftigen Substanzen verbleiben in den mit ihnen
behandelten Produkten.
Thema 5
Die Macht der großen Konzerne
Der Einsatz synthetischer Pestizide ist vielfach mit einem Teufelskreislauf aus
Verschuldung und finanzieller Abhängigkeit landwirtschaftlicher Betriebe durch
Kreditaufnahme für den Kauf von Pestiziden verbunden. Dieser Kreislauf von
Verschuldung und finanzieller Abhängigkeit hat enorme Folgen. Einziger Ausweg aus
der miserablen Situation ist für viele Bauern oft nur noch der Selbstmord. Andere
Folgen sind Migration und das damit verbundene Zurücklassen von Land, Heimat und
Kultur. Vor allem betroffen von dem unglaublichen Elend sind die Landwirte in den
ärmeren Ländern. Eine Statistik besagt, dass alle 8 Stunden ein indischer Bauer aus
Verzweiflung oder Scham versagt zu haben,
Selbstmord begeht. Über 300.000
Menschen nehmen sich jährlich mit Pestiziden das Leben. Schuld daran sind wenige
große Konzerne, die mit der Produktion und dem Verkauf Millionengeschäfte machen.
Bei einem kürzlich durchgeführten Test durch Greenpeace entpuppten sich deutsche
Johannisbeeren und Himbeeren als gesundheitsgefährdend. In jeder Johannisbeere
steckten bis zu neun unterschiedliche Pestizide, die nach Greenpeace-Meinung keine
Anwendung im Anbau von frischem Obst und Gemüse finden sollten.
Leider sind die Behörden da anderer Meinung. Sowohl das Bundesamt für
Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) als auch das Bundesinstitut für
Risikobewertung (BfR) hatten im August 2010 herbe Kritik an den genannten
Greenpeace-Untersuchungen
geäußert.
Die
Bewertungen
der
gemessenen
Pestizidrückstände durch Greenpeace, so heißt es, entspreche nicht den Kriterien einer
wissenschaftlichen Risikobewertung. Ein weiterer Kritikpunkt war, dass Greenpeace
ihrer Bewertung unrealistische Verzehrmengen zugrunde lege.
Thema 5
Thema 5
Alternativen
Ökologische Bewirtschaftung ist genauso effektiv wie die herkömmliche Anbauweise
mit dem Einsatz von Pflanzenschutzmitteln.
Eine Möglichkeit stellt gezielter Düngereinsatz statt Pestizidverbrauch dar. Abwehr von
schädlichen Organismen durch gezielte Blattdüngung, zum Beispiel mit Löschkalk,
ersetzt alle Fungizide und fast alle Insektiztide des herkömmlichen Pflanzenschutzes
sowie alle Biopestizide und Pflanzenhilfsstoffe. Sogenannte Biopestizide sind zwar
meistens biologischen Ursprungs, dadurch jedoch nicht frei von schädlichen
Nebenwirkungen.
Eine andere Möglichkeit auf Pestizide zu verzichten, müsste eine grundsätzliche
Veränderung in der Einstellung des Verbrauchers voraussetzen. Der Verbraucher muss
ein Bewusstsein für die Notwendigkeit des ökologischen Landbaus entwickeln und
diesen aktiv unterstützen. Das heißt zum einen, diese Produkte zu kaufen und zum
anderen auf Pestizide im privaten Bereich zu verzichten.
Einer Gruppe von Wissenschaftlern in Irland ist ein Durchbruch auf dem Gebiet der
Agrarwissenschaften gelungen. Sie fanden heraus, dass durch Radiowellen behandeltes
Wasser positive Effekte auf die Keimzeit, das Wachstum und die Resistenz von Pflanzen
hat. Darüber hinaus bindet das behandelte Wasser vermehrt Stickstoff aus der
Umgebungsluft in Form von Nitraten und reichert den Boden mit Mineralien an, die für
das Pflanzenwachstum notwendig sind. Dies würde den Einsatz von Pestiziden und
Düngemitteln in Zukunft unnötig machen und könnte eine umweltfreundliche
Alternative zu genetisch veränderten Organismen sein.
Kuba bietet ein gutes Beispiel, wie biologische Landwirtschaft funktioniert. Kuba
erlebte Anfang der neunziger Jahre eine große Wirtschaftskrise und entwickelte so aus
der Not heraus komplett ökologische Anbaumethoden. Sie fingen an natürliche Wege
zu finden, um ihre Pflanzen vor Schädlingen zu schützen. Heute wird beinahe jeder
Acker Kubas ökologisch nachhaltig bewirtschaftet. Sie stellen mit verschiedenen
Lebensmitteln eigene Mischungen aus beispielsweise Pilzen, Joghurt, Brot,
Zuckerrohr und Milch her, geben diese auf die Felder und verhindern so den Befall
von Schädlingen. Ein anderer wichtiger Aspekt ist als Basis ein gesunder Boden.
Daher werden Regenwürmer gerne in den Böden gesehen, die einen Dünger aus
stickstoffreicher Erde herstellen.
Thema 5
Quellenverzeichnis
http://www.pangermany.org/download/Positionspapier_PAN_Int_WG_4_Alternativen.pdf
http://www.bund.net/themen_und_projekte/chemie/pestizide/gesundheitsgefahren/
http://www.greenpeace.de/files/20120201-Einkaufsratgeber-Essen-ohne-Pestizide.pdf
http://www.gartus.de/pflanzenschutzmittel/geschichte-pflanzenschutzes.html
http://www.umweltbundesamt.de/themen/chemikalien/biozide
https://de.wikipedia.org/wiki/Pestizid
https://www.greenpeace.de/themen/landwirtschaft/pestizide
http://www.zentrum-der-gesundheit.de/pestizide-im-essen-ia.html
http://green.wiwo.de/lebensmittel-untersuchung-findet-pestizide-in-tee/
http://www.t-online.de/lifestyle/besser-leben/testberichte/id_16619154/-oeko-testfindet-massenhaft-pestizide-im-tee.html
http://info.kopp-verlag.de/medizin-und-gesundheit/gesundes-leben/uwe-karstaedt/daskarstaedt-protokoll-das-krebsrisiko-aus-der-teetasse.html
Thema 6
Thema 6
Epigenetik
13a
Henning Hardell
S. 1
Thema 6
Inhaltsverzeichnis
Vorwort
Was ist Epigenetik?
-
Die Entdeckung der Gene (Grundlagen der Genetik)
-
Die DNA
-
Die DNA Methylierung
-
Modifikation von Histonen
-
Studien und Forschung
-
Medizinische Bedeutung der Epigenetik
Abschließendes Fazit
-
Quellenangaben
S. 2
Thema 6
Vorwort
Die Epigenetik befasst sich mit der veränderbaren Genetik. Lange nahmen
Wissenschaftler an das unser Gene unveränderbar seien, ein Trugschluss.
Entgegen aller Theorien erkannt man das sich die Gene eines Menschen sich
während des Lebens verändern. Dies war ein Durchbruch der Wissenschaft
und der Genetik. Da die Epigenetik allerdings erst Mitte der neunziger Jahre
entdeckt worden ist, ist sie bis heute nicht komplett erforscht.
Da die Epigenetik ein Komplexes Themengebiet ist, möchte ich nicht die
DNA sowie die Genetik in ihrem ursprünglichen Sinnen unbeachtet lassen.
Die Funktionsweise der Epigenetik möchte ich in dieser Hausarbeit in den
Fokus ziehen. Dabei werde ich mich jedoch fast ausschließlich auf den
chemischen Teil beziehen.
An verschiedenen Studien werde ich die Wirkung der Epigenetik
veranschaulichen. Was für eine Bedeutung der zweite Weltkrieg und dessen
Auswirkung in Holland für die Epigenetik hatte, werde ich auch darlegen. In
dem Kapitel Forschung und Studien werde ich die Frage klären was für eine
Rolle eineiige Zwillinge in der Erforschung der Vererbbarkeit der Epigenetik
spielen.
S. 3
Thema 6
Die Entdeckung der Gene (der Genetik)
Bereits schon im 19 Jahrhundert wurde das Interesse im Menschen nach
Genetik geweckt. Zu den Pionieren der Genetik zählt auch der
Augustinermönch Gregor Mendel (1822-1884) der seiner Vermutung
nachging das nicht direkt beobachtbare unteilbare biologische Anlagen
(Gene) die Vererbung von Merkmalen steuern. Mit seiner Vermutung, die er
später auch an Versuchen mit Nutzpflanzen durchführte und bewies,
erzeugte er einen revolutionären Bruch in der Genetik. Anhänger der
Pangenese, wozu Tier- Nutzpflanzenzüchter und auch Charles Darwin
gehörten, glaubten dass sich Mütterliche sowie Väterliche Gene in einer
nicht näher bestimmten Weise untrennbar im Nachwuchs mischten. Gregor
Mendel entkräftete diese Theorie im Klostergarten des Brünner Klosters.
Seine revolutionären Ergebnisse wurden zunächst ein halbes Jahrhundert
vergessen und ignoriert. Die Wiederentdeckung dieser Ergebnisse läutete
eine neue Ära der Genetik ein. Gregor Mendel betrieb ganz genaue
Züchtungsstudien, für diese langwierige Unterfangen entschied er sich die
Erbse (Pisum sativum). Die Besonderheit oder die besonderen Eigenschaften
dieser Pflanz ist, das sie sich selbst bestäuben kann und sich mit einem
anderen Individuum kreuzen kann. Mendel wählte für seine Studien sieben
Merkmale die er anhand der Erbse untersuchen wollte, die Färbung der
Kelchblätter, die Form der reifen Hülsen, die Farbe der unreifen Hülsen, die
Stellung der Blüten, die Gestalt der reifen Samen, die Färbung des reifen
Sameninneren und die Länge des Stiels. Um einen Vergleich zu ziehen
besorgte sich Mendel sieben reine gezogenen Pflanzen (Linie). Wichtig war
das diese Linien keine Variation der Merkmale aufwiesen. Mendel wählte für
das Merkmal der Blütenfarbe zwei prägnante Farben Weiß und Lila. In
seinen ersten Experimenten verglich er die reine Linie (zwei Lila Pflanzen
bestäuben sich) mit der unreinen Linie (eine Weiße- und eine Lilapflanze
bestäuben sich), das Ergebnis war, dass bei beiden Züchtungen, Pflanzen mit
Lilafarbenen Blättern entstanden. Die Pflanzen die sich im ersten Experiment
bestäubten
nannte
Mendel
Parentaleltern
oder
Parentalgeneration
S. 4
Thema 6
(abgekürzt „P“). Alle Nachkommen dieser Parentalgeneration nannte
Mendel F1 Generation. Somit entkräftete Mendel die erste Theorie der
hervorgegangen Pangenese. Nach deren Theorie hätte es eine Vermischung
in der F1 Generation von weißen wie violetten Pflanzen geben müssen. Als
nächstes führte Mendel eine Selbstbestäubung einiger violetten Pflanzen
aus der F1 Generation durch. In der daraus erfolgenden F2 Generation
fanden sich erstmals Weiß- und Lilafarbende Pflanzen wieder. Bei der
Auszählung der F2 Generation entdeckte Mendel ein 3 zu 1 Verhältnis der
beiden Farben (auf drei Lilafarbenden eine Weiße). Aus dieser Erkenntnis
bildete er die Theorie und Gesetzmäßigkeit der dominanten und rezessiven
Merkmal oder Gene. Die Lilafarbende Farbe beschrieb er als dominant weil
sie in der F1 Generation vorkam, und die weiße Farbe als rezessiv da diese
erst wieder in der F2 Generation auftrat.
Diese Erkenntnisse ist die Basis der Vererbungslehrer oder der Genetik. Ein
halbes Jahrhundert wurden die Ergebnisse der Studie die Georg Mendel
durchführte, vergessen. Erst Anfang des 20 Jahrhunderts bekam die Theorie
Mendels hohe Anerkennung. Die Theorie die er hatte wurde erneut
aufgegriffen und neu belegt. Seine Ergebnisse und die daraus resultierenden
Erkenntnisse schufen die Grundlage unserer heutigen Genetik.
Im Kapitel „Studien und Forschungen“ werde ich die Bedeutung seiner
Ergebnisse veranschaulichen und sie auf die Epigenetik beziehen.
S. 5
Thema 6
Die DNA
In ihrer Funktion kann man sich die DNA wie ein Bauplan für den
menschlichen
Körper
vorstellen.
Mit
vollem
Namen
heißt
sie
Desoxyribonukleinsäure. In der DNA wir ein sogenannter genetischer Code
gespeichert, der die Bildung von Proteinen bestimmt. Dieser genetische
Code ist individuell. Nun zur genauen Erläuterung. Die DNA befindet sich in
jeder Zelle des menschlichen Körpers und sitzt auf den Chromosomen. Die
DNA ist ein langes Kettenmolekül welches aus vielen Bausteinen oder
Nukleotiden besteht. Die DNA ist ein Polymer. Ein Nukleotide besteht
wiederrum aus drei Bauteilen: Phosphorsäure oder Phosphat, Zucker und
Nukleobasen oder Basen. Der Zucker und das Phosphat sind bei jedem
Nukleotid gleich, sie bilden das Phosphatrückrat des Moleküls. Die
Desoxyribonukleinsäure ist in Form eines Doppel Helix aufgebaut. Ein
Nukleotid befindet sich zwischen den beiden Spiralen welche auch das
Rückgrat der DNA sind. Der Nukleotid bekommt seine Individualität durch
die Anordnung der Nukleobasen. Es gibt vier solcher Basen: Adenin (A),
Guanin (G), Cytosin (C) und Thymin (T). Die Anordnung der Basen in einen
Nukleotid ist der sogenannte genetische Code.
Ein Beispiel:
CATG
GATC
TAGC
CTGA etc.
Heutzutage können Computer diesen Code entziffern und die oben
genannte Buchstabenreihe erscheinen lassen. Damit dieser genetische Code
vom Köper abgelesen werden kann, werden Enzyme über die DNA versendet
die den Code entschlüsseln und diesen zur Bildung von neuen Proteinen
nutzt.
S. 6
Thema 6
Summen und Strukturformeln der verschiedenen Basen:
Cytosin: C4H5N3O
Guanin: C5H5N5O
Adenin: C5H5N5
Thymin: C5H6N2O2
S. 7
Thema 6
Die DNA Methylierung
Die DNA Methylierung ist der wichtigste epigenetische Prozess, der im
Körper stattfindet.
Bei der DNA Methylierung handelt es sich um eine chemische Abänderung
der Grundbausteine. In einer sogenannten Methyltransferase werden durch
Enzyme Methylgruppen an Grundbausteine gebunden. Die DNA
Methylierung ist die wichtigste epigenetische Abänderung im Körper. Da bei
der Methylierung einer Base, die Base vollständig erhalten bleibt spricht man
nicht von einer Mutation, wie sie bspw. bei Tumoren auftritt. Die
Methylierung tritt immer dann auf wenn eine Methylierte Zelle sich teilt. Die
nun neue Zelle ist noch nicht Methyliert und Methyliert nur kurze Zeit
später. Ich möchte infolge dessen nun die Methylierung von Cytosinbasen
betrachten. Im Menschen wirkt die Methylierung von Cytosinbasen erst
dann wenn die Cytosinbase in Verbindung mit einer Guaninbase steht, in so
einem Fall spricht man von CG Paaren, solche Paare treten als Dinukleotide
auf. Das Enzym DNMT 3 methyliert jedes Cytosin in einer solchen Bindung.
An solchen me CG Paaren (wobei das me für metyliert steht) sammeln sich nun
weiter Proteine, dies führt schließlich zu einer Ablagerung von Proteinen. Die
Ablagerungen bewirkt dass ein Gen inaktiviert wird. Kurz gesagt ist die
Methylierung wie ein an/aus Schalter für Gene. Inaktivierte Gene sind für
Enzyme nicht mehr lesbar. Nach der Methylierung findet eine
Desaminierung statt. In der Desaminierung spaltet sich eine Aminogruppe
vom Cytosin ab so das eine neue Base entsteht bspw. Thymin. Anschließend
kann eine Reparatur der DNA erfolgen. Ein neues Paar ist nun entstanden
Thymin-Guanin Paar(TG Paar). Eine nicht methylierte Base wird nach der
Abspaltung der Aminogruppe Uracil genannt. Uracil ist kein Baustein der
DNA und wird anschließen ausgeschieden.
CG Dinukleotide treten häufig in den Bereichen der Zellsteuerung auf. Solche
Gebiete werden Promotorregionen genannt. Diese hohe aufkommen der CG
Paare, bezeichnet man auch mit einer CPG Insel (Cytosin Phosphat Guanin
Insel. Wird nun in einer Promotor Region vermehrt CG Paar methyliert und
S. 8
Thema 6
zu einem TG Paar desaminiert, kann die Funktion der Zelle verändern,
behindern werden oder verloren gehen.
Summen und Strukturformel einer Methylgruppe:
Eine Methylgruppe sowie eine Aminogruppe, stehen immer in Verbindung
mit einem Rest (R).
Methylgruppe:
R-CH3
Aminogruppe:
R-NH2
Im Folgenden möchte ich durch eine Reaktionsgleichung die Metylierung
Desaminierung eines CG Paares darstellen.
Reaktionsgleichung:
Es wird nur die Methylierung und Desaminierung des Cytosins betrachtet.
Cytosin = C4H5N30
Methylierung:
C4H5N3O
+
CH3
= C5H8N3O
Als nächster Schritt kann die Desaminierung erfolgen.
Desaminierung :
C5H8N3O
C5H5N2O
-
NH2
= C5H5N2O
= Thymin
Aus dem Ergebnis Thymin wird in Verbindung mit Guanin nun ein TG Paar.
Dies erklärt auch ein geringes Aufkommen von meCG Paaren in den
Promotorregionen der Zelle.
S. 9
Thema 6
Modifikation von Histonen
Zunächst möchte ich die Hiltone erklären. Histone kommen im Zellkern von
Eukaryoten vor. Eukaryoten sind alle Lebewesen die in jeder Zelle einen
Zellkern besitzen. Histone sind basische Proteine, sie gelten als
„Verpackung“ der DNA. Histone weisen einen globulären Aufbau auf. Das
bedeutet dass sie ein kugelförmiges Zentrum haben von dem sich
Seitenarme ausstrecken. Die Seitenarme haben die Eigenschaft dass sie
flexibel und endig sind, das heißt sie sind beweglich haben ein Ende. Die
Seitenarme besitzen unteranderem viele basische oder positiv geladene
Aminosäuren. Die DNA die sich um das Zentrum wickelt ist negativ geladen,
eine Anziehung besteht. Die Aminosäuren sind ein Bestandteil des
Chromatins. Das Chromatin ist eine Verbindung aus speziellen Proteinen
davon etwa die Hälfte sind Histone (in denen Aminosäuren enthalten sind)
und der DNA, zusammengesetzt erstellen sie das Material des Chromosoms.
Eine Modifikation der Histone kann auf vielen wegen erfolgen Beispielsweise
durch Methylierung Phosphorysierung und Acetylierung. Wie ich zu Beginn
der Hausarbeit erläutert habe befindet sich die Epigenetik gerade in einem
Erforschungsstadium, weshalb sich die Entdeckung der Modifikation von
Histonen in Verbindung mit der epigenetischen Veränderung, in einer
hitzigen Debatte befindet. Eine logische Hypothese der epigenetischen
Veränderungen durch Modifikation von Histonen möchte ich noch
erwähnen. Die Hypothese nennt sich „Histon- Code- Hypothese“.
Die
Hypothese besagt, dass eine Modifikation von Histonen bspw. durch
Acetylierung eine Strukturveränderung des Chromatins verursacht, und eine
Veränderung von Biologischen Prozessen bewirkt. Bewiesen ist dies
allerdings noch nicht. Erst in den kommenden Jahren wird es möglich sein
konkrete Aussagen zu machen.
S. 10
Thema 6
Studien und Forschung
In verschieden Forschungen wird die Vererbbarkeit der Epigenetik untersucht.
Interessant für die Forschung sind eineiige Zwillinge. Sie besitzen exakt das gleiche
Erbgut der Mutter. In unterschiedlichen Lebensabschnitten der Zwillinge wird das Erbgut
beider Geschwister genau abgeglichen und untersucht. Nach der ursprünglichen
Vererbungstheorie
müssen sich beide Geschwister gleich Entwickeln. Nach
Untersuchungen fand man heraus dass die DNA der Geschwister bis zu einem
unterschiedlichen Alter der untersuchten Zwillingspaare gleich war. Ab einem
bestimmten Zeitpunkt änderte sich allerdings die DNA und beide Geschwister der
verschiedenen Zwillingspaare entwickelten sich unterschiedlich. Ein Nachweis der
Existenz der Epigenetik war also erbracht, da die Zwillinge sich nicht bis zu ihrem
Lebensende komplett gleich Entwickelten. Nun zur Vererbbarkeit der Epigenetik. Da so
eine Forschung eine Langzeitunternehmen ist kann man noch nicht mit Gewissheit sagen
das Epigenetik vererbbar ist. Studien aus Holland gaben eine erste Richtung vor und
stellten die Möglichkeit auf das Epigenetik vererbbar ist. Versuche an Ratten zeigten
ähnliche Muster. Ich möchte nun zwei Studien darlegen. Die Studie aus Holland befasst
sich mit der Enkelgeneration der Kriegsgeneration. Zuerst die Vorgeschichte, in den
vierziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts überfielen die Deutsch Wehrmacht
Holland. Eine knappe Essensration ließ viele Bürger verhungern. Frauen die in dieser Zeit
schwanger waren erlitten eine Hungersnot. Es war nicht abzusehen welche Schäden die
ungeborenen Kinder bekommen oder haben würden. Die Körper der betroffenen Frauen
waren einem enormen Stress über einen längeren Zeitraum ausgesetzt, deshalb
vermutetet man epigenetische Veränderung am Erbgut der Frauen. Wenn nun
Epigenetik, also die Inaktivierung von Genen durch methylierung, Vererbbar ist müssen
die Kindergeneration und die Enkelgeneration Beeinträchtigungen verursacht durch die
Hungersnot haben. Tatsächlich stellte man fest dass die Nachkommen überwiegen
Diabetes hatten oder Fettleibig waren. Diese Stresssituation in der die Schwangeren
waren versuchte man an Ratten nachzuahmen. Nach einem ähnlichen Muster wurde ein
Versuch aufgebaut. Von einer Rattenmutter entnahm man kurz nach der Geburt einige
Jungen. Diese Rattenjungen zog man unter enormen Stressbedingungen auf. Stress
bedeutet: unter lauten Bedingungen mit einer Nahrungsknappheit. Sie hatten keinen
S. 11
Thema 6
Zugang zu ihrer Mutter und wurden per Hand aufgezogen. Die Rattenjungen, die bei der
Mutter waren, wuchsen unter harmonischen Bedingungen auf. Nach einiger Zeit setzte
Man aus beiden Gruppen verschiedene Jungen in ein kreuzartiges Gänge System. Die
Kreuzung des Kreuzes war erleuchtet während die Enden und ein Teil der Gänge im
Dunkeln lagen. Es stellt sich heraus dass die Jungen, die unter Harmonischen und
natürlichen Bedingungen aufwuchsen sich schneller in die dunkelnden Ecken des
Systems vorwagten. Die unter Stress aufgezogenen Jungen hielten sich im vermeintlich
sicheren und helleren Teil auf und wagen sich nur zögerlich in die dunkelnden Teile.
Auch die Nachkommen dieser beiden Gruppen wiesen ähnliche Merkmale auf.
Medizinische Bedeutung
Die Erkenntnisse der Epigenetik oder viel mehr die Dann methylierung macht man sich in
der Medizin zu nutzen. Bestimmte Erkennungsmuster von methylierten Genen kann
man auch in Tumorzellen entdecken. Tumore entstehen z.B. durch eine zu starke
methylierung der Gene in der Zelle. Gesunde methylierte Zelle sehen in ihrer Struktur
anders aus als kranke Tumorzellen. Durch die Muster der methylierten Zellen kann man
z.B. Tumore erkennen. Desweitern kann an dem Grad der methylierung in einer Zelle
Vererbbare Krankheiten diagnostiziert werden.
S. 12
Thema 6
Abschließendes Fazit
Ich finde die Epigenetik relativ intressant und werde mich in Zukunft auch mit ihr
beschäftigen. Bevor ich mit der Hausarbeit angefangen habe, hatte ich noch nie etwas
von der Epigenetik gehört. Ich finde es intressant in welche Richtung die Forschung
verlaufen. Mir hat die Hausarbeit Spaß gemacht, weil mich das Thema während der
Arbeit immer mehr zusprach und interessant wurde. Ich habe allerdings noch nicht die
komplette Epigenetik durchdrungen. Da die Epigenetik ein recht neues Forschungsgebiet
ist fand ich zB. in der Stadtbücherei fast keine Bücher. Die Informationen allgemein zu
diesem Thema waren schwer zugänglich.
Ca. 2250 Worte
Quellenangaben
https://de.wikipedia.org/wiki/DNA-Methylierung
https://de.wikipedia.org/wiki/Desoxyribonukleins%C3%A4ure
https://de.wikipedia.org/wiki/Histonmodifikation
https://de.wikipedia.org/wiki/Nukleinbasen
Dokumentationen
https://www.youtube.com/watch?v=WjppTrcqlS0
https://www.youtube.com/watch?v=J7dYVPurU00
https://www.youtube.com/watch?v=bpJSIiqjtIM
S. 13
THEMA 7
Histamin
Biochemische Betrachtung und Histaminose
Lukas Emanuel Hirsch
THEMA 7
Inhaltsverzeichnis
Chemischer Stammbaum......................................................................................................................... 3
Histamin .................................................................................................................................................. 5
Entstehung und Speicherung .................................................................................................................. 6
Allergietyp 1 oder die Allergie vom Soforttyp......................................................................................... 6
ECL-Zellen der Magenmucosa ................................................................................................................. 7
Wirkungsweise von Histamin .................................................................................................................. 7
Allergie .................................................................................................................................................... 9
Pseudoallergie durch Histamin-Überschuss............................................................................................ 9
Histaminose........................................................................................................................................... 10
Symptome ............................................................................................................................................. 10
Körperfremde Substanzen .................................................................................................................... 11
Fäulnisflora ............................................................................................................................................ 13
Diaminoxidase-Mangel.......................................................................................................................... 13
Summe aller Faktoren, die zu Histaminose führen ............................................................................... 14
Allgemeines zur Krankheit..................................................................................................................... 15
Quellenverzeichnis: ............................................................................................................................... 16
1
THEMA 7
Jeder von uns kennt Histamin.
Das Histamin
Denn wir alle haben schon einmal eine Brennnessel angefasst; Bewusst oder aus Versehen,
das Ergebnis was dasselbe. Es hat gejuckt und die Stelle ist angeschwollen und das ziemlich
schnell. Hier haben wir Histamin in seiner prominentesten Wirkungsform beobachtet,
vermutlich ohne es zu wissen.
Eine der wichtigsten Aufgaben des Histamins ist nämlich das Auslösen einer
Entzündungsreaktion.
Histamin kommt in Pflanzen, Tieren und im Menschen vor. Während Pflanzen es
hauptsächlich als Schutz vor Feinden nutzen, wie im Beispiel der Brennnessel, spielt es bei
Tieren und Menschen eine ganz ähnliche und doch andere Rolle in seiner Wirkung.
Im menschlichen Körper kommt Histamin vermehrt in der Haut, in den Verdauungsorganen,
in der Lunge und im zentralen Nervensystem vor.
Als Gewebshormon, welches also im Gegensatz zu anderen Hormonen in Einzelzellen im
Gewebe und nicht in einer bestimmten Drüse produziert wird, hat es die Aufgabe der
Übermittlung von Signalen an Organe, um dort einen Prozess in Gang zu bringen
beziehungsweise dort eine Reaktion auszulösen oder als Neurotransmitter im zentralen
Nervensystem Reize von Nervenzelle zu Nervenzelle weiterzugeben, zu verstärken oder zu
verändern.
2
THEMA 7
Chemischer Stammbaum
Genauer betrachtet ist Histamin ein biogenes Amin. Biogene Amine sind solche, welche von
einem Organismus hergestellt werden.
Ein Amin enthält immer eine oder mehrere Aminogruppen (NH2), entsteht also aus
Aminosäuren.
Aminosäuren gibt es unzählige in der Natur, jedoch nur 21 von ihnen sind proteinogene
Aminosäuren. Das heißt Aminosäuren, aus denen alle Lebewesen ihre Proteine bauen.
Eine dieser 21 Aminosäuren ist das Histidin. Aus ihm entsteht Histamin durch eine
enzymatische Umwandlung.
Histidin ist eine essentielle und durch den Imidazol-Rest aromatische, positiv-, also geladenpolare Aminosäure.
Aminosäuren mit einem geladen polarem Rest sind hydrophil, was eine Lipophobie bedingt.
Die Summenformel für Histidin ist C6H9N3O2 und der chemische Name 2-Amino-3(-1HImidazol-4-yl)-propansäure.
Der Name ergibt sich aus der chemischen Verbindung, die in Abb. 1 zu sehen ist. Der
aromatische Rest ist ein Imidazol-Ring und gibt der Verbindung den Teilnamen Imidazol.
Zudem hat er einen basischen Charakter und macht Histidin damit zu einer basisch wirkenden
Aminosäure.
Abb.1
3
THEMA 7
Entstehung von Histamin
Wenn Aminosäuren decarboxyliert werden, dann entstehen Amine. Amine sind Signalstoffe
und einer davon ist Histamin. Histamin entsteht durch die Decarboxylierung von Histidin.
Dabei wird mithilfe eines Katalysators, dem Enzym „Histamin-Decarboxylase“, die
Carboxylgruppe COOH abgespalten beziehungsweise umgewandelt. Als Abfallprodukt
entsteht bei diesem Vorgang CO2.
Abb.2
Bei der Histidin-Decarboxylierung braucht das Enzym Histamin-Decarboxylase einen
sogenannten Co-faktor, der dem Enzym hilft, seine Katalyse-Aufgabe zu erfüllen. Dieser Cofaktor ist das Pyridoxalphosphat, welches dem Laien besser bekannt ist unter dem Namen
Vitamin B6.
Abbau von Histamin
Abgebaut wird Histamin auf zwei verschiedene Arten. Zum einen im zentralen Nervensystem
(ZNS) über die Histamin-N-Methyltransferase und mehrere Oxidierungen zu NMethylimidazol-4-yl-ethansäure und zum anderen in der Peripherie, also im Prinzip überall
dort, wo es im Gewebe vorhanden ist, über eine Diaminoxidase (DAO). Dabei entsteht
letztlich Imidazol-4-yl-ethansäure, also eine dem Endprodukt aus dem Abbau im ZNS sehr
ähnliche chemische Verbindung. Diese wird im letzten Schritt ribosyliert, das heißt, dass ihr
ein aus einem 5-er-Ring bestehender Zucker angefügt wird, ehe sie schließlich über die
Nieren ausgeschieden wird.
4
THEMA 7
Abb.3
Histamin
Entstanden ist nun das Histamin, das, wie eingangs schon erwähnt, ein Gewebshormon ist.
Hormone werden normalerweise in sogenannten endokrinen Drüsen gebildet. Endokrine
Drüsen sind Organe, die ihre Sekrete, welche sie produzieren, endokrin, also ins Blut
abgeben, in welchem das Sekret an die Wirkungsstelle transportiert wird. Gesteuert werden
sie von der Hypophyse, der Hirnanhangdrüse. Gewebshormone hingegen werden direkt im
Gewebe hergestellt und eingelagert. Das hat den Vorteil, dass sie ihre Wirkung viel schneller
entfalten können, da sie direkt wirken, sobald sie freigesetzt wurden und nicht lange Wege
durch die Blutbahnen zurücklegen müssen. Wichtig ist das im Fall von Histamin, da seine
Hauptaufgabe das Einleiten einer Fremdkörper-Bekämpfung ist. Im Blut können Fremdkörper
durch die darin schwimmenden Zellen des Immunsystems sofort bekämpft und abgebaut
beziehungsweise abtransportiert werden. Aber was passiert, wenn so ein Antigen irgendwo
im Gewebe, zum Beispiel direkt unter der Haut sitzt. Dort befindet sich nun kein Blut und die
Immunzellen können den Eindringling nicht bekämpfen. Hier kommt nun das Histamin ins
Spiel. Daraus können wir schließen, dass es in gewisser Weise Teil des Immunsystems ist.
5
THEMA 7
Entstehung und Speicherung
Histamin wird in den Mastzellen, in Granulozyten in Darm und Blut, den ECL-Zellen der
Magenmucosa, Zellen der Epidermis und in Nervenzellen synthetisiert und gespeichert.
Besonders interessant in Bezug auf seine Funktion als Teil des Immunsystems ist die
Entstehung sowie Speicherung in den Mastzellen. Mastzellen kommen überall im Körper im
interstitiellen Bindegewebe vor. In ihnen wird Histamin, an Heparin gebunden, in den
Granula beziehungsweise Vesikeln gespeichert.
Allergietyp 1 oder die Allergie vom Soforttyp
Es gibt vier Allergietypen, von denen die meisten wiederum in mehrere unterteilt werden.
Histamin hängt jedoch nur mit dem Allergietyp 1 zusammen, welcher auch Soforttyp genannt
wird, da bei diesem Typus eine sofortige Reaktion hervorgerufen wird.
Abb. 4
Der Allergietyp 1 oder seine Reaktion ist IgE-vermittelt. Das bedeutet, dass die allergische
Reaktion mittels der Immunglobin-E-Antikörper ausgelöst wird. Wird ein Antigen, also ein
Fremdkörper registriert, so passiert zunächst nichts. Es findet lediglich eine Sensibilisierung
statt, das bedeutet, die T-Lymphozyten, Zellen der Immunabwehr, verbinden sich, grob
6
THEMA 7
gesehen, mit B-Lymphozyten, welche ebenfalls Zellen des Immunsystems sind. Dadurch
wandeln sich die B-Lymphozyten in Plasmazellen, welche die IgE- (Immunglobin E) Zellen
bilden. Diese sind auf das beim ersten Kontakt registrierte Antigen sensibilisiert, schwärmen
aus und heften sich an die Mastzellen. Kommen sie dort mit dem Antigen in Berührung,
findet eine Signalübermittlung in die Mastzelle statt, woraufhin diese das Histamin frei- und
in das Interstitium abgibt.
Das Interstitium ist der Zwischenraum, welcher sich zwischen Organen, Geweben oder Zellen
und außerhalb der Blutbahnen befindet. Diese Reaktion, welche abläuft, wenn das Antigen ein
zweites Mal vom Organismus registriert wird, läuft innerhalb von Sekunden bis Minuten ab,
weshalb diese allergische Reaktion als „Allergie vom Soforttyp“ bezeichnet wird, wobei
eigentlich eine lang dauernde Sensibilisierungsphase vorausgeht.
ECL-Zellen der Magenmucosa
Wie oben erwähnt, wird Histamin zu einem Hauptteil auch in den ECL-Zellen der
Magenmucosa synthetisiert und gespeichert. Mucosa ist dabei das Fachwort für Schleimhaut
und beschreibt eine Schicht, welche Hohlräume im Innern eines Organismus‘ auskleidet.
ECL-Zellen, ausgeschrieben enterochromaffin-ähnliche Zellen, sind endokrine Zellen, welche
Histamin produzieren, um damit die Magensäure-Produktion zu stimulieren.
Wirkungsweise von Histamin
Als Mediator bzw. Transmitter
Die Wirkungsweise des Histamins ist eigentlich recht banal. Da es ein Botenstoff ist,
übermittelt es im Grunde nur einen Impuls an entsprechende Rezeptoren, die wiederum
bestimmte Wirkungen auslösen. Es gibt vier verschiedene Histamin-Rezeptoren, die nach und
nach entdeckt wurden. Erst durch deren Entdeckung wurde es möglich die Wirkung von
Histamin genau zu bestimmen. Diese Rezeptoren werden also in den Wirkungsvorgang von
Histamin miteingerechnet. Der vierte Histamin-Rezeptor wurde erst im Jahr 2000
nachgewiesen und seine Wirkungsweise ist noch nicht vollständig erforscht.
Histamin entfaltet seine Wirkung, indem es sich an einen Histamin-Rezeptor bindet. Die
Rezeptoren sitzen an Membranen. Eine Membran ist eine dünne Gewebsschicht, die zwei
Räume voneinander trennt. Unterschieden werden muss dabei zwischen Zellmembranen,
7
THEMA 7
welche sozusagen die Haut oder Wand einer Zelle darstellen und somit die Grenzen zur
Umwelt der Zellen bilden und Basalmembranen. Eine Basalmembran ist eine dünne Wand,
welche sich in einer Mucosa finden lässt. Die Membran ist die Verbindung von Ephitel, der
mehrschichtigen Oberfläche einer Mucosa, und dem angrenzenden Bindegewebe.
Vermittelt nun das Histamin sein Signal an einen der vier in den Membranen sitzenden
Rezeptoren, so werden dort entsprechende Wirkungsketten in Gang gesetzt.
Der H1-Rezeptor ist dabei zuständig für die

Verengung der Bronchien bzw. Kontraktion der glatten Bronchialmuskulatur

Kontraktion des Darmes

Sowie allgemein Kontraktion der glatten Muskulatur

Die Vasodilatation (Ausdehnung/Weitung von Blutgefäßen)

Erhöhung der Gefäßpermeabilität (Durchlässigkeit)

Steigerung der Sekretion von Adrenalin (Nebenniere)

Erbrechen

Schlaf-wach-rhythmus / Weckreaktion
Wirkungen des H2-Rezeptors:

Erhöhung der Sekretion des Magensaftes

Vasodilatation (s.o.)

Tachykardie / positive Chronotropie (Steigerung des Pulses, also der
Herzschlagfrequenz)

Positive Inotropie des Herzschlags (Steigerung der Kontraktilität, d.h. Stärke der
Muskelkontraktion)
Wirkungen des H3-Rezeptors:

Hemmung der Histamin-freisetzung im zentralen Nervensystem (negatives Feedback)

Hemmung der Freisetzung von anderen Mediatoren
Wirkung des H4-Rezeptors:

Chemotaxis von Granulozyten (Granulozyten gehören zur Gruppe der weißen
Blutkörperchen [Leukozyten] und sind somit zelluläre Immunabwehrzellen.
8
THEMA 7
Chemotaxis ist eine durch Bildung und Ausschüttung von Botenstoffen
hervorgerufene Anlockung von Zellen des Immunsystems zum Beispiel an den Ort
einer entzündlichen Reaktion.
Jeder dieser Rezeptoren kann durch bestimmte Stoffe gehemmt oder vorübergehend
„ausgeschaltet“ werden. Diese Stoffe werden Antagonisten genannt und sind wesentlich für
die Behandlung von Allergien.
Allergie
Bei einer Allergie wurde durch das Immunsystem ein Fremdkörper erkannt und eine
Bekämpfung eingeleitet. Dies zeigt sich eigentlich immer in einer entzündungsartigen
Reaktion. Bei einer Entzündung geschehen nämlich folgende Dinge:
Das Histamin löst an den Rezeptoren eine Vasodilatation, erhöhte Gefäßpermeabilität aus, um
den Kämpferzellen ein Austreten aus der Blutbahn und Eintreten in das Gewebe, wo sich das
Antigen befindet, zu ermöglichen. Hierzu ist also auch eine vorangehende Chemotaxis nötig,
da die Immunabwehrzellen sonst nicht wissen, wo sie angreifen sollen. Dieser Vorgang
geschieht also gezielt. Manchmal großflächiger, manchmal sehr genau, je nach dem, wie viele
Rezeptoren erreicht wurden, also wie häufig eine Mastzelle Histamin freigegeben hat, weil
die auf ihr sitzenden IgE-Zellen ein Antigen eingefangen haben.
Pseudoallergie durch Histamin-Überschuss
Die durch einen Überschuss an Histamin bedingte Pseudoallergie ist keine wirkliche
Krankheit, hat aber ein sehr umfassendes Krankheitsbild. Das heißt es gibt viele
Beschwerden, die durch den Überschuss ausgelöst werden.
Die als Histaminose bezeichnete Pseudoallergie ist bedingt durch ein Missverhältnis von
Histamin-akkumulation, also der Ansammlung von Histamin beziehungsweise vielmehr
freigesetztem Histamin im Körper durch die körpereigene Produktion, sowie der Zuführung
über histaminreiche Lebensmittel und dem Abbau von freigesetztem oder ungebundenem
Histamin.
Jeder Mensch hat eine individuelle Histamin-schwelle, die durch die Potenz Histamin
abzubauen definiert wird. Da Histamin hauptsächlich durch das Enzym DAO
9
THEMA 7
(Diaminoxidase) abgebaut wird, gilt der Umfang an verfügbarem DAO als beste Definition
der Histamin-schwelle. Kommt es zur Überschreitung dieser Schwelle, treten Symptome und
somit Beschwerden auf und man spricht von der Histaminose.
Histaminose
Diese „Krankheit“ kann auf dreierlei Arten entstehen:
Entweder hat man
a) eine niedrige Histamin-schwelle, also wenige Abbaufaktoren
oder
b) es ist eine große Akkumulation von Histamin vorhanden
oder schlimmstenfalls und als dritter Punkt trifft a) und b) zu.
Ist also zu viel Histamin im Körper, welches nicht abgebaut werden kann, so tritt die
Pseudoallergie auf. Die wichtigen Punkte, in denen sie sich von einer normalen Allergie
unterscheidet sind in der untenstehenden Tabelle aufgelistet.
Allergie
Pseudoallergie

Beteiligung des Immunsystems

Keine Beteiligung des Immunsystems

Dosisunabhängig

Dosisabhängig

Symptomatik erst nach

Symptomatik bereits bei Erstkontakt
Sensibilisierung
Symptome
Bei der Histaminose befindet sich freigesetztes Histamin im Körper und wirkt in seiner
Funktion. Mit dem einzigen Unterschied, dass es keinen Grund dafür gibt und die Wirkung
daher unerwünscht ist. Die Folgen bestehen aus einer langen Liste von Beschwerden:
 Bauchschmerzen
 Blähungen
 Völlegefühl
 Sodbrennen / Übersäuerung
10
THEMA 7
 Durchfall / Verstopfung
 Übelkeit (oft unerklärlich) / Seekrankheit
 Kopfschmerzen / Migräne
 Husten / Asthma
 (Morgendlichen) Schnupfen
 Hautrötungen
 Herzrasen
 Menstruationsschmerzen
 Blutdruckschwankungen
 Schlafstörungen
Diese lange Liste lässt sich mit den Wirkungseigenschaften der vier Histamin-Rezeptoren
begründen, die weiter vorn schon genannt wurden. So starke und weit gefächerte Wirkungen
sind darin begründet, dass Histamin als Gewebshormon beinahe überall im Körper
anzutreffen ist und deshalb auch seine (Fehl-)wirkung weit verbreiten kann. Auffällig ist der
große Teil an Beschwerden im Bauch- bzw. Magen-Darmbereich der Liste, was zum einen
ein Indikator für die bedeutende Rolle des Histamins in eben diesem Bereich, aber auch ein
Fingerzeig auf einen weiteren, nicht zu vernachlässigenden Teilbereich der Histaminose ist,
nämlich den der körperfremden Substanzen, die für eine direkte Wirkung im Verdauungstrakt
verantwortlich sind.
Körperfremde Substanzen
Hierzu zählen ebenso Bakterien der Darmflora, sogenannte Fäulniskeime, welche
Zersetzungsprozesse durchführen, wie auch Histamin-haltige Lebensmittel, von denen es eine
ganze Menge gibt.
Bei den für Menschen, welche an Histaminose leiden, zu vermeidenden Lebensmitteln ist
zwischen Histamin-haltigen, solchen, die als Histamin-Liberatoren wirken und denen, die
Histidin enthalten und im Laufe der Verdauung zu Histamin umgewandelt, weil abgebaut,
werden. Zu Letztgenannten gehören vor allem allerlei Fisch- und Fleischarten, also
proteinreiche Lebensmittel. Wobei bei Fisch auch die Bakterien, die den Verwesungsprozess
verursachen einen wesentlichen Anteil tragen.
11
THEMA 7
Nahrungsmittel, meist Früchte, welche zu den Histamin-Liberatoren zählen, müssen nicht
selbst Histamin enthalten, auch wenn sie es häufig tun. Sie enthalten jedoch Stoffe, die zu
einer Histaminausschüttung führen, also sozusagen sofort als Antigene erkannt werden, mit
dem Unterschied, dass sie den Ausschüttungsprozess ohne vorherige Sensibilisierung in Gang
setzen.
Die Eigenschaft eines Histamin-Liberators ist von manchen Arzneimitteln beabsichtigt, von
anderen eine sogenannte Nebenwirkung.
Histaminhaltig:
Histamin-Liberator (u.U. histaminhaltig):
Bier
Tomate
Wein
Erdbeere
Fisch
Zitrusfrüchte
„Eiweiß“
Papaya
Sauerkraut
Ananas
Energy-Drinks mit Zucker
Nüsse
Käse
Erdnuss + andere Hülsenfrüchte
Hefe
Hülsenfrüchte
Arzneimittel:
Essig
Acetylsalicylsäure (Aspirin)
Grün-/Schwarz-/Mate-Tee
Heparin
Kakao / Schokolade
Codein
Bananen
Morphine
Birnen
Röntgenkontrastmittel
Orangen
Kiwi
Sojaprodukte
Tomate
Spirituosen (destilliert)
Theobromin (Aufputschmittel in EnergyDrinks
12
THEMA 7
Der Organismus macht keinen Unterschied zwischen körpereigenem oder von außen
zugeführtem Histamin.
Fäulnisflora
Fäulnisflora ist ein Begriff für ein Ungleichgewicht von „guten“ und „schlechten“ Bakterien
im Darm. Der Mensch hat etwa 1,5 kg Bakterien in seinem Verdauungstrakt, ohne die eben
jener Vorgang unmöglich wäre. Gewinnen hier aber solche Keime die überhand, welche mehr
Gase produzieren, als für eine gute, das heißt vollständige Zersetzung zu sorgen, so kommt es
zur Fäulnisflora. Hierbei bleiben viele Stoffe unvollständig verdaut und die Folge ist eine
Malabsorption. Bei einer Malabsorption werden Stoffe, wie der Name schon verrät, schlecht
bis gar nicht mehr aufgenommen, wodurch es zu Mängeln kommen kann.
Diaminoxidase-Mangel
Das Enzym Diaminoxidase, welches für den Abbau von Histamin nötig ist, wird
hauptsachlich im Darm gebildet. Für seine Synthese sind drei Co-Faktoren unerlässlich:
Kupfer, Zink und Vitamin B6. Sind diese nicht ausreichend im Körper vorhanden, kann das
DAO nicht hergestellt werden und es kommt zu erhöhten Histamin-werten im Organismus.
Weitere Gründe, warum Histamin nicht ausreichend durch das DAO abgebaut wird, können
Alkoholkonsum oder ein Vitamin C-Mangel sein. Denn Alkohol hemmt DAO in seiner
Funktion, ebenso wie der Vitamin C-Mangel es tut.
Da viele Amine im Körper durch das Enzym Diaminoxidase abgebaut werden, kann ein
Histamin-Überschuss auch einem übermäßigen Vorhandensein von anderen Aminen
geschuldet sein.
Das DAO ist deshalb so unerlässlich, weil Histamin eine sehr stabile chemische Verbindung
ist, die selbst durch große Hitze, Kälte oder mechanische oder biophysikalische Einwirkungen
keinerlei Strukturveränderungen erfährt. Der einzige Weg aus dem Körper ist durch die
enzymatische Spaltung.
13
THEMA 7
Summe aller Faktoren, die zu Histaminose führen
Die Histaminose besteht aus vielen Faktoren, auch wenn sie vielleicht nur aus einem entsteht.
Wie sehr alle zusammenhängen lässt sich an einem Beispiel schnell verdeutlichen:
Angenommen ein Mensch nimmt Medikamente, welche DAO blockieren. Nun nimmt er
dennoch vermehrt Lebensmittel zu sich, welche eine Menge Histamin enthalten. Es kommt
zur Überschreitung seiner individuellen Histaminschwelle, was sich wie eine überlaufende
Badewanne vorgestellt werden kann. Das freie Histamin wirkt nun im Darm, da es nicht
abgebaut wird und somit an die Rezeptoren gerät. Es löst eine Entzündung
derMagenschleimwand aus. In der Folge kommt es zu einer Malabsorption und eine
Fäulnisflora bildet sich. Die Keime der Fäunisflora bilden nun auch aus wenig
histaminhaltigen Nahrungsmitteln Histamin und die Entzündung wird chronisch. Somit
kommt es mit der Zeit zu einem Mangel an Co-Faktoren für die DAO-Produktion, welche
ohnehin schon durch die entzündete Magenschleimhaut eingeschränkt ist.
Ohne genügend Co-Faktoren findet unmöglich ein ausreichender Abbau von Histamin statt
und der Teufelskreis ist perfekt.
14
THEMA 7
Allgemeines zur Krankheit
Schätzungen zufolge leidet etwa 1-5% der erwachsenen Bevölkerung in Deutschland an einer
Histaminose. Unter den 1-5% Betroffenen vermutet man 80% Frauen.
Da etwa 30% aller Deutschen an unerklärlichen Bauchbeschwerden leidet, ist das Potenzial
für mehr Histaminose-Beschwerden relativ groß.
Die Histaminose ist ein bislang auch in Fachkreisen sehr unbekannt gebliebenes Leiden, ist
bis jetzt verhältnismäßig wenig erforscht und oft verknüpft mit anderen Intoleranzen wie
Zöliakie oder auch der Lactose-Unverträglichkeit.
Die individuelle Histamin-Schwelle ist bei Schwangeren um ein Vielfaches höher, während
man davon ausgeht, dass sie durch Stress und mit zunehmendem Alter herabgesetzt wird.
15
THEMA 7
Quellenverzeichnis:
Abb.1 https://tse3.mm.bing.net/th?id=OIP.M402ee04fd1b38547943cf003541b489co0&pid=Api
Abb.2 https://de.wikipedia.org/wiki/Histamin#/media/File:Histidine_decarboxylase.svg
Abb.3 https://de.wikipedia.org/wiki/Histamin#/media/File:Histaminabbau.svg
Abb.4 https://de.wikipedia.org/wiki/Allergie#/media/File:Allergische_Reaktion_Typ1.svg
https://de.wikipedia.org/wiki/Diaminoxidase
http://flexikon.doccheck.com/de/Diaminoxidase?utm_source=www.doccheck.flexikon&utm_medium=web&ut
m_campaign=DC%2BSearch
http://flexikon.doccheck.com/de/Imidazolessigs%C3%A4ure
http://flexikon.doccheck.com/de/Magenschleimhaut
http://flexikon.doccheck.com/de/IgE
http://flexikon.doccheck.com/de/Mastzelle
http://flexikon.doccheck.com/de/Histamin?utm_source=www.doccheck.flexikon&utm_medium=web&utm_cam
paign=DC%2BSearch
http://flexikon.doccheck.com/de/Allergie
http://flexikon.doccheck.com/de/Allergie_vom_Soforttyp
http://flexikon.doccheck.com/de/Immunreaktion
http://flexikon.doccheck.com/de/Immunsystem
http://invitalab.de/informationen/allergie-diagnostik/allergie-typ-1-2/
https://de.wikipedia.org/wiki/Allergie
http://flexikon.doccheck.com/de/Antik%C3%B6rper
http://flexikon.doccheck.com/de/B-Lymphozyt
http://flexikon.doccheck.com/de/T-Helfer-Zelle
http://flexikon.doccheck.com/de/Imidazolessigs%C3%A4ure
http://flexikon.doccheck.com/de/Gewebshormon
http://flexikon.doccheck.com/de/Histidin
https://de.wikipedia.org/wiki/Histidin
https://de.wikipedia.org/wiki/Histidindecarboxylase
16
THEMA 7
https://de.wikipedia.org/wiki/Histamin
https://de.wikipedia.org/wiki/Mastzelle
http://www.vitatest.de/fileadmin/user_upload/Aufsaetze/darm/TrilogieNeurotransmitter1Histamin.pdf
http://flexikon.doccheck.com/de/Histamin-Rezeptor
http://flexikon.doccheck.com/de/ECL-Zelle7
https://de.wikipedia.org/wiki/Immunglobulin_E
https://www.youtube.com/watch?v=m-nH_A81zDk
Gotthard, Werner: Hormone - chemische Botenstoffe, Fischer Verlag 1993
Löffler, Georg: Basiswissen Biochemie – mit Pathobiochemie; mit 125 Tabellen, Springer Verlag 2005
Großes Buch der Biologie, Compact Verlag 2006
Reinhart Jarisch: Histaminintoleranz – Histamin und Seekrankheit, Thieme Verlag
17
Thema 8
Ist Zucker ein Gift?
-Eine Frage, die uns täglich umgeben sollteJan-Ole Hoffmann
13a
Angeklagter:
Saccharose
Jan-Ole Hoffmann
1
Thema 8
Inhaltsverzeichnis

Abstract 3
 Einleitung 4
 Zucker 1x1 5
 Lebensnotwendigkeit von Zucker 7
 Glycolyse 8
 Glykogensynthese
15
 Glucose-Zuckerschock
18
 Fructose und die Auswirkungen 22
 Diabetes 24
 Alzheimer 27
 Zuckeralternativen 28
 Warum wir Zucker essen
31
 Fazit 33
 Quellenverzeichnis 34
Jan-Ole Hoffmann
2
Thema 8
Abstract
Die folgende Hausarbeit geht der Frage nach, ob Zucker wirklich so gefährlich ist, wie es
derzeit
diskutiert
wird.
Diese
Hausarbeit
enthält
Inhalte
verschiedener
Studien,
Fachliteraturen, und eigene Transferleistung. Es werden ebenso Erfahrungen aus
Selbstversuchen zur Erarbeitung bestimmter Themen und zur Beantwortung einzelner Fragen
hinzugezogen.
Dieser schriftliche Ausarbeitung ging ein einstündiges Referat voraus, das den selben Zweck
verfolgte, wie diese Hausarbeit: Die Darlegung von Erkenntnissen, Fakten und Ergebnissen
zum Thema Auswirkungen von Zucker auf den Organismus, damit sich ein eigenes Bild
erschlossen werden kann und ein eigener Argumentationsgang entwickelt wird, um sich
individuell eine eigene Meinung zu bilden. Die Ergebnisse meiner Recherchen sind teilweise
subjektiv, jedoch auf Grundlage von Fachwissen. Subsumiert soll diese Hausarbeit anregen,
sich selbst mit der Thematik auseinander zu setzten und bildet einen fachlichen Einstieg in ein
omnipräsentes Thema.
Jan-Ole Hoffmann
3
Thema 8
Einleitung
Wir leben in einer Zeit des Konsums. Wir konsumieren viel und schnell. Rund um die Uhr ist
es uns möglich, etwas einzukaufen und zu verzehren.
Wir leben in einer Zeit des Wissens. Wir wissen viel und schnell. Es ist uns seit langem
bekannt, was es für Folgen hat und haben wird, wenn wir weiterhin eine Welt des Konsums
ausbauen und diese unser zu Hause nennen.
Wir leben in einer Welt, in der wir essen und davon krank werden; und das paradoxe ist, dass
wir das wissen. Wir wissen um die Produktion von Fleisch, das Existenzminimum der
Milchbauern, die Gifte unserer Lebensmittelverarbeitung, über die Folgen von zu viel, wir
wissen um die Konsequenzen unserer leichtfertigen Lebensweise und der Denaturierung
unseres Verhaltens und unserer Nahrung.
Doch ist das jedem bewusst?
Im Groben und Ganzen mit Sicherheit, doch handeln viele Menschen oftmals erst, wenn eine
Konsequenz erwächst. Vorher wird weiter gelebt, ohne Rücksicht auf sich bzw. auf seine
Umgebung. So habe ich schon oft gehört, wie Menschen ihre Ernährung von vielen
Fertiggerichten zu naturnahem Essen umstellten, als ihre Gesundheit akut in Gefahr war.
Doch muss es erst dazu kommen, dass der Körper erkranken muss, damit Bewusstheit und
Ernährung keine Gegensätze mehr sind, wir also unsere Lebensmittel beim Worte nehmen
und somit etwas zum „Leben“ konsumieren und nicht auf dem Weg zur Arbeit in uns
hereinzwängen?
Wir essen, um zu Leben. Wir haben Gelüste, wir haben Bedürfnisse und Appetit und diese
zeigen uns, was wir im Moment brauchen, um zu Leben. Doch zu meist ist das Bewusstsein
bezüglich dieser Empfindungen überlagert von Wissen und Eindrücken. Entweder wird ohne
Feingespür gespeist, was eben gerade vorhanden ist, oder es wird von außen beeinflusst.
Im Laufe der 1970iger Jahre bekam die Zuckerindustrie eine Auszeichnung für ihre
Werbekampagne. Sie hatte es geschafft den Menschen zu vermitteln, dass Zucker ein
wichtiges Lebensmittel in unserem Alltag darstellt; und dieser Tathergang wirkt bis zum
heutigen Tag.
Mehrmals habe ich im vergangenen Jahr sogenannte „Challenges“ mit Freunden eingehalten,
in denen wir eine gewisse Zeit keinen Zucker, auch keinen Rohrzucker oder ähnliches,
Jan-Ole Hoffmann
4
Thema 8
konsumieren durften. Selbstverständlich kamen wir in Situationen, in denen wir uns
rechtfertigen mussten, weshalb wir das tun. „Nur ein Stück“, „das merkt doch niemand“. Es
war nicht immer einfach, doch das Erschreckende war viel mehr das Unwissen über Zucker
und den Konsum. So bekam ich als Reaktion auf die Challenge oft zu hören, dass der Körper
doch Zucker bräuchte. Ich würde mir doch Schaden zufügen, wenn ich keinen Zucker äße –
ich fiel vom Glauben ab.
Es herrscht eine Ahnungslosigkeit über das, was wir täglich zu uns nehmen. Es wird teilweise
blind gegessen, hauptsache es ist lecker. Hinzukommt die bereits erwähnte Beeinflussung der
Zuckerindustrie und der Werbungen, die uns eintrichtern, wie ungefährlich Zucker sei, dass
wir ihn bräuchten und wie cool man sei, wenn man in verzehrt. Das einzige was verzehrt
(verzerrt) wird, ist unser Weltbild.
Doch an Stelle von pöbeln und einem heranreifenden Dogmatismus, wie Zucker sei böse und
gefährlich, setzte ich mir das Ziel, meine Chemiearbeit diesem Thema zu widmen. Ich wollte
den Zucker verstehen. Ich wollte weniger den Zucker wirtschaftlich oder geschichtlich
betrachten, sondern seine Wirkungsweise auf unseren Körper. Was stellt er mit uns an?
Stimmen die Binsenweisheiten? Was ist denn eigentlich der böse Zucker? Was sind
Alternativen? Im Großen und Ganzen möchte ich Interessierten eine komprimierte
Darstellung meiner Ergebnisse und Meinung bieten, von der aus sich eine eigene Meinung
gebildet werden kann, denn nichts ist törichter als andere Meinungen fraglos zu übernehmen.
Es gibt genug historische Beispiele.
Also stellte ich mir die Frage, ob Zucker ein Gift ist.
Jan-Ole Hoffmann
5
Thema 8
Das Zucker 1x1
Vorerst möchte ich einmal ein paar Begrifflichkeiten klären, damit die Argumentationen in
diesem Text verständlicher werden.
Zucker ist nicht gleich Zucker. Es gibt vielzählige Variationen und divergierende Aufgaben
von Zucker in unserem Körper. Somit möchte ich zu Beginn die chemischen Formen und
Eigenschaften der Zucker präsentieren, die uns täglich umgeben und in uns arbeiten.
Monosaccharide:
Monosaccharide sind Einfachzucker und oxidiert aus mehrwertigen Alkoholen. Sie besitzen
eine Carbonylgruppe als auch eine Hydroxylgruppe. Monosaccharide sind die Bausteine der
Kohlenhydrate
und
können
zu
Disacchariden
(Zweifachzucker),
Oligosacchariden
(Mehrfachzucker) oder Polysacchariden (Vielfachzucker) verbunden werden. Monosaccharide
bestehen aus mindestens zwei Kohlenstoffatomen und enden alle samt auf -ose:
Biose, Triose, Tetrose, Pentose, Hexose. Die Vorsilben beziehen sich hier auf die Anzahl der
Kohlenstoffatome.
Glucose:
Glucose ist ein Monosaccharid und eine Hexose, besteht also aus sechs Kohlenstoffatomen.
Es ist der Grundbaustein vieler Zucker, wie zum Beispiel Maltose oder Saccharose.
Fructose:
Fructose ist ebenso ein Monosaccharid und existiert in zwei Konstellationen. Einmal als eine
Pentose (Fructofuranose) und einmal als eine Hexose (Fructopyranose).
Saccharose:
Saccharose setzt sich aus α-D-Glukose und β-D-Fruktofuranose in α1,2-glykosidischer
Verbindung zusammen. Das Alpha bedeutet, dass die Hydroxylgruppen, welche die beiden
Monosaccharide verbinden „unten“ hängt. Ein Beta bedeutete, dass die Hydroxylgruppe
„oben“ hinge. „1,2“ signalisiert, dass die Verbindung am ersten Kohlenstoffatom der Glucose
und am zweiten Kohlenstoffatom der Fructose ansetzt.
Jan-Ole Hoffmann
6
Thema 8
Dies sind die Zucker, die ich im Verlauf der Hausarbeit in ihrer Auswirkung auf ihren Körper
betrachten möchte. Nun sollte ihnen schon mal ein chemisches Bild der dargestellten Zucker
vor Augen sein.
Lebensnotwendigkeit von Zucker
Es ist Sommer, die Sonne scheint. Sie stehen auf einem Erdbeerfeld und die prallen rot
strahlenden Erdbeeren leuchten sie an. Ihnen läuft das Wasser im Mund zusammen und sie
können es kaum erwarten, eine Frucht zu pflücken. Dies ist eine ganz natürliche Reaktion.
Der Körper weiß, was in diesen Früchten steckt. In erster Linie stecken eine Menge Vitamine
darin. Sobald wir das erste Mal in unserem Leben eine Erdbeere essen, merkt sich der Körper,
was er alles aus dieser erhält. Sobald wir beispielsweise ein Bedürfnis nach Kalium haben,
wird der Appetit nach Erdbeeren angeregt, da diese Kalium enthalten. Doch unser Körper
weiß beispielsweise auch, dass sich in Erdbeeren Zucker verbirgt. Auch das regt unsere
Speichelproduktion an. Denn wir brauchen Zuckern in vielerlei Hinsicht: Unsere Muskeln
arbeiten mit Glukose, ebenso das Hirn und unser Nervensystem. Zucker wird in unserem
Organismus stetig verwendet und muss von außen zu geführt werden, ansonsten unterzuckern
wir; uns fehlt dann die Energie. Doch wie kommt es eigentlich zu dieser Energie aus dem
Zucker? Um dies genauer zu erklären bedarf es der Grundkenntnis der Glykolyse.
Jan-Ole Hoffmann
7
Thema 8
Glykolyse
Das Ziel der Glykolyse ist die Energiebereitstellung für die Zellen mit Hilfe von ATP
(Adenosintriphosphat). ATP besitzt drei Phosphatmoleküle. Beim Abspalten eines
Phosphatmolekül wird Energie frei. Dieser Vorgang kann auf das Bild eines Lagerfeuers
übertragen werden. Verbrennen wir Holz, so wird Wärme, Wasser und Kohlenstoffdioxid
(CO2) frei. Ebenso ist es bei der Abspaltung des Phosphatmoleküls. Es wird Wärme, bzw.
Energie, gemessen in Kilojoule, an die Umgebung abgegeben und von der Zelle für zelluläre
Aufgaben verwendet. Ebenso wird CO2 und Wasser frei.
Nun wurde aus dem ATP ein ADP (Adenosindiphosphat); es kann nun wieder ein
Phosphatmolekül an sich nehmen. Damit das ablaufen kann, bedarf es Glucose.
Schritt 1:
Mit Hilfe des Insulins gelangt der Zucker in die Zelle und wird dort aktiviert. Das bedeutet,
dass ein Phosphatmolekül an das Glucosemolekül angehängt wird. In diesem Fall ist es ein
Hydrogenphosphat, da diese oxidierte Form im Körper vorhanden ist. Das Hydrogenphosphat
besitzt eine Hydroxylgruppe, an der die Verbindung mit dem Glucosemolekül vonstatten geht.
Dabei wird Wasser (H2O) frei. Unser Ergebnis ist nun Glucose-6-Phosphat. Die sechs steht in
diesem Fall für die Position des Phosphats an der Glucose; nämlich am sechsten
Kohlenstoffatom. Für diesen Vorgang bedarf es das Enzym Hexokinase. Um zu verstehen,
was dieses Enzym genau macht und um nicht in den Fachtermini unterzugehen, ist es ratsam
sich den Begriff herzuleiten. Die Silbe -ase steht immer für ein Enzym. -ki bedeutet, dass
entweder ein Phosphatmolekül abgespalten oder hinzugefügt wird. (Phosphoryliert -
Jan-Ole Hoffmann
8
Thema 8
Dephosphoryliert). Hexo- weist darauf hin, dass eine Hexose (Glucose) phosphoryliert oder
dephosphoryliert wird. Im Endeffekt klingen die Begriffe kompliziert, doch sind sie bloß
einfach dechiffrierte Codes.
Für diesen gesamten Vorgang bedarf es nun ein ATP, welches ein Phosphatmolekül abgibt und
somit zum ADP wird; dieser Schritt ist irreversibel.
Glucose-6-Phosphat
Schritt 2:
Nun brauchen wir das Enzym Phosphoglucoseisomerase. Nicht verwirren lassen. -ase
bedeutet wieder, dass wir es mit einem Enzym zu tun haben. -iosmer lässt darauf schließen,
dass eine Isomerie, also die Anordnung der Atome (Strukturformel) sich verändert, die
Summenformel jedoch gleich bleibt. Die Namen Phopho- und Glucose- stellen nur fest,
womit wir arbeiten.
Der Wink mit der -isomersilbe war richtig, denn es folgt nun eine Isomerie. Das Glucose-6phosphat wird zu einer Fructose-6-phosphat.
Fructose-6-phosphat
Jan-Ole Hoffmann
9
Thema 8
Schritt 3:
Hier wird nun ein weiteres Phosphatmolekül hinzugefügt. Wieder wird dazu ein ATP zu einem
ADP. Als Ergebnis haben wir dann Fructose-1,6-bisphosphat, da das zweite Phosphat am
ersten Kohlenstoffatom der Hexose hängt. Die Silbe -bis signalisiert, dass wir nun zwei
Phosphate haben, diese jedoch getrennt von einander hängen. Wären diese nebeneinander, so
hieße es -di. Das ist folglich Definitionssache. Der Helfer für diesen wieder irreversiblen
Vorgang ist die Phosphofructokinase. Der Name dürfte jetzt selbsterklärend sein.
Fructose-1,6-bishosphat
Schritt 4:
Die Aldolase spaltet nun das Fructose-1,6-bishosphat in zwei Moleküle mit jeweils drei
Kohlenstoffatomen (Triosen).
Dihydroxyactonphosphat und Glycerinaldehyd-3-phosphat.
Dihydroxyactonphosphat
Glycerinaldehyd-3-phosphat
Jan-Ole Hoffmann
10
Thema 8
Um nicht verwirrt zu werden, hilft es wieder die beiden Namen zu dechiffrieren. Aceton ist
der Grundbaustein des Dihydroxyactonphosphat. Dazu kommen zwei Hydroxylgruppen
(OH), von der eine von einem Phosphat ersetzt wurde. Beim Glycerinaldehyd-3-phosphat ist
das ähnlich. Grundbaustein hier ist das Glycerin. Dazu kommt eine Aldehydgruppe, Erzeugnis
der Oxidation, und wieder das Phosphat. Ganz einfach.
Diese beiden Moleküle sind Isomere, können also umgelagert werden. Dies geschieht mit
Hilfe der Triosephosphatisomerase. Die Silbe „Triose-“ bedeutet, dass wir hier mit Triosen
arbeiten. Der Rest ist bekannt. Das Ergebnis sind zwei Glycerinaldehyd-3-phosphate. Wichtig
ist nun, dass jeder Vorgang doppelt passiert, wir also unser Endergebnis mit zwei
multiplizieren müssen.
Schritt 5:
Aus den Aldehydgruppen der Glycerinaldehyd-3-phosphate wird eine Säuregruppe, in dem
die Wasserstoffatome (H) abgespalten werden.. Obacht! Dies geschieht ja nun zweimal.
Folglich haben wir zwei Wasserstoffatome. Diese werden von dem NAD + aufgenommen.
NAD+ fungiert in diesem Sinne als Taxi für die Wasserstoffatome und bringt sie zu anderen
Stoffwechselreaktionen im Körper. So wird aus dem NAD + NAD+H+. Während dieser
Abtrennung wird schon einmal ein wenig Energie frei. Mit dieser wird ein freies Phosphat an
die Säuregruppe der Glycerinaldehyd-3-phosphate angehängt, was Energie kostet. Dieser
Vorgang katalysiert die Glycerinaldehyd-3-phosphat-dehydrogenase. Dehydrogenase bedeutet
einfach, dass Wasserstoff abgespalten wird; erkennbar an den Silben -de und-hydrogen.
Unser Ergebnis sind nun zwei Glycerinsäure-1,3-bisphosphate.
Glycerinsäure-1,3-bisphosphate
Jan-Ole Hoffmann
11
Thema 8
Schritt 6:
Nun geht es mit der eigentlichen Energiegewinnung los. Denn bei den folgenden Reaktionen
werden die Phosphate wieder abgespalten. So wird das Phosphat des ersten Kohlenstoffatoms
an
ein
ADP
übertragen.
Dieses
wird
zu
einem ATP.
Dazu
bedarf
es
die
Phosphoglycerinkinase. -kinase, da wir hier dephosphorylieren und gleichzeitig auch
phosphorylieren. So entstehen neben zwei Adenosintriphosphaten auch zwei Glycerinsäure-3phosphate.
Glycerinsäure-3-phosphat
Schritt 7:
Nun rutscht das Phosphat vom dritten Kohlenstoffatom hoch bis auf das zweite
Kohlenstoffatom. Der Auslöser ist die Phosphotglyceromutase. Leicht zu merken ist dieser
Name, da dieses Enzym am Glycerinsäure-3-phosphat herum mutiert Es entsteht ein
Glycerinsäure-2-phosphat.
Glycerinsäure-2-phosphat
Jan-Ole Hoffmann
12
Thema 8
Schritt 8:
Nun nähern wir uns dem Ende. Die Enolase spaltet vom Glycerinsäure-2-phosphat Wasser
(H2O) ab. Daraus entsteht eine Doppelbindung zwischen dem zweiten und dritten
Kohlenstoffatom. Dies ist ein Enol. Also eine Doppelbindung zwischen einem
Kohlenstoffatom und einer Hydroxylgruppe (OH). Das Wasserstoffatom ist in diesem Fall
vom Phosphat verdrängt, doch so kommt es zum Namen des Enzyms. Das Ergebnis ist die
Phosphoenolbrenztraubensäure oder Phosphoenolpyruvat.
Phosphoenolpyruvat.
Schritt 9:
Im letzten Schritt wird das letzte Phosphat abgespalten und zwar durch die
Brenztraubensäurekinase, beziehungsweise Pyruvatkinase. Es können somit wieder zwei
Adenosintriphosphate hergestellt werden und wir sind beim Endprodukt Pyruvat oder
Brenztraubensäure angelangt.
Pyruvat
Dieses Pyruvat gelangt dann in den Citratcyclus und wird dort zu Lactat umgewandelt. Dieser
Vorgang heißt Milchsäuregärung und lässt unsere Muskeln bei hoher Intensität „brennen“.
Das nur nebenbei.
Da sich bei der Abspaltung des letzten Phosphats die Enolbindung zu einer Ketonbindung
umlagert, wird Energie frei, um das Phosphat an das Adenosindiphosphat anzuhängen. Diese
Umlagerung heißt Keto-Enol-Tautomerie.
Jan-Ole Hoffmann
13
Thema 8
Energiebilanz:
Zu Beginn haben wir zwei ATP verbraucht, um aus der Glucose ein Glucose-6-phosphat zu
machen und später, um aus dem Fructose-6-phosphat ein Fructose-1,6-bishosphat
herzustellen. Zuletzt wurden wiederum 2x2 ATP gebildet, sowie zwei NHD+H +, da alles
zweimal durchlaufen wird. Somit haben wir 2 ATP und zwei NHD+H+ gewonnen.
Glucose+2ATP+2P+2NAD+ werden zu 2Pyruvat+2ATP+2NAD+H++2H2O
Jan-Ole Hoffmann
14
Thema 8
Glykogensynthese
Glykogen besteht im Grunde aus verzweigten Glucosemolekülen und kann somit mehrere
Glucoseeinheiten in der Skelettmuskulatur und in der Leber speichern; so ist es bei uns
Menschen.
Glykogen besteht also aus aus verzweigten Ketten, die durch ein Core-Protein (Glykogenin)
zusammengehalten werden. Es entsteht so ein Glykogenmolekül, welches mehrere Enden hat,
wodurch schnell an mehreren Stellen Glucose abgebaut werden kann. Diese ganzen
Reaktionen laufen im Cytosol der Zellen ab.
Da wir uns bereits mit der Glykolyse auseinandergesetzt haben, sind uns die meisten
Fachtermini bekannt; ich werde nicht erneut auf diese eingehen.
Zu beginn der Gykogensynthese wird ein Glucosemolekül per Hexokinase in ein Glucose-6Phosphat umgewandelt. Dafür wird ein Phosphat von einem ATP bereitgestellt.
Darauf folgt die Umlagerung dieses Phosphatmolekül durch die Phosphoglucomutase zu
Glucose-1-phosphat.
Bis zu diesem Punkt waren die Vorgänge ähnlich wie bei der Glycolyse.
Nun folgt die Aktivierung des Glucose-1-Phosphat zu einer UDP-Glucose.
Dazu wird ein Uridintriphosphat (UTP) benötigt. Diese Phosphat ist herkömmlich ein RNA
Baustein.
Glucose
Uridintriphosphat
Jan-Ole Hoffmann
15
Thema 8
Das UTP verbindet sich mit dem Phosphat der aktivierten Glucose, wobei zwei
Phosphatmoleküle
abgespalten
werden.
So
bleibt
der
nukleotidaktivierte
Zucker
Uridindiphosphat-Glucose. Der gesamte Vorgang wird ausgelöst und durchgeführt von der
Glucose-1-phosphat-UDP-Transferase. Der Name kann durch Erschließung der einzelnen
Silben verstanden werden.
Uridindiphosphat-Glucose
Hinzu kommt nun die Glykogensynthase, ein Enzym, welches es ermöglicht weitere
Glucosemoleküle an die eben synthetisierte UDP-Glucose anzuknüpfen. Dabei wird jeweils
UDP frei und es entstehen lineare Glukoseketten, die maximal acht Glieder haben können.
Nun bedarf es noch eines Initiators für ein Glykogenmolekül. Dafür eignet sich das CoreProtein Glykogenin. Dieses ist autoglycosylierend, was bedeutet, dass es ohne enzymare Hilfe
Glycogenketten an sich kettet. Und das ergibt das Glykogen.
Jan-Ole Hoffmann
16
Thema 8
Diese Beispiele zeigen, dass Zucker, in diesem Fall Glukose, äußerst wichtig ist in unserem
Organismus; ohne diese wären wir nicht lebensfähig.
Doch warum kommt denn nun immer wieder zur Debatte, ob Zucker nun gesund oder eben
ungesund ist?
Um die Zuckerdebatte nachzuvollziehen, muss man mit der Geschichte des Zuckers vertraut
sein.
Das 20. Jahrhundert ist dabei der Beginn. Die Wirtschaft in Europa beginnt zu wachsen. Die
Maschinen werden größer und effizienter. Die Bevölkerung wächst. Nach den Weltkriegen
herrschen jeweils Hungersnöte. Es ist eine der obersten Prämissen das Volk satt zu
bekommen. Es wird folglich begonnen großflächig Landwirtschaft zu betreiben. Traktoren
rollen nun über die Felder und Dünger und Biozide kommen zum Einsatz. Ebenso legt die
Wissenschaft viel Energie in die Forschung zur Optimierung von Pflanzen, wie zum Beispiel
die Zuckerrübe. Heutzutage ist die Zuckerrübe soweit gekreuzt, dass sie ein Vielfaches mehr
Zucker beinhaltet, als sie es natürlich tut. Für die Industrie ist diese Pflanze somit durchaus
rentabel geworden. Damals war diese Optimierung auch durchaus legitim, denn die
Bevölkerung musste dringend ernährt werden. Doch heute sind wir alle mehr als satt.
Betrachtet man nun noch das Krankheitsbild der letzten Jahrzehnte.
In den letzten 60 Jahren hat sich das Übergewicht weltweit verdoppelt und Diabetes
verdreifacht. 45% aller europäischen Kinder leiden an einer nicht-alkoholischen Fettleber,
verursacht durch übermäßigen Zuckerkonsum. Mittlerweile sind Kinder an Herzkrankheiten
und Diabetes erkrankt, was vor 50 Jahren noch Symptome im Alter waren.
Subsumiert ist Zucker der Übeltäter all dieser Symptome und demographischen
Krankheitserscheinungen, denn unser Zuckerkonsum hat sich in den letzten 30 Jahren
verdoppelt.
Der Schuldige ist stets der Zucker. Als Ausrede dient jedoch das Argument, dass Zucker im
Übermaß verzehrt werden muss, damit dieser zu Schäden führen kann. Ja, das ist richtig. Die
Wolrd Health Organisation (WHO) hat vorgegeben, 6 Teelöffel Zucker (ca. 30g) Zucker
täglich seien unbedenklich. Der Durchschnitt in Europa liegt hingegen bei 17 Teelöffeln
täglich, was circa 100 Gramm entspricht. Wir sind dem Übermaß an Zucker folglich
bedrohlich ausgesetzt. Es ist leichter als erwartet über die gesundheitlich unbedenklichen 6
Teelöffel zu kommen. Was nun genauere Erscheinungen von erhöhtem Zuckerkonsum in
unserem Körper sind, zeigen die folgen Beispiele.
Jan-Ole Hoffmann
17
Thema 8
Glukose-Zuckerschock
Betrachtet man einmal Zucker in seinem natürlichen Vorkommen, so wird ersichtlich, dass
Zucker stets in Begleitung von Vitaminen, Mineralstoffen und Ballaststoffen ist. Beispiele
dafür sind Früchte, Obst und Gemüse. Nie ist Zucker in isolierter Form vorzufinden. Mit dem
Gebrauch der Zuckerrübe und der Weiterentwicklung dieser zu einem höheren Zuckergehalt
wurde es immer einfacher mit Maschinen und Technologien den puren Zucker aus der
Feldfrucht zu extrahieren. Heutzutage ist der Haushaltszucker, den wir als weiße Kristalle
kennen, ein komplett isoliertes Extrakt, ohne jegliche Begleitstoffe.
Wird medial von diesem Zucker referiert oder über diesen debattiert, ist stets das Disaccharid
Saccharose, Haushaltszucker, gemeint. Wir sprechen somit von Fruktose und Glukose. Beides
werde ich in ihrer jeweiligen Wirkungsweise betrachten. Zu nächst einmal die Glukose.
Die Glukose ist Bestandteil vieler Lebensmittel; hauptsächlich von Pflanzen, welche Glukose
aus CO2 , H2O und Sonnenlicht (Photosynthese) gewinnen. Mit unserer Ernährung führen wir
sie täglich zu uns. Schon beim Kauen extrahieren wir die Glukose mit Hilfe der Amylase in
unserem Speichel. Im Darm wird die Glukose dann schnell in die Blutbahn weitergegeben.
Der Gehalt an Glukose im Blut wird als Blutzuckerspiegel bezeichnet, welcher von Insulin
geregelt wird. Sobald Zucker im Blut ankommt, produziert die Bauchspeicheldrüse Insulin.
Dies geleitet das Monosaccharid zu Glukose bedürftigen Zellen der Muskulatur, oder zum
Gehirn und Nervensystem. Ist mehr Zucker vorhanden als benötigt, so führt das Insulin den
Zucker zur Leber, wo er dann in seine Speicherform, Glykogen, eingelagert wird. Das Insulin
ist sozusagen der Wegbereiter der Glukose.
Nun sollten Blutzuckerspiegel und Insulin in groben Zügen erläutert sein.
Zurück zu der isolierten Form des Zuckers.
Wird Saccharose nun von uns in größeren Mengen verzehrt, kommt es zu einem
Zuckerschock in unserem Organismus; meistens kaum wahrnehmbar.
Stellen wir uns einmal vor, Zucker sei Holz und das Insulin sei der Spediteur. Muskel, Nerven
und Gehirn seien die Kunden des Insulins. Es wird nun Winter und der Bedarf an Wärme
steigt, so bestellen die Kunden Holz. Natürlich wird darauf geachtet, dass es wertvolles Holz
ist, welches lang brennt und große Hitze erzeugt. Idealerweise wird gut getrocknetes
Buchenholz geliefert. Übertragen ist dieses Buchenholz eine Frucht, oder ein Vollkornbrot.
Jan-Ole Hoffmann
18
Thema 8
Durch die langen Kohlehydratketten, bedarf der Körper mehr Zeit diese aufzuspalten, als auch
die Vitamine und Mineralien zu verwerten. Resultierend hat der Körper langanhaltende
Energie aus diesem Vollkornbrot, da es erst nach und nach in die Blutbahn abgegeben wird,
wegen der aufwendigeren Verarbeitung; der Ofen bleibt nun lang warm und die Kunden
können mit dieser Energie ihre täglichen Aufgaben erfüllen. Ist jedoch zu viel Holz bestellt
worden, so sammelt das Insulin das übergebliebene Holz ein und transportiert dieses in die
Leber, wo es dann zu Glykogen umgewandelt wird, in die Speicherform der Glukose. Im
übertragenen Sinn werden die großen Holzscheite in platzsparende Pressspanplatten zersägt,
um sie so besser einlagern zu können.
Sollte es nun einmal zu einem Engpass an Holz gekommen sein, so wird der Geschäftspartner
des Insulin aktiv, das Glukagon, der mit Axt und Säge bewaffnet die Pressspanplatten wieder
in die Einzelteile zerlegt, damit diese in den Blutkreislauf gelangen können, um so das
lebensgefährliche Erliegen der Organ-,Hirn-und Muskelfunktion zu vermeiden.
So funktioniert metaphorisch das Zusammenspiel von Glukose, Insulin, und Glukagon.
Nehmen wir nun ein Weißmehlbrot mit Marmelade zu uns ist der Vorgang der
Glukoseverwertung divergent.
Weißmehl ist ebenso wie Saccharose ein isolierter Zucker. Die im Getreide enthaltenen
Mineralien und Vitamine sind durch die feine Siebung des Getreides beinah komplett entfernt;
das pure Kohlenhydrat liegt vor. Folglich gelangt durch das Weißmehlbrot mit Marmelade
eine große Menge an isoliertem Zucker in unseren Körper. Anders als das Vollkornbrot
sprechen wir hier nicht von lang brennendem Buchenholz, sondern von Sägespänen oder
trockenen Tannennadeln. Wirft man diese in die vorhandene Glut entsteht eine beinah
explosionsartige Flamme, die kurz und intensiv auflodert, jedoch ebenso schnell wieder
abklingt. Übertragen rast unser Blutzuckerspiegel nach Weißmehl-oder Zuckerkonsum in die
Höhe und fällt ebenso schnell wieder ab. Dieses schnelle Absinken hat zur Folge, dass der
Körper wieder an dem Tiefpunkt angelangt ist, von dem aus der Blutzuckerspiegel nach oben
geschossen ist. Es ereilt uns wieder ein Hunger, häufig Heißhunger, da das rasante Absinken
des Glukosegehaltes dem Körper illusioniert, dass der Blutzuckerspiegel weiter sinken könnte
und somit essentielle Vorgänge gefährdet sind. Dieses Phänomen heißt Hypoglykämie
(Unterzuckerung). Wer die Begleiterscheinung der Hypoglykämie, Heißhunger, Zittern,
Schwäche, kennt, weiß um die Symptome: Hunger auf Zucker. Dieses Symptom ist natürlich.
Unser Organismus weiß, dass Lebensmittel mit einem süßen Geschmack in der Natur stets
Jan-Ole Hoffmann
19
Thema 8
schnell verfügbare Glukose und Fruktose enthalten und ebenso Vitamine und auch
Mineralien. Doch überwiegend wird in einem solchen Fall kein Obst verzehrt, sondern
Schokoriegel oder Säfte. Der Blutzuckerspiegel schießt erneut in die Höhe.
Hat das Insulin nun all den einfachen Zucker verwertet, ist der Blutzuckerspiegel wieder an
einem Tiefpunkt. In solchen Notsituation kann das Glukagon eingreifen und aus der Leber
Glykogen zu Glukose umwandeln, doch bedarf dieser Vorgang eine längere Zeit, welche der
Körper während eines solchen Mangels nicht hat. So schüttet die Nebennierenrinde Adrenalin
aus, welches ermöglicht, dass auf anderen Wegen Glukose frei wird. Dieser Vorgang ist auf
natürlicher Weise nur in Gefahrensituation aktiv. Waren wir in Urzeiten einer Gefahr
ausgesetzt, setzte das Adrenalin rasch Glukose frei, damit wir Energie hatten wegzurennen,
oder uns zur Wehr zu setzten; unsere Muskeln sind dann flucht- und kampfbereit. Sinkt also
unser Blutzuckerspiegel so rasant, ausgelöst durch Zuckerkonsum, wird unserem Körper
Stress in Form von Gefahr assoziiert, als seien wir in einer Extremsituation. Welche Folgen
dieser Stress auf den Körper hat, ist eine weitere Kontroverse.
Subsumiert belastet isolierte Glukose unseren Blutzucker, die Bauchspeicheldrüse und
unseren Organismus in Form von Stress.
Doch nicht nur der Blutzuckerspiegel ist von dem erhöhten Zuckerkonsum betroffen, auch
unsere Organe leiden darunter. Unsere Bauchspeicheldrüse arbeitet bei häufigem Auf und Ab
des Blutzuckerspiegels intensiv, um die Glukose zu verwerten, Bei regelmäßiger und
frequentierter Zuckeraufnahme kann es somit zur Überlastung der Bauchspeicheldrüse
kommen und als Folge kann kein Insulin mehr produziert werden, oder die Zellen stumpfen
auf Grund des hohen Insulingehaltes ab und werden insulinresistent (Diabetes Typ 2).
Ebenso ist die Leber betroffen. Ist stets ein Überfluss an Zucker vorhanden, den wir nicht für
Aktivitäten gebrauchen, wird dieser in der Leber gespeichert, oder als Fett eingelagert. Um
erhöhte Mengen an Glykogen speichern zu können, muss die Leber sich vergrößern, was zu
einer nicht-alkoholischen Fettleber führt und weitreichende gesundheitliche Folgen haben
kann.
Auch unser Vitaminhaushalt gerät aus dem Gleichgewicht.
Vollwertige Lebensmittel beinhalten zu meist all die Vitamine und Mineralien, die sie zu ihrer
Verwertung im Körper brauchen. So wird sichergestellt, dass der Körper keine Mangel
erleidet. Führen wir jedoch eine Menge isolierten Zucker zu uns, wie das Marmeladenbrot, so
stehen die benötigten Vitamine nicht zur Verfügung und der Körper muss diese benötigten
Jan-Ole Hoffmann
20
Thema 8
Begleitstoffe aus eigenen Vorräten bereitstellen, oder mit anderen Konstellationen aushelfen.
Während der Kohlenhydratverarbeitung im Körper wird Säure frei. Um diese Säure zu
kalmieren, verwendet der Körper Vitamin B1. In jedem Getreide ist das Vitamin enthalten,
doch bei Weißmehl nicht. So muss der Körper zum Kalzium greifen, welches die Säure
ebenso regulieren kann. Für den Körper ist das eine Selbstmordtat, da Kalzium in den
Knochen gespeichert wird und die Auflösung des Skelettes keinesfalls langfristig rentabel ist.
Jedoch geht der Körper davon aus, dass in einem nahen Zeitraum wieder Kalzium zugeführt
wird. Gefährlich wird es folglich bei einer nicht ausgewogenen Ernährung, die oftmals in
Verbindung mit hohem Zuckerkonsum steht.
Auch Zähne sind Kalziumspeicher. Wird das Kalzium nun zur Säureregulation verwendet,
werden die Zähne weich und anfällig für Karies, aufgrund eines hohen Kalziumverbrauches.
Ein weiteres Beispiel für die Gefährdung des Vitaminhaushaltes durch Zuckerkonsum ist
Vitamin B3. Es ist bei der Kohlenhydratverarbeitung wesentlich beteiligt. Natürlich ist dies in
jedem Getreide enthalten, doch bei Weißmehl und Saccharose eben nicht. Dadurch kann es
schnell zu einem Engpass kommen. Dem Organismus ist es jedoch möglich aus Serotonin
Vitamin B3 herzustellen. Serotonin ist ein Hormon, das für unsere heitere Stimmung
mitverantwortlich ist. Zerlegt unser Körper dieses Hormon jedoch vermehrt zu Vitamin B3, so
kann dies zu schlechter Laune und gar Depression führen. Oft habe ich deshalb
mitbekommen, dass Leute, welche ihr Zucker- und Weißmehlkonsum senkten nach wenigen
Tagen unbeschwerlicher durch das Leben gingen.
Zusammengefasst belastet Zucker unsere Organe, Hormone und unseren Vitamin- und
Mineralhaushalt.
Jan-Ole Hoffmann
21
Thema 8
Fruktose und die Auswirkungen
Nun haben wir die Auswirkungen von einem hohen Konsum an Glukose in isolierter Form an
einigen Aspekten begutachtet. Der nächste Schritt ist, die Untersuchung der Auswirkungen
eines hohen Fructosekonsums in isolierter Form.
Unser Körper resorbiert Fructose langsamer als Glucose, weshalb Fructose keine primäre
Energiequelle darstellt. So wird Fructose nur zu 10% als Energie verwendet. Die Übrigen
90% werden in der Leber und in der Darmschleimhaut verarbeitet.
Ein weiterer Unterschied zur Glucose ist, dass Fructose Insulinunabhänging verstoffwechselt
wird. Auch gibt es keine Blutzuckerspiegelschwankungen verursacht durch Fructose, da der
Blutzuckerspiegel nur die Glucose betrachtet.
In unserem alltäglichen Leben wird der Organismus des Öfteren mit Fructose konfrontiert und
häufig auch mit der isolierten Form. Als Beispiel dient ein großes Glas Orangensaft. Bei der
Verarbeitung und meist langen Lagerung, sowie bei dem Transport gehen Großteile der
Vitaminen verloren und wir haben es daher bei einem Orangensaft mit einer Form von
isolierter Fructose zu tun. Nun trinken wir zum Frühstück ein Glas Orangensaft von 300ml400ml. Um diese Menge Saft zu erzeugen bedarf es schätzungsweise 8-10 Orangen.
Verzehren wir Orangen in ihrem festen Zustand, so genießen wir aus eigener Erfahrung ein
bis zwei auf einem Mal. Trinken wir nun in kurzer Zeit den Saft von 10 Orangen, was eine
unnatürliche Menge für unseren Organismus ist, kommt es zu einem sogenannten „TsunamiEffekt“ in unserer Leber, wo ein Hauptanteil der Fructose verarbeitet wird. Diese muss jetzt
mit Unmengen an Fruktose fertig werden. Einerseits kommt es infolgedessen zur
Vernachlässigung von anderen Aufgaben, wie zum Beispiel Entgiftung, da sich die Leber der
Fructoseverstoffwechslung vermehrt hingeben muss, als auch zur Vergrößerung ihres
Volumens, um eben diese Mengen einzulagern für schlechte Zeiten, die es jedoch in unserem
Gesellschaftszustand nicht gibt, wodurch die Leber verfettet.
Auch der Dünndarm ist überfordert. Dieser schickt die Fruktose weiter in den Dickdarm. In
diesem leben vielerlei Pilze und Bakterien. Die Fructose ist ein idealer Nährstoff für diese
Bewohner, wodurch sie unkontrolliert wachsen können. Als Folge kommt es zu einer
Dysbakterie, einem Ungleichgewicht von Bakterien im Darm. Eine Konsequenz dieser
Dysbakterie ist die Bildung von Gasen und Säuren im Körper, welche zu Entzündungen im
Jan-Ole Hoffmann
22
Thema 8
Darm führen können, oder zu einer löchrigen Darmwand (Leaky Gut Syndrom).
Zu viel Säure im Körper, in diesem Fall hauptsächlich Purin, führen zumeist zu einer
vermehrten Harnsäurebildung. Zu viel dieser Harnsäure steht unter dringendem Verdacht
Hauptauslöser für Gicht und Nierensteine zu sein.
Ebenso schwächt Harnsäure im Körper die Sensibilität der Zellen für Stickstoff. In unserer
Betrachtung relevant, da Stickstoff am Insulin gebunden ist und den Insulinrezeptoren der
Zellen signalisiert, dass sie sich für die ankommende Glucose öffnen sollen. Ist nun die
Sensibilität durch die Harnsäure gemindert, so folgt eine Insulinresistenz der Zellen (Diabetes
Typ 2). Eine leichte Insulinresistenz, welche noch keine Diabetes darstellt, hat auch schon
weitreichende Auswirkungen. So bekommt beispielsweise die Skelettmuskulatur zu wenig
Glucose. Um ihre Arbeit dennoch vollführen zu können, speichert sie weniger Glykogen, die
Speicherglucose. Dem Körper stehen nun weniger Energiereserven zur Verfügung. Aus
urzeitlichen Erfahrungen heraus ist der Körper jedoch instinktiv dazu angeregt, stets
ausreichend Energiereserven in Form von Glykogen oder Fett vorrätig zu haben.
Infolgedessen sendet das Gehirn den Auftrag, Energie zu speichern, an die durch die
Insulinresistenz nicht tangierte Leber. Die womöglich schon durch hohen Fructosekonsum
vergrößerte Leber muss nun weitere Aufgaben übernehmen, vernachlässigt daher andere
Aufgabenbereiche (Entgiftung) zunehmend und extendiert weiter. Das Ergebnis ist wiederum
eine Fettleber.
Das Gehirn erhält nichtsdestotrotz die Information, dass sich viel Glucose in der Blutbahn
befindet. Ausgelöst wird diese Reaktion durch die nur minimal funktionierenden
Insulinakzeptoren, begründet durch die Harnsäure im Körper. (Dysbakterie ausgelöst durch
Fructose). Das Gehirn signalisiert durch die hohe Glucoselösung im Blut, dass keine Energie
gebraucht wird und lässt diese überflüssige Energie in Fett umwandeln. Auch hier ist die
Leber der Hauptverantwortliche und wird weiterhin stark belastet.
Als Ergebnis resultieren Adipositas, erweiterte Insulinresistenz und durch den dauernd hohen
Blutzucker auch Bluthochdruck. Diese Triade nennt man medizinisch „Metabolisches
Syndrom“.
Resümierend ist die Leber bei hohem Fructoseverzehr stark belastet und enorm strapaziert.
Anhand von vielen Studien wurde in den letzten Jahren immer wieder belegt, dass Fructose in
erhöhter Dosis Krebs verursachen kann, da die Zellen, welche unkontrolliert bei einer
Krebserkrankung wuchern, Fructose als Energie verwenden. Somit unterstützt viel Fructose
Jan-Ole Hoffmann
23
Thema 8
diese Krankheitsbilder.
Eine Studie wurde an Bauchspeicheldrüsenkrebszellen vollzogen, die gefährlichsten
Krebszellen. Diese Zellen wurden jeweils mit Glucose und Fructose „gefüttert“. Bei der
Glucosezugabe waren keine Veränderungen ersichtlich, doch bei der Fructosezugabe waren
rasante Wachstumsschübe der Bauchspeicheldrüsenkrebszellen zu beobachten. Es ist
anzuraten, auf isolierte Formen der Fructose zu verzichten, oder diese bewusst zu reduzieren.
Jan-Ole Hoffmann
24
Thema 8
Diabetes
Spricht man über Krankheitsbilder, die mit Zucker in Verbindung gebracht werden, fällt der
Begriff Diabetes häufig zu erst. Doch was ist Diabetes genau und ist Zucker wirklich an
dieser Krankheit schuld, oder ist man nur im Zuckerkonsum eingeschränkt? Diesen Fragen
werde ich Antwort leisten.
Diabetes Typ I
Diabetes Typ I ist im Grunde ein Mangel an Insulin. Wie dieser Mangel zu Stande kommt ist
unklar, bloß weiß man, dass dieser Diabetestyp in der Jungend eintritt. Einige Hypothesen
jedoch versuchen Lösungen für die Frage nach Auslösern für diese Krankheit zu finden.
Eine Hypothese besagt, dass ein löchriger Darm (Leaky Gut Syndrom) dafür verantwortlich
sei. So können durch die löchrige Darmwand Fremdkörper und noch unverdaute Überrest in
die Blutbahn gelangen, etwa Milcheiweiße. Gelangt ein Milcheiweiß unverarbeitet in die
Blutbahn, nimmt das Immunsystem wahr, dass dieses Objekt nichts in der Blutbahn zu suchen
hat; das Milcheiweiß wird als Feind deklariert und bekämpft. Die Krux ist nun bloß, dass die
insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse ähnliche Aminosäurestruckturen wie
Milcheiweiß haben. Demnach deklariert das Immunsystem diese Zellen ebenfalls als Feind
und zerstört diese. Die Folge ist ein Insulinmangel.
Die Symptome sind leicht nachzuvollziehen. Wird kein Insulin produziert, kann Glucose nicht
mehr in die Zellen gelangen und steht dementsprechend nicht mehr als Energiequelle zur
Verfügung. Es müssen andere Energiequellen appliziert werden, wie Eiweiße und Fette.
Verbrennt der Körper nun vermehrt Fett, so kommt es zu erhöhten Blutfettwerten und so zu
Ablagerungen in den Blutbahnen. Ebenso wird bei der Fettverbrennung Wasser frei, was zu
extremen Harndrang führt und Mineralstoffmangel nach sich zieht. Des Weiteren wird bei der
Fettverbrennung Aceton frei, was das Blut übersäuert und so das Diabetische Koma als Folge
hat.
Es ist demnach wichtig und unveränderbar, dass dem Körper ein Leben lang Insulin zugeführt
wird.
Jan-Ole Hoffmann
25
Thema 8
Diabetes Typ II
Typ II Diabetes ist eine schleichende Erkrankung. Jetzt in diesem Moment, in dem diese
Zeilen gelesen werden, kann es sein, dass Sie an Diabetes leiden, ohne es bewusst zu
bemerken, denn diese Krankheit bedarf einigerr Jahre bis zum totalen Ausbruch.
Eine Person, die Diabetes Typ II gefährdet ist, muss gar nicht besonders auffallen. Sie isst
meistens Weißmehlprodukte, weißen Reis, süße Aufstriche, gern Kekse, im Sommer Eis,
Schokolade, süße Milchprodukte und trinkt gern Saft und Softgetränke. Wer tut das nicht?
Doch die Folgen sind mehrheitlich nicht bekannt. Doch fragen wir uns noch einmal, was
genau geschieht, wenn wir mehrmals täglich Zucker zu uns nehmen. Der Blutzuckerspiegel
steigt enorm und sinkt rasant, steigt, sinkt, steigt, sinkt und das oft. Dazu kommt oft wenig
Bewegung durch viel Schulaufgaben und Unterricht im Sitzen. Dabei konsumieren wir gern
und viel; zu viel, denn die meiste Energie braucht unser Körper gar nicht bei so wenig
Aktivitäten. Das bedeutet, wir haben einen Zuckerüberschuss und Zellen, die Energie in
diesen Mengen gar nicht verwerten können. Als Konsequenz stumpfen die Zellen ab und
nehmen nur noch wenig Zucker auf. Wir haben eine Insulinresistenz.
Doch auch Faktoren, die ich bereits erläutert und dargestellt habe erzeugen eine
Insulinresistenz, wie zum Beispiel die Desensibilisierung der Insulinakzeptoren durch Säure.
So rufen die Zellen stetig nach Zucker und die Bauchspeicheldrüse pumpt ununterbrochen
Insulin in die Blutbahnen, da sie der Annahme ist, dass auf Grund des wenigen Insulins die
Glucose nicht in die Zellen gelangt, doch dem ist natürlich nicht so. Insulin ist ausreichend da,
bloß die Zellen reagieren nicht mehr darauf. Am Ende macht auch die Bauchspeicheldrüse
schlapp. Des Weiteren verdicken sich die Blutgefäße durch den dauernd erhöhten
Blutzuckerspiegel, weshalb es schnell zu Herzinfarkten oder Schlaganfällen kommen kann.
Nun haben wir vor uns, wie die Diabetes Typen heranreifen und sich auswirken. Beide
unterschiedlich, doch beide mehr oder weniger direkt durch erhöhten Zuckerkonsum
verursacht.
Jan-Ole Hoffmann
26
Thema 8
Alzheimer
Alzheimer ist heutzutage noch eines der Krankheitsbilder, die noch große Fragen offen lassen.
Es gibt etliche Mutmaßungen, Hypothesen und Studien, was diese Art der Demenz auslösen
könnte. Inwiefern der Zuckerkonsum zu Alzheimer führen kann möchte ich anhand einer
Schilderung einer Studie darstellen.
Unser Hirn arbeitet ebenso wie die Muskelzellen oder die Nervenzellen mit dem Insulin
zusammen. Einerseits wegen der Energiebereitstellung, doch andererseits auch im Genre der
Erinnerungen und Synapsen. Denn Insulin dockt im Gehirn an den synaptischen Spalt an.
Dies ermöglicht neue Erinnerungen zu speichern. Ebenso schützt das Insulin jene schwer zu
erforschende Vorgänge, die als Erinnerungen benannt werden. Bei Alzheimererkrankten
wurde im Gehirn bedeutend wenig Insulin nachgewiesen. Somit ist die Schlussfolgerung
naheliegend, dass der Schutz der Erinnerung, als auch die Erinnerungen selbst destruieren.
Als Folge dessen können Ablagerungen entstehen und Radikale sich in den Synapsen
auswirken, was früher oder später zu Konzentrationsschwächen führt. Darüber hinaus
attackieren die Radikale die Insulinrezeptoren im Gehirn, was wiederum zu einer
Insulinresistenz führt. Somit wird Alzheimer auch Diabetes Typ III genannt.
Jan-Ole Hoffmann
27
Thema 8
Zuckeralternativen
74% aller verpackten Lebensmittel sind mit Zucker versetzt. Das ist eine enorm hohe Zahl,
die große Risiken bewirkt. Denn man kann davon ausgehen, dass im Einkaufswagen immer
Lebensmittel liegen, die Zucker intus haben. Das tückische in diesem Kontext s
ind die Termini der Zuckerproduzenten. So gibt es circa 50-70 Bezeichnungen für Zucker auf
Lebensmittelverpackungen. Jetzt sind diese Beizeichnungen größten Teils nicht immer
Decknamen für den eigentlichen Zucker, sondern häufig die richtigen Namen der
Zuckergattung, die dennoch im Endeffekt immer noch Zucker sind und meist isoliert. So nutzt
die Zuckerindustrie die Unwissenheit der Verbraucher und verwendet zunehmend Zucker mit
anderem Namen, wie zum Beispiel Gerstenmalzextrakt. Gerstenmalzextrakt assoziiert nicht
Zucker, sondern vielmehr etwas natürliches, oder gar gesundes.
Im Folgenden möchte ich einen Überblick über die bekanntesten Zucker schaffen, damit
Klarheit entsteht und wir als Verbraucher nicht weiterhin von der Industrie an der Nase herum
geführt werden.
Saccharose:
Saccharose setzt sich aus Glucose und Fructose zusammen. Dieser Zucker wird trivial als
Haushaltszucker deklariert. Er ist das Produkt von der Photosynthese vieler Pflanzen. Um
unseren Haushaltszucker zu gewinnen wird in unseren Gefilden die Zuckerrübe verarbeitet.
Dafür wird der Zucker der Rübe mehrfach raffiniert. Die Reinheit und Weiße wird durch
Einsatz von Bleichmitteln erreicht. Somit bedarf es eines großen technischen Aufwandes,
Haushaltszucker zu erzeugen, als auch für den Körper giftige Chemie.
Rohrrohrzucker:
Der Rohrohrzucker ist der eingedickte Saft des Zuckerrohr, welcher Zuckerkristalle
eingeimpft bekommt, wodurch sich der Sirup zu Kristallen verändert. Es haftet den Kristallen
nun noch etwas Melasse an. Diese ist eine mineralstoffreiche Masse aus dem Zuckerrohr,
jedoch ist der Prozentanteil dieser Melasse äußerst gering, weshalb diese Art Zucker immer
noch als isoliert gilt. Isolierte Zucker haben alle den selben Effekt auf unseren Körper, wie der
Haushaltszucker. Hinzu kommt noch die aufwendige Verarbeitung.
Jan-Ole Hoffmann
28
Thema 8
Vollrohrzucker:
Der Vollrohrzucker ist auch das Produkt des Zuckerrohrs. Dieses wird ausgepresst und zu
Sirup verarbeitet. Nach einer Abkühlung wird die feste Masse dann zermahlen. Am
Rohrohrzucker klebt ebenso die Melasse dran, welche den Zucker bräunlich aussehen lässt.
Der Melasseanteil ist gleichermaßen gering. Dazu haben wir hier wieder die aufwendige
Verarbeitung.
Maltose:
Maltose entsteht natürlich in Pflanzen beim Keimen. Dieser Zucker besteht aus zwei
Glucosemolekülen. Doch um den Weg in unsere Lebensmittel zu finden wird Maltose
chemisch hergestellt. Er besitzt somit keine Mineralien und hat den selben Effekt wie pure
Glucose.
Fructosesirup:
Der Name klärt hier schon alles. Es handelt sich um eine flüssige Form der Fructose und hat
eine gewaltige Süßkraft. In Fructosesirup befindet sich die Fructose in isolierter Form. Die
Folgen sind bereits erläutert.
Ahornsirup:
Ahornsirup wird aus dem kanadischen Zuckerahorn gewonnen. 70% Zucker mit einem
Großteil an Fructose beinhalten dieser Sirup. Mit 70% liegt dieser Sirup im Bereich der
gesünderen Zucker, da die restlichen Prozent Mineralien sind. So kann der Körper auf
Mineralien für die Verarbeitung zurückgreifen, dennoch ist der Mineralstoffgehalt nicht
besonders hoch.
Dicksäfte:
Der wohl bekannteste Dicksaft ist der Agavendicksaft. Wer sich im Biogenre auskennt weiß,
dass diese Zuckeralternative als sehr viel besser dargestellt wird, als Saccharose und teilweise
als gesund dargestellt wird. Doch solche Dicksäfte bestehen aus 90% reiner Fructose.
Honig:
Honig wird allgemein als Heilmittel gebraucht und dem steht auch nichts im Wege. Doch als
Zuckerersatz ist der Honig immer noch nicht optimal, denn er besteht aus 80% getrennter
Glucose und Fructose.
Kokosblütensirup:
Dieser Sirup ist das „Nonplusultra“. Er besitzt bloß 2-9% Zuckeranteil, jedoch die gleiche
Süßkraft, wie Saccharose. Hinzukommt der enorm große Mineralstoffgehalt. Somit kann
Jan-Ole Hoffmann
29
Thema 8
Kokosblütensirup zu einer ausgewogenen Ernährung beitragen.
Zusammengefasst sollte man auf den Verpackungen stets auf die Endungen -ose und -sirup
achten. Diese verheißen oftmals nichts Gutes. Ebenso ist die Wortwahl „natürliche Süße“
irreführend. Natürlich mag der Ursprung des Zuckers sein, wie beispielsweise der Maissirup
aus Mais extrahiert wurde, doch im Gebrauch der Lebensmittelindustrie besitzen diese stets
einen hohen Zuckeranteil und liegen in isolierter Form vor.
Jan-Ole Hoffmann
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Thema 8
Warum?
Im Verlauf der Recherchen für diese Hausarbeit kam mir die Frage auf, weshalb wir
Unmengen an Zucker zu uns nehmen, obwohl so viel über die Konsequenzen aufgeklärt wird.
So machte ich mich selber auf den Weg diese Frage beantworten zu können und verzichtete
drei Monate auf Haushaltszucker, Rohrrohrzucker, Rohrzucker und Vollrohrzucker. Und
tatsächlich stieß ich auf einige Antworten.
Häufig wurde ich mit der Situation konfrontiert, Zucker essen zu „müssen“. Geburtstage,
Familienzusammenkünfte, Unternehmungen mit Freunden oder andere besondere Anlässe.
Stets ist Zucker ein Kernthema, nicht verbal, sondern als Geste. Wir verschenken Zucker in
Form von Kuchen, oder Süßigkeiten, wir stellen als gastgebende Geste eine Schale mit
Naschkram auf den Tisch, oder bedanken uns mit einer Tafel Schokolade. Zucker ist bei uns
ein Ritual, eine Tradition und lehnt man diese Gepflogenheiten ab, ist man Außenseiter,
undankbar, oder fällig für eine Diskussion.
Bliebe es bei diesen Gepflogenheiten wären wir auch allesamt nicht vom Zucker bedroht.
Jedoch gelten diese Anlässe meist für uns als Ausnahmen etwas mehr Zucker zu essen. Wir
realisieren hingegen nicht, dass wir tagtäglich viel Zucker konsumieren. Es sind keine
Ausnahmen, dennoch fest in unserem Gebrauch tradiert. Um sich gegen Tradition
aufzulehnen bedarf es viel Kraft und Willen.
Am schlimmsten ist die Prägung auf Zucker durch Belohnung. Im Kindesalter sind
Süßigkeiten stets mit Taten verknüpft, die für das Kind positiv sind. So ist Zucker nie als
tendenzieller Feind angesehen, sondern als Freund. Zuckerkonsum wird so als positiv
assoziiert.
„Es schmeckt halt so lecker“. Diese Ausrede hörte ich während meines Selbstversuches des
Öfteren. Sie expliziert die Bequemlichkeit und Unbewusstheit über dieses heikle Thema. Das
Wissen ist da, doch das Bewusstsein fehlt und wird von Traditionen supprimiert.
Doch nicht nur unser stupides tradiertes Handeln in Bezug auf Zucker lässt uns Opfer dieses
Verbrechers werden, sondern auch die Omnipräsenz. In den drei Monaten ohne Zucker wurde
für mich greifbar, wie viel Zucker uns umgibt. War ich unterwegs und wollte auf die Schnelle
etwas essen, so musste ich lang die Etiketten lesen, oder vermehrt nachfragen, ob in dem
jeweiligen Produkt Zucker enthalten ist. Selbst in Babybrei und Süßigkeiten, die für kleine
Jan-Ole Hoffmann
31
Thema 8
Kinder gedacht sind, wird Zucker hinzugemischt. So entsteht eine Gewöhnung an die oftmals
überdosierte Süße; das Kind wird schon früh geprägt. Da die Menge an Zucker zu meist
unnatürlich ist und die künstliche Süße die Natur überragt, reichen im späteren Alter oftmals
Früchte nicht mehr aus, um uns die ersehnte Süße zu liefern; wir brauchen immer mehr.
Mit Süßigkeiten und süßem Brei gefütterte Kinder sind prädestiniert an Zuckerkrankheiten zu
erkranken, da die Zuckerrationen schon im Kindesalter zu hoch sind und sie diese
Angewohnheit nur schwer durchbrechen können (Traditionen).
American College of Neuropsychopharmacology stellte durch eine Studie einen weiteren
Grund für den konsequenten Zuckerkonsum fest: Zucker wirke wie eine Droge auf uns.
Es wurde Probanden Zucker oral verabreicht und beobachtet, dass währenddessen die selben
Regionen im Gehirn aktiviert wurden, wie bei Konsum von Morphinen, Kokain und Nikotin,
somit eine exponentielle Belohnung. Zucker kann also eine Affinität erzeugen, von der
schwer loszukommen ist.
All diese Aspekte machen es zu einer großen Herausforderung die Zuckermengen in unserem
Alltag zu minimieren. So bleibt das Risiko vorhanden an Krankheiten wie Diabetes zu
erkranken.
Jan-Ole Hoffmann
32
Thema 8
Fazit
Ist Zucker ein Gift? Ja, das ist er.
Doch diese Aussage darf nicht schabloniert werden. Zucker ist für unseren Organismus
lebensnotwendig. Doch der Zucker, der in den letzten einhundert Jahren zu unserem
Haushaltszucker wurde, ist für unsere Gesellschaft ein Gift geworden, dass unter einigen
Grundvoraussetzungen
seine
Toxik
entwickelt:
Übermaß
und
Einfältigkeit
sowie
Unbewusstheit der Ernährung.
Heutzutage konsumieren wir zu viel und zu oft Zucker. Diese beiden Hauptfaktoren lassen ihn
zu einem Gift werden, das jeder von uns ohne Bedenken zu sich nimmt. Oftmals fehlt das
Wissen über die Ausmaße in unserem Körper, doch noch öfter herrscht die Bequemlichkeit
und das menschliche Symptom, dass erst eine Änderung vorgenommen wird, wenn bereits die
Folgen an die Oberfläche gekommen sind, anstatt vorausschauend zu handeln.
In dieser Hausarbeit sollen nun die Folgen dargestellt sein, damit gehandelt werden kann.
Ich habe festgestellt, dass Fructose und Glucose in isolierter Form unseres Körpers Feind
sind. Ich habe die Folgen, wie Diabetes und Mineralstoffmangel, geschildert und Alternativen
zum Haushaltszucker genannt. Es sollte also sowohl das Ziel erreicht werden, Unwissenheit
zu beseitigen, als auch einen alternativen Weg zu offenbaren. So liegt etwas vor, aus dem eine
eigene Meinung resultieren kann. Sozusagen die Grundlage für eigenes Interesse und dem
Willen mit dem Zucker bewusst umzugehen.
Es war mein Ziel, Grundlagen für die individuelle Meinungsbildung zu einem ubiquitären
Thema darzustellen, um nicht den Meinungen anderer nachzulaufen. In unserer Geschichte
existieren nämlich ausreichend Beispiele, die repräsentieren, dass dieser Weg der
„Meinungsbildung“ in brenzlige Situationen führt.
Jan-Ole Hoffmann
33
Thema 8
Quellenverzeichnis
DocCheck.com
Wikipedia.de
Chemie.de
Urgeschmack.de
Zentrum-der-Gesundheit.de
eufic.org
simplebiologie.de
Spectrum.de
chempagedia.de
Jan-Ole Hoffmann
34
Thema 9
Das Gift in unserer Nahrung
Auswirkungen von Lebensmittelverpackungen
Catharina Jansen
Thema 9
Inhaltsverzeichnis
Einleitung
1
Es gibt immer mehr Verpackungsmüll-Die Gründe
2
Giftige Weichmacher in Lebensmittelverpackungen?
3
Schädigen Weichmacher das Hirngewebe?
4
Bisphenol A
5-6
Diethylhexylphthalat
7
Wie kann man sich vor giftigen Weichmachern schützen?
8
Fazit
9
Quellenverzeichnis
10
Thema 9
Einleitung
Jeder von uns kennt es, nach dem Einkauf muss erst mal der Plastikmüll
raus gebracht werden. Ich habe mich im Rahmen meines Referates gefragt,
warum das so ist, und welche Auswirkungen die vielen Verpackungen auf
unsere Gesundheit und die Umwelt haben.
Dabei habe ich mich mit den Weichmachern beschäftigt, die den
Lebensmittelverpackungen beigefügt werden, besonders mit dem wohl
bekanntesten Weichmacher Bisphenol A.
Um etwas über die gesundheitlichen Folgen für den menschlichen Körper,
durch eine Bisphenol A-Belastung, zu erfahren, habe ich mich mit
unterschiedlichen Studien beschäftigt.
1
Thema 9
Es gibt immer mehr Verpackungsmüll-die Gründe
Die ansteigende Zahl von anfallendem Verpackungsmüll ist ein großes
Problem auf der ganzen Welt. Allein in Deutschland fielen im Jahr 2012
etwa 16,6 Millionen Tonnen Verpackungsmüll an. Etwa 7.3 Millionen
Tonnen davon bestanden aus Papier, Pappe und Karton. Diese stellen damit
den größten Teil dar. Darauf folgen die Kunststoffverpackungen mit etwa
2,8 Millionen Tonnen.
Die Kunststoffverpackungen stellen ein großes gesundheitliches Risiko für
die Verbraucher dar, und schaden der Umwelt mehr als jedes andere
Verpackungsmittel, da sie schwerer zu recyceln sind. Denn die
Kunststoffverpackungen die im Haushalt anfallen sind keine sortenreinen
Kunststoffe, sondern sind mit Additiven (Zusatzstoffen) wie Weichmachern
und Farbstoffen versetzt, welche, um die Kunststoffe wiederverwerten zu
können, durch eine Trennung entfernt werden müssten. Dieses Verfahren ist
jedoch wirtschaftlich unrentabel, da die so gewonnenen Kunststoffe auf dem
Markt nicht mit den billiger hergestellten neuen Kunststoffen konkurrieren
können. Dies hat zur Folge, dass die alten Verpackungen oft auf Deponien
landen oder in die Umwelt geraten, und stattdessen immer neue
Kunststoffverpackungen hergestellt werden. Ein Teufelskreislauf.
Wenn wir heutzutage in einen Supermarkt gehen, dann fällt uns auf, dass so
gut wie alles mindestens ein mal verpackt ist, wenn nicht sogar mehrfach.
Doch ist das auch immer notwendig?
Selbstverständlich haben die Verpackungen ihre Gründe, sie sollen die
Nahrungsmittel, die heutzutage oft aus weit entfernten Ländern importiert
werden, transportfähig machen, haltbar, und sie vor Schmutz und Keimen
schützen. Doch oft gibt es auch Verpackungen die nicht unbedingt
notwendig sind, sondern lediglich zu Vermarktungszwecken dienen. Diese
haben keinen praktischen Nutzen und machen sich letztendlich an der
Menge unserer Plastikabfälle bemerkbar.
2
Thema 9
Giftige Weichmacher in
Lebensmittelverpackungen?
Um die Kunststoffverpackungen möglichst optimal für ihren
Verwendungszweck zu machen, werden bei der Herstellung dem Kunststoff
sogenannte Weichmacher hinzugefügt. Diese sollen das Material weich und
flexibel machen. Doch schon seit geraumer Zeit stehen Weichmacher wie
Diethylhexylphtalat (DEHP) und Bisphenol A (BPA) unter Verdacht
gesundheitsschädigend zu sein.
Experten vermuten, dass der Stoff BPA den Hormonhaushalt verändert und
bei Frauen und Männern Unfruchtbarkeit verursachen kann. Des weiteren
wird zur Zeit erforscht, ob BPA tatsächlich Veränderungen im Gehirn
verursacht.
Außerdem
wird
vermutet,
dass
Weichmacher
Krebserkrankungen begünstigen.
Es ist auf jeden Fall davon auszugehen, dass jeder in Deutschland lebende
Mensch mit Weichmachern belastet ist, deren gesundheitliche
Auswirkungen selbst in sehr geringen Dosen nicht abschätzbar sind. Aus
diesem Grund fordern der Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland
(BUND) und das Umweltbundesamt ein übergreifendes Verbot von
Weichmachern. Als Vorbild ist dabei Frankreich anzusehen, dort darf schon
seid Anfang des Jahres 2015 kein BPA mehr in Kunststoffverpackungen
enthalten sein.
3
Thema 9
Schädigen Weichmacher das Hirngewebe?
Schon lange steht der in Lebensmittelverpackungen verwendete
Weichmacher Bisphenol A unter Verdacht gesundheitsschädigend zu sein,
besonders beunruhigend sind die Forschungsergebnisse einer im Jahre 2005
an der University of Cincinnati durchgeführten Studie, die durch
Tierversuche an Ratten zeigte, dass besonders kleine Dosen des
Weichmachers die Entwicklung des Hirngewebes stören können.
Dies wirft die Frage auf, ob BPA auch die Hirnentwicklung bei
Kleinkindern und Neugeborenen stören kann.
Es ist anzunehmen, dass BPA die Aktivität des weiblichen Sexualhormons
Östrogen beeinflusst, welches für die Entwicklung bestimmter Hirnregionen
von immenser Wichtigkeit ist.
In der Studie wurden jungen Ratten, im Abstand von lediglich sechs
Minuten, extrem verdünnte Dosen des Weichmachers BPA in einen
angeblich für BPA unempfindlichen Teil des Gehirns gespritzt, in den
zerebralen Kortex.
Nach nur wenigen Minuten zeigte sich die Wirkung des chemischen Stoffes:
die Signalwirkung des Hormons Östrogen wurde blockiert und damit die
natürliche Entwicklung der Gehirnzellen.
Da die Schädigung des Hirngewebes bei geringerer Dosierung des BPA
umso schlimmer war, kamen die Forscher zu der Annahme, dass besonders
die extrem geringen Mengen des Weichmachers, die wir durch unsere
Nahrung aufnehmen, nicht kalkulierbare gesundheitliche Folgen haben
könnten.
Da die Versuche an besonders jungen Ratten durchgeführt wurden, waren
die Forscher in der Lage aus ihren Ergebnissen Rückschlüsse auf die
Embryonalentwicklung bei Menschen ziehen. Obwohl es natürlich wichtige
Unterschiede zwischen den Nagetieren und Menschen gibt, hält die
Forschergruppe, die aus einer Gruppe von Pharmakologen und ZellBiophysikern bestand, es für sehr wahrscheinlich, dass es ähnliche
Reaktionen auf den Weichmacher Bisphenol A auch beim Menschen gibt.
Auch einer im Jahre 2012 veröffentlichten Studie der Universität Bonn
nach, kann BPA den Hormonhaushalt beeinflussen, sowie Enzyme und
Transportproteine in ihrer Funktion beeinträchtigen. Bei Experimenten an
Gewebeproben von Mäusen und Menschen hatte sich gezeigt, dass BPA für
die Zellfunktion wichtige Calciumkanäle in der Zellmembran blockiert.
Auch weitere Untersuchungen ergaben, dass BPA die Funktion von
Proteinen, die entscheidend für den Zellwachstum sind, stört und so das
4
Thema 9
Tumorwachstum fördert.
Bisphenol A
Bisphenol A, auch BPA genannt, ist eine chemische Verbindung aus der
Gruppe der Diphenylmethan-Dervivate und eines der Bisphenole.
Bisphenole sind eine Gruppe von chemischen Verbindungen die zwei
Hydroxyphenyl-Gruppen tragen. Die Bezeichnung Bisphenol ist also ein
Trivialname. Bei der Bezeichnung eines Bisphenols wird, um anzugeben um
welches Bisphenol es sich handelt, noch eine Buchstabenkombination
hinzugefügt, die sich auf die Edukte, weitere chemische Zusatzstoffe,
bezieht.
Bisphenol A besteht zum Beispiel aus zwei Äquivalenten Phenol und einem
Äquivalent Aceton, das A steht also für Aceton.
Oft wird der bekannteste Vertreter aus der Gruppe der Bisphenole,
Bisphenol A, umgangssprachlich einfach als Bisphenol bezeichnet, was zu
Missverständnissen führen kann.
Strukturformel:
Summenformel:
C15H16O2
5
Thema 9
Im Jahre 1891 wurde Bisphenol A zum erste mal von dem russischen
Chemiker Alexander Dianin synthetisiert.
Und die britischen Biochemiker Edward Charles Dodds und Wilfrid Lawson
identifizierten, 1936, Bisphenol A zum ersten mal als Substanz mit
schwacher östrogener Wirkung, als sie nach Stoffen mit der Wirkung des
Östrogens suchten.
Heutzutage dient Bisphenol A vor allem als Ausgangsstoff zur Synthese
polymerer Kunststoffe, und hat daher eine sehr große technische und
wirtschaftliche Bedeutung. Es ist eine in großen Mengen produzierte
Basischemikalie, von der im Jahr ca. vier Millionen Tonnen hergestellt
werden.
Des weiteren wird BPA als Antioxidans in Weichmachern verwendet.
Wir kommen täglich in Kontakt mit BPA, da viele Gegenstände unseres
täglichen Gebrauchs aus Kunststoffen bestehen die BPA enthalten, wie z.B.
Polycarbonat und Vinylesterharz. Diese werden als Lebensmittel und
Getränkeverpackungen genutzt und kommen so in direkten Kontakt mit
unserer Nahrung.
Ein weiterer Kunststoff der BPA enthält ist Epoxidharz, aus Epoxidharz
werden Beschichtungen für Metallbehälter hergestellt, auch für
Lebensmittelverpackungen wie Konservendosen und Getränkebehälter.
Außerdem verwendet man Epoxidharz für Lacke, Farben, Klebstoffe und für
Beschichtungen von Schwimmbecken und Rohren, aber auch für
Wasserkocher.
Die Kunststoffe an sich sind zwar weitgehend gesundheitlich unbedenklich,
das Problem ist aber, dass BPA sich unter gewissen Umständen wieder aus
ihnen lösen kann, was gesundheitliche Folgen hat.
Dies ist auch bei Lebensmittelverpackungen der Fall.
6
Thema 9
Diethylhexylphtalat
Diethylhexylphtalat (DEHP) ist einer der wichtigsten Weichmacher auf dem
Markt, im Jahr 2010 lag der Marktanteil bei knapp 54 %. Aber er gehört
auch zu den umstrittensten. Seit 2008 steht die Chemikalie auf der
sogenannten
Kandidatenliste
der
ECHA
(der
Europäischen
Chemikalienagentur)
und
gilt
als
besonders
Umwelt
und
gesundheitsschädigend.
DEHP wird hauptsächlich als Weichmacher für PVC-Kunststoffe und als
Zusatzstoff in Farben verwendet. Wenn DEHP in polymere Kunststoffe
eingearbeitet wird, werden diese geschmeidiger, das Problem dabei ist, dass
DEHP keine chemische Verbindung eingeht und mit der Zeit wieder aus den
Kunststoffen entweichen kann, z.B. aus Lebensmittelverpackungen in die
Nahrungsmittel.
Obwohl bereits eine Informationspflicht dem Kunden gegenüber besteht,
wenn ein Produkt DEHP enthält, und es bereits verboten ist DEHP in
Babyspielzeug und Babyartikeln zu verwenden, liegt die durchschnittliche
Aufnahmemenge von DEHP wesentlich über dem von der Europäische
Kommission festgelegten
Grenzwert (1,5 mg/kg). Die gesundheitlichen Folgen davon sind
Unfruchtbarkeit sowie Schäden an Leber und Nieren. Seit dem 21. Januar
2015 darf DEHP in der Europäischen Union nicht mehr ohne Zulassung
gebraucht werden.
7
Thema 9
Wie kann man sich vor Giftigen
Weichmachern schützen?
Da es in Deutschland noch kein übergreifendes Gesetz zum Verbot von
Weichmachern in Lebensmittelverpackungen gibt, sollte man einige Dinge
beachten, um sich vor einer Belastung und möglichen Gesundheitlichen
Folgen zu schützen.
Zum ersten sollte man Lebensmittel nach Möglichkeit unverpackt kaufen,
z.B. auf dem Markt oder an der Frischetheke im Supermarkt. Da dies aber
oft nicht möglich ist, da inzwischen so gut wie alles in Kunststoff verpackt
wird, kann man auch darauf achten mit welchem Kunststoff die
Lebensmittel verpackt sind. Die Kunststoffe Polyethylen (PE) und
Polypropylen (PP) gelten als weitgehend ungefährlich.
PVC oder PC-Kunstoffe sollte man jedoch möglichst meiden. In der Regel
findet man Angaben zur Art des Kunststoffs auf der Verpackung.
Ich persönlich habe ein mal nach dem Einkauf geguckt welche Produkte mit
dem sogenannten ungefährlichen Kunststoff verpackt sind, und kaufe seid
dem immer die selben.
Um eine Aufnahme von Weichmachern durch die Nahrung zu vermeiden,
sollte man außerdem darauf achten, dass Wärme das Freisetzten von
Weichmacher aus Kunststoffen begünstigt. Deswegen sollte man niemals
heiße Getränke in Plastikflaschen füllen, oder Behälter aus Polycarbonat
(PC) in der Mikrowelle aufwärmen.
8
Thema 9
Fazit
Nachdem ich mich ausführlich mit dem Thema der möglichen
gesundheitlichen Folgen von Lebensmittelverpackungen beschäftigt habe,
bin ich zu dem Schluss gekommen, dass der Mensch im Allgemeinen viel zu
leichtsinnig mit seiner Gesundheit umgeht.
Die eigenen Nahrungsmittel mit chemischen Stoffen in Berührung zu
bringen, deren gesundheitliche Folgen noch nicht völlig erforscht sind, ist
unverantwortlich, sowohl den Mitmenschen als auch späteren Nachkommen
gegenüber.
Viel zu oft bin ich bei meinen Recherchen auf das Argument gestoßen, es
gäbe noch keine Gesetze gegen die Verwendung eines Stoffes, weil es noch
keine Langzeitstudien zu möglichen gesundheitlichen Folgen gäbe. Diese
Aussage finde ich höchst bedenklich, denn wenn erst nach geraumer Zeit
zweifelsfrei festgestellt wird, dass ein Stoff z.B. Schuld an
Gehirnmissbildungen ist, könnte es für viele Menschenleben bereits zu spät
sein.
Diese Frage beschäftigt mich weiterhin, und hat dafür gesorgt, dass ich
aufmerksamer darauf achte mit was meine Lebensmittel verpackt sind.
9
Thema 9
Quellenverzeichnis
Internet:
•
http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/lebensmittelverpackungenweichmacher-koennte-hirngewebe-schaedigen-a-389538.html
•
http://www.t-online.de/ratgeber/heim-garten/essentrinken/id_49362778/kunststoffverpackungen-schaedlich-fuerlebensmittel-.html
•
https://de.wikipedia.org/wiki/Bisphenol_A
•
http://www.umweltbundesamt.de/themen/abfallressourcen/produktverantwortung-in-der-abfallwirtschaft/verpackungen
•
http://www.technikatlas.de/~tb4/recycling.htm
•
http://www.umweltbundesamt.de/publikationen/bisphenol-a
•
https://de.wikipedia.org/wiki/Bis%282-ethylhexyl%29phthalat
10
Thema 10
Thema 10
Schadstoffe in Kosmetika
Mialena Kneschke
Inhaltsverzeichnis
Schadstoffe in Kosmetika......................................................................1
Einleitung...........................................................................................2
INCI...................................................................................................3
Glycerin..........................................................................................3
Haltbarkeit von Kosmetika.............................................................3
Duftstoffe...........................................................................................4
Isoeugenol......................................................................................6
Zimtaldehyd ..................................................................................7
Braucht unsere Haut Creme?.............................................................8
Creme ............................................................................................9
Tenside.............................................................................................10
Sodium Lauryl Sulfate (SLS), Natriumlaurylsulfat ..................13
Paraffin und Vaseline.......................................................................15
Parabene...........................................................................................19
Formaldehyd/-abspalter ..................................................................23
Fazit.................................................................................................24
Literaturverzeichnis.........................................................................25
1
Thema 10
Einleitung
Obwohl sich die Schönheitsideale im Laufe der Jahrhunderte verändern und jeder Mensch ein
individuelles Empfinden von Schönheit hat, gab es immer - und gibt es noch - das Streben
diese Schönheitsideale zu erreichen.
Schon im Alten Ägypten, vor 2000 Jahren, waren die Körperpflege und die Kosmetik
wichtige Bestandteile des kulturellen Lebens. Aus der Notwendigkeit heraus, sich vor der
heißen Sonne zu schützen und seinen Körper zu waschen und zu Pflegen, entwickelten die
Ägypter eine große Anzahl von Kosmetikprodukten. Neben Cremes und Salben wurden aber
auch Produkte entwickelt, mit denen die äußeren Reize unterstrichen werden konnten. Im
alten Ägypten wurde mit starken Farben gearbeitet. Dem Schönheitsideal entsprechend
wurden die Augen schwarz umrandet und mit grünem Malachit hervorgehoben. Die Lippen
und Wangen wurden mit zerstampften Galenit bemalt und das Gesicht gelb oder orange
grundiert.
Obwohl die Kosmetik der Ägypter auf natürlichen Substanzen basierte, war sie schon sehr
gesundheitsgefährdend. Die schwarze Farbe für die Augen bestand aus Ruß, Eisenoxid, dem
Mineral Galenit und Manganoxiden. Galenit ist ein Bleisulfid das im Kontakt mit der Haut
toxisch wirkt. Doch auch die rote Farbe für die Lippen wurde aus Galenit gewonnen. Das
zerstampfte und über dem Feuer gehärtete Galenitpulver entwickelte eine intensive rote
Färbung, weshalb es als Rouge und Lippenfarbe verwendet wurde. Um die Augen noch mehr
zu betonen wurde sogar das grün färbende Malachit benutzt. Da es aber in der Puderform
Kupferpulver freisetzt, konnte die Anwendung von Malachit auf Dauer zu Reizungen von
Nase, Mundschleimhaut und Augen führen und Kopf- und Magenschmerzen sowie
Schwindelgefühl, Brechreiz und Durchfall auslösen.
All diese Stoffe werden heutzutage nicht mehr in der Kosmetik benutzt.
Durch die
Industrialisierung ist es Möglich geworden Rohstoffe synthetisch herzustellen. Dadurch
ergeben sich für die Industrie völlig neue Möglichkeiten Kosmetikprodukte herzustellen.
Durch Konservierungsstoffe wie Parabene oder Tenside wie Sodium Lauryl Sulfate können
Kosmetika alle Möglichen Anforderungen erfüllen Doch die gesundheitlichen Folgen dieser
Stoffe sind größtenteils noch unbekannt und unerforscht. Es jedoch schon viele Menschen die
die Benutzung dieser Stoffe kritisch betrachten und nach Alternativen suchen.
2
Thema 10
INCI
Damit die Verbraucher Einsicht in die Inhaltsstoffe von Kosmetikprodukten bekommen, gibt
es die Internationale Nomenklatur für kosmetische Inhaltsstoffe (kurz: INCN). Durch die
INCI sind einheitliche Richtlinien für die Deklaration der Inhaltsstoffe festgelegt.
Vorgaben zur Auflistung der kosmetischen Inhaltsstoffe nach INCI
•
Die Namen der Inhaltsstoffe sind in englischer oder lateinischer Sprache.
•
Die Deklaration erfolgt nach dem Gewichtsanteil in abnehmender Reihenfolge.
•
Ausgenommen davon sind Zusätze von unter 1%, sie dürfen in beliebiger Reihenfolge
genannt werden.
•
Farbstoffe werden erst am Ende aufgelistet mit den jeweiligen CI-Nummern (CI =
Colour-Index). Sie dürfen auch in beliebiger Reihenfolge benannt werden.
Glycerin
Ein gute Beispiel dafür, wie hilfreich die INCI sein kann, ist Glycerin. Glycerin, der
Trivialname von Propan-1,2,3-triol, ist ein dreiwertiger Alkohol und wird in der Kosmetik
wegen seiner feuchtigkeitsspendenden Wirkung genutzt Wenn es in größeren Mengen in
Kosmetik vorhanden ist kann es die Haut aber austrocknen anstatt sie zu pflegen. Anhand der
Platzierung in der Inhaltsliste, kann also der Gehalt von Glycerin in einem Produkt festgestellt
werden. Befindet sich Glycerin unter den ersten drei Inhaltsstoffen ist die Konzentration sehr
hoch. Taucht es allerdings erst am Ende auf ist die Menge unbedenklich.
Haltbarkeit von Kosmetika
Die EU-Kommission schreibt vor, dass Kosmetika deren Haltbarkeit nicht über 30 Monaten
liegt, ein Mindesthaltbarkeitsdatum tragen müssen. Dieses wird durch den Wortlaut
„Mindestens haltbar bis“ oder das Sanduhr-Symbol gekennzeichnet.
3
Thema 10
Für alle Kosmetika mit einer Haltbarkeit von mehr als 30 Monaten, muss nur die Haltbarkeit
nach der Öffnung (PAO) angegeben werden. Das Datum steht immer hinter dem Symbol des
geöffneten Tiegels.
Duftstoffe
Duftstoffe werden in der Kosmetik eingesetzt, weil die Rohkomponenten der Produkte
entweder keinen oder einen unangenehmen Eigenduft haben. Um den Geruch zu verändern
werden Duftstoffe beigefügt. Denn Duftstoffe haben auf den Menschen eine unbewusste
Wirkung, ebenso wie Tiere werden wird er von einigen Düften angelockt, während andere
abschreckend wirken. Diese Wirkung wird von der Kosmetik-Industrie ausgenutzt, denn der
Käufer greift eher zu den Produkten die gut duften.
Zu den Duftstoffen gehören sowohl natürliche Duftstoffe, die zum Beispiel aus Blüten,
Blättern, Harzen oder Kräutern gewonnen werden, aber auch synthetisch hergestellte, wie
Linanool oder Phenylethylalkohol. Tierische Duftstoffe, wie Moschus, werden kaum noch
verwendet, weil es die verschiedenen Tierarten gefährden könnte. Stattdessen werden sie
synthetisch hergestellt.
Als Ersatz für Moschus werden in der Kosmetik polyziklische
Moschusverbindungen eingesetzt. Die Verwendung dieser Moschusverbindungen wird aber
immer wieder kritisiert, weil sie sich durch ihre lipophilen Eigenschaften im Fettgewebe
ansammeln können.1
Sowohl die natürlichen, als auch die synthetischen Duftstoffe lösen oft Allergien aus oder
wirken hautreizend. Deshalb wird die Deklarierung der Duftstoffe oft kritisiert. Im Gegensatz
zu den anderen Inhaltsstoffen müssen sie nämlich nicht einzeln angegeben werden, sondern
können unter Aroma, Fragrance, Flavour
oder Parfüm zusammengefasst werden. In
Kosmetikprodukten werden aber oft mehrere Duftstoffe kombiniert. Als Verbraucher ist es
aber nicht möglich zu erkennen, welche verwendet wurden. Seit 2005 müssen deshalb die 26
Duftstoffe, die am häufigsten Allergien auslösen, gekennzeichnet werden. Diese Duftstoffe
sind vom Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit in einer Liste
zusammengefasst.2
1 Umweltbundesamt: http://www.gkw-wendlingen.de/fileadmin/Redaktion/PDFDateien/Fact_Sheet_Polymoschusverbindungen.pdf
2 http://www.bvl.bund.de/DE/03_Verbraucherprodukte/03_AntragstellerUnternehmen/02_Kosmetik/05_Kennz
eichnung/02_Duftstoffe/bgs_fuerAntragsteller_Duftstoffe_node.html;jsessionid=1101CA9BD248B12554A1
61ED8226C10F.2_cid322
4
Thema 10
Liste der zu kennzeichnenden Duftstoffe
INCI-Bezeichnung
Chemische Bezeichnung
Alpha-Isomethyl Ionone
3-Methyl-4-(2,6,6-Trimethyl-2-Cyclohexen1-yl)-3-Buten-2-one
Amyl Cinnamal
2-(Phenylmethylene)Heptanal
Amylcinnamyl Alcohol
2-(Phenylmethylene)Heptanol
Anise Alcohol
4-Methoxy-Benzyl Alcohol
Benzyl Alcohol
Benzyl Alcohol
Benzyl Salicylate
Benzyl Salicylate
Benzyl Cinnamate
3-Phenyl-2-Propenoic Acid;
Phenylmethyl Ester
Benzyl Benzoate
Benzyl Benzoate
Butylphenyl Methylpropional
2-(4-tert-Butylbenzyl)Propionaldehyde
Cinnamyl Alcohol
Cinnamyl Alcohol
3-Phenyl-2-Propen-1-ol
Citral
3,7-Dimethyl-2,6-Octadienal
Cinnamal
Cinnamaldehyde;
3-Phenyl-2-Propenal
Citronellol
DL-Citronellol;
3,7-Dimethyl-6-Octen-1-ol
Coumarin
2H-1-Benzopyran-2-one
Evernia Furfuracea Extract
Treemoss Extract (Baummoosextrakt)
Evernia Prunastri Extract
Oakmoss Extract (Eichenmoosextrakt)
Eugenol
2-Methoxy-4-(2-Propenyl)Phenol
Farnesol
3,7,11-Trimethyl-2,6,10-Dodecatrien-1-ol
Geraniol
(2E)-3,7-Dimethyl-2,6-Octadien-1-ol
Hydroxycitronellal
7-Hydroxycitronellal;
7-Hydroxy-3,7-Dimethyloctanol
Hydroxyisohexyl 3-Cyclohexene
Carboxaldehyde
4-(4-Hydroxy-4-methylpentyl)- 3cyclohexene-1-carboxaldehyde
Hexyl Cinnamal
2-(Phenylmethylene)Octanal
Isoeugenol
2-Methoxy-4-(1-Propenyl)Phenol
Limonene
1-Methyl-4-(1-Methylethenyl)Cyclohexene
Linalool
3,7-Dimethyl-1,6-Octadien-3-ol
Methyl 2-Octynoate
2-Octynoic Acid; Methyl Ester
5
Thema 10
Als besonders heftige Allergene gelten Isoeugenol und Zimtaldehyd ( Cinnamal).
Isoeugenol
Ein bekannter Duftstoff der Verwendung in Kosmetika findet ist das nach Gewürznelke
riechende Isoeugenol. Es gehört, wie beispielsweise auch das Zimtaldehyd, zu den
Phenylpropanoiden,
die
aus
einem
Benzolaromaten
und
einer
Kette
aus
drei
Kohlenstoffatomen zusammengesetzt sind. Darüber hinaus hat das Isoeugenol eine
Hydroxygruppe und eine Sauerstoffbrücke zu einem Methylrest.
So wie eine Vielzahl von Phenylpropanoiden ist auch das Isoeugenol ein Naturstoff, der zum
Beispiel in den Gewürznelken, aber auch in Dill und Muskat vorkommt. Es wird natürlicher
Weise auf dem Shikimisäureweg, also einem sekundären Stoffwechselprozess, und gehört
somit zu den sekundären Pflanzenstoffen, die nicht lebensnotwendig für die Pflanzen sind.
Isoeugenol hat die Summenformel C10H12O2
und wird auch 2-Methoxy-4-(1-
propenyl)phenol genannt. Es handelt sich in Reinform um eine wachsartige, viskose
Flüssigkeit, die weitesgehend klar ist. Problematisch an der Verwendung von Isoeugenol als
Duftstoff in Kosmetika ist insbesondere, dass es zu Hautreizungen und bei oraler Aufnahme
zu Reizungen der Atemwege und auch zum Koma führen kann. Im Tierversuch bei Ratten lag
die letale Dosis bei oraler Aufnahme bei 1.560 mg/kg.3
Darüber hinaus hat eine orale Exposition von Isoeugenol bei Mäusen zur Bildung
hepatozellulärer
Karzinome,
also
von
Leberzellkarzinomen,
einer
bösartigen
Tumorerkrankung und einer der beim Menschen häufigsten Krebserkrankungen überhaupt,
geführt.4 I Einen Nachweis von Kanzerogenität beim Menschen gibt es jedoch nicht. n einer
3 Sicherheitsdatenblatt, Sigma-Aldrich: http://www.sigmaaldrich.com/MSDS/MSDS/DisplayMSDSPage.do?
country=DE&language=de&productNumber=W246808&brand=ALDRICH&PageToGoToURL=http%3A
%2F%2Fwww.sigmaaldrich.com%2Fcatalog%2Fproduct%2FALDRICH%2FW246808%3Flang%3Dde
4 National toxicology program, 2010: „Toxicology and carcinogenesis studies of Isoeugenol“
6
Thema 10
Studie aus dem Jahr 2005 wird Isoeugenol auch als allergiefördernd beschrieben. Diese
allergienfördernde Wirkung, sowie die reizende Eigenschaft gehen gemäß dieser Studie wohl
auf
seine
prooxidantische
Eigenschaft
zurück,
das
heißt,
es
beschleunigt
ein
Oxidationsreaktion. Allerdings kann Isoeugenol unter anderen Umständen gleichsam als
Antioxidans, also eine Oxidationsreaktion hemmend, wirken.5
Die toxikologische Untersuchung von Isoeugenol scheint noch nicht besonders weit
vorangeschritten.
Zimtaldehyd
Zimtaldehyd wird als Gewürz in Nahrungsmitteln und als Duftstoff Parfüms, Lippenstiften,
Zahnpasten oder Reinigungsmitteln, eingesetzt. Das gelbliche, ölige, intensiv nach Zimt
riechende Zimtaldehyd gehört, ebenso wie Isoegenol, zur Gruppe der Phenylpropanoide. Es
ist ein aromatisches, ungesättigtes Aldehyd mit der Summenformel C9H8O.
Zimtaldehyd kann auf natürlicher Weise, durch Wasserdampfdestillation aus der Rinde des
Zimtbaumes, oder, durch eine Aldolkondensation, aus Benzalaldehyd und Acetaldehyd
gewonnen werden.
Durch die sensibilisierenden Eigenschaften kann Zimtaldehyd eine allergische Reaktion
http://ntp.niehs.nih.gov/ntp/htdocs/lt_rpts/tr551.pdf
5 Atsumi T, Fujisawa S, Tonosaki K., 2005: „A comparative study of the antioxidant/prooxidant activities of
eugenol and isoeugenol with various concentrations and oxidation conditions.“
siehe: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15964168?dopt=Abstract
7
Thema 10
hervorrufen. Die Reaktion zeigt sich meistens in einem allergischen Kontaktekzemen.6
Braucht unsere Haut Creme?
Als ein besonderes Schönheitsmerkmal gilt unsere Haut, wenn sie makellos und rein aussieht.
Deshalb gibt es eine lange Liste von Produkten die dafür gedacht sind diese bestmöglich zu
pflegen. Doch eigentlich braucht die Haut weder Feuchtigkeitsmasken noch AntiFaltencremes. Sie ist selbst in der Lage ihren Feuchtigkeitshaushalt zu regeln und sich zu
regenerieren. Denn in einem Zyklus von vier Wochen wandern die Zellen von der
Keimschicht, in der immer neue Zellen durch Zellteilung entstehen, bis in die Hornschicht.
Dort produzieren sie Keratin bis sie absterben und sich einzeln oder in Schuppen von der
Epidermis lösen.
Ihre Geschmeidigkeit reguliert die Haut durch das Hydro-Lipid-System, welches einen
Schutzfilm auf der Haut bildet. Der Schutzfilm setzt sich aus Wasser, welches über die
Schweißdrüsen abgegeben wird, und Lipiden zusammen. Die Lipide stammen aus den
Talgdrüsen, welche im oberen Teil der Lederhaut (Dermis) sitzen. Auf der Hautoberfläche
bildet sich also eine Öl-in-Wasser-Emulsion unter die sich noch Stoffwechselprodukte
mischen. Dieser Schutzfilm sorgt aber nicht nur für die Geschmeidigkeit der Haut, sondern
wirkt auch als Barriere gegen exogene Schadstoffe. Da der pH-Wert dieser Emulsion bei 5,5
liegt wirkt der Schutzfilm als Säure, weshalb er auch Säureschutzmantel genannt wird. Dieser
Säureschutzmantel verhindert die Ansiedlung von pathogenen Mikroorganismen, wie Pilzen
oder Bakterien.
Viele Menschen neigen allerdings zu trockener Haut. Trockene, spannende Haut entsteht
meistens durch eine Störung des Gleichgewichts des Säureschutzmantels. Vor allem im
Winter ist aufgrund der kalten Temperaturen die Lipidproduktion der Talgdrüsen geringer,
weswegen der Schutzfilm dünner und durchlässiger wird. Als Folge verdunstet das Wasser
schneller über die Hornschicht und die Haut trocknet aus. Ein ähnlicher Effekt entsteht durch
den hohen Flüssigkeitsverlust durch zu starkes Schwitzen. Dieser Effekt kann durch
mangelnde Flüssigkeitszufuhr verstärkt werden, da hier der Flüssigkeitsnachschub fehlt. Auch
hormonelle Umstellungen können Auswirkungen auf die Feuchtigkeitsregulation der Haut
6
Begründung zu Zimtaldehyd in TRGS 907:
http://www.baua.de/cae/servlet/contentblob/665192/publicationFile/
8
Thema 10
haben. Die von Hormonen regulierte Talgdrüsenfunktion kann verstärkt oder vermindert
werden, weshalb es zu Veränderungen im Schutzfilm kommen kann. Die Haut kann aber auch
Austrocknen wenn sie zu oft mit nicht pH-neutralen Seifen und Lotionen gewaschen wird. Ist
eine Seife nicht auf den ph-Wert der Haut eingestellt wird der Schutzfilm durch die Tenside
abgetragen und es kommt zu einer verstärkten Verdunstung des Wassers.
Wenn der Schutzfilm der Haut aus dem Gleichgewicht gekommen ist und sich nicht
selbständig regenerieren kann, ist es sinnvoll den Regenerationsprozess durch die Benutzung
von Creme zu unterstützen. Eine Creme kann die Haut aber nicht nur bei der Regeneration
unterstützen, sondern sie auch mit Feuchtigkeit versorgen oder sie vor schädlichen äußeren
Einflüssen wie UV-Strahlen oder aggressiven Stoffen.
Creme
Die Hauptbestandteile einer Creme bilden immer Wasser und Öl, dazu kommen Emulgatoren,
Konservierungs- und Duftstoffe. Die Grundlage für eine Creme stellt also eine Emulsion aus
Wasser und Öl dar. Eine Emulsion ist ein feinverteiltes Gemisch aus einer wasserlöslichen
Phase, in diesem Fall das Wasser, und einer wasserunlöslichen Phase, dem Öl. Das Verhältnis
von Wasser und Öl bestimmt, ob sich eine Wasser-in-Öl-Emulsion oder eine Öl-in-WasserEmulsion bildet. Eine lipophile Creme entsteht wenn die Grundlage eine Wasser-in-ÖlEmulsion bildet. In diesem Fall stellt das Öl die kontinuierliche, äußere Phase dar, während
das Wasser
kleine Tropfen in dem Öl bildet und somit die innere, disperse Phase
darstellt.Eine lipophile Creme ist besonders für trockene Haut geeignet, da sich die
Lipidphase wie ein Schutzfilm auf die Hautoberfläche legt und die Öle lange brauchen bis sie
in die Haut einziehen. Dadurch hemmt die Lipidphase die Verdunstung und das Austrocknen
der Haut wird verhindert, denn in der Zeit kann das Wasser in die oberen Hautschichten
eindringen. Cremes auf einer lipophilen Basis werden meistens als Nachtcreme verwendet, da
das Öl sehr lange braucht um einzuziehen und die Haut dadurch viel Zeit hat die Öle
aufzunehmen und sich zu regenerieren.
Wenn der Wasseranteil die kontinuierliche Phase darstellt, bildet sich eine Öl-in-WasserEmulsion, welche die Grundlage für eine hydrophile Creme ist. Eine hydrophile Creme eignet
sich am besten als Tagescreme, denn sie zieht schnell in die Haut ein. Da sich durch den
geringen Lipidanteil nur ein dünner Ölfilm auf der Hautoberfläche bildet, bewirkt die Creme
nur eine geringe Hautfettung. Deshalb ist sie besonders für zu Fettigkeit neigender Haut
geeignet. Außerdem quillt durch den hohen Wasseranteil die Epidermis kurzzeitig auf und da
9
Thema 10
es keinen schützenden Lipidfilm gibt verdunstet die Hautfeuchtigkeit. Gleichzeitig hat der
hohe Wasseranteil eine kühlende Wirkung und bewirkt eine optische Glättung. Diese hält
allerdings nur kurz an, denn die Creme kann nur in die obersten Hautschichten eindringen.
Tenside
Um eine Emulsion zu stabilisieren, einer Phasentrennung entgegenzuwirken und die
Tröpfchenbildung der dispersen Phase zu erleichtern, werden Emulgatoren benötigt.
Emulgatoren sind eine Untergruppe der Tenside. Tenside sind Grenzflächensubstanzen, dass
heißt sie setzen die Oberflächenspannung zwischen zwei Phasen herab. Das liegt daran, dass
Tenside aus einem hydrophilen („wasserliebenden“) Molekülteil und einem hydrophoben
(„wasserabweisenden“) Kohlenwasserstoffrest bestehen. Da sie sowohl hydrophil als auch
hydrophob sind, sind sie amphipathisch („beides liebend“). Aufgrund der Amphiphilie haben
Tenside eine reinigende Wirkung, weshalb sie in Cremes, Shampoos, Seifen und
Waschmitteln verwendet werden.
Werden Tenside ins Wasser gegeben bilden sich Mizellen, kleine, kugelförmige
Ansammlungen von Tensidmolekülen. Die einzelnen Tensidmoleküle richten sich so aus, dass
die hydrophoben Enden im Inneren der Mizelle sind und die hydrophilen die Außenschicht
bilden.
Tenside haben aber auch eine Wirkung auf die Oberflächenspannung des Wassers. Das liegt
daran, dass die Tensidmoleküle ihr hydrophobes Ende aus dem Wasser zur Luft ausrichten.
Das hydrophile Ende bleibt im Wasser. Dadurch wird die Wasseroberfläche an vielen Stellen
unterbrochen
und
verliert
die
Spannung.
Die Wirkung
von Tensiden
Oberflächenspannung kann an einem einfachen Versuch verdeutlicht werden:
10
auf
die
Thema 10
Auf die Wasseroberfläche (tensidfreies Wasser) wird ein leichter Gegenstand, zum Beispiel
eine Büroklammer, gelegt. Dieser Gegenstand wird von der hohen Oberflächenspannung des
Wassers getragen. Wenn Tenside zu dem Wasser hinzugegeben werden, (zum Beispiel
Spülmittel) wird die Oberflächenspannung des Wassers herabgesetzt der Gegenstand kann
nicht mehr getragen werden und versinkt.
In der Creme
werden Tenside benutzt um der Phasentrennung
der Emulsion
entgegenzuwirken.. Die Endgegenwirkung erfolgt bei einer Öl-in-Wasser-Emulsion in dem
sich die Tensidmoleküle um die kleinen Öltröpfchen legen und dieses einschließen. Die
hydrophilen Kohlenwasserstoffreste bleiben im Wasser, während die hydrophoben Enden der
Tensidmoleküle sich mit dem Öl verbinden. Dadurch wird verhindert, dass sich die
Öltröpfchen wieder mit den anderen Öltröpfchen verbinden.
Tenside werden aber nicht nur in Cremes verwendet, sondern auch in Shampoos, Seifen und
Waschmitteln. Die Tenside fördern nämlich die Suspension, ein heterogenes Stoffgemisch aus
einer Flüssigkeit und feinverteilten Partikeln, in dem sie sich um die Schmutzpartikel lagern
und so ein Zusammenklumpen und erneutes Anhaften verhindern. Dieser Effekt sorgt dafür,
dass sich auch ölige Substanzen aus Kleidungstücken oder von der Haut lösen lassen.
11
Thema 10
Tenside sind auch für die Schaumbildung verantwortlich. Seifenblasen entstehen wenn sich
ein Film aus zwei Reihen von Tensidmolekülen bildet. Hierbei bilden die hydrophoben
Enden die Außenschicht und die hydrophilen Enden zeigen nach Innen. Zischen den beiden
Schichten ist ein dünner Wasserfilm. Da eine starke Schaumentwicklung aber oft störend ist,
werden Entschäumer eingesetzt. Entschäumer bestehen aus Gemischen mit einer
ausgeprägten Grenzflächenaktivität, welche die Schaumbildung entweder verhindern oder für
eine schnelle Auflösung des Schaums sorgen.
Auch wenn Tenside durch ihre reinigende Wirkung sehr nützlich sind, können sie für die Haut
schädlich sein. Sie entfernen nämlich nicht nur die Schmutzpartikel von der Haut, sondern
auch alle Öle und Fette. Dadurch wird die Lipidstrukur und der Säureschutzmantel beschädigt
und die Haut trocknet aus. Deshalb sind vor allem Tensid milde Seifen und Shampoos zu
empfehlen.
12
Thema 10
Sodium Lauryl Sulfate (SLS), Natriumlaurylsulfat
INCI-Bezeichnung: Sodium Lauryl Sulfat, Sodium Laureth Sulfate
Als ein besonders aggressives anionisches Tensid, welches als Detergens in einer Vielzahl von
Kosmetika Verwendung fand und zum Teil heute noch findet, gilt Natriumlaurylsulfat (engl.:
Sodium Lauryl Sulfate/SLS). Hierbei handelt es sich um einen Schwefelsäureesther des
Laurylalkohols, bzw. Dodecanols. Dodecanol ist Teil der homologen Reihe der Alkohole und
hat die Summenformel C12H26O. Es wird zur Herstellung verschiedener Tenside genutzt.
Natriumlaurylsulfat entsteht durch die Reaktion dieses Dodecanols mit Schwefelsäure. Die
Reaktion ist eine Kondensaktionsreaktion einer Säure mit einem Alkohol, weshalb daraus ein
Ester entsteht. Da Schwefelsäure verwendet wird, spricht man von einem Schwefelsäureester
oder auch Alkylsulfat. Der unpolare Teil des Tensids Natriumlaurylsulfat ist der Alkylrest des
vormaligen Dodecanols. Die funktionelle Gruppe -SO 4 bildet hingegen den polaren Teil.
Durch die negative Ladung des polaren Teils wird das Natriumlaurylsulfat anionisch.
SLS fand früher äußerst häufig Verwendung in verschiedenen Kosmetika, insbesondere in
Shampoos und Seifen. Kritisiert wird die Verwendung häufig, da SLS hautreizend ist und
auch Irritationen der Haut hervorrufen kann. Für die meisten Menschen ist das weitgehend
13
Thema 10
unproblematisch, da bei der Verwendung des SLS in Shampoo oder Duschgel der Hautkontakt
während der Anwendung nur kurz besteht. Wesentlich problematischer ist die Anwendung
von SLS für Menschen die bereits Hautirritationen haben oder sehr sensibel auf hautreizende
Stoffe reagieren
Ebenfalls äußerst kritisch wird die Verwendung von SLS in Zahnpasta gesehen, die nach wie
vor relativ oft vorkommt. SLS ist zum Beispiel in den Produkten der Marke „blend-a-med“,
die eine der meistverkauften Deutschlands ist und zum Konzern Procter&Gamble gehört. Die
Verwendung von SLS in Zahnpasten wird in Verbindung mit der Entstehung von Mundfäule
(Stomatitis aphtosa) gebracht, da das aggressive Tensid die Mundschleimhaut reizen kann.
Aufgrund dieser Bedenken wird mittlerweile in vielen Fällen auf die Verwendung von SLS
verzichtet. Stattdessen wird dessen ethoxylierte Form Natriumdodecylpoly(oxyethylen)sulfat
verwendet. SLES ist weniger aggressiv und soll dadurch weniger hautreizend sein, ist jedoch
auch teurer als SLS.
Vorwürfe die beiden Stoffe könnten kanzerogen, also krebserregend, sein sind nicht
verifizierbar.
14
Thema 10
Paraffin und Vaseline
INCI-Bezeichnung: Paraffinum Liquidum, Petrolatum, Cera Microcristallina, Ozokerite,
Ceresin, Mineral Oil, Paraffin Wax, Paraffin Oil, Vaseline, Petrolatum
Mineralöl wird aus Rohöl hergestellt und besteht chemisch betrachtet immer aus
Kohlenwasserstoffen. Man unterscheidet die sogenannten gesättigten Kohlenwasserstoffe,
MOSH (engl.:Mineral Oil Saturated Hydrocarbons) abgekürzt, sowie die aromatischen
Kohlenwasserstoffe, sogenannte MOAH (engl.: Mineral Oil Aromatic Hydrocarbons).
Komponenten aus dem Rohöl, die möglicherweise die Gesundheit schädigen, können durch
verschiedene Schritte wie Raffinierung, Extraktion und Hydrierung in ihrem Gehalt reduziert
oder vollkommen aufgelöst werden. Zu diesen Komponenten gehören auch die MOAH,
während die MOSH als weitgehend ungefährlich eingestuft werden.
Häufig werden Mineralöle verwendet, da sie wesentlich preiswerter sind. Beliebt sind vor
allem die zu den MOSH gehörenden Paraffine und Vaseline, die wiederum zum überragenden
Teil aus Paraffinen und Olefinen besteht, weil sie genau das erfüllen was die Werbung
verspricht: Glatte, geschmeidige Haut und Faltenverringerung. Sie haben nämlich eine
geschmeidig machende und glättende Wirkung, denn sie dringen in die kleinen Falten der
Haut ein und versiegeln sie für kurze Zeit.
Paraffine ( CnH2n+2 ) sind gesättigte, aliphatische und kettenförmige Kohlenwasserstoffe die
sich aus unverzweigten (n-) und verzweigten (iso-)Alkanen zusammensetzen. Es gehört
demnach zur MOSH-Fraktion der Mineralöle. Auch wesentliche Eigenschaften lassen sich
von der engen Verwandtschaft zu der homologen Reihe der Alkane ableiten. So ist Paraffin
nicht in Wasser, jedoch besonders leicht beispielsweise in Ether oder Benzin löslich, bildet
eine wachsartige Masse, ist brennbar und geruch- und geschmacklos. Hier zeigen sich die
Vorteile für eine Verwendung in Kosmetika besonders deutlich, da die wachsartige Form sich
besonders gut für Cremes eignet und die Geruchlosigkeit eine spätere freie Wahl durch
Beifügung von Duftstoffen möglich ist. Des Weiteren unterscheidet man Paraffine
entsprechend ihrer Viskosität, also ihrer Zähflüssigkeit, in dünnflüssige und dickflüssige
Paraffine, sowie Hartparaffine. Auch diese Unterschiede in der Viskosität sind von Vorteil in
der Herstellung von Kosmetika, da auch hier verschiedenste Formen benötigt werden, zum
Beispiel bei verschiedenen Cremes, Gelen, Ölen etc..
Ob Paraffin schädlich ist oder nicht löst immer wieder Diskussionen aus. Die erste
15
Thema 10
Problematik von Ölen auf Mineralölbasis, wie Paraffin und Vaseline, liegt bereits vor einer
Aufnahme in den Körper vor. Denn diese Öle bleiben meist als Ölfilm auf der Haut liegen.
Dieser Ölfilm kann möglicherweise die Poren verstopfen und so die Zellatmung und den
natürlichen Regenerationsprozess der Haut hemmen. Als Folge könnte eine Creme die auf
Mineralöl basiert der Haut eher schaden, als dass sie sie pflegt. Durch die Hemmung des
natürlichen Regenerationsprozesses könnte es dazu kommen, dass die Haut sogar schneller
austrocknet. Aufgrund der Trockenheit wird die Haut wieder eingecremt und der Ablauf
wiederholt sich. Der Verbraucher wird sozusagen abhängig von der Creme gemacht, da sie im
ersten Moment geschmeidig machend und glättend wirkt, die Haut aber eigentlich
austrocknet.
Die Stiftung Warentest hingegen hat sich zu einer Anfrage zu Paraffin wie folgend geäußert:
„Naturkosmetikfirmen verzichten oft auf diesen Inhaltsstoff mit dem Argument, Paraffin
würde sich wie ein Film auf die Haut legen und sie am Atmen hindern. Nicht nur die
Hersteller herkömmlicher Kosmetik halten dagegen, sondern auch Dermatologen und
Kosmetikchemiker: Bei den in Kosmetik eingesetzten Paraffinen und den verwendeten
Konzentrationen ist für die Haut nichts Schädliches zu erwarten.“7
Zeitungen wie Öko-Test kritisieren die Verwendung von Paraffin, wenn es über 10% in
Hautpflegeprodukten beinhaltet ist. Öko-Test äußert sich wie folgt dazu: „Paraffine:
Sammelbezeichnung für unzählige künstliche Stoffe aus Erdöl (…) behindern die natürlichen
Regulationsmechanismen (…) können sich in Leber, Niere und Lymphknoten anreichern
(…).“8 In der Tat ist die Schädlichkeit von Paraffinen bei Aufnahme über die Haut umstritten.
Aus Tierversuchen ist bekannt, das MOSH zu Ablagerungen und Schädigungen in der Leber
und den Lymphknoten führen kann. Während Kritiker, wie zum Beispiel Öko-Test, dies und
bereits die mögliche Anreicherung kritisieren, stellt das Bundesamt für Risikobewertung
(BfR) in einer Stellungnahme zur Gefährdung des Verbrauchers durch Mineralöle in
Kosmetika fest, dass die MOSH mit hoher Wahrscheinlichkeit bei dermaler Exposition nicht
systemisch verfügbar werden und weist darauf hin, dass durch die Fraktion der MOSH auch
bei einer Anreicherung im Körper keine relevanten Auswirkungen auf den menschlichen
Körper zu erwarten sind. Hierzu schreibt das BfR: „Für die Fraktion der MOSH in Kosmetika
gibt es derzeit keine Hinweise auf einen kausalen Zusammenhang zu einer eventuellen
7 Stiftung Warentest http://www.test.de/Leserfrage-Paraffin-in-Kosmetik-1793909-2793909/
8 Cremes, Neurodermitiker/Allergiker. In: Öko-Test-Ratgeber Kosmetik und Wellness. Nr. 1. 2001, S. 121.
16
Thema 10
gesundheitlichen Gefährdung des Verbrauchers.“9
In der gleichen Stellungnahme verweist das BfR jedoch auf eine Anreicherung der MOSH im
menschlichen Körper nach oraler Exposition. Wenn sie in den menschlichen Körper gelangen,
sammeln sie sich an und können nur langsam ausgeschieden werden. Nichts desto trotz ist
auch bei einer möglichen Anreicherung der MOSH keine Kausalität für eine
Gesundheitsgefährdung nachgewiesen.
Schwieriger gestaltet sich jedoch die Einschätzung der MOAH bezüglich einer Gefährdung
für den Menschen durch Aufnahme mittels Kosmetika. Problematisch ist, dass es immer
wieder auch zu Verunreinigungen durch MAOH kommt, vor denen unter anderem auch
Stiftung Warentest warnt. MAOH besteht, im Gegensatz zu Paraffinen, aus ungesättigten
aromatischen Kohlenwasserstoffen und steht, laut der Europäischen Behörde für
Lebensmittelsicherheit, Efsa, im Verdacht kanzerogen zu sein. Deshalb hat Stiftung Warentest
2015, 25 exemplarisch ausgewählte Kosmetikprodukte, die auf Mineralöl basieren, auf
MOAH getestet. „Alle untersuchten Kosmetika, darunter Marken wie Bebe, Blistex, Dove,
Labello, Nivea und Penaten, sind mit MOAH belastet”10 einige sogar mit einer Belastung von
bis zu 9%. Bei einer Prüfung durch das Bundesamt für Risikobewertung die in der bereits
angeführten Stellungnahme genannt wird, wurden Werte bis zu 5% nachgewiesen. Eine
Belastung mit MOAH wird auch immer wieder in Lebensmitteln nachgewiesen, da es häufig
in Druckfarben enthalten ist und sich so von der Verpackung auf das Lebensmittel überträgt.
Eine solche Übertragung ist grundsätzlich natürlich auch bei Kosmetika denkbar, würde aber
wohl kaum die sehr hohen von der Stiftung Warentest und dem BfR nachgewiesenen Werte
erklären. Wahrscheinlich ist velmehr, dass die MOAH, die bereits im Ausgangsprodukt der
später für die Kosmetika verwendeten Produkte, dem Rohöl, enthalten sind bei der
Gewinnung dieser Produkte nicht ausreichend entfernt wurden. Denn üblicherweise wird bei
Raffinierung, Hydrierung und Extraktion des Rohöls der Gehalt an MOAH derart gesenkt,
dass sie nur noch als puren enthalten sind.
Fraglich ist jedoch ob die gefundenen Mengen tatsächlich eine gesundheitsschädigende
Relevanz haben. Das MOAH wie bereits erwähnt grundsätzlich Gesundheitsschädigend sein
kann. Hier fehlen nach Aussage des BfR gesicherte Erkenntnisse, wenngleich es eine solche
Wirkung für unwahrscheinlich hält. Auch hier gilt aber, dass zumindest die Anreicherung,
9 Stellungnahme Nr. 014/2015 des BfR vom 26. Mai 2015
10 https://www.test.de/Mineraloele-in-Kosmetika-Kritische-Stoffe-in-Cremes-Lippenpflegeprodukten-undVaseline-4853357-0/
17
Thema 10
insbesondere
bei
oraler
Aufnahme
,die
insbesondere
bei
Lippenpflegeprodukten
wahrscheinlich ist , möglich ist.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Paraffine in Kosmetika vermutlich keine
Gesundheitsgefährdung im Sinne eines Schadstoffes darstellen, jedoch mit gewissen Risiken
einhergehen. Und auch die Anwendung paraffinhaltiger Kosmetika in ihrem Effekt eine
Kontraproduktivität implizieren könnte, da lediglich der kurzfristige Effekt überzeugend ist
und langfristig eine Nachteiligkeit durch ein Austrocknen der Haut denkbar ist.
Wer wie ich diesen möglichen Effekt und auch das Enthalten von MOAH vermeiden möchte,
kann auf eine Vielzahl von Naturkosmetika zurückgreifen die häufig gänzlich auf eine
Verwendung von Paraffinen verzichten und stattdessen nur pflanzliche Öle und Wachse wie
Avocadoöl oder Kakaobutter nutzen. Es eignet sich hier zum Beispiel in der Lippenpflege der
Lippenbalsam Beauty & Care Rosé von Lavera,11 der auf Sheabutter basiert.
11 http://www.najoba.de/lavera-lippenbalsam-beauty-und-care-rose-20724.html
18
Thema 10
Parabene
INCI-Bezeichnung: Endungen auf -paraben (z.B. Methylparaben), Metagin, Propagin,
Oxybenzoesäure/Oxybezoat, Hydroxybezoesäure/Hydroxybenzoat, PHB und
Parahydroxybenzoat
Parabene werden in der Kosmetika, wie Cremes, Lotionen, Make-Up, Lippenstiften,
Rasierwässern, Deodorants, Seifen, Sonnenschutzmitteln, Enthaarungsmitteln und Shampoos,
als Konservierungsstoffe angewendet. Parabene sind PHB-Ester, also Ester der para
-Hydroxybenzoesäure. Seit ca. 80 Jahren werden Methyl-, Ethyl-, Propyl- und Butylparabene
als Konservierungsstoffe eingesetzt, weil sie eine fungizide und antimikrobielle Wirkung
haben, d.h. sie töten Pilze und Bakterien ab.
Die Parabene sind Ester der 4-Hydroxybenzoesäure. Die Hydroxybenzoesäuren bestehen aus
einem Benzolring, einer Hydroxy- und einer Carboxygruppe. Die Parabene bilden sich nun
durch Esterbildung dieser 4-Hydroxybenzoesäure. Je nach dem, was sich an die
Carboxygruppe bindet, wie z. B. Methyl, Ethyl usw., spricht man bei den Parabenen von
Methylparaben, bzw. Ethylparaben.
Immer wieder wird Medien und von Verbraucherschutzorganisationen vor dieser Stoffgruppe
gewarnt. Aber warum ist die Verwendung von Parabenen in Kosmetika überhaupt bedenklich?
In den letzten Jahren gab es mehrere Studien und Hinweise auf verschiedene toxikologische
Risiken in Verbindung mit Parabenen.
Dies gilt insbesondere für ihre Wirkung auf das Hormonsystem. Parabene sind hormonell
wirksam und schädlich für die menschliche Gesundheit, gelten also als endokrine
Disruptoren. Dies ist bedingt durch ihre strukturelle Ähnlichkeit zu Östrogenen, den
19
Thema 10
wichtigsten weiblichen Sexualhormonen. Sogenannte endokrine Disruptoren werden immer
wieder mit einer mutmaßlichen Feminisierung in Verbindung gebracht, da sie eine Hemmung
der männlichen Sexualhormone Androgene und somit eine Verweiblichung des Körpers
bewirken können. In diesem Zusammenhang kann es zu diversen Erkrankungen der
Geschlechtsorgane kommen und auch eine Zeugungsunfähigkeit ist möglich. Besonders
anfällig ist der Mensch während der Entwicklungsphasen, also beispielsweise vor der Geburt
als Fötus, in der Pubertät oder auch in der Schwangerschaft.
Allerdings gilt zu beachten, dass die Wirkung natürlich wie bei jedem Schadstoff von der
Dauer der Einwirkung, der Menge und auch dem Körper abhängt. Hier ist anzumerken, dass
die Parabene vermutlich weniger hormonell aktiv sind, als andere endokrine Disruptoren, wie
beispielsweise einige Chlorkohlenwasserstoffe.
Problematisch bei den hormonell aktiven Substanzen ist jedoch vorrangig eine mögliche
Kumulation. Dies ergibt sich, da die endokrinen Disruptoren auf verschiedensten Wegen in
den menschlichen Körper gelangen können, so zum Beispiel aus den Kosmetika, den
Lebensmitteln, dem Trinkwasser und der Umwelt. Kommen nun aus verschiedensten Quellen
Schadstoffe in den Körper und reichern sich dort an, so ergibt sich möglicherweise
schlussendlich trotz singulär betrachtet geringer Mengen im Ganzen eine relevante
gesundheitsgefährdende Menge.
Eine Untersuchung dänischer Wissenschaftler im Auftrag der EU erzeugte im Jahr 2009 ein
großes Medienecho, da man bei zweijährigen Kindern, insbesondere bei Jungs, erhöhte Werte
solcher hormonell aktiver Substanzen fand.12
Eine britische Studie fand darüber hinaus erhöhte Konzentrationen von Parabenen in
Brustkrebstumoren13, somit wurden Parabene erstmals in Zusammenhang mit einer möglichen
Kanzerogenität gestellt. Allerdings hat die einzelne Studie wenig Aussagekraft, insbesondere,
da auch keine von Tumoren unbelasteten Gewebeteile der Probandinnen als Referenzobjekte
geprüft wurden.
Ein weiterer Kritikpunkt ist immer wieder eine allergene Wirkung der Parabene. Diese ist
jedoch wissenschaftlich nicht zu belegen und das allergene Potenzial von Parabenen ist, laut
Stiftung Warentest, eher gering einzuschätzen14.
12 Owen Bowcott; The Guardian: http://www.theguardian.com/society/2009/nov/06/health-eu
13 Darbre et al. :Concentrations of parabens in human breast tumours. ; 2004.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14745841?dopt=Abstract
14https://www.test.de/medikamente/vom_arzt/a_allergische_erkrankungen/a_allergie_allgemein/a_allergie_allge
mein/a_allergie_auf_parastoffe/
20
Thema 10
Eine große Studie des BUND15 hat die Produkte der größten Hersteller auf deren Gehalt an
Parabenen getestet. In der folgenden Tabelle habe ich die zehn größten Hersteller
kosmetischer Produkte in Deutschland aufgelistet und die jeweilige Prozentzahl ihrer
Produkte die Parabene enthalten gegenübergestellt:
Procter & Gamble
48,00%
Coty
37,00%
Henkel
31,00%
L'Oreal
26,00%
Cosnova
25,00%
Beiersorf
22,00%
Mibelle
13,00%
Unilever
11,00%
Rossmann
6,00%
DM-Drogeriemarkt
3,00%
Laut BUND waren von den etwa 60.00 untersuchten Produkten rund 30% mit hormonell
wirksamen Substanzen belastet. Der „am häufigsten verwendete hormonell wirksame Stoff
Methylparaben […] ist in nahezu jedem vierten Produkt enthalten“16
Seit 2015 dürfen die Konservierungsstoffe Propyl- und Butylparaben nicht mehr in der
Kinderkosmetik verwendet werden. Grundlage ist eine Bewertung der Konservierungsstoffe
durch den Wissenschaftlichen Ausschuss für Verbrauchersicherheit (SCCS) der EUKommission.17 Außerdem wurde auch die Verwendung der weniger bekannten Parabene
Isopropyl-, Isobutyl-, Phenyl-, Benzyl- und Pentylparaben verboten, da keine ausreichende
Datengrundlage für eine seriöse Risikobewertung vorlag.
Ein vollkommenes Verbot von Parabenen könnte allerdings dazu führen, dass andere
problematische Ersatzstoffe, wie zum Beispiel Methylisothiazolinon, häufiger verwendet
werden. Methylisothiazolinon wird in der Kosmetik oft mit Chlormethylisothiazolinon
vermischt. Diese Mischung führt bei rund 2% der Bevölkerung zu allergischen Reaktionen.
Aber auch wenn Methylisothiazlinon alleine verwendet wird kann es zu Hautreaktionen
15 BUND: http://www.bund.net/themen_und_projekte/chemie/toxfox_der_kosmetikcheck/bund_studie/
16 Ebd.
17 http://europa.eu/rapid/press-release_IP-14-1051_de.htm
21
Thema 10
kommen.
Deshalb empfiehlt es sich alle Produkte, die länger auf der Haut bleiben, wie beispielsweise
Creme, zu vermeiden. Wer also auf parabenfreie Kosmetik umstellen will, sollte sich an der
Naturkosmetik orientieren. Naturkosmetikprodukte ohne Konservierungsstoffe sind
zum Beispiel an den Siegeln von NATRUE und BDIH zu erkennen.
22
Thema 10
Formaldehyd/-abspalter
INCI-Bezeichnung: Kaum erkennbar! Versteckt sich z.B. hinter: Diazolidinyl Urea,
Bronopol, Quaternium-15, Sodium Hydroxymethylglycinate, Methenamine, 2,4Imiazolidinedione und 5-Bromo-5-nitro-1,3-dioxane
Formaldehyd ( CH2O ) wird durch die katalytische Oxidation von Methanol hergestellt. Als
Katalysator kann entweder Silber (AG) oder bestimmte Metalloxide verwendet werden.
Formaldehyde werden als Konservierungsstoffe in der dekorativen Kosmetik, aber auch in
Shampoos und Cremes verwendet. Es hat eine akute Toxizität und wurde 2004 offiziell von
der Weltgesundheitsorganisation (WHO) als krebserregend eingestuft. „The working group,
convened by the IARC Monographs Programme, concluded that formaldehyde is
carcinogenic to humans.“18 Seit dem 1. Januar 2016 dürfen Formaldehyde nicht mehr in der
Kosmetik verwendet werden.
Formaldehydabspalter, Stoffe die Formaldehyd freisetzen, wurden jedoch nicht verboten.
18 http://www.iarc.fr/en/media-centre/pr/2004/pr153.html
23
Thema 10
Fazit
Während ich mich mit den Auswirkungen beschäftigt habe, die Stoffe wie Parabene, Paraffine
oder Tenside wie SLS auf den menschlichen Körper haben können, habe ich selbst einen
Blick auf die Kosmetikprodukte geworfen die ich täglich benutze. Dabei ist mir bewusst
geworden, dass auch ich mir diese Stoffe täglich auf meine Haut geschmiert habe oder sie
sogar beim Zähneputzen im Mund hatte. Dadurch ist mir aufgefallen wie unaufmerksam und
unbewusst ich mit Kosmetikprodukten umgegangen bin. Nachdem ich mich ausführlich
damit auseinandergesetzt habe wie die Stoffe in meinem Körper wirken können, habe ich
meinen gesamten Kosmetikbedarf umgestellt. Anstatt die billigste Feuchtigkeitscreme zu
kaufen, achte ich nun bewusst darauf welche Inhaltsstoffe in einer Creme sind bevor ich sie
kaufe. Ich denke das es dem Käufer einfacher gemacht werden sollte erkennen zu können,
welche Inhaltsstoffe wirklich in einem Kosmetikprodukt stecken. Auch wäre es an der Zeit
die Wirkungen, die einzelne Stoffe auf den menschlichen Körper haben, endlich zu
untersuchen.
24
Thema 10
Literaturverzeichnis
Primärquellen:
•
Umweltbundesamt: http://www.gkw-wendlingen.de/fileadmin/Redaktion/PDFDateien/Fact_Sheet_Polymoschusverbindungen.pdf
•
http://www.bvl.bund.de/DE/03_Verbraucherprodukte/03_AntragstellerUnternehmen/0
2_Kosmetik/05_Kennzeichnung/02_Duftstoffe/bgs_fuerAntragsteller_Duftstoffe_nod
e.html;jsessionid=1101CA9BD248B12554A161ED8226C10F.2_cid322
•
Sicherheitsdatenblatt, Sigma-Aldrich:
http://www.sigmaaldrich.com/MSDS/MSDS/DisplayMSDSPage.do?
country=DE&language=de&productNumber=W246808&brand=ALDRICH&PageTo
GoToURL=http%3A%2F%2Fwww.sigmaaldrich.com%2Fcatalog%2Fproduct
%2FALDRICH%2FW246808%3Flang%3Dde
•
National toxicology program, 2010: „Toxicology and carcinogenesis studies of
Isoeugenol“ http://ntp.niehs.nih.gov/ntp/htdocs/lt_rpts/tr551.pdf
•
Atsumi T, Fujisawa S, Tonosaki K., 2005: „A comparative study of the
antioxidant/prooxidant activities of eugenol and isoeugenol with various
concentrations and oxidation conditions.“
siehe: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15964168?dopt=Abstract
•
Begründung zu Zimtaldehyd in TRGS 907:
http://www.baua.de/cae/servlet/contentblob/665192/publicationFile/
•
Stiftung Warentest http://www.test.de/Leserfrage-Paraffin-in-Kosmetik-17939092793909/
•
Cremes, Neurodermitiker/Allergiker. In: Öko-Test-Ratgeber Kosmetik und Wellness.
Nr. 1. 2001, S. 121.
•
Stellungnahme Nr. 014/2015 des BfR vom 26. Mai 2015
•
https://www.test.de/Mineraloele-in-Kosmetika-Kritische-Stoffe-in-CremesLippenpflegeprodukten-und-Vaseline-4853357-0/
•
Owen Bowcott; The Guardian:
http://www.theguardian.com/society/2009/nov/06/health-eu
•
Darbre et al. :Concentrations of parabens in human breast tumours. ; 2004.
https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14745841?dopt=Abstract
•
https://www.test.de/medikamente/vom_arzt/a_allergische_erkrankungen/a_allergie_all
gemein/a_allergie_allgemein/a_allergie_auf_parastoffe/
25
Thema 10
•
BUND:
http://www.bund.net/themen_und_projekte/chemie/toxfox_der_kosmetikcheck/bund_s
tudie/
•
http://europa.eu/rapid/press-release_IP-14-1051_de.htm
•
http://www.iarc.fr/en/media-centre/pr/2004/pr153.html
Sekundärquellen:
•
Wikipedia.org
•
bfr.de , Die Internetseite des Bundesamtes für Risikobewertung
•
test.de , Stiftung Warentest
•
oekotest.de , Öko-Test Verbrauchermagazin
•
verbraucherzentrale.de
•
eur-lex.europa.eu , rechtsverbindliches Amtsblatt der EU
•
bund.de , Bund für Umwelt und Naturschutz Deutschland
Bildquelle:
•
Wikimedia
26
Thema 11
DIE ZÖLIAKIE
Wenn Essen krank macht
Abb. 1: Die durchgestrichene Ähre ist das offizielle Symbol zur Deklarierung glutenfreier Produkte.
Lasse Reifferscheidt
Winter 2015/2016
DIE ZÖLIAKIE - TITELBLATT
!1
Thema 11
Abstract
Die vorliegende Hausarbeit gibt einen Überblick über die Merkmale (Symptome) und
Auswirkungen der Krankheit Zöliakie in den verschiedenen Stadien. Dabei wurde insbesondere auf das Krankheitsbild, die Symptomatik, die Diagnostik sowie die Therapie bzw. Diät
eingegangen. Des Weiteren wurde auch die Historie der Zöliakie betrachtet, wie auch Assoziationen mit dieser, also die Krankheiten, mit denen sie häufig gemeinsam auftritt. Die Basis
der Hausarbeit bilden verschiedene Fachliteraturen (siehe „Quellenverzeichnis“, Seite 32),
Internetseiten, Broschüren und Magazine der DZG (Deutsche Zöliakie Gesellschaft) sowie
Interviews mit zwei Betroffenen, die von der Diagnose über die Nahrungsumstellung bis zur
erfolgreichen Diät vom Autor begleitet wurden. Auf diese Weise ist es dem Autor gelungen,
den Alltag eines Zöliakiekranken mit all seinen Facetten kennenzulernen und sein theoretisches Wissen aktiv zu erleben . Die gewonnenen Erfahrungen und Kenntnisse sind in die
einzelnen Thematiken der Hausarbeit mit eingeflossen. DIE ZÖLIAKIE - ABSTRACT
!2
Thema 11
Inhaltsverzeichnis
Seite: Inhalt:
1
Titelblatt
2
Abstract
3
Inhaltsverzeichnis
5
Vorwort
6
Was ist Zöliakie?
7
Historie der Zöliakie
8
Der Dünndarm
9
10
11
13
Die Dünndarmschleimhaut bei Zöliakie
Was ist Gluten?
Gluten als auslösender Faktor
Getreidesorten
13
Glutenhaltige Getreidesorten
13
Glutenfreie Getreidesorten
15
Versteckte Glutenquellen
17
Wie häufig tritt Zöliakie auf ?
18
19
Besteht bei Zöliakie eine genetische Veranlagung?
Das klinische Bild
19
Klassische Zöliakie
20
Oligosymptomatische Zöliakie
20
Subklinische Zöliakie
20
Atypische Zöliakie
21
Potenzielle Zöliakie
21
Refraktäre Zöliakie
22
Symptome einer Zöliakie
23
Diagnose
23
Serologische Diagnostik
24
Dünndarmbiopsie und histologische Diagnostik
ZÖLIAKIE - INHALTSVERZEICHNIS
!3
Thema 11
Seite: Inhalt:
25
Marsh-Klassifikation
25
Bedeutet eine Zottenatrophie gleich Zöliakie?
26
Assoziationen mit Zöliakie
26
Diabetes mellitus Typ 1
27
Dermatitis Herpetiformis Duhring (DH)
27
Laktoseintoleranz
28
28
29
29
Zöliakie - eine Autoimmunerkrankung
Antikörper
Behandlung
Kann man Zöliakie vorbeugen?
30
Nachwort
31
Quellenverzeichnis
31
Abbildungen
32
Inhalt
ZÖLIAKIE - INHALTSVERZEICHNIS
!4
Thema 11
Vorwort
Neben Trinken ist Essen eines der wichtigsten Güter unserer Existenz. Doch was ist, wenn
Essen krank macht?
Laut der Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE) nehmen wir Deutschen pro
Jahr durchschnittlich 670 kg Nahrung zu uns. Fast 90 kg davon bilden Getreideerzeugnisse,
wie zum Beispiel Brot, Brötchen, Nudeln, Kuchen etc. Auf diesen Teil unser Nahrung müssen
Betroffene der Krankheit Zöliakie lebenslang verzichten, da viele Getreidesorten (siehe „Getreidesorten“, Seite 13) das für sie unverträgliche Gluten beinhalten. Dazu kommen noch
tausende Lebensmittel die Spuren oder Bestandteile von Gluten aufweisen, wie etwa Bier.
Doch auch Fertigsoßen und -suppen, Schokolade sowie Pommes Frites enthalten in den meisten Fällen Gluten (siehe „Versteckte Glutenquellen“, Seite 15). Immerhin hat der Gesetzgeber
mit der 2005 erlassenen Allergen-Kennzeichnungspflicht die glutenfreie Ernährung der Betroffenen etwas erleichtert. Durch diese Kennzeichnungspflicht müssen bei annähernd allen
verpackten Lebensmitteln europäischer Hersteller Zutaten, welche häufig Allergien auslösen so auch Gluten - in der Zutatenliste aufgeführt werden, auch wenn diese nur in einer verschwindend kleinen Menge (unter einem Prozent) vorkommen. Aus diesen Zutatenlisten ist
ersichtlich, wie oft Gluten in Form von Weizenstärke, Gerstenmalz o. ä. den verschiedensten
Lebensmitteln beigemischt wird. Mit dem Hinweis in der Zutatenliste „Kann Spuren von
Gluten enthalten“ schützen sich die Hersteller vor einer möglichen Haftung. Oft wird ein mit
diesem Hinweis gekennzeichnetes Produkt, welches an sich glutenfrei ist, in einer Fabrik produziert, in der auch glutenhaltige Lebensmittel verarbeitet werden, weshalb der Hersteller
eine mögliche, unbeabsichtigte Kontamination mit Gluten nicht ausschließen kann. Betroffene müssen diese Produkte dennoch meiden, wodurch die Produktvielfalt für sie stark dezimiert ist. Stattdessen greifen Betroffene auf Lebensmittel zurück, die als glutenfrei zertifiziert sind. Diese Zertifizierung lassen sich die entsprechenden Hersteller aber auch teuer
bezahlen. So kostet ein glutenfreies Brötchen etwas da vierfache eines normalen Brötchens.
Da Schätzungen zufolge 0,5 bis 1% der Bevölkerung von Zöliakie betroffen sind (siehe „Wie
häufig tritt Zöliakie auf?“, Seite 17) und sie daher zu den häufigsten lebenslangen Erkrankungen in vielen Industrieländern zählt, gibt es mittlerweile bei einigen Billig-Discountern
Eigenmarken, die glutenfreie Lebensmittel zu „normalen“ Preisen anbieten. Trotz allem erfordert eine glutenfreie Ernährung bei Betroffen ein neues Kaufverhalten sowie eine vollständige Umstellung des Speiseplans. ZÖLIAKIE - INHALTSVERZEICHNIS
!5
Thema 11
Was ist Zöliakie?
Dauerhafte Unverträglichkeit gegenüber Gluten
Die Zöliakie, auch einheimische Sprue oder glutensensitive Enteropathie genannt (siehe „Historie der Zöliakie“, Seite 7), ist eine chronische Erkrankung des Dünndarms, bei der das Immunsystem eine dauerhafte Unverträglichkeit gegenüber dem Klebereiweiß Gluten bzw.
Gliadin (siehe „Was ist Gluten?“, Seite 10) aufweist.
Der Eiweißkleber befindet sich in vielen Getreidesorten (siehe „Getreidesorten“, Seite 13)
und darf von den Betroffenen, den sogenannten „Zölis“ nicht gegessen werden. Die Aufnahme von glutenhaltigen Lebensmitteln oder solchen, die auch nur Spuren von Gluten
enthalten, führt bei Betroffenen mit entsprechender genetischer Veranlagung zu einer AutoImmunreaktion im Dünndarm. Dabei bilden sich sogenannte Endomysium- oder Transglutaminase-Antikörper (siehe „Serologische Diagnostik“ und „Antikörper“, Seite 23 und 28), die
aber nicht nur das Gluten, sondern auch die Dünndarmschleimhaut angreifen, über die neben
vielen wertvollen Nährstoffen auch Gluten aufgenommen und der Körper damit versorgt
wird. Die Antikörper verursachen eine chronische Entzündung und Rückbildung der Dünndarmzotten (Atrophie) und können meist im Blut nachgewiesen werden. Die für die Zöliakie
charakteristische Schleimhautveränderung (Mukosaveränderung) im Dünndarm kann bis zum
völligen Verlust der Zottenoberfläche (im Dünndarm) führen. Diese Zotten (Villi) und noch
feinere Ausstülpungen (Mikrovilli) bedecken die Schleimhaut unseres Dünndarms und vergrößern deren Oberfläche um ein Vielfaches (siehe „Der Dünndarm“, Seite 8). Bei Betroffenen ist die Dünndarmschleimhaut beschädigt, wodurch sich die Zotten und feinen
Ausstülpungen fast komplett zurückgebildet haben. Infolgedessen können weniger oder keine
wichtigen Nährstoffe wie Vitamine, Fette, Eiweiße, Kohlenhydrate und Mineralstoffe
aufgenommen werden. Als Folgen können daher vor allem Mangelerscheinungen und Unterernährung auftreten.
Die Autoimmunerkrankung Zöliakie (siehe „Zöliakie - eine Autoimmunerkrankung“, Seite
28) bleibt lebenslang bestehen und kann nicht ursächlich behandelt werden. Einzig mit einer
lebenslangen Diät, also mit einer Ernährungsumstellung auf streng glutenfreie Nahrung kann
man sie sowie ihre Symptome unterdrücken. Bei der Diät regeneriert sich die Dünndarmschleimhaut und das allgemeine Wohlbefinden wird wieder hergestellt.
Bei Zöliakie besteht eine genetische Veranlagung, was dadurch belegt werden kann, dass bei
Verwandten ersten Grades im Vergleich zur allgemeinen Bevölkerung ein zehnfach höheres
Zöliakievorkommen festgestellt wird (siehe „Wie häufig tritt Zöliakie aus?“, Seite 17).
ZÖLIAKIE - WAS IST ZÖLIAKIE?
!6
Thema 11
Historie der Zöliakie
Bereits im zweiten Jahrhundert nach Christus beschrieb Aretaeus von Kappadozien ein
Krankheitsbild, das der heutigen Zöliakie nahe kommt. Seine Patienten bezeichnete er als
„koiliakus“ (ein an Verdauungsstörung Leidender), abgeleitet vom altgriechischen Wort „koilia“, welches so viel wie „Bauch“ bzw. „Unterleib“ bedeutet. Der Begriff „Sprue“ stammt
dagegen vom Holländer Vincent Ketelaer aus dem 17. Jahrhundert, der bei seinen Patienten
mit Verdauungsstörungen Bläschen im Mund beobachtete („sprouw“ = Bläschen, Mundschleimhautentzündung).
1888 beschrieb der Engländer Samuel Gee die Zöliakie erstmals klinisch exakt. Er berichtete
von der „coeliac affection“ und sprach dabei von einer Verdauungsstörung. Schon damals
hielt Gee es für wahrscheinlich - aus jetzigem Wissensstand richtig -, dass die Zöliakie allein
durch eine Diät behandelt werden könne. Verschiedenste Diäten wurden in den folgenden 40
Jahren ausprobiert, doch der große Erfolg blieb aus.
1950 wurde schließlich das Gluten bzw. das Gliadin (siehe „Was ist Gluten?“, Seite 10) vom
Holländer Willem Karel Dicke als auslösender Faktor (siehe „Gluten als auslösender Faktor“,
Seite 11) der Zöliakie identifiziert. Dicke konnte im Zweiten Weltkrieg die Beobachtung
machen, dass es den Kindern mit chronischen Durchfällen und ähnlichen Zöliakie-Symptomen aufgrund von Mangel an Getreideprodukten besser ging, als noch vor der Kriegszeit.
Nach dieser Erkenntnis konnten erstmalig wirksame Diäten zur Behandlung eingesetzt werden. Noch 1939 lag die Sterberate der an Zöliakie Erkrankten bei 12%, 1969 nur noch bei
0,4%.
1957 konnte mit der von Margot Shiner eingeführten Dünndarmbiopsie ein weiterer Meilenstein in der Zöliakie-Forschung gelegt werden. Die aus London stammende Shiner beschrieb
die Zottenatrophie zum ersten Mal (siehe „Was ist Zöliakie?“, Seite 6).
In den 70er Jahren konnte mit dem Beginn der Antikörperdiagnostik (siehe „Serologische Diagnostik“, Seite 23) ein weiterer essentieller Schritt gegangen werden.
Im Jahre 1997 konnte die Gewebstransglutaminase (tTG) als entscheidendes Antigen für die
Endomysium-Antikörper, welche bereits in den 80er Jahren entdeckt wurden, erkannt werden.
Heute weiß man, dass es sich bei der Zöliakie des Kindes und bei der einheimischen Sprue
des Erwachsenen klinisch sowie pathogenetisch, also in ihrer Entstehung mit allen daran
beteiligten Faktoren, um die gleiche Erkrankung handelt. Deshalb hat sich der Begriff Zöliakie bzw. glutensensitive Enteropathie (bezeichnet allgemein eine Erkrankung des Darmes)
durchgesetzt. ZÖLIAKIE - HISTORIE
!7
Thema 11
Der Dünndarm
Der Dünndarm befindet sich zwischen Magen und
Dickdarm. Er bildet den längsten Teil des menDünndarm
schlichen Verdauungstraktes.
Nachdem wir Nahrung aufgenommen haben, wird
sie im Magen vorverdaut und gelangt in Form
eines Speisebreies in den Dünndarm. Dort findet Abb. 2: Der menschliche Dünndarm ist
eine chemische Aufspaltung des Breies statt. zwischen drei und sechs Metern lang.
Kohlenhydrate werden in Zucker, Eiweiße in Aminosäuren sowie Fette in Fettsäuren und
Glycerin aufgespalten. Im Dünndarm vollzieht sich zudem die Resorption, also Aufnahme
von Vitaminen, Fetten, Eiweißen, Kohlenhydraten, Mineralstoffen und nicht zuletzt von
Wasser. Zudem gehört der Transport von nicht resorbierbaren Stoffen in Richtung Dickdarm
als auch die Rückresorption von Wasser und darin löslichen Stoffen aus den Blut- und
Lymphbahnen zu den Aufgaben des Dünndarms.
Die gesunde Dünndarmschleimhaut erreicht durch die Existenz von Falten (sog. Kerckring’sche Falten), Zotten und Mikrovilli bzw. Mikrozotten (fadenförmige Zellfortsätze der
einzelnen Epithelzellen, Bürstensaum) eine gigantische Oberflächenvergrößerung (siehe Abb.
5). Durch diese einzigartige Architektur bringt es der menschliche Dünndarm größen-mäßig
auf die Oberfläche eines Tennisplatzes.
Die Mikrovilli besitzen essentielle Verdauungsenzyme, wie z. B. die sogenannten Disaccharidasen,
die die Fähigkeit haben, Doppelzucker (Disaccharide) wie z. B. Milchzucker in Einfachzucker
(Monosaccharide) wie z. B. Traubenzucker
aufzuspalten, da nur diese vom Epithel (Deck- und
Drüsengewebe) aufgenommen werden können.
Nach nur wenigen Tagen endet die Lebenszeit der
Enterozyten (Schleimhautzellen, Abb. 3) und sie
werden in den Darmhohlraum abgestoßen (Abschilferung). Es werden aber unaufhörlich neue
Enterozyten in den Krypten (Abb. 3) der
Epithelschicht gebildet, die dann die abgestoßenen
Abb. 3: Gesundes Resorptionsepithel im Dünndarm. Nährstoffaufnahme findet statt.
ZÖLIAKIE - DER DÜNNDARM
Schleimhautzellen ersetzen und deren Funktion
der Nahrungsaufnahme übernehmen.
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Thema 11
Die Dünndarmschleimhaut bei Zöliakie
Durch das Einwirken glutenhaltiger Nahrung auf die Zellen (Enterozyten) und die damit einhergehende Bildung von schädigenden Antikörpern reduziert sich die riesige Oberfläche der
Dünndarmschleimhaut bei Zöliakiekranken beträchtlich. Es
kommt zur Atrophie, also zur Abflachung der Dünndarmzotten
(Abb. 4). Daraus geht hervor, dass fast alle Nahrungsbestandteile
schlechter im Dünndarm aufgenommen und verarbeitet werden
und die Nahrung teilweise unverdaut im Stuhl ausgeschieden
wird. Diese Fehlverwertung der Nahrung im Dünndarm wird als
Malabsorption, bzw. fehlerhafte Resorption bezeichnet. Durch
diese fehlerhafte Resorption ist die Dünndarmschleimhaut nicht
mehr in der Lage, ausreichend viele Nährstoffe und vor allem Abb. 4: Schädigung des
Kalorien aus der Nahrung aufzunehmen, was zu den Zöliakie-typ- R e s o r p t i o n s e p i t h e l s i m
ischen Mangelerscheinungen wie Gewichtsverlust führt und im Dünndarm durch Gluten. Die
Zotte verkürzt sich (Zottena-
Kindesalter evtl. auch Wachstumsstörungen hervorrufen kann. trophie) und als Ersatz der
Parallel zu der Malabsorption entgegnet der Dickdarm auf die Enterozyten folgen unreife
große Menge nicht aufgenommener Nährstoffe mit Wasserein- Enterozyten aus den Krypten.
strom und bakteriellem Abbau mit Durchfällen (sog. osmotische
Diarrhö). Diese Stühle bestehen aus teil- oder unverdauter Nahrung und enthalten vor allem
Fett. Daher werden sie als Steatorrhö (erhöhte Fettausscheidung im Stuhl) bezeichnet.
Die Oberfläche des
Dünndarms beträgt
ca. 3.300 cm².
Die Oberfläche der
Kerckring’schen Falten ist 3-fach
so groß wie die
des Dünndarms,
also ca. 10.000 cm².
Die Oberfläche der Zotten ist
30-fach so groß wie die des
Dünndarms, also ca. 100.000 cm².
Die Oberfläche der Mikrozotten (Bürstensaum) ist 600fach so groß wie die des
Dünndarms, also ca. 200 m².
Abb. 5: Die Oberflächenstruktur einer gesunden Dünndarmschleimhaut. Mit Hilfe von Falten, Zotten und
Mikrozotten wird eine gigantische Kontaktflächenvergrößerung zur Nahrung erzielt, die die Aufnahme einer
ausreichenden Menge von Nährstoffen möglich macht. Bei Zöliakiekranken ist diese einzigartige
Schleimhautarchitektur fast vollkommen zerstört. Infolgedessen tritt eine Fehlverwertung (Malabsorption)
von Nährstoffen auf.
ZÖLIAKIE - DER DÜNNDARM
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Thema 11
Was ist Gluten?
Gluten bzw. Klebereiweiß ist eine Sammelbezeichnung für ein Gemisch aus Proteinen, das im
Samen vieler Getreidesorten vorhanden ist (siehe „Getreidesorten“, Seite 13). Das Synonym
zu Gluten Klebereiweiß ist dagegen eigentlich als ein Gemisch aus Proteinen, Kohlenhydraten
und Lipiden (Fette) definiert, wird aber mit dem Begriff Gluten gleichgesetzt. Bei einem Teig
sorgt das Gluten dafür, dass sich das Mehl gut verbindet und der Teig elastisch wird, also für
die Backfähigkeit des Getreides. Beim Auswaschen eines Teiges verschwinden die löslichen
Bestandteile (vor allem Stärke) und zurück bleibt eine klebrige Masse, da das Gluten
wasserunlöslich ist.
Der Proteingehalt bzw. Eiweißgehalt von z. B. Weizenmehl beträgt 7 bis 15%, der wiederum
zu 90% aus Gluten besteht. Das Gluten stellt das wichtigste Speicherprotein (Proteingemisch)
von Getreide dar. Da es in Alkohol löslich ist kann Gluten in die löslichen Prolamine und die
unlöslichen Gluteline aufgespalten werden (Abb. 6). Die Gluteline des Weizenmehls werden
Glutenine und die Prolamine des Weizenmehls werden Gliadine genannt. Sowohl Prolamine
als auch Gluteline zeichnen sich besonders dadurch aus, einen vergleichsweise hohen Gehalt
an den Aminosäuren Glutamin und Prolin zu besitzen. Dagegen werden Gliadine in Alpha-,
Gamma- und Omega-Gliadine unterteilt, da sie verschiedene Aminosäuresequenzen (Abfolgen der Aminosäuren in einem Protein) aufweisen können. Nach jetzigem Wissensstand ist
man der Auffassung, dass nicht nur die Prolamine einer Getreidesorte - bei Weizen das
Gliadin - für die Schleimhautveränderung bei Zöliakie verantwortlich sind, sondern auch der
Gluteninteil schädigend wirken kann.
Gluten
(z. B. von Weizen)
Prolamine
alkohollöslich
Gluteline
alkoholunlöslich
Weizen =
Gliadin
Weizen =
Glutenin
Abb. 6: Getreidekörner
enthalten Gluten, das für
Betroffene der Zöliakie
schädigend wirkt. Die Getreidesorte Weizen beinhaltet die Bestandteile des
Glutens Gliadin sowie
Glutenin, welche beide
Schleimhautveränderungen
hervorrufen können.
Reich an Glutamin (>40%) und Prolin
Abb. 7: Glutamin ist eine für
den Menschen nicht essentielle α-Aminosäure.
ZÖLIAKIE - GLUTEN
Abb. 8: Prolin ist eine nicht
essentielle, heterocyclische,
sekundäre α-Aminosäure.
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Thema 11
Gluten als auslösender Faktor
Bei Erkrankten der Zöliakie kommt es zu Veränderungen der Dünndarmschleimhaut, bei denen sich die Dünndarmzotten zurückentwickeln (siehe „Die Dünndarmschleimhaut bei Zöliakie“, Seite 9). Als Auslöser dieser Veränderungen gilt der alkohollösliche Eiweißkörper des
Glutens, welcher bei entsprechenden Getreidesorten vorhanden ist (siehe „Getreidesorten“,
Seite 13). Dieser Schleimhautveränderungen hervorrufende Eiweißteil ist bei Weizen das
Gliadin, bei Roggen das Secalin, bei Gerste das Hordein und bei Hafer das Avenin, wobei die
schädigende Wirkung des Hafers umstritten ist und noch weiter erforscht wird (siehe „Was ist
Gluten?“, Seite 10). Zusätzlich gehören auch Teile des Glutenins zu den auslösenden Faktoren
der Zöliakie.
Unter Einwirkung dieser Eiweißkörper verändert sich die Schleimhaut eines Betroffenen der
Zöliakie in ganz typischer Form. Zuerst wird eine verheerende Entzündung der Darmwand
ausgelöst, die als Folge eine Selbstzerstörung der Dünndarmzotten mit sich bringt. Die Folge
ist das Ergebnis eines autoimmunologischen Prozesses, der wiederum für das Atrophieren der
Zotten (flachen nach und nach ab) verantwortlich ist. Der Darm versucht dem Zottenschwund
mit einer erhöhten Neubildung von Enterozyten (Epithelzellen) in den Krypten entgegenzuwirken, wodurch sich die Krypten verlängern und die (Ersatz-) Enterozyten noch nicht
vollständig ausgebildet sind (siehe Abb. 4). Dieser Prozess (Verlängerung der Krypten) wird
mit dem Begriff „Hyperregeneration“ (Zottenatrophie hyperregeneratorischen Typs) näher
beschrieben. Bei einer gesunden Darmwand beträgt die Lebenszeit von Enterozyten zwei bis
fünf Tage. Bei einer Hyperregeneration verringert sich die Lebenszeit auf gerade einmal sechs
Stunden. Letztendlich kann trotz der erhöhten Neubildung von Enterozyten die Zottenatrophie
(Zottenschwund, Abb. 9) nicht verhindert werden.
Abb. 9: Während einer Zöliakie kommt es zu einer Schleimhautveränderung im Dünndarm, bei der die Darmzotten verkümmern und kaum noch Nährstoffe aufgenommen werden können (rechtes Bild). Bei einer gesunden Schleimhaut (linkes Bild) ist die Oberfläche aufgrund einer einzigartigen Architektur gigantisch groß,
wodurch die Resorption, also die Aufnahme von Nährstoffen ohne Probleme stattfinden kann.
ZÖLIAKIE - GLUTEN
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Thema 11
Abb. 11: Gewebeschnitt einer verkümmerten Dünndarmschleimhaut mit 60-facher Vergrößerung. Die
partielle Zottenatrophie (Zottenschwund) ist eindeutig zu erkennen.
Bei einem Betroffenen der Zöliakie sind die
Dünndarmzotten bei der Diagnose zumeist
fast komplett verschwunden (siehe Abb. 11
und 12).
Abb. 10: Gewebeschnitt einer gesunden Dünndarmschleimhaut mit 60-facher Vergrößerung. Die
Dünndarmzotten und Mikrovilli sind ausgeprägt,
wodurch sie eine Kontaktflächenvergrößerung der
Dünndarmschleimhaut herstellen. Zudem grenzt
sich der Bürstensaum klar vom Zottengewebe ab.
Mit Hilfe eines Elektronenmikroskops können Veränderungen der Elektrozyten festgestellt werden, welche hier (Abb. 13) auch
atrophiert sind und einen geschädigten
Bürstensaum aufzeigen.
Abb. 12: Gewebeschnitt einer Dünndarmschleimhaut mit 60-facher Vergrößerung. Die Dünndarmzotten sind vollständig verkümmert, weshalb
die Schleimhaut einer flachen Ebene gleicht. Zudem
ist der Bürstensaum deutlich schmaler (als bei Abb.
10) und die Krypten länger bzw. tiefer, was auf eine
Hyperregeneration (Zottenatrophie hyperregeneratorischen Typs) hindeutet. Die Resorptionsleistung
dürfte ihr Minimum erreicht haben).
ZÖLIAKIE - GLUTEN
Abb. 13: Gewebeschnitt einer Epithelzelle (Enterozyt) bei Zöliakie.
Das Elektronenmikroskopische Bild zeigt deutlich
die Schädigung des Bürstendamms.
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Thema 11
Getreidesorten
Gluten ist in vielen, aber längst nicht in allen Getreidesorten enthalten. Für Betroffene der
Erkrankung Zöliakie ist ein detailliertes Wissen darüber, in welchen Lebensmitteln Gluten
vorkommt und in welchen nicht, äußerst wichtig, da selbst kleinste Mengen an Gluten eine
Darmzottenabflachung (Atrophie) auslösen können. Für sie bietet der Großhandel aber einige
Alternativen.
Glutenhaltige Getreidesorten
Das Klebereiweiß Gluten findet sich in folgenden
Getreidesorten wieder: Weizen, Dinkel (Spelt),
Abb. 14: Neben den eindeutig als glutenhaltig
Gerste und Roggen sowie in Urkornarten wie Ka- zu erkennenden Lebensmitteln gibt es etliche,
mut, Einkorn und Emmer. Auch Kreuzungen dieser die Spuren von Gluten enthalten, obwohl man
es bei diesen entsprechenden Lebensmitteln
genannten Getreidesorten enthalten natürlich gar nicht vermutet (siehe „Versteckte GlutenGluten, wie Triticale (Kreuzung zwischen Weizen quellen“, Seite 15).
und Roggen).
Hafer* (siehe Seite 14) stellt eine Ausnahme dar und galt bislang als glutenhaltig. Neue
klinische Studien konnten jedoch belegen, dass nicht kontaminierter Hafer von dem Großteil
der Betroffenen vertragen wird. Um kein größeres Risiko einzugehen sollten Betroffene nicht
mehr als 50g Hafer pro Tag zu sich nehmen. Das größte Problem stellt aber die Tatsache dar,
dass Hafer zumeist in der gleichen Mühle wie glutenhaltige Getreidesorten gemahlen wird
und daher eine Kontamination kaum vermeidbar ist. Auch ist ein sortenreiner Anbau in
Deutschland nicht gewährleistet.
Glutenfreie Getreidesorten
Die Anzahl an glutenfreien Getreidesorten ist größer als man vermutet, doch ihre Verwendung
als Mehlersatz bleibt eine Herausforderung, da Gluten als Klebereiweiß das Backen deutlich
erleichtert. Doch auch glutenfreie Getreidesorten verfügen über ein Klebereiweiß, welches
das Backen überhaupt erst ermöglicht. Allerdings weisen derartige Klebereiweiße eine andere
Struktur auf, die keine Zöliakie-typischen Reaktionen auslösen. So verfügt Mais über das
Klebereiweiß (Speicherprotein) Zein und Reis über das Oryzanin. Zu den glutenfreien Getreidesorten gehören u. a. Reis, Hirse, Buchweizen, Quinoa und vor allem Mais.
ZÖLIAKIE - GETREIDESORTEN
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Thema 11
Buchweizen
Gerste
Dinkel
Hafer*
Quinoa
Einkorn
Emmer
Hirse
Kamut
Roggen
Weizen
Reis
Abb. 15 und 16: Neben vielen glutenhaltigen Getreidesorten gibt
es auch einige glutenfreie. Vor allem Maismehl eignet sich zum
glutenfreien Backen. Es enthält zwar nicht so viel Eiweiß wie
herkömmliches Weizenmehl, dafür aber viele Kohlenhydrate. Zudem beinhaltet Mais viel Vitamin A und E sowie einen hohen AnMais
teil an ungesättigten Fettsäuren.
Beim Kauf von Mehlen glutenfreier Getreidesorten sollte man als Betroffener darauf achten,
dass sie nicht mit glutenhaltigen Getreidesorten kontaminiert wurden (z. B. beim Transport,
der Lagerung oder beim Mahlen). Um kein Risiko einzugehen ist es ratsam, Mehle zu
bevorzugen, die als „glutenfrei“ zertifiziert sind oder von der DZG (Deutsche Zöliakie
Gesellschaft) empfohlen werden. So hat sich z. B. die Firma „Schär“ auf glutenfreie Lebensmittel spezialisiert und u. a. verschiedene Mehle herausgebracht. Die Standard-Mehlmischung
von Schär basiert auf Mais in Form von Maisstärke sowie Maismehl und ist mit den Verdickungsmitteln Guarkernmehl und Dextrose angereichert. Weitere glutenfreie Mehle, die aber
nicht von Getreide stammen, sind Mandel-, Soja-, Kartoffel-, Bulgur-, Johannisbrotkern-,
Leinsamen-, Tapioka- und das bereits erwähnte Guarkernmehl.
ZÖLIAKIE - GETREIDESORTEN
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Thema 11
Versteckte Glutenquellen
Solange sich Betroffene der Erkrankung Zöliakie im eigenen Heim aufhalten und dabei alle
Speisen selbst mit frischen Zutaten zubereitet werden, stellt die glutenfreie Ernährung nach
einer gewissen „Einspielphase“ kein größeres Problem mehr dar. Sobald Betroffene aber einmal auswärts, beispielsweise im Restaurant, essen gehen wollen, wird das Unterfangen,
glutenfrei zu essen bereits deutlich komplizierter und in vielen Fällen auch nervenaufreibend.
Richtig problematisch wird es aber erst dann, wenn man ab und zu ein Fertigprodukt zu sich
nehmen möchte, da in diesen gerne Getreideprodukte, wie z. B. Weizenstärke, aufgrund ihrer
günstigen Bindungseigenschaften, verwendet werden, zumal man bei den meisten dieser Produkte nicht vermutet, dass in diesen Gluten enthalten ist.
Neben der 2005 nach den neuen EU-Richtlinien eingeführten Kennzeichnungspflicht, wonach
Zutaten, welche häufig Allergien auslösen, so auch Gluten, in der Zutatenliste aufgeführt
werden müssen (siehe „Einleitung“, Seite 5), hat im Jahre 2007 ein Ausschuss neue Richtlinien für die Unterscheidung von Lebensmitteln festgelegt. Demnach sind zwei Produkte zu unterscheiden: Die erste Gruppe sind glutenfreie Lebensmittel, die sich dadurch charakterisieren, dass sie höchstens 20mg Gluten pro Kilogramm enthalten. Die zweite Gruppe besteht
aus glutenarmen Lebensmittel, bei denen der Glutengehalt zwischen 21 und 100mg pro Kilo
betragen darf.
Dass es für Betroffene der Zöliakie äußerst wichtig ist genau zu wissen, was sie bedenkenlos
essen können und bei welchen Produkten sie vorsichtig sein müssen, ist dadurch bedingt, dass
bereits eine Menge von 50 bis
100mg Gluten pro Tag ausreicht,
um eine schädigende Schleimhautveränderung hervorzurufen.
Zur Veranschaulichung: Eine
einzelne Nudel der kleineren Sorte
(z. B. Penne) enthält bereits 44mg
Gluten, eine Brotscheibe (40g)
sogar 2.500mg und selbst ein
winziger Brotkrümel noch 1mg
Gluten. Ein gesunder bzw. nicht an
Zöliakie erkrankter Deutscher
Abb. 17: Bereits eine einzelne dieser Nudeln (Penne)
enthält 44mg Gluten, so dass der untere Grenzwert
von 50mg pro Tag für einen Betroffenen der
Erkrankung Zöliakie schon fast erreicht ist.
nimmt pro Tag durchschnittlich ca.
13.000mg Gluten zu sich.
ZÖLIAKIE - GLUTENQUELLEN
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Thema 11
In folgenden (Fertig-)Produkten findet sich zumeist Gluten wieder, weshalb diese von Betroffenen nur mit Vorsicht zu genießen sind:
Frühstücksfleisch Bonbons
Fertigsuppen in Dosen
Medikamente
Formfleisch
Eiscremes
Brühwürfel
Lippenbalsam
Würstchen
Kakao(-mixgetränke)
Marinaden
Zahncremes
Dosenfleisch
Puddings
Tomatensoße
Vitamine
Chips
Erdnussbutter
(Salat-) Dressings
Ergänzungsmittel
Dips
Fruchtjoghurt
Gewürzsoßen (Soja etc.)
(Vitamine etc.)
Schmelzkäse
Smoothies
Senf
Kaffeeweißer
Bratrollmöpse
Trockenobst
Bratheringe
Milchshakes
Pommes Frites
Schokolade
Béchamelsoße
Backpulver
Bier
Kaugummi
Gewürzmischungen
Puderzucker
Reibekuchen
Frappé
Kaffeeersatz (Gerste/Malz) Eiskaffeepulver
Kroketten
Studentenfutter
gebrannte Mandeln
Sprühsahne
Meerrettich
Cornflakes
Lightprodukte
Getränkesirup
Ketchup
Kuvertüre
Punsch
Tortenguss
Mayonnaise
Blattgelatine (gefärbt) Liköre
Sahnesteif etc.
Zudem ist allgemein bei chinesischem Essen Vorsicht geboten, da in chinesischen Restaurants
fast immer Fertigsoßen verwendet werden, die meistens Gluten enthalten, ganz gleich ob
Soja- oder Fischsoße. Auch bei Pommes Frites sollten Betroffene achtsam sein, da Pommes
gerne mit Mehl bestäubt werden, um später knuspriger zu werden. Selbst wenn sie in ihren
Grundzutaten glutenfrei sind, kann es sein, dass sie anschließend in Öl frittiert werden, indem
zuvor panierte, und damit glutenhaltige Lebensmittel frittiert wurden. An den ursprünglich
glutenfreien Pommes haften dann glutenhaltige Partikel von Schnitzeln, Kroketten o. ä. Eine
ähnliche Kontamination wie bei der Fritteuse kann auch durch einfache Haushaltsgeräte bzw.
-gegenstände verursacht werden. So kann etwa ein Brotkorb, der zuvor für normale, glutenhaltige Brote benutzt wurde, die teuren Mais-Leinsamen-Buchweizen-Brötchen oder ein
Toaster die einst glutenfreien Maistoasts in schädigende und gefährliche Glutenquellen verwandeln.
ZÖLIAKIE - GLUTENQUELLEN
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Thema 11
Wie häufig tritt Zöliakie auf ?
Noch in den 80er Jahren war man der Auffassung, dass die Zöliakie weltweit etwa bei jedem
2.000. Einwohner auftritt. Dies ist darauf zurückzuführen, dass man seine Schätzungen
damals nur auf Basis manifester Erkrankungen mit dem charakteristischen Bild der Zöliakie
gestützt hat. Am häufigsten war die Erkrankung zu der Zeit in Irland mit 0,34% (1:300). In
England dagegen ging man von 0,034% (1:3000) aus. Diese starken regionalen Schwankungen sind bis heute geblieben, auch wenn die Prävalenz (Krankheitshäufigkeit) aufgrund
genauerer Untersuchungen durch Antikörpertests (siehe „Diagnose“, Seite 23) deutlich
angestiegen ist.
Schätzungsweise sind 0,37% (1:270) der weltweiten und 1% (1:100) der europäischen
Bevölkerung an Zöliakie erkrankt, wobei in 60% der Fälle das weibliche Geschlecht erkrankt
ist, also im Verhältnis 1,5:1 zum männlichen Geschlecht. Bei der Mehrheit dieser Vorkommnisse (80 bis 90%) handelt es sich aber um die oligosymptomatische oder um die subklinische
Zöliakie (siehe Abb. 18, Seite 19), welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die typischen
Symptome (siehe „Symptome“, Seite 22) kaum auftreten und die Zöliakie daher zumeist nicht
diagnostiziert wird. Die Prävalenz von Zöliakie variiert auch in Europa erheblich. So zeigten
Screening-Untersuchungen (systematische Testverfahren), dass bei ca. 80 bis 95% der Zöliakiekranken die Erkrankung noch nicht diagnostiziert worden war und man daher von einer
hohen Dunkelziffer ausgehen muss. Dies ist wohl auf die unspezifischen Symptome der
Erkrankung Zöliakie zurückzuführen. Nach den aktuellsten Schätzungen leiden in Deutschland ca. 0,2 bis 0,4% (1:500 bis 1:250), in Großbritannien und den USA ca. 0,91% (1:110)
und in Finnland etwa 2,4% (1:42) an der Erkrankung Zöliakie. Die bisher weltweit größte
Prävalenz konnte mit Screening-Untersuchungen in Nordafrika nachgewiesen werden. Beim
nordafrikanischen Volk Saharawi waren 5,56% (1:18) von Zöliakie betroffen. Man geht davon
aus, dass Afrika aufgrund seiner großen Weizenimporte, wodurch glutenärmerer, heimischer
Wildweizen kaum noch verzehrt wird, zukünftig mit einer steigenden Anzahl von Zöliakiefällen rechnen muss. In China und Japan ist dagegen kaum jemand an Zöliakie erkrankt,
da die Nahrung dort größtenteils aus Reis und Gemüse besteht.
ZÖLIAKIE - PRÄVALENZ/VERERBUNG
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Thema 11
Besteht bei Zöliakie eine genetische Veranlagung?
Auch wenn die komplexen Zusammenhänge noch nicht vollständig geklärt sind, gilt als
Voraussetzung für die Manifestation (Sichtbarwerden bestimmter Krankheitssymptome) einer
Zöliakie, dass die Aufnahme glutenhaltiger Nahrung stattfindet sowie eine genetische Bereitschaft vorhanden ist.
Bei Familien, in denen bereits eine Person an Zöliakie erkrankt ist, ist ein besonders hohes
Vorkommen zu beobachten. Die angeborene, genetische Veranlagung trägt also erheblich zur
Manifestation bei. So ist bei Verwandten ersten Grades im Vergleich zur allgemeinen
Bevölkerung ein zehnfach höheres Zöliakievorkommen festgestellt worden. Eine noch
größere Rolle spielt die genetische Veranlagung bei Zwillingen, was sich in Zwillingsstudien
herausgestellt hat. So liegt die Wahrscheinlichkeit bei eineiigen Zwillingen, dass beide
erkranken, wenn bei einem bereits Zöliakie diagnostiziert wurde, bei 75%. Bei der gleichen
genetischen Beziehung ist die Wahrscheinlichkeit bei anderen Krankheiten wesentlich
geringer (Diabetes mellitus Typ 1 36%, Morbus Crohn 33%, Multiple Sklerose 25%).
Zudem geht Zöliakie häufig mit anderen Krankheiten einher, wie z.B. Down-Syndrom (Trisomie 21), Autoimmunerkrankungen der Schilddrüse, Kolitis oder selektivem IgA-Mangel
(Immunglobulin A ist ein Antikörper, der eine essentielle Abwehrbarriere gegen Krankheitserreger bildet).
Bislang wurden fünf sogenannte Kandidatengene ausgemacht, mit denen möglicherweise
Rückschlüsse auf das Auftreten von genetisch beeinflussten Krankheiten festgestellt werden
können (siehe „Assoziationen mit Zöliakie“, Seite 26). Diese fünf Kandidatengene werden
Celiac 1 bis Celiac 5 genannt, wobei Celiac 1 am besten erforscht ist. Zu Celiac 1 gehören
verschiedene HLA-Genklassen (HLA I, DR und DQ), welche von den Schleimhautzellen des
Dünndarms, also von den Enterozyten hergestellt werden. Die Gene HLA-DQ2 oder HLADQ8, welche sich auf dem Chromosom (Chromosome enthalten Gene und so auch Erbinformationen) Nummer 6 befinden, können bei annähernd jedem Erkrankten der Zöliakie nachgewiesen werden. Wenn die Existenz dieser Gene nicht nachgewiesen werden kann, ist
demzufolge mit 99%iger Wahrscheinlichkeit der Nachweis erbracht worden, dass beim Untersuchten eine Zöliakie ausgeschlossen ist. Demgegenüber verfügen aber auch 25 bis 30% der
nicht an Zöliakie Erkrankten über das Gen HLA-DQ2 und 5 bis 15% über das Gen HLADQ8. Ein Nachweis dieser Gene bedeutet also nicht gleich von Zöliakie betroffen zu sein
(siehe „Diagnose“, Seite 23). Da in China und Japan Zöliakie sehr selten vorkommt, sind
auch die Risikogene HLA-DQ2 sowie HLA-DQ8 fast nie anzutreffen.
ZÖLIAKIE - PRÄVALENZ/VERERBUNG
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Atypische oder
Potentielle Zöliakie
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Oligosymptomatische
oder Subklinische Zöliakie
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Thema 11
Abb. 18: Die Grafik stellt den sogenannten Eisberg der Zöliakie dar. Die Spitze der Pyramide bezieht
sich auf das Vollbild der Zöliakie mit den typischen Symptomen, die nur selten vorkommt. Die beiden
mittleren Abschnitte vertreten die deutlich öfter vorkommenden aber zumeist nicht diagnostizierten
Zöliakien, weil bei diesen subjektiv keine Beschwerden wahrgenommen werden.
Das klinische Bild
Die Dünndarmerkrankung Zöliakie wartet mit den verschiedensten Verlaufsformen auf, weshalb bei ihr von einem „facettenreichen klinischen Bild“ oder von einem „heterogenen
Krankheitsbild“ die Rede ist. Um die Begriffe, welche im Zusammenhang mit der Erkrankung
Zöliakie verwendet werden, zu vereinheitlichen, wurden diese von der DGVS (Deutsche
Gesellschaft für Gastroenterologie, Verdauungs- und Stoffwechselkrankheiten) festgelegt.
Neben der Vereinheitlichung der verwendeten Begriffe war es auch ein Ziel, zur Verbesserung
im Management der Erkrankung Zöliakie beizutragen.
Folgende Verlaufsformen der Dünndarmerkrankung Zöliakie, welche sich auf den Zeitpunkt
der Diagnose beziehen, sind möglich:
Klassische Zöliakie
Fast ausschließlich bei Patienten der klassischen Zöliakie (auch symptomatische oder klinisch
manifeste Zöliakie genannt) zeigt sich das Vollbild der Erkrankung mit den intestinalen (zum
Darm gehörend) Symptomen, wie Durchfälle, Gewichtsverlust, Schwäche, Blähungen, Blähbauch, Erbrechen und Bauchschmerzen. Der Patient weist zudem extraintestinale (außerhalb
des Darmes) Symptome auf (siehe „Symptome“, Seite 22) und spricht auf den Beginn einer
glutenfreien Ernährung mit einer schnellen Besserung der Beschwerden an.
ZÖLIAKIE - PRÄVALENZ/VERERBUNG
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Thema 11
Oligosymptomatische Zöliakie
Patienten der (Mono- oder) oligosymptomatischen Zöliakie kennzeichnen sich dadurch, dass
sie nur einzelne Symptome besitzen, die auf teilweise Fehlresorption hinweisen. Zumeist sind
diese Symptome Eisenmangel oder eine Eisenmangelanämie (Blutmangel durch Eisenunterversorgung), die sich in Müdigkeit und Schwäche ausdrücken. Mit Hilfe einer Dünndarmbiopsie (siehe „Diagnose“, Seite 23) kann jedoch ein eindeutiger feingeweblicher Befund
einer Zöliakie nachgewiesen werden. Auch bei Antikörpertests zeigt sich ein positives Ergebnis. Bei einer oligosymptomatischen Zöliakie ist vorwiegend der obere Teil des Dünndarms
(Zwölffingerdarm/Duodenum und Leerdarm/Jejunum) betroffen, indes die unteren Dünndarmbereiche (Krummdarm/Ileum) kaum eine Schleimhautveränderung aufzeigen.
Subklinische Zöliakie
Die subklinische (früher: asymptomatische oder silente) Zöliakie wird auch als stumme Zöliakie bezeichnet, da Patienten dieser Verlaufsform trotz eines Zottenschwundes (Atrophie)
keine oder nur schwache Krankheitszeichen aufweisen. Bei einer Dünndarmbiopsie wird bei
diesen Patienten überwiegend eine Schleimhautveränderung nach Marsh 2 oder 3 (siehe
„Marsh-Klassifikation“, Seite 25) festgestellt. Diese Zöliakieform kommt öfters vor, wird
aber aufgrund der fehlenden Symptome zumeist nur durch eine Bevölkerungsscreening- oder
eine Risikoscreening-Untersuchung in der Verwandtschaft diagnostiziert.
Atypische Zöliakie
Die atypische (oder auch extraintestinal manifestierte) Zöliakie ist ebenfalls häufiger anzutreffen. Patienten dieser Zöliakieform weisen überwiegend extraintestinale (außerhalb des
Darmes) Symptome auf, weshalb eine Diagnose dieser Zöliakie eine Herausforderung
darstellt. Dennoch können auch bei diesen Patienten charakteristische Schleimhautveränderungen sowie zöliakiespezifische Antikörper (siehe „Diagnose“, Seite 23) nachgewiesen
werden. Aufgrund der nicht Zöliakie-typischen Beschwerden wird diese Verlaufsform vor
allem bei Älteren erkannt.
ZÖLIAKIE - PRÄVALENZ/VERERBUNG
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Thema 11
Potenzielle Zöliakie
Als Patient der potentiellen Zöliakie besitzt man eine genetische Veranlagung, sogenannte
Risikogene (siehe „Besteht bei Zöliakie eine genetische Veranlagung?“, Seite 18), weist aber
unter Aufnahme von glutenhaltiger Nahrung keine charakteristischen Schleimhautveränderungen oder andere zöliakiespezifische Symptome auf. Dennoch kann sich im Verlauf der
Erkrankung unter großer Glutenzufuhr eine Zöliakie manifestieren, weshalb regelmäßige Untersuchungen für Betroffene ratsam sind.
Refraktäre Zöliakie
Bei den zumeist erwachsenen Patienten der refraktären Zöliakie (Herkunft: lateinisch refractarius = widerspenstig) handelt es sich um Betroffene einer persistierender (fortdauernder)
Zottenatrophie (Abflachung der Dünndarmzotten) trotz streng glutenfreier Ernährung, wobei
die Beschwerden in Intervallen auftreten (siehe „Behandlung“, Seite 29).
ZÖLIAKIE - PRÄVALENZ/VERERBUNG
!21
Thema 11
Symptome einer Zöliakie
Es gibt viele Symptome, die auf eine Zöliakie hindeuten können. Viele entstehen aufgrund der
geschädigten Dünndarmschleimhaut, da es dadurch einerseits zu einer fehlerhaften Resorption
(Aufnahme) von Nährstoffen aber andererseits auch zum Eindringen von schädigenden Stoffen in unseren Organismus kommt. Unterschieden wird dabei zwischen intestinalen (zum
Darm gehörend) und extraintestinalen (außerhalb des Darmes) Symptomen.
Folgende Symptome kommen häufiger bei einer Zöliakie vor:
Intestinale Symptome bei Zöliakie
Durchfälle
Gewichtsverlust
Blähungen/Blähbauch
Erbrechen (Übelkeit)
Schwäche
Bauchschmerzen
Extraintestinale Symptome bei Zöliakie (aufgrund von Malabsorption/fehlerhafte Resorption)
Organsystem Manifestation (Ergebnis)
Ursache/Auslöser
Skelett
Malabsorption von Kalzium und Vitamin-D
Knochenschwund (Osteoporose),
Knochenbrüchigkeit
pathologische Frakturen (Knochenbrüche) Osteopenie (Minderung der Knochendichte)
Muskulatur
Haut
Nervensystem
Blutbildende
Organe
(Hämatopoese)
Hormondrüsen
Muskelschwund (Muskelatrophie)
Unterernährung (Malnutrition)
Muskelkrämpfe (Tetanie)
Calcium-, Vitamin-D- und/oder Magnesiummangel
Schwäche
Dermatitis Petechien (Blutungen, Blut-
Kaliummangel (Hypokaliämie)
Hypoprothrombinämie (zu wenig Prothrombin im Blut,
pünktchen in der Haut)
das wichtigste Enzym der Blutgerinnung)
Schädigung des peripheren Nervensys- Vitaminmangel (Thiamin, Vitamin-B12)
tems (periphere Neuropathie)
Anämie (Blutarmut)
Eisen-, Folsäure-, Vitamin-B12-, Pyridoxin-(VitaminB6-)Mangel
Blutungen
Vitamin-K-Mangel, Hypoprothrombinämie
Amenorrhö (Ausbleiben der Menstruation),
Infertilität (Unfruchtbarkeit), Impotenz
Unterernährung (Malnutrition)
Weitere mögliche Symptome und Befunde bei Zöliakie
Uhrglasnägel (krankhaft veränderter Ödeme (Einlagerung von Flüssigkeit, Übererregbarkeit der Nerven und
Fingernagel)
„Wassersucht“)
Muskeln (Tetanie)
Zungenveränderungen
Zahnschmelzveränderungen
Hornhautbildungen
Schmerzüberempfindlichkeit
Gangunsicherheit
Mundwinkelveränderungen
DIE ZÖLIAKIE - SYMPTOME
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Thema 11
Diagnose
Heutzutage zählt Zöliakie zu den häufigsten lebenslangen Erkrankungen in vielen Industrieländern. Dies ist vor allem darauf zurückzuführen, dass man mittlerweile über leistungsfähige Testverfahren bzw. Diagnosetechniken verfügt, mit denen nicht nur die verhältnismäßig seltene klassische Zöliakie mit dem vollen Krankheitsbild (siehe „Das klinische Bild“,
Seite 19), sondern auch die atypischen Formen der Erkrankung diagnostiziert werden können
(siehe „Wie häufig tritt Zöliakie auf?“, Seite 17).
Der wichtige Anfangsverdacht einer Zöliakie kann durch Erfragen der Vorgeschichte des Patienten (Anamnese/Leidensgeschichte) erfolgen und wird meist mit einem Antikörpertest in
Form einer Blutprobe vom Arzt abgerundet (siehe „Serologische Diagnostik“). Um den Verdacht zu bestätigen muss aber in jedem Fall eine endoskopische Gewebsbiopsie (siehe „Dünndarmbiopsie und histologische Diagnostik“) durchgeführt werden. Neben dem Nachweis
zöliakiespezifischer Antikörper (Serologische Diagnostik) und der Bestätigung über eine
Schädigung der Dünndarmschleimhaut (Histologische Diagnostik) sind auch die HLA-DQ2bzw. HLA-DQ8-Positivität (siehe „Besteht bei Zöliakie eine genetische Veranlagung?“, Seite
18) und die Besserung der klinischen Symptome sowie das Verschwinden der Antikörper
unter glutenfreier Nahrung wichtige Diagnosekriterien für eine Zöliakie.
Serologische Diagnostik
Die Serologische Diagnostik mit Bestimmung der zöliakiespezifischen Antikörper bietet die
größte positive, also prädiktive Vorhersage-Wahrscheinlichkeit (Spezifität) einer Zöliakie.
Dabei wird eine dem Patienten entnommene Blutprobe auf IgA-Antikörper (Immunglobulin
A) gegen Gewebstransglutaminase (GTG) und auf IgA-Antikörper gegen Endomysium
(EmA) getestet. Transglutaminasen sind Enzyme, welche neben der Blutgerinnung auch für
die Stabilisierung verschiedener Strukturproteine zuständig sind . Das Endomysium stellt im
Gegensatz dazu eine Schicht aus Bindegewebe dar, welche für die Reißfestigkeit der Muskeln
bedeutsam ist. Gewebstransglutaminasen befinden sich in Zellen und werden bei einer Zellverletzung, sei es durch eine Entzündung oder Infektion, aus diesen abgegeben. Sie sind in
der Lage, Glutenpeptide (Spaltprodukte) so zu verwandeln (zu desaminieren, also eine
Aminogruppe aus organischen Verbindung abzuspalten), dass diese den autoimmunologischen
Vorgang an der Schleimhaut des Dünndarms, der als Endstadium die Zottenatrophie mit sich
bringt, auslösen. Die GTG-Antikörper werden mit der sogenannten ELISA-Technik (EnzymeLinked Immunosorbent Assay) identifiziert. Die Aussagekraft (Spezifität und Sensitivität) der
ZÖLIAKIE - DIAGNOSE
!23
Thema 11
GTG-Antikörper ist ähnlich hoch wie die von EmA. Diese Endomysium-Antikörper werden
dagegen mittels eines Immuno-Fluoreszenzverfahrens bestimmt. Bei beiden Antikörpertests
ist es wichtig, einen IgA-Mangel ausschließen zu können, der europaweit auch durchschnittlich mit 0,2% (1:500) vertreten ist und als Risikofaktor für eine Zöliakie gilt. Wenn also ein
IgA-Mangel besteht, sollten im jeden Fall GTG-Antikörper- und EmA-Tests durchgeführt
werden.
Die bereits ab 1958 üblichen Tests auf die IgA- und IgG-Antikörper (Immunglobulin G oder
Gammaglobulin) gegen das Gliadin (Prolamine des Weizens, siehe „Was ist Gluten?“, Seite
10) werden heutzutage nicht mehr benutzt, da ihre Aussagekraft (Spezifität und Sensitivität)
deutlich geringer ist. Beim Screening auf Zöliakie ist die Bestimmung des IgA-GTG-Antikörpers die erste Wahl. Fällt der Test positiv aus, wird mit einer Dünndarmbiopsie der Verdacht
überprüft und gegebenenfalls bestätigt.
Dünndarmbiopsie und histologische Diagnostik
Nach einer positiven serologischen Diagnostik folgt entsprechend den Empfehlungen der Europäischen Gesellschaft für pädiatrische Gastroenterologie, Hepatologie und Ernährung
(ESPGHAN) eine histologische Untersuchung. Dabei werden mit Hilfe einer Biopsie (Entnahme und Untersuchung von Material eines lebenden Organismus’) mehrere Schleimhautstücke (sogenannte Biopsate) dem Dünndarm entnommen und anschließend vom Pathologen
untersucht. Die Dünndarmbiopsie ist eine risikoarme Untersuchung, die in jedem Lebensalter
durchgeführt werden kann. Der Patient bekommt von dem Eingriff nichts bis kaum etwas mit.
Während einer Dünndarmbiopsie wird dem Patienten ein Schlauch durch die Speiseröhre und
durch den Magen bis in den Darm geschoben. In dem Schlauch befindet sich ein Draht, mit
dem eine winzige Zange am Ende des Schlauches bedient werden kann. Mit dieser werden die
aufschlussreichen Schleimhautstücke sichergestellt. Da die charakteristischen Schleimhautveränderungen bei einer Zöliakie (siehe „ Die Dünndarmschleimhaut bei Zöliakie“ und
„Gluten als auslösender Faktor“, Seite 9 und 11) im oberen Teil des Verdauungstraktes, also
dem Zwölffingerdarm (Duodenum) am stärksten ausgeprägt sind, werden üblicherweise auch
dort die Proben entnommen. Das gewonnene Biopsat ist ein erforderliches Diagnosekriterium
bei einer Zöliakie. Es wird in Wachs eingegossen und anschließend in hochfeine Scheiben
gehobelt, so dass man diese nachträglich mikroskopisch untersuchen kann. Unter einem
Mikroskop (bei 50-60-facher Vergrößerung) offenbart sich dann, ob eine Zottenatrophie (Zottenschwund) vorliegt, die Dünndarmschleimhaut eine Vermehrung von Entzündungszellen
aufweist und somit eine Zöliakie möglich sein kann (siehe Abb. 9, 11 und 12, Seite 11 und
12), oder ob die Dünndarmschleimhaut gesund ist (siehe Abb. 9 und 10, Seite 11 und 12).
ZÖLIAKIE - DIAGNOSE
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Thema 11
Als Beurteilung der Dünndarmmukosa dienen die Marsh-Klassifikationen:
Marsh-Klassifikation
Die Marsh-Klassifikationen beziehen sich auf die Zahl der in die Zottenspitzen eingewanderten intraepithelialen Lymphozyten (IEL, weiße Blutkörperchen in der Deckschicht der
Schleimhaut), die Länge der Zotten im Verhältnis zu den Krypten, die Zellteilungsrate (Mitoserate) der Epithelzellen in den Krypten, die Anzahl der Entzündungszellen in der
Darmwandschicht (direkt unterhalb des Epithels), den Grad des Zottenschwundes (Zottenatrophie) und auf die Beurteilung des Bürstensaums (siehe Abb. 13, Seite 12). Erst ab Typ
Marsh 2 kann eine Zöliakie diagnostiziert werden.
Folgende modifizierte Marsh-Klassifikationen werden unterteilt:
Marsh: Typ 0 Typ 1 Typ 2
Typ 3a
Typ 3b
Typ 3c
IEL1
< 30
< 30
< 30
< 30
Krypten
normal normal Hyperplasie2 Hyperplasie2
Hyperplasie2
Hyperplasie2
Zotten
normal normal normal
1Zahl
5keine
< 30
< 30
leichte Atrophie3 subtotale Atrophie4 totale Atrophie5
der Lymphozyten/100 Epithelzellen, 2 Kryptenvergrößerung, 3leicht verkürzte Zotten, 4verkürzte Zotten,
Zotten mehr vorhanden
Bedeutet eine Zottenatrophie gleich Zöliakie?
Die charakteristischen Schleimhautveränderungen ab Typ Marsh 2 weisen in vielen Fällen auf
eine Zöliakie hin. Dennoch kommt es bei einigen anderen Erkrankungen zu ähnlichen Veränderungen der Dünndarmschleimhaut. Zu diesen gehören z. B. eine chronisch-entzündliche
Darmerkrankung, eine bakterielle oder durch Lamblien (einzelliger Parasit) ausgelöste
Darminfektion, eine Autoimmunenteropathie, ein bösartiges Dünndarmlymphom (eine Form
von Dünndarm-Krebs), eine Immunmangelerkrankung o. ä.
Als Schlussfolgerung aus dieser Tatsache kann man ziehen, dass eine positive histologische
Untersuchung zwar auf eine Zöliakie hindeutet, aber nicht alleine als Diagnosekriterium zu
benutzen ist. Das gleiche gilt natürlich auch für serologische Untersuchungen. Eine Diagnose
ist also immer aus der Gesamtheit von Vorgeschichte (Anamnese), den entsprechenden
Beschwerden, sowie dem histologischen und serologischen Befund zu bilden.
ZÖLIAKIE - DIAGNOSE
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Thema 11
Assoziationen mit Zöliakie
Zöliakie wird oft mit anderen Autoimmunerkrankungen assoziiert, also tritt mit diesen oft
gemeinsam auf. Ein besonders häufiges Auftreten ist von Zöliakie und Diabetes bzw. und
Dermatitis Herpetiformis Duhring (DH) festzustellen. Bei Betroffenen einer Zöliakie tritt aber
auch eine Laktoseintoleranz vermehrt auf.
Diabetes mellitus Typ 1
Zöliakie tritt am häufigsten gemeinsam mit der Autoimmunerkrankung Diabetes mellitus auf.
Dabei handelt es sich um den Diabetes mellitus Typ 1, also um den insulinabhängigen Diabetes. Unter Zöliakiebetroffenen leiden 5% zusätzlich an Diabetes, während bei den Typ-1Diabetikern ca. 6 bis 8% auch positive serologische und/oder 1 bis 3% auch positive histologische Ergebnisse aufzeigen (Siehe „Diagnose“, Seite 23). Da die Entwicklung eines Diabetes’ die Symptome einer Zöliakie zumeist verdeckt, wird in über 90% der Fälle zuerst der
Diabetes diagnostiziert und anschließend eventuell eine Zöliakie. Manchmal weisen Typ-1Diabetiker auch vorerst negative Antikörpertests auf, obwohl der Patient bereits von einer
Zöliakie betroffen ist. Nach einer gewissen Zeit fallen die Antikörpertests dann aber positiv
aus. Im Gegensatz dazu gibt es auch einige Patienten, bei denen erhöhte Antikörperwerte
festgestellt werden, wenngleich keine zöliakiespezifische Schleimhautveränderung
(Mukosaveränderung) vorliegt. Diese Form kann ein Charakteristikum einer potentiellen
Zöliakie (siehe „Das klinische Bild“, Seite 19) sein, bei der sich im weiteren Verlauf der
Erkrankung unter großer Glutenzufuhr eine Zöliakie manifestieren kann, weshalb
regelmäßige Untersuchungen für Betroffene ratsam sind. Aufgrund der hohen gemeinsamen
Prävalenz dieser zwei Autoimmunerkrankungen sollten sich in jedem Fall Typ-1-Diabetiker
auf Zöliakie untersuchen lassen und sich regelmäßig Kontrollen hinsichtlich der Manifestation einer Zöliakie unterziehen.
Die Behandlung einer Zöliakie in Form einer Diät (siehe „Behandlung“, Seite 29) beeinflusst
auch den Diabetes positiv, da der Metabolismus (Stoffwechsel) wieder intakt ist und so besser
kontrolliert werden kann. Dadurch kann nicht selten der Insulinbedarf deutlich gesenkt werden.
ZÖLIAKIE - ASSOZIATIONEN
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Thema 11
Dermatitis Herpetiformis Duhring (DH)
Bei Dermatitis Herpetiformis Duhring (DH) handelt es sich um die Form der Zöliakie, die
sich als eine stark juckende Hauterkrankung äußert. Da DH immer mit Zöliakie assoziiert ist,
wird sie auch als „Zöliakie der Haut“ bzw. als „Hautmanifestation der Zöliakie“ bezeichnet.
Zu den charakteristischen Symptomen von DH gehören rötliche Papeln auf der Haut, die sich
bei Betroffenen zumeist an Ellbogen und Unterarmen befinden. Die Zöliakie selbst ist bei Patienten von DH in den meisten Fällen nur gering ausgeprägt, wobei zöliakiespezifische Schleimhautveränderungen festgestellt werden können. Als wirkungsvollste Behandlung dieser Erkrankung gilt die Diät auf
streng glutenfreier Nahrung. Allerdings kann das Ver- Abb. 19: Dapson ist ein antibiotischer und
schwinden der Symptome mehrere Jahre in Anspruch entzündungshemmender Arzneistoff, der
nehmen, weshalb neben der Diät zusätzlich eine vor allem zur Behandlung von Infektionsmedikamentöse Behandlung erfolgen sollte, wie z. B.
krankheiten eingesetzt wird.
mit Dapson.
Laktoseintoleranz
Bei Zöliakiebetroffenen kann im Zeitraum kurz vor bis nach der Diagnose zusätzlich eine
Laktoseintoleranz (Milchzuckerunverträglichkeit) auftreten. Diese ist eine Folge der
geschädigten Dünndarmschleimhaut (siehe „Die Dünndarmschleimhaut bei Zöliakie“, Seite
9). Bei Betroffenen führt die Aufnahme von besonders laktosehaltigen Lebensmitteln zu fortwährenden Symptomen wie Blähungen, Bauchschmerzen
und allgemein zu Mangelerscheinungen von Mineralien, Vitaminen etc. Neben der streng glutenfreien
Ernährung sollten Betroffene daher zudem Lebensmittel mit einem großen Laktosegehalt meiden, also
Abb. 20: Prävalenz von Laktoseintoleranz: Je
Milchprodukte (wie Vollmilch, Käse, Eis, usw.). dunkler der jeweilige Bereich ist, desto größer
Wenn selbst nach Regeneration der Dünndarm- ist die entsprechende Prävalenz. Japan 97,5%,
schleimhaut eine Laktoseintoleranz bestehen bleibt,
Deutschland 17,5% und Schweden 5%.
ist dies nicht mehr auf die Zöliakie, sondern auf einen Enzymmangel zurückzuführen.
ZÖLIAKIE - ASSOZIATIONEN
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Thema 11
Zöliakie - eine Autoimmunerkrankung
Zöliakie ist wie Rheuma, Multiple Sklerose und Typ-1-Diabetes eine Autoimmunerkrankung.
Bei einer Autoimmunerkrankung bekämpft das Immunsystem fälschlicherweise körpereigenes Gewebe. Der Name „Autoimmunerkrankung“ ist aus der Tatsache entstanden, dass
sich der Körper selbst bekämpft (griechisch autos = selbst), wodurch sich das Gewebe chronisch entzündet. Dabei halten die sogenannten T-Lymphozyten körpereigene Zellen irrtümlich
für einen Feind und greifen diesen daher an. T-Lymphozyten bilden eine Gruppe aus weißen
Blutzellen, die im Knochenmark erzeugt werden. Bei diesen Lymphozyten steht das „T“ im
Namen für den Thymus, in dem sich die Zellen entwickeln. Sie dienen im Normalfall der
Immunabwehr, indem sie Körperzellen auf krankhafte Veränderungen untersuchen, also
zwischen körpereigenen und -fremden Eiweißmolekülen unterscheiden. Solange dies funktioniert und eine Immunreaktion vermieden wird, ist von einer Selbsttoleranz bzw. von einer
Immuntoleranz die Rede.
Eine Autoimmunkrankheit ist also auf eine falsche Reaktion des Immunsystems zurückzuführen, wobei sich der natürliche Schutzmechanismus durch die T-Lymphozyten gegen den
Körper wendet.
Antikörper
Als Antikörper bezeichnet man Proteine (Eiweiße), welche als Reaktion auf sogenannte Antigene entstehen. Sie entstammen der Klasse der Globuline (Speicherproteine). Antikörper stehen normalerweise im Dienste des Immunsystems und werden von den B-Lymphozyten, einer
Klasse weißer Blutzellen, produziert. Bei Zöliakie wird eine dem Patienten entnommene
Blutprobe auf IgA-Antikörper (Immunglobulin A) gegen Gewebstransglutaminase (GTG)
oder auf IgA-Antikörper gegen Endomysium (EmA) getestet (siehe „Serologische Diagnostik“, Seite 23). Immunglobulin A ist dabei ein Antikörper, der eine essentielle Abwehrbarriere
gegen Krankheitserreger bildet. Bei Zöliakie bekämpft er allerdings körpereigenes Gewebe,
vor allem das Endomysium. Endomysium bildet normalerweise eine Schicht aus
Bindegewebe, welche vorwiegend für die Reißfestigkeit der Muskeln bedeutsam ist.
ZÖLIAKIE - EINE AUTOIMMUNERKRANKUNG
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Thema 11
Behandlung
Die bis heute einzig mögliche Behandlung einer Zöliakie stellt eine lebenslange Diät auf
streng glutenfreie Nahrung dar. Bei penibler Einhaltung der Diät setzt schon schnell eine
Besserung der Beschwerden ein. Dabei sollte sich der Dünndarm spätestens nach 12 Monaten
vollständig regeneriert und seine natürliche Resorptionsleistung erreicht haben. Dadurch können zudem mögliche langfristige Komplikationen vermieden werden.
In der ersten Zeit der Diät werden vom Arzt des öfteren Nahrungsergänzungsmittel verschrieben, um die Mangelerscheinungen möglichst schnell in den Griff zu bekommen.
Besonders der Mangel an Eisen, Kalzium, Magnesium und Vitamin B12 tritt bei Zöliakiebetroffenen zum Zeitpunkt der Diagnose regelmäßig auf.
Hinsichtlich der streng glutenfreien Diät ist eine Aufklärung über versteckte Glutenquellen
(siehe „Verstecke Glutenquellen“, Seite 15) zwingend notwendig. Vor allem wenn der Patient
zusätzlich von einer Begleiterkrankung betroffen ist, wie etwa Diabetes mellitus Typ 1 (siehe
„Assoziationen mit Zöliakie“, Seite 26), sollte eine Beratung durch eine qualifizierte
Ernährungsfachkraft mit dem Aspekt auf die Diät beider Erkrankungen stattfinden. Bei
Kindern sollte insbesondere das Wachstum bzw. die körperliche Entwicklung bei regelmäßig
durchgeführten Kontrollen vom Arzt beobachtet werden, um eine Wachstumsstörung frühzeitig erkennen und behandeln zu können.
Beachtet man diese Punkte stellt die glutenfreie Ernährung und damit ein beschwerdefreies
Leben als Zöliakieerkrankter nach einer gewissen Zeit keine Schwierigkeit mehr dar.
Kann man Zöliakie vorbeugen?
Laut der neusten Studie „New therapeutic strategies for celiac disease“ (Lerner A et al., 2010)
soll Zöliakie bestmöglich vorgebeugt werden können, indem ein Neugeborenes in den ersten
Monaten nach der Geburt kein Gluten zu sich nimmt. Zwischen dem vierten und dem siebten
Monat sollte dann stufenweise glutenhaltige Kost zusätzlich zur Muttermilch verabreicht
werden. Diese Maßnahme soll die Entwicklung einer Zöliakie verhindern bzw. immerhin die
Manifestation der Krankheit verzögern können.
ZÖLIAKIE - DAS KLINISCHE BILD
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Thema 11
Nachwort
Die Diagnose von Zöliakie bzw. von glutsensitiver Enteropathie wird einen Betroffenen im
ersten Moment zwar hart treffen, ihm vielleicht den Boden unter den Füßen wegreißen und in
einen Schockzustand versetzen, doch nach einer gewissen Zeit wird man gelernt haben, mit
der Krankheit umzugehen und sich in sein Schicksal zu fügen.
Auch wenn der Verzicht auf jegliche glutenhaltige Nahrung einen großen Verlust darstellt,
wird man sich dennoch ausgewogen und ebenso vielseitig ernähren können, da mittlerweile
eine Vielzahl von glutenfreien Alternativprodukten - wenn auch zu einem deutlich höheren
Preis - für Zöliakiekranke zur Verfügung stehen. Trösten kann man sich als Betroffener vielleicht mit der Tatsache, dass man bei dieser Autoimmunerkrankung lebenslang keine Medikamente zu sich nehmen muss, sondern „nur“ auf einen Teil der Nahrung verzichtet.
Die Vorstellung ein Betroffener der Zöliakie zu sein ist angesichts der hohen Prävalenz nicht
unwahrscheinlich. Immerhin sind schätzungsweise über 2,7 Milliarden Menschen der
weltweiten Bevölkerung bereits jetzt von Zöliakie betroffen, auch wenn diese bei dem
Großteil der Erkrankten noch nicht diagnostiziert wurde.
Aufgrund dieser hohen Prävalenz von Zöliakie wird intensiv an der Entwicklung von verschiedensten Behandlungsmöglichkeiten geforscht, wobei momentan drei Ansätze verfolgt
werden: Das Ziel eines Ansatzes ist es, durch einen medikamentösen Einsatz den Grenzwert
bei Zöliakiebetroffenen so zu lockern, dass kleinere Mengen an Gluten in Verbindung mit
einem Medikament beschwerdefrei und ohne Folgen aufgenommen werden können. Besonders die Entwicklung von Glutenasen soll dabei einen erfolgsversprechenden Ansatz
darstellen. Als ein weiterer Ansatz wird die Möglichkeit einer Impfung erforscht, wodurch die
glutenfreie Ernährung überflüssig werden könnte. Als letzter Ansatz gilt die Möglichkeit,
bereits beim Getreide anzusetzen, indem man die Pflanze genetisch so verändert, dass das
Gluten aus ihr verschwindet.
Da die Prävalenz von Zöliakie weltweit stetig steigt, ist davon auszugehen, dass uns diese
Krankheit auch in ferner Zukunft noch beschäftigen wird. Gerade in Afrika sollte man damit
rechnen, dass die großen Weizenimporte, aufgrund derer glutenärmerer, heimischer Wildweizen kaum noch verzehrt wird, zukünftig mit einer steigenden Anzahl von Zöliakiefällen
einhergehen.
Für an Zöliakie Interessierte oder bereits selbst Erkranke stellt die DZG (Deutsche Zöliakie
Gesellschaft) auf ihrer Internetseite umfangreiche Berichte zu Themen wie glutenfreie
Ernährung, Tipps für den glutenfreien Alltag, medizinische Berichte zum aktuellen
Forschungsstand etc. zusammen. Link: www.dzg-online.de
ZÖLIAKIE - DAS KLINISCHE BILD
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Thema 11
Quellenverzeichnis
Abbildungen:
Seite: Abb.- Link oder Buchname:
Nr.:
1
1
http://www.naturkostkorzer.de/files/glutenfrei..jpg
8
2
http://www.magen.hexal.de/grundwissen/_images/duenndarm.jpg
8
3
W. Siegenthaler, W. Kaufmann, H. Hornbostel, H. D. Waller: Lehrbuch der inneren Medizin,
Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, 1987, S. 967
9
4
W. Siegenthaler, W. Kaufmann, H. Hornbostel, H. D. Waller: Lehrbuch der inneren Medizin,
Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, 1987, S. 967
9
5
http://user.medunigraz.at/helmut.hinghofer-szalkay/small_intestine.jpg
10
6
Eigene Produktion, Vorlage: Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG
Medizin, 2010
10
7
Eigene Produktion
10
8
Eigene Produktion
11
9
http://www.apotheken-umschau.de/multimedia/17/43/298/83322101777.jpg
12
10
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010
12
11
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010
12
12
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010
12
13
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010
13
14
http://files.dr-barbara-hendel.de/files/uploads/blog/wenn-muesli-brot-und-nudelnkrank-machen.jpg
14
15
http://vollwert-blog.de/wp-content/uploads/2013/06/Getreideauswahl.jpg
14
16
http://www.kalorio.de/Img/BPics/Mais.jpg
15
17
http://www.naturallandfree.com/wp-content/uploads/2014/03/
naturall_sd_produktheader_penne_streifen.jpg
19
18
Eigene Produktion
27
19
Eigene Produktion
27
20
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/thumb/6/67/
Laktoseintoleranz-1.svg/2000px-Laktoseintoleranz-1.svg.png
ZÖLIAKIE - DAS KLINISCHE BILD
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Thema 11
Inhalt:
Thema:
Link oder Buchname:
Allgemeines zur
Zöliakie
W. Siegenthaler, W. Kaufmann, H. Hornbostel, H. D. Waller: Lehrbuch der inneren Medizin, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, 1987, S. 966-970
Allgemeines zur
Zöliakie
Karl-Hein Niessen: Pädiatrie, edition medizin, VCH Verlagsgesellschaft mbH, Weinheim, 1989, S. 110 ff, 112, 117, 122, 155, 231
Jahresverbrauch von
Nahrungsmittel je
Kopf
Bundesanstalt für Landwirtschaft und Ernährung (BLE), 2010: Statistisches Jahrbuch über
Ernährung, Landwirtschaft und Forsten, Bonn, (206. Verbrauch von Nahrungsmittel je
Kopf)
Glutenfreie
Lebensmittel
Glutenfreie Lebensmittel, http://www.was-ist-zoeliakie.de/glutenfreie-lebensmittel/
Eigenschaften von
Mais
Mais das Märchen vom glutenfreien Allheilmittel, http://www.kochwerte.de/artikel/
mais-das-maerchen-vom-glutenfreien-allheilmittel
Glutenfreie Mehle
Springlane, Glutenfrei backen: So lässt sich Weizenmehl einfach ersetzen, https://
www.springlane.de/magazin/glutenfrei-backen-laesst-sich-weizenmehl-einfach-ersetzen/#glutenfreie-mehle
Versteckte
Glutenquellen
DEBInet, Verbotene und erlaubte Lebensmittel, http://www.ernaehrung.de/tipps/zoeliakie/
zoli13.php
Versteckte
Glutenquellen
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V., Hier kann Gluten enthalten sein, http://www.dzg-online.de/hier-kann-gluten-enthalten-sein.30.0.html
Prävalenz der
Zöliakie in den 80er
W. Siegenthaler, W. Kaufmann, H. Hornbostel, H. D. Waller: Lehrbuch der inneren Medizin, Georg Thieme Verlag Stuttgart/New York, 1987, S. 966
Prävalenz der
Zöliakie
QUERFOOD, Häufigkeit von Zöliakie, http://www.querfood.de/Haeufigkeit-von-Zoeliakie:_:1065.html
Prävalenz der
Zöliakie
EUFIC, Zöliakie in Europa auf dem Vormarsch, http://www.eufic.org/article/de/artid/
Coeliac-disease-on-the-rise-in-Europe/, 11/2012
Prävalenz der
Zöliakie
Dr. Falk Farmer GmbH, Freiburg, Georg Thieme Verlag KG Stuttgart/New York,
Gluten-induzierte Enteropathie - Zöliakie: ein unterschätztes Krankheitsbild, https://www.thiemeconnect.com/products/ejournals/html/10.1055/s-0034-1397323, 09/2014
Prävalenz der
Zöliakie
Welt-Zöliakie-Tag, Was ist Zöliakie/Sprue?, http://www.welt-zoeliakie-tag.de/was-istzoeliakie, 27.06.2014
Verlaufsformen der
Zöliakie
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V., Definitionen, http://www.dzg-online.de/definitionen.358.0.html
Verlaufsformen der
Zöliakie
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010
Symptome
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010
AutoImmunerkrankungen
Bettina Dobe, Was sind Auto-Immunerkrankungen?, http://www.apotheken-umschau.de/
Immunsystem/Was-sind-Autoimmun-Erkrankungen-208757.html, 29.02.2016
Assoziationen mit
Zöliakie
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V., Autoimmunerkrankungen, https://www.dzg-online.de/autoimmunerkrankungen.349.0.html
Antikörper
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V., Antikörper, http://www.dzg-online.de/antikoerper.
359.0.html
Antikörper
Gesundheitsportal, Antikörper gegen Endomysium (IgA), https://www.gesundheit.gv.at/
Portal.Node/ghp/public/content/labor/referenzwerte/laborwerte-ttga-igattaaq3.html, 23.05.2014
ZÖLIAKIE - DAS KLINISCHE BILD
!32
Thema 11
Thema:
Link oder Buchname:
Historie der Zöliakie
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010, S. 8
Diagnose
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010, S. 19-20, 28
Symptome der
Zöliakie
Deutsche Zöliakie Gesellschaft e. V.: Zöliakie/Sprue, DZG Medizin, 2010, S. 24-25
ZÖLIAKIE - DAS KLINISCHE BILD
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Thema 12
Thema 12
Lebensmittelfarbstoffe
Anna Bella Rohweder
Inhalt:
1. Lebensmittelfarbstoffe
S. 2
2. Farbigkeit
S. 3
•
Über die Eigenschaften von Licht
S. 3
•
Anregung von Elektronen
S. 4
•
Absorption von Lichtquanten als Energie durch anregbare
•
Elektronen in farbigen Molekülen
S. 5
3. Unterscheidung von Lebensmittelfarbstoffen
S. 7
•
Natürliche Farbstoffe
S. 7
•
Naturidentische Farbstoffe
S. 8
•
Synthetische Farbstoffe
S. 8
•
Azofarbstoffe
S. 8
•
Synthese eines Azofarbstoffes
S. 9
4. Echter oder falscher Lachs
S. 12
5. Tabelle aller Lebensmittelfarbstoffe
S. 14
1
Thema 12
Lebensmittelfarbstoffe
Lebensmittelfarbstoffe gehören zu den Lebensmittelzusatzstoffen. Diese müssen von der
Lebensmittelindustrie auf Verpackungen erkenntlich gemacht werden, weshalb jedem
Lebensmittelzusatzstoff eine Nummer zugeordnet ist, mit einem großen E davor. Die Gruppe
der Lebensmittelfarbstoffe ist erkennbar an den Nummern E-100 bis E-200.
Der durchschnittliche Verbraucher von Lebensmitteln aus dem Supermarkt hat eine
Vorstellung wie diese aussehen sollten, z.B. das Himbeerbonbons rot sein sollten oder Lachs
orange/rosa. Um diese Erwartungen zu erfüllen, welche auch teilweise durch Werbung mit
Bildern entstanden, werden Lebensmittel gefärbt. Oft werden gefärbte Lebensmittel den
ungefärbten vorgezogen, da sie beispielsweise frischer erscheinen. Auch werden durch die
Färbung von Lebensmitteln eventuelle verarbeitungsbedingte Farbveränderungen oder
Farbverluste wieder ausgeglichen, z.B. bei Fruchtjoghurt. Heutzutage werden Lebensmittel
auch gefärbt um aus der Masse ungefärbter Lebensmittel herauszustechen, wodurch sie dann
ungewöhnlich, witzig oder absurd erscheinen und somit auch anziehend wirken können, wie
z.B. blaue Erdbeeren.
Allerdings sind nicht alle Zusatzstoffe ungefährlich für den Menschen und gut verträglich.
Aus diesem Grund wurde für viele Lebnsmittelzusatzstoffe und somit auch für Farbstoffe ist
ein ADI-Wert definiert, an welchem erkennbar ist, wie schädlich oder unbedenklich ein
bestimmter Zusatzstoff ist. ADI steht für den englischen Ausdruck „Acceptable Daily Intake“
welcher mit „erlaubte Tagesdosis“ ins Deutsche übersetzt werden kann. Der ADI ist in mg pro
kg Körpergewicht definiert. Er definiert die Dosis, welche ein Mensch lebenslänglich, pro
Tag, zu sich nehmen kann, ohne das schädliche Auswirkungen zu erwarten sind. Ermittelt
wird der ADI an Tierversuchen. Hierbei wird ein Stoff einer Ratte zugefügt, bis
gesundheitsschädigende Reaktionen festgestellt werden können. Diese Dosis wird dann auf
das Körpergewicht eines Menschen umgerechnet und durch den Sicherheitsfaktor 100 geteilt.
Die Geschichte der Farbstoffe ist sehr lang und reicht sogar zurück bis zu der Zeit der
Ägypter, welche schon mit Indigo färbten. Am interessantesten ist die Entwicklung der
Lebensmittelfarbstoffe allerdings ab dem 19. Jahrhundert. Mitte des 19. Jahrhunderts wurde
der erste synthetische Farbstoff Mauvein entdeckt (1856), welcher allerdings nicht als
Lebensmittelfarbstoff eingesetzt wurde. Gegen Ende des 19. Jahrhunderts wurden viele
weitere synthetische Farbstoffe entdeckt, welche hauptsächlich für Textilien genutzt wurden.
2
Thema 12
Auch schon einige Azofarbstoffe wurden synthetisiert, welche meist auf Erdöl- oder Teerbasis
aufgebaut waren. Um 1975 gab es allerdings noch keine Gesetzte, die definierten, welche
Substanzen in Lebensmitteln enthalten sein durften und welche nicht. Auch war man sich
Teilweise gar nicht der Giftigkeit mancher Stoffe bewusst und so wurde zu dieser Zeit noch
Käse mit Quecksilber, Zuckerwaren mit Bleioxiden und Wein mit Fuchsien gefärbt. Erst 1887
wurde
das
erste
Gesetzt
zum
Verbot
von
Einsatz
von
schwermetallhaltigen
Lebensmittelzusatzstoffen verabschiedet. Im Laufe der Jahre wurden immer mehr
synthetische
Farbstoffe
verboten. Von
ehemals
(1970)
80
gesundheitsschädlichen
Zusatzstoffen sind nur noch sieben zugelassen. Erst 1993 wurde europaweit das
Lebensmittelgesetz einigermaßen angeglichen. Auch heute sind immer noch nicht alle Nebenoder Langzeitwirkungen von Lebensmittelzusatzstoffen bekannt und es gibt Differenzen der
Länder was das Lebensmittelgesetz und die Zulassung einzelner Stoffe betrifft.
Farbigkeit
Um zu verstehen, warum uns Dinge farbig erscheinen, muss man die Eigenschaften von Licht
betrachten, die Eigenschaft von Elektronen angeregt zu werden und Die Eigenschaft von
Dingen Licht zu absorbieren. Verbindet man dann diese Vorkenntnisse miteinander, so ist es
ein Leichtes nachzuvollziehen, warum wir in einer bunten Welt leben.
Über die Eigenschaften von Licht
Licht spielt in der Erklärung der Farbigkeit eine der größten Rollen, denn ohne Licht sehen
wir auch keine Farben. Wenn wir von Licht sprechen meinen wir damit meist den Bereich der
elektromagnetischen Strahlung, der für uns sichtbar ist. In der Physik gilt als Licht aber auch
der gesamte Bereich der Elektromagnetischen Strahlung.
Elektromagnetische Strahlen haben unterschiedliche Längen welche in Nanometern (nm)
gemessen werden. Die für uns als Licht sichtbaren Strahlen haben eine Länge von 380-780
nm. Dieser Bereich wird auch VIS-Bereich genannt, was sich von dem englischen Wort
visible ableitet. Sind die Wellenlängen des Lichtes kürzer als 380 nm befindet man sich im
Bereich der Ultraviolettstrahlung (kurz UV-Strahlung). Sind die Wellen länger als 780 nm
spricht man von der Infrarotstrahlung (kurz IR-Strahlung).
3
Thema 12
Licht welches uns als weiß erscheint setzt sich aus Licht aller Farbspektren zusammen, wobei
jede Farbe von Licht eine andere Wellenlänge hat.
Anfang des 20. Jahrhunderts fand Albert Einstein heraus, das Licht nicht nur in Form von
wellenförmigen Strahlen zu betrachten ist, sonder auch als Strom von Energiepaketen
definiert werden kann. Diese Energiepakete nennen wir Photonen. Die Energie eines Photons
(E) hängt mit der Wellenlänge des Lichtes (λ) zusammen.
E = (h·c) / λ
( h·c = const.)
Das bedeutet, je langwelliger das Licht ist, desto geringer ist die Energie der Photonen.
Außerdem kann Licht absorbiert werden, von Molekülen welche fähig sind Energie
aufzunehmen, wie z.B. anregbare Elektronen. Diese Moleküle nehmen dann eine bestimmte
Menge an Photonen auf.
Anregung von Elektronen
Wenn davon gesprochen wird ein Elektron anzuregen ist damit gemeint es auf ein höheres
Energieniveau anzuheben. Dies passiert durch die Zufuhr von Energie. Allerdings
unterscheiden sich die Energieniveaus um einen ganz bestimmten Betrag an Energie und
genau dieser muss von dem Elektron absorbiert werden, damit es auf ein höheres Niveau
angehoben wird. Die Energie muss also genau dem Betrag entsprechen, welcher den
Unterschied ausmacht, zwischen der höchsten Energie des niedrigeren Niveaus und der
geringsten Energiemenge die für das höhere Energieniveau nötig ist. Und auch nur diese
Menge an Energie kann von einem Elektron absorbiert werden, denn jedes Elektron kann nur
eine bestimmte Menge an Energie aufnehmen. An Hand des Bohrschen Atommodells ist dies
gut nachvollziehbar.
4
Thema 12
Wenn davon ausgegangen wird, dass sich
die negativ geladenen Elektronen auf
verschiedenen Bahnen (den Schalen des
Modells) um den positiv geladenen Kern
befinden, dann entspricht jede Schale
einem
Energieniveau.
Zwischen
den
Schalen können die Elektronen sich nicht
aufhalten, was deutlich macht, dass sie
immer nur bestimmte und nicht beliebige
Mengen von Energie aufnehmen können.
Durch die Absorption von dieser bestimmten Energiemenge (in diesem Beispiel entspräche
die Menge dem Energieunterschied von der K- zur L-Schale) kann ein Elektron eine Schale
weiter nach außen „springen“. Durch die größere Menge an negativer Ladung stößt das
Elektron sich quasi weiter vom positiv geladenen Kern ab. Sobald die Energiezufuhr beendet
wird springt es wieder zurück.
Absorption von Lichtquanten als Energie durch anregbare Elektronen in
farbigen Molekülen
Alle farbigen Moleküle enthalten anregbare Elektronen, z.B. in Doppelbindungen oder als
delokalisierte Elektronen wie beim Benzol. Wenn diese Elektronen nun von Licht angestrahlt
werden, werden sie angeregt und absorbieren dabei Energie. Bei dieser Energie handelt es
sich um Photonen. Da ein Elektron immer eine ganz bestimmte Menge an Energie benötigt
um auf ein höheres Energieniveau gehoben zu werden, absorbiert es auch nur genau diese
Menge. In diesem fall entspricht diese Menge einer bestimmten Anzahl an Photonen und
somit einer bestimmten Wellenlänge eines Lichtstrahls. Und da jede Wellenlänge von Licht
einem anderen Farbbereich entspricht, wird auch immer ein anderer Farbbereich absorbiert.
Als farbig sehen wir dann das Licht, welches nicht absorbiert, sondern reflektiert wird. Dies
entspricht immer genau der Komplementärfarbe zu dem absorbiertem Licht. Ein Beispiel
hierfür ist der grüne Pflanzenfarbstoff Chlorophyll. Er absorbiert Lichtstrahlen die ca. einer
Länge von 600 nm entsprechen und somit rot scheinen. Reflektiert wird dann die Farbe,
welche von dem weißen Licht über bleibt, die Komplementärfarbe zu rot, grün.
Unterschiedliche Farben sehen wir also aus dem Grund, dass alle Elektronen unterschiedlich
5
Thema 12
viel Energie benötigen um angeregt zu werden.
Farbkreis: In der Mitte die drei
Grundfarben, an welche sich jene
anschließen die aus ihrer Mischung
entstehen. In dem äußeren Kreis steht
jede Farbe ihrer Komplementärfarbe
gegenüber.
Die wichtigste Eigenschaft eines farbigen Moleküls muss also diese sein, Licht absorbieren zu
können. Für diese Funktion sind in jedem Farbstoff die Chromophoren zuständig, welche
auch Farbträger genannt werden. Wichtig ist dabei, dass diese Chromophoren delokalisierte
Elektronen enthalten, z.B. in Form von Doppelbindungen. Delokalisiert bedeutet hierbei, dass
ein Elektronenpaar nicht eindeutig einem Atom zuzuordnen ist. Oft sind dies Doppel- oder
Dreifachbindungen, da diese reaktionsfreudig sind und sich aus diesem Grund schnell mit
einem anderen Atom binden und ihre Position quasi wechseln.
Hier ein Beispiel für delokalisierte Elektronenpaare am Beispiel Azobenzol, des einfachsten
Azofarbstoffes:
6
Thema 12
Verschiede Chromophore,
welche alle Doppelbindungen
mit anregbaren Elektronen
enthalten.
Unterscheidung von Lebensmittelfarbstoffen
Die Lebensmittelfarbstoffe lassen sich in drei Hauptgruppen unterteilen. Die natürlichen
Farbstoffe, die naturidentischen Farbstoffe und die synthetischen Farbstoffe.
Natürliche Farbstoffe
Die natürlichen Farbstoffe werden aus natürlichen Rohstoffen, pflanzlichem oder tierischem
Ursprungs gewonnen. Wie z.B. das Chlorophyll, welches in der Natur als grüner
Pflanzenfarbstoff vorkommt, oder der Farbstoff Karmin, welcher aus der Cochenilleblattlaus
gewonnen wird. Eine große Untergruppe der natürlichen Farbstoffe sind die Carotinoide,
welche in vielen Lebensmitteln von Natur aus enthalten sind, welche aber auch extrahiert und
dann neu verwendet werden. Carotinoide sind z.B. in Karotten, Tomaten, Paprika, Orangen
aber auch in Hummer und Lachs enthalten. Das wohl bekannteste ist der Farbstoff aus der
Karotte, das β-Carotin.
Strukturformel des Beta-Carotins.
7
Thema 12
Naturidentische Farbstoffe
Naturidentische Farbstoffe kommen auch in der Natur vor, werden aber inzwischen
synthetisch hergestellt, meist aus wirtschaftlichen Gründen. So z.B. auch der gelbe Farbstoff
Riboflavin, welcher in Milch, Eiern und Hefe natürlich vorkommt. Das erste mal wurde er aus
Milch isoliert, unter dem Namen Lactoflavin. Heutzutage wird er synthetisch hergestellt, hat
aber noch genau die gleiche Struktur wie der natürliche Farbstoff und findet Verwendung in
Puddingpulver oder Gebäck.
Synthetische Farbstoffe
Die synthetischen Farbstoffe werden industriell hergestellt. Der erste synthetische Farbstoff
war Mauvein, welcher 1856 das erste Mal synthetisiert wurde. Die synthetischen Farbstoffe
teilen
sich
in
viele
Untergruppen,
welche
hauptsächlich
nach
unterschiedlichen
Chromophoren unterteilt sind. Z.B. gibt es die Triarylmethanfarbstoffe zu denen Patentblau V
oder Brillantsäuregrün AS gehören. Verwendet werden sie meist in Süßwaren oder Getränken.
Da sie zu großen Teil unverändert wieder ausgeschieden werden gelten sie als relativ
unproblematisch.
Azofarbstoffe
Die größte Gruppe der synthetischen Farbstoffe bilden die Azofarbstoffe Sie enthalten als
Chromophor alle die Azogruppe, welche aus zwei Stickstoffatomen besteht die durch eine
Doppelbindung verbunden sind. Die allgemeine Formel der Azofarbstoffe lautet
dementsprechend so: R₁
-N=N-R₂. Beide Reste sind in der Regel aromatisch (wie z.B. ein
Benzolring). Ausgangskomponente für einen solchen Farbstoff ist aromatisches Amin
(Derivat von Ammoniak), wie z.B. Anilin welches aus einem Benzolring und einer
Aminogruppe besteht. Die Aminogruppe ist hierbei sehr wichtig, da ihr freier Bindungsarm
benötigt wird und in allen Ammoniakabkömmlingen enthalten. In der Industrie sind diese
Farbstoffe sehr beliebt, da sie gut mischbar und farbecht sind und besonders kräftige Farben
erzielen. Allerdings gelten viele der Azofarbstoffe als Krebserregend, stehen im Verdacht
ADHS oder Asthma auszulösen, oder sind sehr giftig, so wie Buttergelb, welches schon 1938
verboten wurde.
8
Thema 12
Synthese eines Azofarbstoffes
Die Herstellung von Azofarbstoffen ist in zwei Schritte unterteilt, wobei sich der erste
wiederum in zwei Schritte unterteilt:
1. Diazotierung
a) Bildung des Nitrosylkations
b) Bildung des Diazoniumions
2. Azokupplung
Als Beispiel dient nun die Betrachtung der Synthese des Farbstoffes Orange II. Für diese
benötigt man Beta-Naphtol als Aromaten, Sulfanilsäure als Anelinderivat (incl. Aminogruppe)
außerdem Natriumnitrit, Essigsäure und Ethanol.
1. a)
Als erstes reagiert das Natriumnitrit mit der Essigsäure und wird zu Salpetriger Säure und
Natriumacetat. Die Salpetrige Säure reagiert dann weiter im sauren Millieu, wodurch sich
das Nitrosylkation von dem Rest isoliert. Dieses ist durch seine vielen Bindungsarme stark
elektrophil.
9
Thema 12
b)
Daraufhin verbindet sich die Sulfanilsäure mit dem Nitrosylkation zu dem Diazoniumion. Es
ist wichtig, dass hier ein Substituent mit einer Aminogruppe verwendet wird, da der freie
Bindungsarm des Stickstoffes sich mit dem Stickstoffatom des Nitrosylkations verbinden kann.
Dadurch entsteht dann eine Doppelbindung zwischen zwei Stickstoffatomen und somit die
Azogruppe. Die zwei Wasserstoffatome und das Sauerstoffatom werden zu einem Rest aus
Wasser. Dieses Diazoniumion eignet sich auch für eine Mesomerie, bei welcher ein freier
Bindungsarm eines Stickstoffatoms sich auch noch mit dem zweiten verbindet, wodurch dann
eine Dreifachbindung entsteht.
10
Thema 12
2.
Der letzte Schritt ist die Azokupplung, bei welcher sich das Diazoniumion mit dem BetaNaphtol verbindet. Da das Diazoniumion einen starken elektrophilen Charakter besitzt
verbindet es sich leicht mit dem Benzolring des Beta-Naphtols. Aus diesem wird ein
Wasserstoffatom entfernt, welches den Rest zu H₃
O werden lässt.
Orange II
C₁
₆
H₁
₁
N₂
NaO₄
S
Als Endprodukt ist nun der Azofarbstoff Orange II entstanden, welcher allerdings nicht zu den
Lebensmittelfarbstoffen zählt sondern hier nur als Beispiel diente. Er wird für die Färbung
von Wolle, Seide und Kosmetik verwendet.
11
Thema 12
Echter oder falscher Lachs
Im Laufe dieses Referates habe ich auch einen Versuch durchgeführt, dessen Verlauf und
Erklärung ich nun schildern werde. Bei dem Versuch ging es darum, echten Lachs von
gefärbtem Lachsersatz zu unterscheiden
Versuchsbeschreibung
Aufbau:
Lachs, Lachsersatz, Ethanol, zwei Reagenzgläser
Durchführung:
Der Lachs und der Lachsersatz wurden jeweils in eins der Reagenzgläser gefüllt. Danach
wurden beide Proben mit Ethanol übergossen und die Reagenzgläser verschlossen und kräftig
geschüttelt.
Beobachtung:
Das Ethanol in dem Reagenzglas mit dem Lachsersatz färbe sich leicht orange, das Ethanol in
dem Glas mit dem echten Lachs blieb komplett farblos.
Erklärung:
Lachs erhält seine orangene Färbung durch die Einlagerung von Astaxanthin. Astaxanthin ist
ein Carotinoid und ist in bestimmten Algenarten aufzufinden, welche es produzieren. Diese
Algen werden dann von kleinen Krebstierchen gefressen und lagern das Astaxanthin in ihren
Schalen ein. Diese Krebstierchen stellen die Hauptnahrungsquelle der Lachse da. Da der
Lachs den Farbstoff in seinem Muskelgewebe einlagert kann er auch durch eine Behandlung
mit Ethanol nicht aus dem Fleisch gelöst werden.
Die Strukturformel von Astaxanthin
12
Thema 12
Bei der Herstellung von Lachsersatz wird Fisch verwendet, der sowohl günstiger, als auch
farbloser ist als Lachs, wie z.B. der Köhler. Der Köhler oder auch Kohlfisch ist auch unter
dem Namen Seelachs bekannt, gehört allerdings nicht zur Familie de Lachse. Dieser Fisch
wird dann mit Farbstoffen behandelt. Bei diesen Farbstoffen handelt es sich um die beiden
Azofarbstoffe Gelborange S und Cochenillerot A. Diese werden verwendet, da sie die für
Azofarbstoffe typische Eigenschaft haben, sich gut mischen zu lassen, so dass aus Rot und
Relb ein kräftiges Orange entsteht. Da der Lachsersatz nur äußerlich mit den Farbstoffen
behandelt wurde lassen diese sich durch Ethanol von dem Fleisch lösen. Lachsersatz ist in
jedem Supermarkt unter diesem Namen erhältlich und unterscheidet sich äußerlich tatsächlich
kaum von echtem Lachs.
Gelborange S ist die Nummer E 110 zugeordnet und ein ADI Wert von 1,0, welcher 2005 von
2,5 gesenkt wurde.
Cochenillerot A ist die Nummer E 124 zugeordnet und ein ADI Wert von lediglich 0,7. Es
wird als krebserregend eingestuft und steht im Verdacht Symptome des ADHS auszulösen und
an der Auslösung von Neurodermitis und Asthma beteiligt zu sein. Auf Produkten welche den
Farbstoff enthalten muss ein Warnhinweis stehen, welcher darauf hinweist, dass das Produkt
die Aufmerksamkeit von Kindern beeinflussen kann. In den USA, Finnland und Norwegen ist
Cochenillerot A bereits verboten.
Cochenillerot A
Gelborange S
Der geringe ADI beider Farbstoffe ist schon ein Hinweis für negative Auswirkung auf den
Menschlichen Körper. Denn durch den ADI ist die tägliche Dosis eines Stoffes definiert, die
unbedenklich aufgenommen werden kann. Und je geringer diese Dosis ist, desto bedenklicher
ist der Zusatzstoff.
13
Thema 12
Tabelle aller Lebensmittelfarbstoffe
E Nummer
Name
Farbe
E 100
Curcumin
Orange-gelb
E 101
Riboflavin
Gelb
E 101 a
Riboflavin-5Phosphat
Gelb
E 102
Tartrazin
Gelb
7,5
E 104
Chinolingelb
Grün-gelb
0,5
E 110
Gelborange S
Gelb-orange
1
E 120
Karmin
Rot
5
E 122
Azorubin
Rot
4
E 123
Amaranth
Rot
0,8
E 124
Cochenillerot A
Rot
0,7
E 127
Erythrosin
Rot
0,1
E 129
Allurarot AC
Rot
7
E 131
Patentblau V
Hellblau
15
E 132
Indigotin I
Dunkelblau
5
E 133
Brillantblau FCF
Hellblau
0,1
E 140
Chlorophylle
Grün
E 141
Kupferhaltige
Komplexe des
Chlorophylle
Grün
15
E 142
Grün S
Grün
5
E 150 a
Zuckerkulör
Braun
E 150 b
SulfitlaugenZuckerkulör
Braun
300
(für E 150 a-d
zusammen)
E 150 c
AmmoniakZuckerkulör
Braun
E 150 d
AmmonsulfitZuckerkulör
Braun
E 151
Brillantschwarz BN
Schwarz
E 153
Pflanzenkohle
Schwarz
E 154
Braun FK
Braun
0,15
E 155
Braun HT
Braun
3
E 160 a
Beta-Carotin
Orange-gelb
5
14
ADI
5
Thema 12
E 160 b
Antto, Bixin,
Norbixin
Gelb-orange
E 160 c
Capsanthin
Orange-rot
E 160 d
Lycopin
Orange
E 160 e
Beta-apo-8-Carotinal Orange-rot
E 160 f
Beta-apo-8Carotinsäureethylester
Orange-rot bis gelb
5
E 161 b
Lutein
Gelb
2
E 161 g
Canthaxanthin
Orange-rot
0,05
E 162
Betanin
Rot-violett
E 163
Anthocyane
Rot, blau, braun
E 170
Calciumcarbonat
Weiß
E 171
Titandioxid
Weiß
E 172
Eisenoxide und
-hydroxide
Gelb, rot, schwarz
E 173
Aluminium
Metallisch
E 174
Silber
Silber
E 175
Gold
Gold
E 180
Litholrubin BK
Rot
Quellenverzeichnis:
www.Wikipedia.de
www.chemie.de
www.chids.de
www.grin.com
www.youtube.de/sofatutor
www.youtube.de/theSimpleChemics
www.ChemieLV.net
15
1,5 für die Summe
von Bixin und
Norbixin
2,5 für Anatto
5
0,14
1,5
THEMA 13
THEMA 13
Car e -Charlotte Ro berger
Inhaltsverzeichnis
Einleitung .............................................................................................................. 3
Kunststoffe ............................................................................................................ 4
Umweltverschmutzung durch Plastik ................................................................... 6
Was ist Bioplastik? ................................................................................................ 8
Die Zeichen, die unter anderem auf Bioplastik hinweisen ..................................................... 9
Preisvergleich: (€/Kg)........................................................................................................... 10
Produktion im Laufe der Jahre: ............................................................................................ 10
1
THEMA 13
Polymilchsäure (C3H4O2) .................................................................................... 11
Aufbau:................................................................................................................................. 11
Herstellung: .......................................................................................................................... 12
Eigenschaften: ...................................................................................................................... 13
Verwendungsaspekte: .......................................................................................................... 13
PCL ...................................................................................................................... 14
Aufbau:................................................................................................................................. 14
Herstellung: .......................................................................................................................... 14
Eigenschaften: ...................................................................................................................... 14
Verwendungsaspekte: .......................................................................................................... 14
Celluloseester ...................................................................................................... 15
Geschichte: ........................................................................................................................... 15
Aufbau:................................................................................................................................. 15
Eigenschaften: ...................................................................................................................... 15
Verwendungsaspekte: .......................................................................................................... 15
Biokunststoffe aus Holz und anderen Naturstoffen ............................................ 16
Aufbau:................................................................................................................................. 16
Die Strukturformel von Lignin: ........................................................................................... 16
Herstellung: .......................................................................................................................... 16
Eigenschaften: ...................................................................................................................... 17
Verwendungsaspekte: .......................................................................................................... 17
Polyhydroxyalkanoate (PHA) ............................................................................. 18
Aufbau:................................................................................................................................. 18
Eigenschaften: ...................................................................................................................... 18
Verwendungsaspekte: .......................................................................................................... 18
Polyhydroxybutyrat (PHB).................................................................................. 19
Aufbau:................................................................................................................................. 19
Die Synthese von PHB:........................................................................................................ 19
Weitere Polykondensate ...................................................................................... 20
Aufbau:................................................................................................................................. 20
Schlusswort.......................................................................................................... 21
Quellennachweise ................................................................................................ 22
2
THEMA 13
Einleitung
Wir verschmutzen unsere Umwelt immer mehr, durch Müll, Abgase und vieles mehr. Unter
anderem spielt in der Umweltverschmutzung das Plastik eine große Rolle. Durch Plastik
entstehen immense Schäden, die noch viele weitere Folgen haben werden, die noch nicht
abzusehen sind.
Auf diese Schäden wurde ich in letzter Zeit, durch die Jahresarbeit eines Mitschülers, durch
Zeitungsartikel und anderes aufmerksam. Also entschloss ich mich, diesen Folgen und vor
allem der Vermeidung von solchen, auf den Grund zu gehen. Ich wollte zunächst an mir selber
arbeiten und begann zum Beispiel, durch die Verwendung von Glasflaschen auf den Gebrauch
von Plastik zu verzichten. Darüber hinaus Recherchierte ich, um Alternativen für Plastik zu
finden. Schnell stieß ich auf den Begriff „Bioplastik“ der mir zunächst nichts sagte, aber mein
Interesse weckte.
Ich bemerkte, dass „Bioplastik“ ein weitreichendes Thema ist, dass ich nun in dieser Hausarbeit
behandeln werde. Ich werde noch allgemein auf Kunststoffe eingehen und auf die
Umweltverschmutzung, die durch diese entsteht. Natürlich werden auch die Verschiedenen
Biokunststoffe nicht fehlen, genauso wenig wie deren Herstellung.
3
THEMA 13
Kunststoffe
Kunststoffe heißen Kunststoffe, da sie künstlich hergestellt werden, also in der Natur so nicht
vorzufinden sind und vom Menschen erarbeitet werden. Normale Kunststoffe werden auf
Erdölbasis hergestellt. Sie werden mittels Polymerisation, bei der viele Acetylenmoleküle unter
Einwirkung von Hitze und Druck zu langen Ketten zusammengefügt werden, erzeugt und die
entstandenen Ketten werden dann Polymere genannt. Wenn vorher verschiedene Moleküle
hinzugefügt werden, entstehen verschiedene Polymere:
+HCN ergibt:
CH2=CH-CN also
Orlon
+H2O ergibt: CH3COOH also
Essigsäure
H-C≡C-H
+HCl ergibt:
CH2=CH-Cl also
Kunststoffe
+CO2 +H2O ergibt
CH2=CH-COOH
also PLexiglas
+H-C≡C +H2 ergibt:
CH-CH=CH2 also
Kautschuk
Da Kunststoffe aus solch langen Ketten bestehen, sind sie sehr haltbar und es dauert
Jahrhunderte, bis sie wieder in ihre ursprünglichsten Bausteine, also CO2und H2O zersetzt
werden.
Kunststoffe prägen unseren Alltag sehr stark. In fast allem, was wir benutzen befindet sich
Plastik. So zum Beispiel, um nur einen kleinen Einblick zu bekommen: in Flaschen und
Verpackungen aller Art, Kleidung und anderen Textilien, in Kosmetika, elektronischen Geräten
und nicht zuletzt in Fenstern, Türen und Gartengeräten. Am meisten in der Kritik stehen
Plastiktüten, da sie meist nur für ein paar Minuten gebraucht werden, obwohl sie Jahrhunderte
bestehen bleiben, wenn sie einfach in die Landschaft geworfen werden. Und außerdem werden
Plastiktüten in Unmengen verbraucht. So verbraucht jeder Europäer im Jahr fast 200
Plastiktüten, während es in Deutschland immerhin nur circa 70 sind. Doch wenn man bedenkt
was für eine riesige Menge das für die Gesamtbevölkerung ergibt, wird einem klar, dass es so
nicht weitergehen kann.
4
THEMA 13
Im letzten März wurde von der EU beschlossen, dass Mitgliedstaaten Steuern auf Plastik
erheben, oder sie sogar verbieten dürfen. In Irland gibt es bereits seit 2002 eine Steuer auf
Plastiktüten. Dadurch ist der Verbrauch an Plastiktüten dort um 90 Prozent gesunken.
So ist von Seiten der Regierung schon einmal ein Anfang gemacht worden, auch in Deutschland
soll es demnächst Steuern auf Plastiktüten geben.
5
THEMA 13
Umweltverschmutzung durch Plastik
Es ist klar dass bei solch einem Gebrauch von Plastik große Mengen in die Umwelt gelangen,
sei es durch direktes in der Natur liegenlassen, oder durch einige Umwege. So gelangen zum
Beispiel beim Waschen von Textilien mit Kunstfaseranteilen, wobei die Mikroplastikteile
direkt und ungefiltert durch Klärwerke und direkt in die Meere fließen. Aber nicht nur dieses
Plastik sondern auch alles andere landet irgendwann in den Weltmeeren. Jährlich sind es
zwischen sieben und zwölf Millionen Tonnen die in die Meere gelangen. Allein in die Ostsee
gelangen jedes Jahr 10 000 Tonnen Plastikmüll. Doch all dies sind nur Schätzungen.
Das Plastik das so oder so ähnlich ins Meer gelangt, wird im Wasser nach und nach zu
Mikroplastik zerrieben. Dieses Mikroplastik wird von den Meerestieren für Plankton gehalten
und landet somit am Ende der Nahrungskette auf unserem Teller. Doch nicht nur das, auch die
größeren Plastikteile wie zum Beispiel herrenlose Netze werden den Meerestieren zur Gefahr,
sie verfangen sich darin oder halten es für Nahrung und sterben an einem vollen Magen, dessen
Inhalt sie nicht verdauen können.
Abbildung 1: Hier sieht man was passieren kann, wenn Tiere Plastik für Nahrung halten.
Als dritte potentielle Gefahr die vom Plastik ausgeht, sind Weichmacher wie Bisphenol-A und
Flammschutzmittel, die wie Hormone wirken oder Krebserregend sein können, zu nennen.
Abbildung 2: Einige Beispiele, wie lange es dauern kann, bis Müll im Meer zerfällt.
6
THEMA 13
Die lange Zerfallsdauer hängt mit der van der Waalschen Wechselwirkung zusammen, die
Bewirkt, dass besonders lange Molekülketten besonders haltbar sind. Da Polymere
(Kunststoffe), wie gesagt aus besonders langen Ketten bestehen, halten sie also auch besonders
lange. Es kann, bei besonders stabilen Kunststoffen bis zu 106 Jahre dauern, bis sie zerfallen.
Abbildung 3: Daher sieht es an manchen Orten im Meer so aus.
Es ist also wichtig sich nach Alternativen umzuschauen und auf den ersten Blick scheint
Bioplastik diese Alternative zu sein.
7
THEMA 13
Was ist Bioplastik?
Bei Bioplastik handelt es sich chemisch gesehen, nicht um eine einheitliche Gruppe (also keine
einheitliche Polymergruppe), sondern lässt sich nach drei Kriterien beurteilen:
 Biobasierte Kunststoffe, die aus nachwachsenden Rohstoffen hergestellt werden
 Bioabbaubare Kunststoffe, die sich kompostieren lassen
 Bioverträgliche Kunststoffe, die für den Menschen und seine Umwelt nicht
schädlich sind.
Dabei heißt Bio nicht gleich, dass es sich um ökologisch erzeugte Pflanzen handelt, aus denen
das Plastik erzeugt wird.
Die Idee von Bioplastik ist es , einen Kohlenstoffkreislauf zu schaffen, der dann einen sehr viel
kürzeren Zeitraum umspannen soll als der von „normalen“ Plastik, denn Bioplastik zerfällt,
wenn es kompostierbar ist, in CO2 und H2O, welche von den Pflanzen direkt wieder
aufgenommen werden können. Bei Bioplastik handelt es sich um einen Kreislauf innerhalb
von ca. 10 Jahren, während er vom herkömmlichen Kunststoff ca. 106 Jahre dauert.
Biokunststoffe werde vor allem nach den Kriterien abbaubar und biobasiert definiert. So ist die
Erfüllung eines, beider oder keinem der Kriterien möglich:
bioabbaubar
Polyester,
PBS,...
PHA, PHB,...
fossilbasiert
biobasiert
Polystyrol,
Polyamid,...
Cellulose,
Chitin,...
haltbar
Biokunststoffe können in ihrer Qualität und ihrem Aussehen den herkömmlichen Kunststoffen
sehr ähnlich, wenn nicht sogar identisch sein. So haben sie sich in vielen Bereichen wie
Verpackungen oder der Autoindustrie bereits vielfach bewährt.
8
THEMA 13
Die Zeichen, die unter anderem auf Bioplastik hinweisen
Das „O“ weist daraufhin, dass es sich um andere (others)
Kunststoffe wie Acrylglas, Polycarbonat, Nylon, ABS,
Fiberglas und Polylactide (PLA) oder Tritan ohne Bisphenol A
(z.B. für Trinkflaschen ohne Weichmacher) handelt.
Dieses Zeichen Verweist auf die Kompostierbarkeit des
Produkts.
Doch stellt sich die Frage ob sie tatsächlich einen ökologischen und/oder ökonomischen Nutzen
haben.
Denn da ein großer Teil von ihnen aus Pflanzen hergestellt wird stellt sich die Frage der
Konkurrenz um die Ackerflächen. Schon 2008 in der Finanzmarktkrise stellte sich diese Frage,
da aufgrund der steigenden Biokraftstoffproduktion die Lebensmittelpreise enorm ansteigen.
Doch kurzfristig scheinen diese Probleme für Biokunststoffe nicht relevant zu sein, da der
Anteil des Bioplastiks auf dem Markt momentan noch nicht bedeutend ist und so noch keine
Konkurrenz um die Flächen entsteht. Zudem können auch Abfallprodukte der Agrarwirtschaft
genutzt werden, um Biokunststoffe herzustellen. Zusätzlich besteht die Vermutung, dass in
Zukunft der Anteil der Elektromobilität steigen wird und somit Flächen, die zuvor für die
Herstellung von Biokraftstoffen genutzt werden, für den Anbau von Produkten für
Biokunststoffen genutzt werden können. Doch ich schätze die Lage so ein, dass die Landwirte,
wenn sie genug Subventionen für den Anbau von Pflanzen für die Herstellung von
Biokunststoffen bekommen, sich nicht dafür interessieren ob sie ihre Flächen nun für den
übermäßigen Anbau von Nicht-Lebensmittel nutzen oder nicht.
Ein Vorteil von Biokunststoffen ist, dass sie, unter den richtigen Umständen (also in
industriellen Kompostierungsanlagen, die das Bioplastik allerdings nicht immer annehmen, da
sie nicht sicher sein können, inwieweit sich das Plastik tatsächlich abbaut oder ob es in der Zeit
die sie dafür anberaumen zerfällt) in Bestandteile zerfallen, die von Pflanze direkt wieder
aufgenommen werden können, also in CO2 und H2O. So entsteht ein Kohlenstoffkreislauf.
Allerdings stellt sich natürlich die Frage, ob in Biokunststoffen nicht auch schädliche Stoffe
enthalten sind, wie zum Beispiel der Weichmacher Bisphenol-A. Dem ist nicht so:
9
THEMA 13
Biokunststoffe werden durch die Beimischung anderer Kunststoffe oder Ähnlichem wie zum
Beispiel Stärke oder Lignin elastischer gemacht oder stabilisiert.
Preisvergleich: (€/Kg)
Herkömmliche Kunststoffe sind immer noch deutlich preiswerter als Biokunststoffe, da ihre
Herstellung, unter anderem durch den niedrigen Ölpreis, immer noch kostengünstiger ist:
herkömmliche
Kunststoffe
biologisch
Kunststoffe
abbaubare
PE-Folienqualität
0,85 bis 0,91 [9]
Stärkekunststoffe
2 bis 4
PP
0,77 bis 0,85 [9]
PLA
1,50 bis 2,50
PS
0,79 bis 0,85 [9]
PET
0,97 bis 1,08 [10]
Produktion im Laufe der Jahre:
Die Grafik zeigt den Anstieg der
Produktion von 2008 bis 2015 an,
doch da es eine ältere Studie ist, sind
die Zahlen für 2016 eine Prognose.
10
THEMA 13
Polymilchsäure (C3H4O2)
Aufbau:
Polymilchsäure (kurz: PLA für poly lactic acid) wird aus der natürlich vorkommenden
Milchsäure, der 2-Hydroxypropansäure (C3H6O3) gewonnen.
Milchsäure:
Milchsäure kann als R- oder L-oder Mesolactid vorliegen, wie aus folgender Grafik hervorgeht,
dort haben sich unter Abspaltung von Wasser(H2O) schon je zwei Milchsäuremoleküle
zusammengeschlossen, wie es für die Polymerisation nötig ist:
11
THEMA 13
In der nächsten Grafik wird deutlich, wie sich die Lactide in der Polymerisation durch Hitze,
nachdem sie sich aufgespalten haben, zusammenschließen. Auf „Fachchinesisch“: Die Lactide
wandeln sich durch thermische und katalytische Ringöffnungspolymerisation in Polylactide
um:
Natürlich gibt es dann auch bei den Polylactiden Isomerien, je nachdem aus welchen Lactiden
sie bestehen.
Herstellung:
Der Rohstoff für Milchsäure ist Stärke die in den meisten Fällen aus Mais gewonnen wird,
allerdings eigen sich hierfür auch landwirtschaftliche Abfallstoffe wie zum Beispiel Molke.
12
THEMA 13
Eigenschaften:
Da der Erweichungspunkt von PLA schon bei 55°C (Glastemperatur) liegt, kann sie in
Reinform nur bedingt eingesetzt werden. Allerdings kann durch eine gute Wahl von zugefügten
Stoffen (zum Beispiel Naturfasern und Füllstoffe)und durch Copolymerisation eine höhere
Temperaturbeständigkeit erreicht werden. So kann sogar eine Haltbarkeit erzeugt werden, die
mit der von herkömmlichen Kunststoffen (wie zum Beispiel PVC, PET…) zu vergleichen ist.

Nebenbei: Polymere bestehen aus einem Monomer(Molekül), das sich ständig
wiederholt. Copolymere bestehen aus zwei oder mehr verschiedenen Monomeren, die
sieabwechseln oder in anderen Reihenfolgen immer wieder auftauchen.
Abgebaut wird PLA unter feuchten Bedingungen oberhalb der Glastemperatur, bei etwa 60°C,
die zum Beispiel in einem normalen Komposthaufen nicht zu erzeugen ist, sondern nur in
industriellen Kompostierungsanlagen vorhanden ist. Durch autokatalytische Hydrolyse entsteht
das Monomer Milchsäure. Diese dient nach dem Zerfall Mikroorganismen als Nahrung und
damit ist ein Kohlenstoffkreislauf geschaffen. Die konkrete Verfallsdauer von PLA, hängt von
den Faktoren wie dem Kristallisierungsgrad, Molekulargewicht und Konstruktion des Produkts
ab. Sie kann zum Beispiel bei hochkristallinen Produkten Monate bis Jahre betragen, während
sie bei amorphen PLA-Kunststoffen „nur“ einige Wochen andauert. Allgemein kann man
sagen, dass der Abbau von PLA dem von Holz ähnelt.
Verwendungsaspekte:
PLA Wird im medizinischen Bereich, zum Beispiel als Nahtmaterial, das sich zu einem
bestimmten Zeitpunkt vom Körper auflösen lässt und im Verpackungsbereich als
Lebensmittelverpackungen und im Bürobedarf angewendet.
Der Preis liegt mit 1.50 bis 2.50€ über dem Preis für herkömmliche Kunststoffe, der bei 0.85
bis 1.80€ pro Kilo liegt. Man vermutet aber, dass er noch deutlich sinken wird. Trotzdem ist
PLA einer der günstigsten Biokunststoffe.
13
THEMA 13
PCL
Aufbau:
Polycaprolacton (C6H10O2) ist, obwohl er aus Erdöl hergestellt wird ein biologisch abbaubarer
Kunststoff. Er besteht aus Methylen-Einheiten (CH2), zwischen denen (immer nach fünf
Einheiten) Estergruppen ausgebildet sind. In diesem Fall Carbonsäureester.
Das oben abgebildete Molekül wird wiederholt.
Herstellung:
PCL entsteht durch Polymerisation unter Einwirkung von Hitze und mit Hilfe von
Katalysatoren (meistens Alkohole oder Diole) aus ε-Caprolacton:
Eigenschaften:
Durch den einfachen Aufbau bedingt, können die einzelnen Kettenglieder relativ
uneingeschränkt rotieren. Daher hat PCL eine sehr niedrige Glastemperatur, bei -72°C.
Kurzkettiges und amorphes PCL hat dadurch bei Raumtemperatur eine Gummiartige
Konsistenz. Durch die gleichmäßige Struktur ist es leicht kristallisierbar, Wodurch eine
Verstärkung des Materials erzeugt wird. PCL ist sehr gut mischbar, zum Bespiel mit Lignin,
Stärke oder mit anderen Kunststoffen. Insgesamt ist es sehr gut zu verarbeiten und haftet gut an
Oberflächen. Doch das wichtigste ist, dass es nicht toxisch ist. Es ist biologisch abbaubar, wobei
der Abbau durch Mikroorganismen erfolgt.
Verwendungsaspekte:
Hauptsächlich wird PCL neben dem Verpackungsbereich, im medizinischen Bereich
angewendet, zum Beispiel für Präparate mit kontrollierter Abgabe von Medikamenten,
medizinische Klebstoffe und orthopädische Abdrücke verwendet. Die Preispanne liegt
zwischen 4,50 und 6,00€ pro Kilo.
14
THEMA 13
Celluloseester
Geschichte:
Im Jahr 1859 wurde dem englischen Chemiker das britische Patent Nr.787 erteilt. Es betraf die
Steigerung der Festigkeit von Pergamentpapier und Vulkanfieber. Dadurch war der Anstoß zur
bedeutsamen Entwicklung von abgewandten Naturstoffen, auf der Grundlage von Cellulose
gegeben. Von dieser Entwicklung ausgehend entstanden nicht nur Celluloid, Rayon oder
Zellglas (Cellophan), sondern auch Lacke und die Gruppe der Celluloseester.
Aufbau:
Celluloseester wird aus Cellulose, dem Grundbaustoff von Holz, Bast, Baumwolle und allen
verholzten Pflanzenteilen gewonnen. Es handelt sich um ein Derivat der Cellulose (in diesem
Fall ist sie verestert worden).
Eigenschaften:
Da die Schmelztemperstur der meisten Cellulosederivate über der, Zersetzungstemperatur liegt,
ist eine thermoplastische Verarbeitung nicht möglich, aber die Zersetzungstemperatur von
Celluloseester liegt über Schmelztemperatur, sodass eine thermoplastische Verarbeitung
möglich ist. Allerdings ist hierfür meist ein Vortrocknen des hydrophilen Granulates nötig.,
Celluloseester haben antistatische Eigenschaften, sind kristallklar, schlagzäh, kratzbeständig,
leicht einfärbbar aber nicht dauernd witterungsbeständig und nicht chemisch stabil.
Teile (Formteile und Halbzeuge) aus Celluloseester lassen sich gut schrauben, schweißen und
kleben. Wenn sie geklebt werden müssen sie demselben Estertyp angehören oder es müssen
Zweikomponentenkleber verwendet werden.
Verwendungsaspekte:
Das größte Anwendungsgebiet der Celluloseester liegt, aufgrund ihre antistatischen
Eigenschaften, in Elektronikanlagen, wenn allerdings hohe Isolierungseigenschaften gefordert
sind, eigenen sie sich nicht. Zusätzlich werden sie für Griffe, Hammerköpfe oder Brillengestelle
verwendet.
Der Preis für Celluloseester liegt bei drei bis vier Euro pro Kilo, deutlich über dem von zum
Beispiel Polyolefin oder Polystyrol, zwei vergleichbaren petrochemischen (erdölbasierten)
Kunststoffen, deren Platz Celluloseester einnehmen könnte. In der Forschung an bakteriell
hergestellter Cellulose wird deutlich, dass konkurrenzfähige Preise erzielt werden könnten.
15
THEMA 13
Biokunststoffe aus Holz und anderen Naturstoffen
Aufbau:
Die Biokunststoffe, die unter diese Rubrik fallen, bestehen meistens aus Lignin, welches der
Hauptbestandteil von Holz ist und zusätzlich manchmal noch aus Bindemitteln, wie zum
Beispiel Mais oder Harze. Der Anteil an Lignin kann zwischen 50% und 100% schwanken.
Die Strukturformel von Lignin:
Herstellung:
Dabei wird Lignin meist aus Schwachholz in von Spanform oder Sägemehl gewonnen. Es kann
aber auch Abfallholz genutzt werden, dieses ist dann ökologisch und ökonomisch besonders
16
THEMA 13
vorteilhaft. Zum Beispiel fallen jährlich weltweit ca. 60 Millionen Tonnen Lignin als
Abfallprodukt der Papierherstellung an, die für diese Zwecke genutzt werden könnten.
Eigenschaften:
Die Biokunststoffe aus Holz und anderen Naturstoffen haben ähnliche Eigenschaften wie Holz,
vor allem bezüglich Quellung und Schwindung. Doch lassen sich Materialeigenschaften wie
Festigkeit, Steifigkeit und Wärmeformbeständigkeit durch die Zusammensetzung der
Compounds (Verbundstoffe) in gewissen Bereichen einstellen.
Die Oberfläche ist nicht glänzend wie bei herkömmlichen Kunststoffen, sondern eher matt und
aufgrund der Füllstoffe nichttransparent. Diese Werkstoffe können lackiert, lasiert, gespritzt
und pulverbeschichtet werden, also besteht auch in den Möglichkeiten der Färbung eine
Ähnlichkeit zu Holz. Zusätzlich kann durch Beimengung von Masterbatches (Farbgranulat)
eine Durchfärbung der fertigen Teile erzielt werden.
Verwendungsaspekte:
Durch die dem Holz ähnlichen Eigenschaften, durch hohe Dichte und Wandstärke
hervorragende akustische Eigenschaften, haben sich diese Werkstoffe im
Musikinstrumentenbau und in Lautsprechergehäusen bewährt. Die Preise für diese Werkstoffe
liegen derzeit zwischen 1,50 und 10 € pro Kilo.
17
THEMA 13
Polyhydroxyalkanoate (PHA)
Aufbau:
Polyhydroxyalkanoate sind Polyester, die von Bakterien aus ungesättigten Hydroxyalkansäuren
synthetisiert und intrazellulär angehäuft wurden. Sie liegen entweder als Copolymer oder
Homopolymer.
Es gibt in dieser Polymerfamilie eine nahezu unerschöpfliche Vielfalt an Eigenschaften und
Anwendungsgebieten. Diese Vielfalt wird erzeugt durch die Vielfalt der Monomere, die PHA
aufbauen können, durch die möglichen Variationen in der Verknüpfung dieser Monomere zum
Polymer, durch die Variationen in der Kettenlänge der Polymere, durch die Möglichkeit, Blends
aus verschiedenen PHA herzustellen und durch die Möglichkeit, zusätzlich chemische oder
physikalische Modifikationen in das Polymergerüst einzubauen. Wahrscheinlich werden aber
nur fünf bis zehn dieser Polymere schlussendlich für die Wirtschaft interessant sein.
Eigenschaften:
PHA sind




nicht toxisch,
biokompatibel,
biologisch abbaubar
und lassen sich thermoplastisch verarbeiten.
Sie unterscheiden sich in Hinblick auf die Verarbeitung kaum von herkömmlichen
Kunststoffen und werden als zukunftsfähige Alternative zu nicht abbaubaren Polymeren
petrochemischer Basis angesehen.
Verwendungsaspekte:
Es wird vermutet, dass sie das Potenzial haben als Massenkunststoffe im Bereich der
Verpackungen und Beschichtungen konkurrenzfähig zu werden.
Weitere Bereiche der Anwendung von PHA sind:






Hygieneartikel (Zum Beispiel als Windelbestandteile),
Fasern,
Klebstoffe,
Träger von Geschmacksstoffen in Lebensmitteln,
Biologisch abbaubare Fischernetze,
Medizinischer Bereich…
Da bis jetzt noch keine Konkurrenzfähigkeit durch konventionelle mikrobielle Fermentation
erziel werden konnte, legen Hersteller ihre Hoffnung auf die Nutzung transgener Pflanzen, um
einen höheren Gewinn zu erlangen.
18
THEMA 13
Polyhydroxybutyrat (PHB)
Aufbau:
Die, am häufigsten erzeugte und genutzte Form von PHA ist PHB (Polyhydroxybutyrat). Diese
einfachste, der Formen von PHA wird fermentativ hergestellt. Sie wird von 1000 bis 3000
Hydroxyfettsäureeinheiten gebildet und zwar in Bakterien. Nach der Biosynthese betsehen die
Bakterien zu 80% ihres Gewichtes aus PHB.
Die Synthese von PHB:
Die Synthese von PHB lässt sich in drei
Schritten darstellen, die jeweils von Enzymen
katalysiert werden:
Zwei Acetyl-Co A Moleküle werden mittels der
-Keotothiolase
(einem
Enzym)
zu
Acetoacetyl-Co A katalysiert.
Das Acetoacetyl-Co A wird jetzt in einer
stereospezifischen
Reaktion
(auf
eine
bestimmte Isomerie gerichtet) durch die
NAD(P)H-abhängige
Acetoacetyl-CoA
Reduktase
zu
R-3-Hydroxybutyryl-CoA
reduziert. Dabei wird ein H hinzugegeben und
das NADP verschwindet wieder.
DasHydroxybutyryl-Co A Wird jetzt mittels
der PHA-Synthase zu OHB polymerisiert.
Das enstandene PHB setzt sich aus einer Reihe
von diesem letzten Monomer zusammen.
19
THEMA 13
Weitere Polykondensate
Aufbau:
Die Biopolymere die in diese Rubrik eingeordnet werden, haben als Grundbausteine
Dicarbonsäuren und Diole. Diese können, zum Teil biobasiert sein:
So sind die Diole hauptsächlich 1,3-Propandiol (PDO) und 1,4-Butandiol, welch biobasiert sind:
Als Dicarbonsäuren werden meist Bernsteinsäure und Adipinsäure genutzt, die nicht immer
biobasiert sind:
Daraus bauen sich folgende Polymere auf:
Polymer
Handelsname
Biobasierte Monomere
Polytrimethylenterephthalat
(PTT)
Sorona
PDO
Polybutylensuccinat (PBS)
Bionolle 1000
BDO
Bernsteinsäure
Polybutylensuccinatadipat
(PBSA)
Bionolle 3000
BDO
Bernsteinsäure Adipinsäure
BDO
Adipinsäure
Polybutylenadipatterephthalat Ecoflex
(PBAT)
Die Eigenschaften sind denen, der petrochemischen Kunststoffe sehr ähnlich, sind fast
identisch. Preislich liegen sie bei ca. 2.30 € pro Kilo und sind somit verhältnismäßig teuer.
20
THEMA 13
Schlusswort
Das Thema „Biokunststoffe“, ist ein sehr großes Thema, zu dem man noch sehr viel
mehrherausfinden, dass man noch umfassender bearbeiten könnte.
Doch mein Ziel war es, bei all den Dingen, die in der Welt sind, den Fokus auf das Positive zu
legen und den Blick auf Alternative zu legen und nicht nur eine negativ angehauchtes Thema
zu bearbeiten. So bin ich auf die herkömmlichen Kunststoffe, die ein Thema für sich sind, nur
kurzeingegangen und habe den Fokus auf die Alternative Biokunststoffe gelegt. Dabei ist mir
klargeworden, dass auch Biokunststoffe noch nicht die perfekte Lösung sind, doch schon einen
Anfang bilden in der Suche nach ökologisch und ökonomisch sinnvollen Alternativen zum
herkömmlichen Kunststoff. Bis jetzt erscheint es mir als richtig, möglichst auf Kunststoff zu
verzichten und nachhaltige Produkte zu bevorzugen.
Als Fazit kann ich sagen, dass ich einen weiteren Blick auf die Welt bekommen habe, durch
diese Hausarbeit.
21
THEMA 13
Quellennachweise
Von www.bioplastik.de, die sich auf die umfassendste Studie, die es über Bioplastik gibt, stützt:
von Ostfalia
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/biokunststoff-arten/polymilchsaeure-pla
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/grundlagen/was-sind-biokunststoffe
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/grundlagen/was-ist-der-umweltnutzen-von-biokunststoffen
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/grundlagen/technische-eigenschaften
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/biokunststoff-arten/celluloseester
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/biokunststoff-arten/polyhydroxyalkanoate
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/biokunststoff-arten/polycaprolacton
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/biokunststoff-arten/weitere-polykondensate
► http://www.bio-plastics.org/de/informationen-fachwissen-a-markt-knowhow/biokunststoff-arten/holz-a-andere-naturstoffe
Von Wikipedia:
► https://de.wikipedia.org/wiki/Biokunststoff
► https://de.wikipedia.org/wiki/Recycling-Code
► https://de.wikipedia.org/wiki/Polyhydroxybutters%C3%A4ure#Biogene_Produkti
on
► https://de.wikipedia.org/wiki/Polyhydroxyalkanoate
Andere Seiten:
► http://www.bioland.de/im-fokus/hintergrund/detail/article/kann-denn-plastik-biosein.html
► www.umweltbundesamt.de
http://www.biohandel-online.de/aktuelles-heft.html?magazinId=215
Zusätzliche Bildquellen:
► Abbildung1:https://ixquickproxy.com/do/show_picture.pl?l=deutsch&rais=1&oiu=http%3A%2F%2Fwww.
wwf.de%2Ffileadmin%2Fuser_upload%2FBilder%2F08-Plastikmuell-c-LiquidProductions-LLCMarinePhotobank.jpg&sp=a12578466715a8595cce7464a0721564
► Abbildung2: http://infonet.sonnenwelt.at/wp-content/uploads/2013/05/Wie-langedauert-der-Abbau-von-Müll-im-Meer.jpg
► Abbildung3:http://www.spiegel.de/fotostrecke/plastikabfall-muell-im-meerfotostrecke-114030-3.html
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Pestizide - Thema 14
Pe
s
t
i
z
i
de
DI
CHL
ORDI
PHENYL
TRI
CHL
ORETHAN,
GLYPHOSAT
UNDNEONI
COTI
NOI
DE
Hausarbeit von Johann-E. Schmiedehausen
Pestizide - Thema 14
INHALT
Pestizide
Einleitung und Geschichtliches
Anwendungsweise
Wirkungsweise
Resistenzen, Umweltverhalten und andere
Aspekte
Dichlordiphenyltrichlorethan
Geschichte
Chemische Eigenschaften
Wirkungsweise
Toxizität
Resistenzen
Exposition des Menschen
Glyphosat
Geschichte
Chemische Eigenschaften
Wirkungsweise
Anwendung
Resistenzen
Neonicotinoide
Geschichte
Wirkungsweise
Verwendung
Toxizität
Umweltverhalten
Zulassungsverfahren von Pestiziden
Stichwortverzeichnis
Abbildungsverzeichnis
Literaturverzeichnis
―2―
3
6
12
18
23
25
26
26
Pestizide - Thema 14
PESTIZIDE
Pestizide begegnen uns eigentlich täglich. Bloß sieht, hört oder schmeckt man sie
nicht. Es wird immer mal wieder darüber geredet. Jetzt gerade aktuell ist ja die Debatte
über dieses Glyphosat. Aber was sind Pestizide? Und warum gibt es so einen Wirbel
um dieses Glyphosat? Diesen Fragen bin ich in meiner Hausarbeit nachgegangen, und
habe mich mit diesem Thema in einer Weise auseinandergesetzt, dass ich sagen kann:
„Ich weiß jetzt was Pflanzenschutzmittel sind, und auch ungefähr wie sie in der
Pflanze und uns Menschen wirken.“
EINLEITUNG UND GESCHICHTLICHES
Pestizide sind Gifte, die zur Schädlingsbekämpfung genutzt werden. Dabei assoziiert
man mit dem Begriff Pestizide meist Pflanzenschutzmittel, die im Ackerbau eingesetzt
werden. Doch zu den Pestiziden gehören auch die nicht-agrarischen Pestizide oder
Biozide. Hierunter fallen z. B. Holzschutzmittel, Desinfektionsmittel aller Einsatzbereiche wie auch Wasserdesinfektionsmittel. Ich werde in dieser Abreit den Fokus auf
einige wenige Pestizide beider Arten legen.
Bereits zweitausend Jahre v. Chr. wurden Substanzen zum Schutz der Ernten ausgetragen. Die Sumerer in Mesopotamien etwa verwendeten vor 4500 Jahren
Schwefelpulver. Im 15. Jahrhundert nutzte man Blei, Quecksilber und Arsen, um
Schädlinge fern zu halten. Im 17. Jh. wurde auch Nikotinsulfat aus Tabakblättern als
Insektizid eingesetzt.Während Arsen bis in die 50er des 20. Jh. als Wirkstoff der Pestizide dominierte, gewann das seit Anfang der 1940er eingesetzte DDT zunehmend an
Bedeutung und löste das Arsen bald ab. P. H. Müller hatte 1939 die insektizide Wirkung von DDT erkannt. Aber auch andere Substanzen, wie organische
Chlorverbindungen und Carbamate wurden ab Mitte des 20. Jh. als Wirkstoffe von
Pflanzenschutzmittel eingesetzt. Glyphosat, auf das ich später auch eingehen werde,
wird erst seit Mitte der 1970er Jahre eingesetzt.
ANWENDUNGSWEISE
Pflanzenschutzmittel, kurz geschrieben PSM, lassen sich auf unterschiedliche Weise in
die Pflanze eintragen. Beginnend bei der Beizung des Samens, der Aufnahme über die
Wurzeln bis zur Aufnahme über die Blätter ist alles möglich.
Die Saatgutbeizung wird häufig verwendet, wenn der Samen konserviert, also
gegen Insekten und Pilzbefall resistent gemacht werden soll. Gegen Insekten reicht es
―3―
Pestizide - Thema 14
oft aus, das Saatgut zu vergällen – es auffällig zu färben, den Geruch zu ändern oder
ähnliches, man kann auf toxische (giftige) Stoffe häufig verzichten.
Während der Feldvorbereitung besteht auch die Möglichkeit die Kulturpflanze zu
schützen; indem bereits sprießende Beikräuter vernichtet werden. Besonders nach der
Bodenschälung, einem besonders flachen Pflügen, welches der Erosion vorbeugen
soll, werden gerne Fungizide ausgetragen, da durch die oberflächlichen Verrottungsprozesse die Pilzbildung besonders begünstigt wird.
Das nächste Zeitfenster zur Oberflächenbehandlung des Ackers öffnet sich für
kurze Zeit direkt nach der Aussaat. Die Samen der Kulturpflanze befinden sich unter
der Erde, die Blätter der Beikräuter ragen meist schon aus dem Boden – da kann ein
Herbizid, das nicht in den Boden einwirkt gut eingesetzt werden (z. B. Glyphosat).
Während die Pflanze wächst, kann in der Regel kein Pestizid gegen Schädlinge eingesetzt werden. Es gibt aber bereits Pflanzenzüchtungen, die gegen bestimmte
Wirkstoffe resistent sind. Diese Methode nutzt vor allem Monsanto, die Pflanzen und
kompatible PSM in einem „Paket“ vermarktet.
Ist die Pflanze erntereif, besteht wieder eine Möglichkeit durch Pestizide weitere
Arbeit und vor allem Zeit einzusparen. In dem Sikkation genannten Verfahren wird die
Nutzpflanze kurz vor der Ernte bewusst durch Herbizideinsatz abgetötet. Dadurch
kann beispielsweise bei Getreide der Feuchtigkeitsgehalt der Frucht deutlich gesenkt
werden, die aufwändige Trocknung der zu nassen Ernte entfällt.
WIRKUNGSWEISE
Je nach Wirkstoff ist die Wirkungsweise von Pestiziden eine andere. Grundsätzlich
versuchen jedoch alle Pestizide funktional wichtige Faktoren der Pflanze, des Insekts
oder anderer schädlicher Organismen zu hemmen oder zu blockieren. Man
unterscheidet die verschiedenen Pflanzenschutzmittel nach ihrer Wirkungsrichtung:
•
Bakterizide gegen Bakterien
•
Fungizide gegen Pilze, bzw. Pilzkrankheiten
•
Akarizide gegen Milben
◦ Ovizide gegen Eier von Milben
•
Insektizide gegen Insekten
◦ Ovizide gegen Eier von Insekten
•
Molluskizide gegen Schnecken
•
Nematizide gegen Fadenwürmer (Nematoden)
•
Rodentizide gegen Nagetiere
―4―
Pestizide - Thema 14
•
Avizide gegen Vögel
•
Herbizide gegen Pflanzen
◦ Algizide gegen Algen
◦ Graminizide gegen Gräser
◦ Arborizide gegen Gehölze
Diese Liste umfasst nur eine Auswahl, denn des gibt viele verschiedene Organismen
auf einem unbehandelten Acker.
RESISTENZEN, UMWELTVERHALTEN UND ANDERE ASPEKTE
Ich erwähnte oben bereits, dass Monsanto zu seinen Giften auch gerne resistente
Pflanzen verkauft. Durch gezielte Gen-Manipulation ist es möglich, solche Resistenzen zu schaffen. Doch was der Mensch unter mühsamer Arbeit im Labor erschafft,
kann die Natur ebenso. Das ist auch den Pestizidanwendern bekannt. Aus diesem
Grunde werden mehrere Wirkstoffe in einem Pestizid verwendet und auf eine gewisse
Abwechslung der eingesetzten Pestizide geachtet. Trotz dieser Strategien gibt es in den
USA bereits solche, als Superunkräuter bezeichneten glyphosatresistenten Pflanzen.
Den Namen Superunkräuter haben diese Pflanzen zu recht verdient, denn sie sind
durch ihre Resistenz kaum mit herkömmlichen Giften zu beseitigen.
In der Umwelt erfüllen Pflanzenschutzmittel in aller Regel ihre Aufgabe. Viele der
Mittel haben aber unbekannte oder verschwiegene Folgen für die Natur. Ein wichtiger
Punkt vieler Naturschützer ist beispielsweise der Erhalt der Feldvögel geworden.
Durch den massiven Einsatz von Insektiziden ist den Vögeln die Nahrungsgrundlage
entzogen – ein Artenrückgang daher gut nachvollziehbar.
Verschiedene Studien kommen zu dem Ergebnis, dass in der Umgebung ökologisch
geführter Betriebe die Artenvielfalt deutlich höher, genauer bis zu sechs mal höher sei.
Doch Pestizide wirken nicht nur gegen ihre Zielorganismen. Viele Stoffe, die im
Laufe der Zeit entwickelt wurden, wurden später als „giftig“ oder „krebserregend“
oder als „ökologisch nicht vertretbar“ verboten. Als pervers betrachte ich dabei vor
allem die Situationen, in denen Menschen diesen Giften schutzlos ausgeliefert sind.
Sei es die argentinische Landbevölkerung, die unter dem Giftnebel der Agrarflugzeuge
lebt, oder sei es ein deutscher Fötus im Bauch seiner belasteten Mutter oder eine weidende Kuh.
Doch nun zu den Einzelaspekten der verschiedenen Gifte:
―5―
Pestizide - Thema 14
DICHLORDIPHENYLTRICHLORETHAN
GESCHICHTE
Nachdem Dichlordiphenyltrichlorethan, kurz DDT, bereits 1874 synthetisiert wurde,
entdeckte der Schweizer Paul Hermann Müller erst 1939 die insektizide Wirkung
dieses Stoffes. Drei Jahre später wurde dieses Mittel auf den Markt gebracht. Während
Deutschland gleich 10.000 Tonnen zur Bekämpfung des Kartoffelkäfers orderte, untersuchten die USA Proben des DDT zunächst intensiv auf gesundheitliche
Auswirkungen. Doch ab 1944 arbeitete man auch in den USA schon an der effizienten
Herstellung und Ausbringung von DDT. Zwischen '44 und Kriegsende stieg der Verbrauch des US-Militärs von 900 t auf 1350 t monatlichem Verbrauch. Gegen die
Fleckfieberepidemie 1943/44 in Neapel konnte mit DDT erfolgreich vorgegangen
werden. Ab dem 1. August '45 war DDT in den USA auch für die zivile Nutzung freigegeben, obwohl zu diesem Zeitpunkt bereits konkrete Hinweise auf mögliche
kanzerogene Wirkung von DDT bestand.
Bei der Bekämpfung der Malaria setzte die WHO recht erfolgreich auf den Wirkstoff DDT; ab 1952 wurde die Zahl der Neuinfektionen innerhalb von nur neun Jahren
um das Zweihundertfache auf 50.000 gesenkt. Ähnliche Erfolge konnten auch in
vielen anderen Ländern erzielt werden. Doch dieser Erfolg währte nicht lange. Aus
verschiedenen Gründen nahmen die Neuinfektionen wieder zu. Ein erneuter Einsatz
des DDT zeigte auch, dass sich bei den Anophelesmücken (dem Überträger der
Malaria) bereits eine Resistenz gebildet hatte, ein zweiter Erfolg blieb aus. Von 1947
bis in die 1960er Jahre hinein wurde DDT gegen den Ulmensplintkäfer eingesetzt.
Dabei wurden die Alleebäume mit etwa 700g DDT/Baum besprüht. Diese hohe Dosis
führte in einigen Orten zum gänzlichen Verschwinden von Singvögeln. Mitte der 50er
Jahre wurde die schädigende Wirkung des DDT bekannt; das Buch „Silent Spring“, in
dem die Autorin Rachel Carson zunächst ein von Tieren geleertes Dorf schildert und
später auf die Gefahren von Pestiziden auf Menschen und Tiere eingeht, löste 1962 in
den USA dann die Debatte um die Folgen des DDT-Einsatzes aus. Dies führte letztlich
ab 1969 zu einem zweijährigen „phasing out“, nach dem die US-Regierungsbehörden
kein DDT mehr einsetzen sollten. In Europa fand keine solche öffentliche Debatte um
die Folgen von DDT statt. Die Fachgremien schauten aufmerksam auf die amerikanische Debatte und ab den 1970ern gab es in immer mehr Ländern immer
weitreichendere Verbote.
―6―
Pestizide - Thema 14
Mit dem im Mai 2004 in Kraft getretenen Stockholmer Übereinkommen über persistente organische Schadstoffe, auch POP-Konvention, ist allen Staaten, die diese
Konvention unterzeichneten oder ratifizierten, nicht nur die Verwendung von DDT,
sondern auch vieler weiterer Stoffe weitgehend untersagt. Umfasste die Liste anfänglich zwölf verbotene Stoffe, das „Dreckige Dutzend“ sind mittlerweile 25 verbotene
Stoffe aufgeführt. Die Konzentrationen dieser POP (Persistent Organic Pollutants –
langlebige organische Schadstoffe) in Muttermilch sind weitestgehend rückläufig.
DDT wurde vor allem im Baumwollanbau verwendet. 1963 etwa machte dieser
Sektor fast drei Viertel der Gesammtmenge des landwirtschaftlich verwendeten DDT
aus.
CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN
DDT, ausgeschrieben Dichlordiphenyltrichlorethan
oder nach IUPAC 1,1,1-Trichlor-2,2-bis(4-chlorphenyl)ethan besitzt am ersten C-Atom drei ChlorAtome. Am zweiten Chlor-Atom binden zwei Phenylgruppen an. An diesen befindet sich am vierten
C-Atom ein weiteres Chlor-Atom.
Die Herstellung von DDT gestaltete sich relativ
einfach. Chloral (C2HCl3O) und Chlorbenzol (C6H5Cl) reagieren in konzentrierter
Schwefelsäure (H2SO4) zu DDT. Während des Vorgangs nimmt die Schwefelsäure das
frei werdende Wasser (2 H2O) auf.
2 C6H5Cl + C2H3Cl3O2 ――→ C14H9Cl5 + 2 H2O
Das insektizid wirksame p,p'-DDT-Isomer ist in dem durch eine solche Reaktion
gewonnenem Gemisch zu 77,1 % enthalten, weitere 14,9 % macht das o,p'DDT-Isomer
aus, bei dem sich lediglich das eine Chloratom des Chlorbenzol parallel zum anderen
ausrichtet, anstatt symmetrisch. Das synthetisierte DDT ist ein amorphes weißes
Pulver, dessen Schmelzpunkt zwischen 80 und 94 °C liegt.
DDT sowie seine häufigsten Abbauprodukte DDE (Dichlordiphenyldichlorethen)
und DDD (Dichlordiphenyldichlorethan) sind aufgrund ihrer Chlorgruppen stark
lipophil (fettliebend, fettartig). Zum Abbau lipophiler Produkte wird viel Energie
benötigt, denn sie sind chemisch besonders stabil. Zusätzlich sind oben genannte Soffe
auch noch hydrophob (wassermeident – im Bezug auf chemische Bindungen). Im
Zusammenspiel füren diese beiden Eigenschaften zur Anreicherung in der
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Pestizide - Thema 14
Nahrungskette, d. h. der Konsument höchster Ordnung, jener der an der letzten Stelle
der Nahrungskette steht, hat die größte Dosis des Giftes in seiner Nahrung.
p,p'-DDT (oben) hat zwei wesentliche Metaboliten (chemische Abbauprodukte): DDE
(links) und DDD (rechts). Ersterer entsteht durch Abspaltung von Chlorwasserstoff
(HCl). Letzterer durch reduktive (entfernende) Dechlorierung. Ist Sauerstoff vorhanden, baut sich DDT hauptsächlich zu DDE ab, ist keiner vorhanden, beispielsweise
in Wasser oder dichten Böden, ist eher DDD als Metabolit zu finden. Nicht unerheblich für den mikrobiellen Abbau von DDT ist die Umgebungstemperatur.
Untersuchungen haben ergeben, dass die Halbwertszeit von DDT (betrachtet wurde die
Gesamtheit aller Isomere) in tropischen und subtropischen Gebieten 22 bis 365 Tage
beträgt, in gemäßigten Breiten aber bei 2,3 bis 16,7 Jahren liegt.
So wie DDT am und im Boden von Bakterien zersetzt oder vom Oberflächenwasser
weggewaschen wird, ist es auch in der Atmosphäre. Dort liegt die eine Hälfte des DDT
partikelgebunden vor, d. h. es haftet an Molekülen. Ist es derart gebunden, kann es
nicht abgebaut werden – es wird über weite Entfernungen hinweg getragen und vom
Regen ausgewaschen. Die andere Hälfte des DDT liegt in der Atmosphäre ungebunden
vor. DDT in der Gasphase kann von Hydroxyl-Radikalen (•OH) abgebaut werden. Der
freie Bindungsarm des •OH ist der „Radikale“, der ein Chloratom des DDT an sich
reißt. Hierbei beträgt die Halbwertszeit von DDT etwa 37 Stunden.
DDT kann auch durch Hydrolyse (Aufspaltung durch Wasserstoff) zu DDE abgebaut werden; in basischem Milieu geht dieser Prozess besser vonstatten als in saurem.
DDE wiederum kann innerhalb weniger Tage auf der Wasseroberfläche durch Photolyse (Spaltung des Moleküls durch Lichtenergie) abgebaut werden.
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Pestizide - Thema 14
WIRKUNGSWEISE
Die Wirkung von DDT ist abhängig von der Dosierung. Je größer die Dosis, desto
stärker reagiert der Körper. DDT wirkt hauptsächlich auf das zentrale Nervensystem
(ZNS); zuerst auf die Motoneuronen (efferente/zum Muskel führende Nerven), bei größerer Dosis auch auf die Spiralnerven (Rückenmark). Es löst Tremores, kaum
sichtbares Zittern, aus, das so genannte DDT-Jittern. Durch diese Stauung von Reizen
kommt es zum übermäßigen Verbrauch von Neurotransmittern – so weit, dass eine
Reizleitung nicht mehr möglich ist. Diese Wirkungsweise ist sehr langsam. Lähmungen setzen erst nach Stunden ein und es dauert mitunter mehrere Tage, bis die
Lähmungen ein tödliches Stadium erreichen. Niedrige Temperaturen begünstigen
einen früheren Exitus, insgesamt tritt die Wirkung von DDT langsamer ein als bei
anderen Insektiziden.
An dieser Stelle seien Pyrethroide genannt, die eine ganz ähnliche Wirkungsweise
wie DDT besitzen. Denn auch sie blockieren die Natriumkanaldurchlässe. Beim Auslösen eines Nervenimpulses öffnen sich die Durchlässe um Natriumionen (Na +)
einzulassen. Wenn der Kanal offen ist, lagert sich der obere Bereich des DDT-Moleküls in diese „Schleuse“ und verhindert deren Schließen. Pyrethroide besitzen ein
filigraneres Ende als DDT-Moleküle und können diese Natrium-„Schleuse“ weiter
offen halten, der immobilisierende (lähmende) Effekt setzt schneller ein.
TOXIZITÄT
DDT und einige seiner Abbauprodukte (auch DDE) wirken auch hormonell (als endokrine Disruptoren – als innere Störfaktoren). Die o,p'-Isomere von DDT und DDE
wirken beispielsweise auf den Östrogen-Rezeptor als Agonist, sie täuschen Östrogene
vor. Besonders p,p'-DDE wirkt auch auf den Androgenrezeptor (AR). Dieser ist eigentlich Testosteron-sensibel. Wenn sich nun ein Antagonist (Handlungsblockierer) wie
beispielsweise p,p'-DDE dort anbindet, erfolgt keine Reaktion, der Rezeptor kann dort
jedoch auch keinen Agonisten mehr empfangen. Positiv ist dabei zu erwähnen, dass
DDT und seine Derivate (Abkömmlinge) erheblich schwächer an einen Rezeptor
binden, als es die eigentlichen Hormone tun.
BEIM MENSCHEN
Beim Menschen zeigt DDT kaum eine sichtbare Wirkung. Der LD50 bei Ratten liegt
bei 250 – 300 mg/kg Körpergewicht. Bei akuter Vergiftung kommt es beim Menschen
jedoch auch zu Zungentaubheit und Schwindel bis hin zu Krampfanfällen und Läh-
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Pestizide - Thema 14
mungen. Eine kanzerogene (krebserregende/-begünstigende) Wirkung für den Menschen ist nicht zweifelsfrei nachgewiesen; eine kanzerogene Wirkung für Nagetiere
hingegen steht fest. Es gibt Hinweise darauf, das vorzeitige Wehentätigkeiten, Totgeburten und Alzheimer in Verbindung mit erhöhten DDE-Werten im Blut stehen.
DDE (Dichlordiphenyldichlorethen) ist das hauptsächliche Abbauprodukt von
DDT. Dessen biologische Halbwertszeit beträgt über ein Jahr (die Zeit bis die Hälfte
eines Stoffes durch biologische Prozesse abgebaut und/oder ausgeschieden wird).
BEIM TIER
Die hormonelle Wirkung des DDT und seiner Derivate ist bei Tieren sehr unterschiedlich. Starben in Südengland die Wanderfalken aus und wurden deren Populationen in
weiten Teilen Europas katastrophal dezimiert, so konnte eine Wirkung des DDT auf
Hühnervögel nicht bestätigt werden. Die Belastung der Kegelrobben mit DDT war in
der Ostsee zwanzig mal höher als die von im Atlantik lebenden Kegelrobben (bei
diesen betrug die Belastung 1,2 – 2,5 mg DDT/Kg Fett). Dabei wird die LD50 für Säugetiere mit 0,1 bis 0,5 g DDT/kg Körpergewicht angegeben. Grund für die Bedrohung
des Wanderfalkenbestandes war ein Rückgang der Eierschalendicke um bis zu zwanzig
Prozent zwischen 1950 und 1970, der mit DDT in Zusammenhang gebracht werden
konnte. Die Gründe für dieses Phänomen des Schalendickenrückganges sind
umstritten. Möglich wäre eine Hemmung der Calcium-Einlagerungen in der Eischale.
RESISTENZEN
Die ersten DDT-Resistenzen zeigten sich um 1950. Zunächst bei Stallfliegen in
Schweden und der Schweiz, wenig später auch bei Arten der Anophelesmücke in südlichen Ländern. Die Herstellerfirma Geigy erhöhte
darauf hin den Wirkstoffgehalt ihres Mittels Gerasol
von fünf Prozent auf zehn Prozent, später auf fünfzig
Prozent. Doch der Umsatz ging mit dem Auftreten
dieser Resistenzen spürbar zurück, man intensivierte
die Forschung am Nachfolgeprodukt Diazinon. Diazinon (Abb.) ist toxischer als DDT
(für Insektizide wie Bauern), seine Brand- und Explosionsgefahr deutlich höher.
EXPOSITION DES MENSCHEN
War der Mensch Mitte des letzten Jahrhunderts noch deutlich durch den aktuellen Einsatz dem Gift ausgesetzt, haben die Gehalte in Blut und Fettgewebe inzwischen
deutlich abgenommen. So ging etwa die mittlere DDT-Belastung der Muttermilch in
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Pestizide - Thema 14
Westdeutschland seit 1980 von 1910 µg/kg Fett auf 367 µg/kg Fett bis 1994 zurück. In
den neuen Bundesländern betrug der Gehalt 1990 noch 2250 m/kg Fett. Dies ist – auch
wenn die Verwendung von DDT auch in der DDR ab 1970 stark zurück ging – auf die
relativ lange Verwendung von DDT (z. B. in Holzschutzmitteln) zurückzuführen.
Betrug das Verhältnis von DDT zu DDE im Serum 1970 3:1, so lag es 1990 bei 1:9. Je
höher der DDT-Gehalt gegenüber dem metabolen DDE-Gehalt, desto kurzer liegt eine
Einnahme zurück. Auch junge Generationen sind DDT-belastet. Denn ein Säugling
weist die gleichen Konzentrationen wie seine Mutter auf. Die Aufnahme geschieht
zunächst über die Plazenta, später über die Muttermilch.
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Pestizide - Thema 14
GLYPHOSAT
GESCHICHTE
Das Breitbandherbizid Glyphosat wurde bereits 1950 zum ersten mal hergestellt. Erst
1971 entdeckten Wissenschaftler von Monsanto bei Untersuchungen verschiedener
Aminomethylphosphonsäure-Produkte die herbizide Wirkung von Glyphosat. Drei
Jahre später kam Roundup, das erste Herbizid mit dem Wirkstoff Glyphosat, auf den
Markt. Zunächst konnte es nur zur Feldvorbereitung genutzt werden. Doch in den
1990er Jahren entwickelte Monsanto gentechnisch veränderte Pflanzen, die gegen Glyphosat resistent waren. Das gab den Bauern neue Spielräume, den nun konnte das neue
Herbizid ganzjährig ausgebracht werden.
Inzwischen regen sich Zweifel daran, dass Glyphosat unschädlich für den Menschen sei. Es gibt Studien mit Tierversuchen die eindeutig zeigen, dass Glyphosat
Wirkungen auf Säugetiere hat. Ebenso konnten Bauern Zusammenhänge zwischen
Schäden am Kuhleib oder Fehlbildungen von Ferkeln und glyphosatbelastetem Tierfutter erkennen. Es zeigten sich bei
Ferkeln Fehlbildungen wie beispielsweise
nicht
geschlossene
Schädeldecken oder offen liegende
Wirbelsäulen. Bei Kühen sind es
besonders Fehlbildungen der Beine
und Defekte an der Haut, die im
Zusammenhang mit belastetem
Futter stehen. Haupteinfuhrpunkt der
EU für diese (Soja-)Futtermittel ist
der Hafen von Rotterdam. Da in den
letzten Jahren keine Überschreitungen der Belastungsgrenzwerte festgestellt wurden,
sind die Kontrollen des Sojas daraufhin weitgehend ausgesetzt worden. Die direkte
Weiterverarbeitung im Hafen zu Schrot macht eine Nachmessung sinnlos, da ein Herkunftsnachweis nicht mehr möglich ist.
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Pestizide - Thema 14
CHEMISCHE EIGENSCHAFTEN
N-(Phosphonomethyl)glycin
Glyphosat, auch N-(Phosphonomethyl)glycin, kann über verschiedene
Wege synthetisiert werden. Eine Möglichkeit ist die Reaktion von Glycin
(Abb. rechts oben), Formaldehyd (Abb. rechts mittig), Phosphorsäure
(Abb. rechts unten) und Chlorkohlenwasserstoff. Der Reinheitsgrad der
Synthese liegt üblicherweise bei 96 %, das heißt es sind nur 4 % andere
Stoffe als Glyphosat enthalten. Glyphosat kann als Säure oder Lauge hergestellt werden. Dem Glyphosat wird in Pflanzenschutzmitteln (PSM)
häufig ein Netzmittel beigefügt, das die Aufnahme in die Pflanze verbessern soll.
Diese Netzmittel werden teilweise als giftiger bezeichnet, als es der eigentliche Wirkstoff – das Glyphosat – selber sei. Gerade für Wassertiere gibt es einige
Formulierungen (Zusammensetzungen), die problematisch sind.
Das Herbizid ist nicht flüchtig (es verdampft nicht) und ist geruchslos. Es hat einen
amphoteren Charakter, das heißt, es kann sowohl als Lauge als auch als Säure reagieren. Zudem ist Glyphosat durch seine vielen Hydroxygruppen stark polar, und daher
wasserlöslich. Denn alle polaren Stoffe lassen sich untereinander mischen. Ist ein
Molekül polar, bedeutet es, dass innerhalb des Moleküls elektrische Ladungen verschoben sind oder ein Ungleichgewicht dieser besteht und es daher nach außen hin
elektrische Felder aufweist (z. B. sorgen die Valenzelektronenpaare des Sauerstoff für
die Polarität eines Moleküls).
Der Nachweis von Glyphosat geschieht über die Flüssigchromatographie und eine
anschließende Tandem-Massenspektrometrie. Die einzelnen Bestandteile der Probe
werden durch die Chromatographie getrennt. Anschließend wird mit der doppelten
Massenspektrometrie nach Stoffen bestimmten Gewichtes gesucht. Finden sich diese,
kann auf Glyphosat rückgeschlossen werden.
Da Glyphosat starke Ähnlichkeit zu Phosphat-Ionen aufweist, lagert es sich ebenso
wie diese an bestimmten Mineralien gut ab. Das führt zu einer schnellen Bindung
(Absorption) im Boden. Glyphosat lässt sich kaum durch Hydrolyse (Spaltung durch
Wasser) und nur wenig durch Photolyse (Spaltung durch Licht) zersetzten. Die Halb-
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Pestizide - Thema 14
wertszeit im Gewässer beträgt zwischen 7 und 14 Tagen, auf dem Acker, je nach
Boden, etwa 14 Tage und im Wald 30 bis 60 Tage.
Beim Ausbringen auf dem Feld gelangt immer ein gewisser Teil des Spritzmittels
neben das Feld. Bei modernen Spritzmaschinen sind dies bei Glyphosat etwa vier Prozent, die einen Meter entfernt vom Feld landen. Bringt man das Gift aber mit einem
Flugzeug aus, wie es etwa in weiten Teilen Amerikas üblich ist, so landen etwa zehn
Prozent in 25 Metern Entfernung und in 75 Metern Entfernung immerhin noch ein
Prozent.
Beim biologischen Abbau von Glyphosat entsteht Aminomethylphosphonsäure, kurz AMPA (Abb. rechts), oder Ethanalsäure
(Glyoxylsäure). Beide Metaboliten werden später zu Phosphat,
Ammonium und Kohlenstoffdioxid zersetzt. Dies kann unter aeroben (sauerstoffhaltigen) oder anaeroben (sauerstofflosen) Bedingungen geschehen. AMPA ist ebenso wie
Glyphosat toxisch (giftig).
WIRKUNGSWEISE
IN
PFLANZE UND MIKROORGANISMUS
Glyphosat blockiert das Enzym 5-Enolpyruvylshikimat-3-phosphat-Synthase (EPSPS),
das für die Synthese einiger Aminosäuren über den Shikimatweg (ein Stoffwechselweg,
der besonders in Pflanzen und Mikroorganismen vorkommt) zuständig ist. Dadurch
sind lebensnotwendige Stoffwechselprozesse blockiert und der Organismus stirbt.
Aufgenommen wird der Wirkstoff von der Pflanze über die grünen Pflanzenteile.
Glyphosathaltige Pflanzenschutzmittel haben in der Regel immer ein Netzmittel beigemischt, dass die gleichmäßige Verteilung und Haftung des PSM an der Pflanze
sicherstellt und gleichzeitig die Diffusion (Aufnahme durch die Zellwand) erleichtert.
In der Pflanze wird das systemisch wirkende Herbizid über das Phloem verteilt. Das
bedeutet, anders als beim DDT, dass der Wirkstoff in der Pflanze nur nach unten weiterverteilt werden kann. Denn das Phloem transportiert normalerweise die durch
Photosynthese gewonnene Stärke in die Pflanzenspeicher.
Glyphosat unterstützt durch die Hemmung bestimmter Bakterien im Boden den
Pilzbefall der Pflanzenwurzeln.
BEI SÄUGETIEREN
In Säugetieren ist der Höchstgehalt des Glyphosat fünf bis sechs Stunden nach der
Aufnahme im Blut zu messen. Glyphosat verteilt sich auch im extraversalen Gewebe,
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Pestizide - Thema 14
dem Gewebe außerhalb des Blutes. Es findet eine Anreicherung (Akkumulation) im
Gewebe statt.
Fast alle diesbezüglichen Studien kommen zu dem Schluss, dass von Glyphosat
keine Gefährdung ausgehe. Es wirke weder auf das Erbgut (mutagen), noch sei es kanzerogen. Viele Umweltverbände sehen das anders, verweisen auch auf einige Studien
und fordern in der EU ein Verbot auf der Grundlage des Vorsorgeprinzips.
Studien verschiedener Umweltverbände konnten Glyphosat in Muttermilch und
Urin nachweisen, doch das BfR (Bundesamt für Risikobewertung) befand alle gefundenen Werte als deutlich unter dem europäischen Grenzwert. Die letale (tödliche)
Dosis für menschliche Plazentakulturen lag bei 4,54 g/l.
Die Internationale Agentur für Krebsforschung (IARC) der WHO stufte, sich auf
Kohortenstudien aus verschiedenen Ländern stützend, Glyphosat im März 2015 als
„wahrscheinlich krebserregend“ ein. Die Mutagenität (gentoxische Wirkung) von Glyphosat sieht die IARC als hinreichend belegt an.
Bleibt hinsichtlich eines europaweiten Verbotes die Entscheidung der europäischen
Mitgliedsstaaten am 7. März 2016 abzuwarten, doch es sieht so aus, als wollten diese,
der Empfehlung der Kommission folgend, das umstrittene Herbizid für weitere fünfzehn Jahre zulassen.
BEI ANDEREN
Die LD50 der Virginiawachtel liegt für Roundup bei 1742 mg a. e./kg Erde etwa
dreimal niedriger als für den Wirkstoff Glyphosat alleine. Für den Kompostwurm liegt
die Differenz bei immerhin dem Doppelten (2300 mg a. e./kg für Glyphosat, 1550 mg
a. e./kg). Diese Werte unterstreichen, wie relevant die Bewertung eines Pestizides auf
Grundlage der Toxizität des Gesammtproduktes ist, und eine Analyse des Wirkstoffes
alleine eben nicht ausreicht.
ANWENDUNG
Glyphosat war zunächst, wie anfangs schon erwähnt, nur als Vorlaufherbizid, sprich
vor der Aussaat, verwendbar. Inzwischen gewinnt die Pfluglose Bodenbearbeitung an
Bedeutung. Dabei werden die Stoppel des letzten Jahres nicht mehr untergepflügt, sondern verbleiben in den ersten Zentimetern Boden. Das führt dort zu Humusbildung, die
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Pestizide - Thema 14
Beikräutern zugute kommt, aber das Verfahren spart enorm Arbeitsenergie und wirkt
der Bodenerosion entschieden entgegen.
Aufgrund seiner guten Bindung im Boden kann Glyphosat auch kurz nach der Aussaat bevor die Nutzpflanze keimt noch einmal versprüht werden. Die Keimblätter des
inzwischen wieder aufgelaufenen Beikrautes nehmen genug Glyphosat auf, damit die
Pflanze kollabiert.
Während der Wachstumsphase der Nutzpflanze kann in der Regel kein Glyphosat
gesprüht werden, da auch die Nutzpflanze vom nicht selektiven Herbizid vernichtet
würde. Ist die Nutzpflanze allerdings glyphosatresitent, kann auch in diesem Zeitraum
Glyphosat ausgebracht werden.
Mit Herbiziden wie Glyphosat kann der Erntezeitpunkt, oder besser die Feuchtigkeit der Ernte zum Erntezeitpunk manipuliert werden. Möchte man beispielsweise das
Getreide aus logistischen Gründen eine Woche vor seinem eigentlichen Reifezeitpunkt
ernten, dann tötet man die Pflanzen zum geeigneten Zeitpunkt mit Glyphosat ab und
erntet das Getreide bevor es so weit vertrocknet ist, dass die Ähren herausfallen. Eine
aufwändige Trocknung des Getreides, das die Schimmel- und Brandgefahr erheblich
senkt, wird auf diese Weise überflüssig. Dieses Verfahren ist zumindest zur Bestimmung des Erntezeitpunktes in Deutschland verboten. Eine Anwendung bei
„besonderen Bedingungen“ ist aber grundsätzlich nicht verboten.
2011 wurden in den USA mehr als 110.000 t Glyphosat ausgebracht.
KONTROVERSEN
Einige Studien sehen in Glyphosat einen wirtschaftlichen Faktor, der nicht unterschätzt
werden dürfe. Auch trage Glyphosat dazu bei, dass Resistenzen vermieden würden, da
es eine größere Auswahl an PSM gäbe. Mit Blick auf die Super-Unkräuter in den USA
scheint dieser Aspekt absurd. Eine dieser Studien prognostiziert durch ein mögliches
Verbot in der Europäischen Union Ertragseinbußen von fünf Prozent. Andere Wissenschaftler sind der Auffassung, dass ein Wegfall des Herbizids durch andere Methoden
kompensiert werden könne.
RESISTENZEN
So wie der Mensch mühsam im Labor die Nutzpflanzen gentechnisch verändert um sie
gegen Glyphosat resistent zu machen, kann es auch die Natur machen. In einigen
Teilen Amerikas breiten sich die als Super-Weeds (Superunkräuter) bekannten
Pflanzen immer weiter aus. Eine Bekämpfung dieser Pflanzen ist mit chemischen Mit-
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Pestizide - Thema 14
teln kaum möglich. Einige Äcker wurden auf Grund dieser Unkräuter bereits aufgegeben, da sie nicht mehr bewirtschaftet werden konnten. Die Superunkräuter tauchten
vorwiegend in den Gegenden auf, in denen glyphosatresistente Nutzpflanzen angebaut
werden.
Bauern wird dazu geraten eine größere Auswahl von Herbiziden zu nutzen um
diesem Phänomen vorzubeugen. Auch die mechanische Unkrautentfernung sowie
Fruchtfolgen würden dazu beitragen, dass die Vorteile von Glyphosat länger genutzt
werden könnten.
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Pestizide - Thema 14
NEONICOTINOIDE
GESCHICHTE
Zunächst entdeckte man die insektizide Wirkung von 2-(Dibromnitromethyl)-3-methylpyridin auf Stubenfliegen. Die Weiterentwicklung dieses Stoffes führte zu
Nithiazin. Bereits dieser Stoff zeigte die für Neonicotinoide, oder kurz gesprochen
„Neonics“, typischen Merkmale: eine gute systemische Wirkung und geringe Toxizität
gegenüber Säugetieren. Systemische Wirkung bedeutet, dass der Wirkstoff über das
Xylem in der ganzen Pflanze verteilt wird (da das Xylem das Wasser aus den Wurzeln
nach oben bringt, kann der Wirkstoff auch nur in dieser Richtung transportiert
werden). Der Nachteil dieses Stoffes war seine leichte Photolyse. Dadurch war keine
Lichtbeständigkeit in der Pflanze geboten, der Stoff zersetzte sich unter Sonneneinstrahlung sehr schnell. Zu Beginn der 1980er Jahre wurde weiter in dieser Richtung
geforscht und man fand schließlich die Verbindung Imidacloprid (Abb.).
1991 wurde Imidacloprid von der Bayer AG auf den
Markt gebracht und wurde schnell zu einem der bedeutendsten Insektizide weltweit. Andere Unternehmen
investierten infolge dessen nun auch in die Forschung in
diesem Bereich.
WIRKUNGSWEISE
Neonicotinoide werden synthetisch hergestellt. Sie wirken auf den Nikotinischen
Acetylcholinrezeptor, kurz nAChR. Dieser Rezeptor ist für die Nervenimpulsübertragung an der Synapse zuständig. Normalerweise lagert sich dort Acetylcholin (ACh) an
und es öffnet sich der Ionenkanal (Tunnelprotein) der Synapse um die interzelluläre
Signalübertragung zuzulassen. Ein entsprechendes Enzym, die Acetylcholinesterase,
kurz AChE, baut dann das Acetylcholin wieder ab. Neonicotinoide wie das Imidacloprid lagern sich ebenfalls am nAChR an (Agonist), können aber von der AChE nicht
abgebaut werden. Dies führt zu einer dauerhaften Öffnung des Ionenkanals und infolge
derer zu Krämpfen, die schließlich zum Tod der Insekten führen. Neonicotinoide sind
selektiv, da sie gut gegen Insekten und kaum gegen Wirbeltiere wirken.
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Pestizide - Thema 14
VERWENDUNG
Neonicotinoide sind Kontakt- und Fraßgifte. Für systemische Mittel bedeutet dies, das
ein einfacher Eintrag über die Wurzeln der Pflanze selbige gegen beißende und saugende Insekten schützt. Aufgrund ihrer guten Verteilungsfähigkeit in der Pflanze
eignen sich „Neonics“ besonders als Saatgutbeizmittel. Der Samen wird vor der Aussaat mit Neonicotinoiden versetzt und dann aufs Feld gebracht. So ist die Pflanze vom
Keimling bis zur großen Pflanze geschützt. Denn in der Pflanze bauen sich diese
Insektizide nur langsam ab. Bei Wein beispielsweise reicht eine Pflanzenbehandlung
um die Nutzpflanze ein halbes Jahr lang gegen Insekten zu schützen. Bei einem
Ahornbaum beträgt diese Zeit sogar vier Jahre. Es gelangen lediglich 1,6 bis 20 % des
im Samen vorhandenen Beizmittels in die Pflanze, dort reicht eine Konzentration von
fünf bis zehn ppb (10-9 : 1) aber schon aus, um die Pflanze zu schützen.
Es ist aber auch eine Behandlung der Pflanzenblätter oder des Bodens möglich.
Auch kann das Neonicitoid anderen Stoffen wie beispielsweise dem Dünger beigemischt oder über die Bewässerung eingebracht werden.
2008 entstanden 24 % des Umsatzes von Insektiziden aus dem Verkauf von Neonicotinoiden. Es sind zur Zeit sieben verschiedene neonicotinoide Wirkstoffe auf dem
Markt. 2012 entfielen in England, dem einzigen Land, das zum Gebrauch von Neonicotinoiden Statistiken aufweisen kann, 85 % der Neonicotinoid-Applikationen
(-Ausbringungen) auf Getreide- und Ölsaaten. Etwa 19 % der Getreideanbauflächen
und 68 % der Ölsaatanbauflächen wurden 2012 mit Neonicotinoiden behandelt.
Auch in der privaten Nutzung spielen Neonicotinoide eine Rolle. Sie können in entsprechenden Produkten für die Anwendung im Garten, im Haus oder am Haustier
enthalten sein.
TOXIZITÄT
Neonicotinoide sind, wie schon erwähnt, stark selektiv. Dies liegt, so wird vermutet,
an der Wirkungsweise am Nikotinischen Acetylcholinrezeptor. So starben von siebzig
bekannten Vergifteten nur zwei der Opfer. Weitere acht dieser Vergiftungen, meist
Selbstmordversuche, verliefen mit schweren Auswirkungen. Die EFSA (Europäische
Behörde für Lebensmittelsicherheit) schließt eine Beeinträchtigung der Lern- und
Gedächtnisfunktionen von Säuglingen und Kleinkindern nicht aus.
Bei Tieren ist die Toxizität deutlich höher. Die Toxizität eines Stoffes wird üblicherweise mit LD50 angegeben. Damit ist die Dosis gemeint, bei der die Hälfte (50%)
der Versuchsorganismen sterben (letale Dosis). Der Verzehr von drei gebeizten Mais-
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Pestizide - Thema 14
körnern übersteigt bereits die LD50 der Maus. Die LD50 eines Rebhuhns ist mit fünf
Maiskörnern, sechs Rübensamen oder zweiunddreißig Rapssamen erreicht. Die LD50
der Honigbiene ist bei Neonicotinoiden mit 4 bis 5 ng etwa zehntausend mal niedriger
als bei DDT, also sind Neonicotinoide für die Biene deutlich giftiger als DDT.
Ende April 2008 gab es im Oberrheingraben einen Zwischenfall, bei dem elftausend Bienenvölker geschädigt wurden. Grund dafür war Saatgutbeize von
Maiskörnern, die sich bei der Aussaat vom Korn löste und vom Wind auf angrenzende,
in Blüte stehende Maisfelder getragen wurde. In Deutschland sind seitdem die Wirkstoffe Clothianidin, Thiamethoxam und Imidacloprid zur Saatgutbehandlung verboten.
Seit 2013 gilt dies in vielen Anwendungsbereichen europaweit.
Es gibt rund um Neonicotinoide und das Bienensterben (Colony Collapse Disorder,
kurz CCD) die Frage, ob es zwischen beidem einen Zusammenhang gibt. Wissenschaftliche Studien sind kaum möglich, da die Toxizität so gering ist und weitere
Faktoren, die die Bienenstöcke beeinflussen, nicht ausgeschlossen werden können.
Mehrere Studien kommen zu dem Schluss, dass einzelne Bienen und Hummeln
negativ beeinflusst werden. Eine dieser Studien kommt weiter zu dem Ergebnis, dass
Bienenvölker die Belastung abpuffern könnten, indem sie die Geschlechterverteilung
hin zu den Arbeiterbienen verschieben. Eine 2011 publizierte Metaanalyse aus vierzehn Studien kommt zu dem Schluss, dass das Leistungsniveau der Bienen eines
Volkes um 6 bis 20 % sinke.
UMWELTVERHALTEN
Eindeutige Zahlen zur Anreicherung und Persistenz (Beständigkeit) von Neonicotinoiden im Boden gibt es nicht. Denn je nach Messverfahren, Boden und untersuchtem
Wirkstoff gibt es große Unterschiede. Die folgende Auflistung zeigt die Halbwertszeit
verschiedener „Neonics“ in Tagen.
Imidacloprid
28 – 1250
Thiamethoxam
7 – 353
Clothianidin
148 – 6931
Thiacloprid
3 – 74
Acetamiprid
31 – 450
Der Nachweis von Neonicotinoiden gestaltet sich, ähnlich wie bei Glyphosat,
schwierig und wird ebenso über Chromatographie und Massenspektronomie gemacht.
Zumindest bei Imidacloprid ist eine Anreicherung und lange Beständigkeit im Boden
ziemlich sicher. Auswaschung und Abrieb sind die beiden Eintragsquellen für den
Boden und das Grundwasser. Diese weisen heute schon etwa die Konzentrationen
dieser Gifte auf, die eine Pflanze sicher vor Insekten schützen. Frankreich geht in
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Pestizide - Thema 14
dieser Beziehung weit voran, denn hier sind seit 2016 keine Neonicotinoide mehr
zugelassen. In Deutschland sind es 34 Pflanzenschutzmittel mit den oben genannten
Wirkstoffen, die zugelassen sind.
2013 beschäftigte sich die Europäische Kommission mit diesem Thema und verabschiedete auf Grundlage uneindeutiger wissenschaftlicher Positionen eine Verordnung,
die Neonicotinoid-Anwendungen verbietet, in deren Folge die Honigbiene diesen Mitteln ausgesetzt sein könnte. So ist die Beizung von Saatgut, das beim Aussäen häufig
belasteten Staub verursacht, genauso verboten wie die Behandlung von Pflanzen,
deren Nektar die Bienen später aufnehmen könnten. Verboten sind die Wirkstoffe Clothianidin, Thiamethoxam und Imidacloprid.
Als Reaktion veröffentlichten Bayer CropScience und Syngenta eine umfangreiche
Studie zu den erwarteten wirtschaftlichen Einbußen. Die Europäische Kommission
wollte zwei Jahre nach Erlassung der Verordnung die Gefährdungsrisiken neu
bewerten lassen und die Verordnung entsprechend der fachlichen Einschätzung revidieren.
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Pestizide - Thema 14
Schematische Darstellung der chemischen Bindung eines Nikotin-Moleküls und des
Neonicotinoids Imidacloprid an den Nikotinischen Acetylcholinrezeptor. Die Aufnahme
geschieht über den aus der Pflanze gesaugten Pflanzensaft oder den bloßen Kontakt mit dem
Gift. Kutikula heißt die äußere Haut des Pflanzenblattes.
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Pestizide - Thema 14
ZULASSUNGSVERFAHREN VON PESTIZIDEN
Möchte ein Hersteller ein neues Produkt in der Europäischen Union auf den Markt
bringen, muss er in einem der EU-Länder einen Zulassungsantrag stellen. Dieses Land
lässt von seinen Behörden daraufhin das Produkt auf die enthaltenen Wirkstoffe untersuchen und gibt eine Einschätzung ab, die den anderen Mitgliedsstaaten und der
Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) mitgeteilt wird. Daraufhin
entscheidet die Europäische Kommission über die Zulassung. Anschließend können
die einzelnen Mitgliedsstaaten eine eigene Einschätzung vornehmen und wenn
gewünscht, das Produkt speziell in ihrer Zone zulassen. Von diesen Zonen gibt es drei
Stück. Sie unterteilen die Menge der Mitgliedsstaaten in Zone A (Norden), Zone B
(Mitte) und Zone C (Süden). Jede dieser Zonen kann individuell über eine Zulassung
entscheiden.
In Deutschland ist das Bundesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (BVL) für die Einschätzung zuständig. Dieses kooperiert mit dem
Bundesumweltamt (BUA), dem BfR sowie dem Julius-Kühn-Institut. Dabei führt
letztgenanntes gelegentlich eigene Studien und Analysen durch, während das BfR
lediglich die Aussagekraft und Richtigkeit des Verfahrens von Studien bewertet und
solche zusammenfasst.
In den USA koordiniert die Environmental Protection Agency (EPA) die Zulassungsverfahren. Dabei stützt sie sich auch auf Einschätzungen verschiedener
Behörden. Das Produkt wird auf die relevanten Punkte wie Toxizität, Umweltverhalten
und Möglichkeiten der Entsorgung untersucht. Dabei stützen sich die Behörden auf
Daten und Studien der antragstellenden Unternehmen, ja fordern diese sogar explizit
an, da die Landesbehörden die Kapazitäten für eigene Untersuchungen nicht hätten. Ist
das Produkt zugelassen, erfolgt eine weitere Zulassung in den eigenen Ländern. In den
USA gilt bei den Pflanzenschutzmitteln – so wie in der EU generell – das Vorsorgeprinzip (so heißt es zumindest in einer Dokumentation 1 für den deutschen Bundestag,
der Spiegel schreibt in seiner aktuellen Ausgabe, der vom 5.3.2016, es gelte für Pestizide in den USA das Nachsorgeprinzip). Vorsorgeprinzip bedeutet, dass solange
Zweifel an der Unschädlichkeit oder den Auswirkungen eines Produktes bestehen, es
nicht zugelassen werden darf.
Der große Unterschied liegt in der Bewertungsgrundlage. Während in der EU noch
einige Studien selber vorgenommen werden und gelegentlich auch Studien anderer
1 Zulassung von PSM – Unterschiede zwischen der EU und den USA, siehe Quellenverzeichnis
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Pestizide - Thema 14
Institute oder Organisationen herangezogen werden, sind in den USA einzig die Studien der Hersteller entscheidend. Für ein Zustandekommen des Transatlantischen
Handelsabkommens TTIP wäre auch in diesem Punkt eine Angleichung der Verfahren
denkbar bzw. nötig.
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Pestizide - Thema 14
STICHWORTVERZEICHNIS
A
Acetylcholin...............18f., 22
Acetylcholinesterase......18
Nikotinischer
Acetylcholinrezeptor..................18f., 22
Agonist...........................9, 18
Aminosäure........................14
Amphoterer Charakter........13
Androgene..............................
Androgenrezeptor............9
Anophelesmücke............6, 10
Antagonist............................9
B
Baumwollanbau....................7
Biene................................20f.
Biologische Halbwertszeit..10
Biozid...................................3
C
Chromatographie..........13, 20
D
DDD (Dichlordiphenyldichlorethan).........................7
DDE (Dichlordiphenyldichlorethen)...................7, 10
DDT
(Dichlordiphenyltrichlorethan).............1ff., 6ff., 14, 20
Abbauprodukt DDD......7f.
Abbauprodukt DDE.....7ff.
Jittern...............................9
Derivat................................9f.
Diazinon............................10,
Dreckiges Dutzend...............7
Stockholmer
Übereinkommen..............7
E
Endokrin...............................9
Enzym...........................14, 18
Erbgut.................................15
F
Flüchtig...............................13
G
Gerasol................................10
Glyphosat..........1ff., 12ff., 20
H
Hormon..............................9f.
Hydrolyse.......................8, 13
Hydrophob............................7
Hydroxygruppe...................13
Hydroxyl-Radikal.................8
I
Imidacloprid..............18, 20ff.
Immobilisierend....................9
Insektizid............3ff., 9f., 18f.
Ionenkanal..........................18
Isomer...............................7ff.
J
Jittern....................................9
K
Kanzerogen...............6, 10, 15
Kartoffelkäfer.......................6
L
Lähmend...............................9
LD50....................9f., 15, 19f.
Lipophil................................7
M
Massenspektrometrie..........13
― 25 ―
Metabolit........................8, 14
Motoneuronen......................9
Mutagen..............................15
N
Neonicotinoide.........1f., 18ff.
Nithiazin.............................18
O
Östrogen...............................9
P
Partikelgebunden..................8
Phasing out...........................6
DDT.............3, 6ff., 14, 20
Photolyse..................8, 13, 18
Polar....................................13
POP.......................................7
POP-Konvention..............7
Pyrethroide...........................9
S
Selektiv.......................16, 18f.
Shikimatweg.......................14
Silent Spring.........................6
Spiralnerven..........................9
Stockholmer Übereinkommen................................7
Systemische Wirkung.........18
T
Testosteron............................9
Tod..............................4, 9, 18
Tremor..................................9
Tunnelprotein......................18
W
WHO..............................6, 15
Z
Zentrales Nervensystem
(ZNS)....................................9
Pestizide - Thema 14
ABBILDUNGSVERZEICHNIS
Namenserklärung DDT.svg, Wikimedia Commons....................................................................7
DDT to DDD and DDE.svg, Wikimedia Commons...................................................................8
Diazinon-Structural Formula V1.svg, Urheber: Jü, Wikimedia Commons..............................10
Deformierte Ferkel; Seitenabbildung aus "Glyphosat: Wirkung des Totalherbizids auf
Menschen und Tiere", siehe Quellenverzeichnis......................................................................12
Glyphosate.svg, Wikimedia Commons.....................................................................................13
Glycin - Glycine.svg, Wikimedia Commons............................................................................13
Formaldehyde-2D.svg, Wikimedia Commons..........................................................................13
Phosphorsäure - Phosphoric acid.svg, Wikimedia Commons...................................................13
Aminomethylphosphonic acid.svg, Wikimedia Commons.......................................................14
Imidacloprid.svg, Wikimedia Commons..................................................................................18
Nicotin-Imidacloprid.svg, Urheber: Kopiersperre, Wikimedia Commons...............................22
Sofern kein Urheber genannt ist, sind die Abbildungen gemeinfrei.
LITERATURVERZEICHNIS
Verschiedene Artikel der (deutschen)
Wikipedia, u.a. diese:
Verschiedene Inhalte der Internetseite des
BUND, besonders zu den Themen
Androgenrezeptor
Pestizide
Aminomethylphosphonsäure
Glyphosat
Biozid
Neonicotinoide
Chlorkohlenwasserstoffe
Dichlordiphenyltrichlorethan
Dichlordiphenyldichlorethen
Alles für TTIP in: Der Spiegel, Nr. 10 vom
5.3.2016
Monsanto gegen Bauern – Bericht des Zen-
Herbizid
trums für Nahrungsmittelsicherheit,
Huminsäuren
Washington D.C.
Neonicotinoide
Acetylcholin
Nikotinischer Acetylcholinrezeptor
Nithiazine (en)
Persistenz
Pesticide (en)
Pestizid
Pflanzenschutzmittel
Glyphosat: Wirkung des Totalherbizids auf
Menschen und Tiere
WDR Die Story: Gift im Ackern, Glyphosat –
die unterschätzte Gefahr
www.farmlandbirds.net: Schwere Zeiten für
Brutvögel
Zulassung von PSM – Unterschiede zwischen
der EU und den USA
― 26 ―
Thema 15
Thema 15
Impfungen mit ihren Vor- und Nachteilen
Leonie Schoeneich
Inhaltsverzeichnis
1 Einleitung..........................................................................................2
2 Das Immunsystem.............................................................................3
2.1
Unsere spezifische Immunabwehr...................................3
2.2
Unsere unspezifische Immunabwehr...............................4
3 Antikörper..........................................................................................7
4 Geschichte der Impfung...................................................................10
5 Die Immunisierung...........................................................................12
5.1
Die aktive Immunisierung..............................................12
5.2
Die passive Immunisierung............................................13
5.3
Die Simultanimpfung.....................................................14
6 Die Impfstoffe..................................................................................15
6.1
Lebendimpfstoffe...........................................................15
6.2
Totimpfstoffe..................................................................16
6.3
Toxoidimpfstoffe............................................................17
7 Zusatzstoffe in Impfpräparaten........................................................19
8 Häufige Schäden nach einer Impfung..............................................21
9 Meine Einstellung zum Impfen........................................................23
10
Quellenangaben....................................................................24
1
Thema 15
Einleitung
Das Impfen beschäftigt die Menschen schon seit mehreren hundert Jahren, ist aber auch heute
noch höchst aktuell und ein viel diskutiertes Thema. Die Meinungen über das Thema spalten
sich so sehr, wie kaum bei einem anderen. Das Auftreten von Masernerkrankungen und
andere
epidemieähnliche Ausbrüche
sorgen
außerdem
immer
wieder
für
neuen
Diskussionsstoff, ob in Deutschland zum Beispiel eine Impfpflicht eingeführt werden sollte
oder nicht. Die meisten Ärzte, aber auch offizielle Institute wie die STIKO (ständige
Impfkommission) sprechen eine Empfehlung für das Impfen von äußerster Dringlichkeit aus,
damit so die Bevölkerung als Gemeinschaft einzelne Krankheiten aussterben lässt. Aber auch
die Zahl der Impfgegner steigt immer mehr an, es werden Bücher zur Aufklärung
veröffentlicht und auf Nachteile hingewiesen. Allerdings geschieht diese Aufklärung über
sowohl die Vor- als auch die Nachteile des Impfens bei einem Besuch beim Arzt nur sehr
selten. Häufig werden Fragen zu zusätzlichen Inhaltsstoffen übergangen oder bleiben aus
Unwissenheit des Arztes unbeantwortet. Man sollte sich also nur von einem Arzt impfen
lassen, der einen sowohl auf die Vorteile der Schutzimpfung sowie auf die Empfehlungen der
STIKO hinweist, aber auch auf die Impfnebenwirkungen eingeht. Die Aussagen des Arztes
sollten dabei nicht all zu sehr durch seine persönliche Einstellung gegenüber dem Impfen
beeinflusst sein, sondern möglichst objektiv gehalten werden und vor allem wissenschaftlich
begründet werden können. Nur auf diese Weise der Impfaufklärung ist es dem Patienten, der
mit seinen Bedürfnissen immer an erster Stelle stehen sollte, möglich, sich eine eigene
Meinung zu bilden und sich zu entscheiden, ob er sich oder vor allem sein Kind impfen
lassen möchte, oder es vorzieht auf die künstliche Immunisierung zu verzichten. Ich möchte
mit meinem Referat genau auf diese Art der Aufklärung zurückgreifen und sowohl die
Vorteile, als auch die Nachteile des Impfens betrachten.
2
Thema 15
Das Immunsystem
Unser Immunsystem ist das natürliche Abwehrsystem unseres Körpers, welches uns mit Hilfe
unterschiedlicher Mechanismen vor Krankheitserregern schützt. Allerdings bekämpft es nicht
nur in unseren Organismus eingedrungene Erreger und Fremdstoffe, sondern ist außerdem in
der Lage krankhafte körpereigene Zellen zu vernichten. Das Immunsystem besteht aus
verschiedenen Zelltypen und Molekülen, den sogenannten lymphatischen Organen, zu
welchen der Thymus, das Knochenmark, die Lymphknoten, die Tonsillen, die Milz, die
Appendix und die Lymphfollikel der Schleimhäute
gehören. Sein gesamtes Gewicht beträgt ganze zwei bis drei Kilo.
Nicht nur der Aufbau unseres Immunsystems ist sehr komplex, sondern vor allem auch die
Aufgaben, die es ausführt. Es gewährleistet uns Schutz, indem es zwischen fremden und
eigenen Elementen unterscheidet und mit einer entsprechenden Immunantwort reagiert. Für
die Abwehr schädlicher Stoffe stehen dem menschlichen Körper spezifische und
unspezifische Abwehrmechanismen
zur
Verfügung.
Mit
Hilfe
der
unspezifischen
Mechanismen kann ein Fremdstoff ohne vorhergehenden Kontakt unschädlich gemacht
werden, während bei spezifischen Mechanismen ein sogenannter Erstkontakt nötig ist, der die
Bildung von Abwehrstoffen (Antikörpern) auslöst. Diese beiden Abwehrsysteme sind zwar
von einander unabhängig, können aber durch Zusammenwirken noch deutlich effizienter sein.
In der Regel erkennt unsere Immunabwehr Krankheitserreger innerhalb von wenigen Stunden
und zerstört diese unmittelbar mit Mechanismen des unspezifischen Immunsystems. Sollte
dies nicht gelingen kommt es nach etwa vier bis sieben Tagen zu der spezifischen
Immunabwehr.
Unsere unspezifische Immunabwehr
Die unspezifische Immunabwehr wird auch angeborenes Immunsystem genannt, da diese Art
des Schutzes schon seit unser Geburt besteht. Sie besteht aus zwei unterschiedlichen Arten
von Faktoren. Zum einen wären da die zellulären Faktoren, zu welchen die als Abwehrzellen
eingesetzten bestimmten weißen Blutkörperchen gehören. Diese sogenannten Fresszellen
(Phagozyten) nehmen die Fremdkörper bzw. Erreger auf und verdauen sie. Phagozyten
werden in neutrophile und esoinophile Granulozyten, Makrophagen (Riesenfresszellen) und
3
Thema 15
Monozyten (Vorläufer der Makrophagen) unterteilt. Die andere Art der Faktoren sind die
humoralen Faktoren. Dazu gehören unter anderem in Körperflüssigkeiten gelöste Substanzen,
die eine bakterientötende Wirkung haben. Zum Beispiel das Enzym namens Lysozym,
welches in verschiedenen Körpersekreten wie Tränenflüssigkeit oder Speichel enthalten ist
und die Zellwände vieler Bakterien angreift. Die humoralen Faktoren umfassen außerdem das
von der Leber gebildete Enzymsystem, das sogenannte Komplementsystem, welches für die
Auflösung körperfremder Zellen verantwortlich ist. Interferone sind Proteine mit einer
immunstimulierenden Wirkung, die meist von Leukozyten und Fibroblasten gebildet werden
und den letzten Bestandteil der humoralen Faktoren ausmachen.
Neben diesen beiden Arten von Mechanismen wird unser unspezifisches Immunsystem aber
noch durch andere Faktoren unterstützt. Einer dieser Faktoren ist unsere Haut. Sie ist das
größte Organ des menschlichen Organismus und bildet die äußere Barriere unseres
Abwehrsystems. Auch unser Magensaft hat eine unterstützende Wirkung indem er Bakterien,
die wir über unsere Nahrung aufnehmen, zersetzt. Krankheitserreger oder andere Fremdstoffe,
die durchs Atmen in unsere Luftwege gelangen, werden durch gewisse Flimmerhärchen der
Schleimhäute wieder hinaus befördert oder bleiben an dem Schleim der Schleimhäute haften.
Unsere spezifische Immunabwehr
Unsere spezifische Immunabwehr bildet sich erst im Laufe unseres Lebens, weswegen sie
auch den Namen „erworbene Immunabwehr“ trägt. Durch die direkte Auseinandersetzung mit
einem bestimmten Krankheitserreger entsteht ein Lernprozess, bei welchem eine adaptive
Immunantwort ausgebildet wird, welche direkt auf den Erreger angepasst ist. Für diese
adaptive Immunantwort spielen die Lymphozyten, die zu immunologischen Reaktionen
fähigen Immunzellen, eine entscheidende Rolle. Lymphozyten sind die kleinsten weißen
Blutkörperchen, deren Anteil aller Blutkörperchen im Blut etwa 25% ausmachen.
Lymphozyten werden in den primären Immunorganen, dem Thymus und dem Knochenmark,
gebildet und von dort an die sekundären Organe des Immunsystems, die Lymphknoten, die
Lymphbahnen und die Milz, weitergegeben. 98% der Lymphozyten befinden sich in den
lymphatischen Organen, wo sie produziert oder hin abgegeben wurden und nur ein kleiner
Teil wird beständig ins Blut gegeben. Die Immunzellen können mindestens zehn Tage, aber
sogar bis zu mehreren Jahren leben und aktiv unseren Organismus verteidigen. Die
4
Thema 15
spezifische Immunabwehr wird aus zwei primären Arten der Lymphozyten gebildet, aus den
T-Lymphozyten und den B-Lymphozyten, welche sich in ihren Eigenschaften und Aufgaben
unterscheiden.
•
T-Lymphozyten
Die T-Lymphozyten gehören zu unserem spezifischen zellulären Abwehrsystem,
werden im Thymus produziert und machen einen Anteil von ca. 70% bis 80% aller
Lymphozyten aus. Sie lassen sich in zwei Gruppen unterteilen.
Die erste Gruppe bilden die T-Effektorzellen. Sie können verschiedenste
Immunantworten
auslösen
oder
verstärken
und
unterteilen
sich
aufgrund
unterschiedlicher Eigenschaften in weitere Untergruppen. Zum einen gibt es die
sogenannten T-Killerzellen, auch als zytotoxische T-Zellen bekannt, da sie infizierte
Zellen abtöten indem sie sie auflösen. Eine weitere Art der T-Effektorzellen sind die THelferzellen. Wie der Name schon vermuten lässt ist ihre Aufgabe die Makrophagen
und B-Zellen zu aktivieren, also zu unterstützen. Außerdem bilden noch die TUnterdrückungszellen einen Teil der T-Effektorzellen. Sie verhindern zum Beispiel die
Bildung von Autoimmunerkrankungen, indem sie eine Immunreaktion gegen
körpereigene Zellen größtenteils unterdrücken.
Die zweite Art der T-Lymphozyten sind die T-Gedächtniszellen, die noch jahrelang
den selben Erreger wiedererkennen und dessen Bekämpfung durch das Verstärken der
Immunantwort unterstützen.
•
B-Lymphozyten
Auch die B-Lymphozyten gehören zu unserem spezifischen Abwehrsystem, sind aber
keine gewöhnlichen Zellen. Sie sind die einzigen Zellen, die in der Lage sind
Antikörper zu produzieren. Im Gegensatz zu den T-Lymphozyten gehören sie zu dem
humoralen Teil unserer Immunabwehr. Bei Kontakt mit einem Antigen, welches zum
Beispiel auf einem Bakterium sitzt, entwickeln sich B-Lymphozyten entweder zu
Plasmazellen oder zu B-Gedächtniszellen. Dies geschieht dadurch, dass sich die BZelle an das erkannte Antigen bindet, welches zu ihrem sogenannten Rezeptor
(Bindungsstelle) passt und dann von Lymphokinen, die von einer T-Helferzelle
ausgeschüttet wurden, aktiviert wird.
Sowohl die Plasmazellen als auch die Gedächtniszellen sind in der Lage körperfremde
Strukturen, die Antigene, zu erkennen und daraufhin die passenden Antikörper zu
5
Thema 15
bilden. Der Unterschied der beiden B-Lymphozyten-Arten besteht darin, dass die
Plasmazellen kurzlebige Zellen sind, die eine Lebensdauer von nur etwa zwei bis drei
Tagen haben. Sie produzieren also Antikörper, können sich allerdings nicht die
Struktur des Antigens merken und somit nur für einen vorübergehenden Schutz
sorgen.
Die
B-Gedächtniszellen
bilden
mit
den
T-Gedächtniszellen
unser
immunologisches Gedächtnis. Sie erkennen auch noch nach Jahren den selben Erreger
und können daher bei einer erneuten Erkrankung umgehend mit der verstärkten
Produktion von Antikörpern beginnen. Allgemein sind B-Zellen, im Gegensatz zu TZellen, fähig, auch freie Antigene zu erkennen und eine entsprechende Immunantwort
auszulösen.
6
Thema 15
Antik̈rper
Antikörper sind Glycoproteine, die zu der Klasse der Globuline gehören, weshalb sie auch
häufig als Immunglobuline bezeichnet werde. Antikörper werden von Plasmazellen gebildet,
die aus B-Lymphozyten nach einem Antigenkontakt entstehen. Die Antikörperbildung wird
durch die Bindung des entsprechenden Antigens und den Antigenrezeptor des B-Lymphozyten
stimuliert. Als Antigene gelten in der Regel Makromoleküle oder auch kleinere Moleküle, die
sich an die Oberfläche eines Partikels häufig an Bakterien gebunden haben. Ein solches
gebundenes Molekül könnte beispielsweise ein Lipopolysaccharid sein.
Abb. 2, Struktur eines möglichen Antigens
Dieses spezifische Antigen sorgt nun für die Produktion der genau angepassten Antikörper,
welche über eine non-kovalente Bindung auch nur dieses bestimmte Antigen erkennen und in
seltenen
Fällen
verwandte
Strukturen
eines
Fremdkörpers
(Pockenschutzimpfung).
Allerdings erkennen Antikörper nicht den Fremdstoff selbst, sondern nur eine bestimmte
Stelle des Antigens, das sogenannte Epitop (oder auch antigene Determinante). Da jedes
Antigen die spezifische Produktion eines passenden Immunglobulins fordert, wird das
Verhältnis der beiden auch häufig als „Schlüssel-Schloss-Prinzip“ beschrieben.
Struktur:
Die Antikörper sind symmetrische Moleküle. Sie bestehen aus zwei leichten (L-Ketten) und
zwei schweren Peptidketten (H-Ketten), die durch Disulfidbrücken miteinander verbunden
sind. Da sie aus vier Protein-Untereinheiten (Ketten) bestehen, gehören sie zu den Proteinen,
die nur in einem Komplex funktionell sind und daher eine Quartärstruktur besitzt.
7
Thema 15
Zwischen der L- und H-Kette liegt die Antigenbindungsstelle. Dieser Teil des Moleküls wird
häufig auch als „Fab-Stück“ bezeichnet (antigen-bindendes Fragment). Da der Aufbau der
Antikörper symmetrisch ist, ergibt sich, dass diese über zwei Bindungsstellen verfügen und
daher als bivalent bezeichnet werden.
Abb. 3, Struktur eines Immunglobulin
Bei verschiedenen Antikörpern wird die Bindungsstelle auch als „variable Region“
bezeichnet. Vergleicht man die Aminosäuresequenzen der Enden der H-Ketten mit der
variablen Region, fällt auf, dass diese deutlich konstanter in Erscheinung treten. Daher auch
die Bezeichnung „Fc-Stück“ (c=constant) für diesen Bereich. Vor allem für die
Komplementaktivierung ist das Fc-Stück bedeutend, zur Antigenbildung ist es allerdings
unfähig.
Es gibt zwei Typen von leichten Ketten (κ und λ) und fünf Typen von schweren Ketten (α, δ,
ε, γ und μ), anhand derer die Antikörper in unterschiedliche Klassen (IgA, IgD, IgE, IgG und
IgM) eingeteilt werden, die sich durch unterschiedliche Eigenschaften auszeichnen. Um den
Vorgang der Immunisierung zu verstehen, genügt es allerdings sich nur allgemeine
8
Thema 15
Eigenschaften der Antikörper anzuschauen.
Antigen-Antikörper-Reaktion
Antikörper reagieren mit Determinanten an der Antigenoberfläche. Dabei kommt es zu einer
Konformationsänderung des Antikörpers, wodurch Strukturelemente erkennbar werden, die
vor der Bindung nicht vorhanden waren. Diese Strukturen befinden sich auf dem Fc-Stück
und ermöglichen eine Interaktion des Antikörpers mit Komplementfaktoren. Durch diese
Bindung des Antigens an den Antikörper wird dieses sozusagen neutralisiert. Dies ist der
Moment, bei welchem die Auflösung von Bakterien und der Abbau einiger Gifte eingeleitet
wird und dem Antigen die schädlichen Wechselwirkungen mit unserem Organismus nicht
mehr möglich sind.
Abb. 4, vereinfachte Darstellung der Bindung von Antikörper und Antigen
Bei der künstlichen Form des Immunisierens spielen Antikörper eine sehr wichtige Rolle.
9
Thema 15
Geschichte der Impfung
Um die Geschichte von der Entdeckung und dem Erfolg des Impfens zu verstehen, muss man
sich in die historischen Gegebenheiten hineinversetzen. Bis in das 19. Jahrhundert war es den
Chemikern, Biologen und Medizinern auf der Welt unmöglich, eine grundlegende und
vorbeugende Schutzmaßnahme gegen die im Laufe der Geschichte immer wieder mit
verheerenden Folgen auftretenden großen Seuchen zu finden und diese somit effektiv zu
bekämpfen und zurückzudrängen. So rafften Krankheiten wie die Pest oder Pocken immer
wieder große Bevölkerungsschichten dahin und wurden durch die ergriffenen Schutz- und
Vorsorgemaßnahmen häufig sogar verschlimmert anstatt geheilt.
Schon früh (etwa 200. v. Chr.) gab es jedoch in Asien, genauer gesagt in China Ärzte, die auf
die Idee einer absichtlichen „Vorinfektion“ als Schutzmaßnahme gegen eine spätere, weitaus
schlimmere Infektion setzten. Auch im nahen Osten wurde mit solchen Versuchen erfolgreich
experimentiert und dies schon weit vor dem großen „Durchbruch“ des Impfens in Europa.
Als erstem Europäer gelang im Jahre 1796 dem englischen Arzt Edward Jenner eine Person
erfolgreich mit Pocken „vorzuinfizieren“ und im späteren Verlauf des Experimentes immun
gegen eine erneute Ansteckung zu machen. Dies gelang ihm, indem er einen Jungen mit
Kuhpocken, welche sich durch einen bei dem Menschen weit harmloseren Krankheitsverlauf
auszeichnen, infizierte und somit immunisierte. Nach einer späteren Infektion zeigte der
Junge keinerlei Krankheitssymptome und galt somit als geheilt.
Das Problem dieser Impfungen war jedoch, dass zwar eine grundlegende Schutzmaßnahme
getroffen wurde, diese jedoch mehr oder weniger zufällig entstand und lediglich auf
Vermutungen der Mediziner, nicht jedoch auf Fakten basierte. So wurde zwar die Krankheit
verhindert, dessen Ursache war jedoch weiterhin nicht bekannt.
Dies änderte sich erst zum Ende des 19. Jahrhunderts. Der französische Mikrobiologe und
Chemiker Louis Pasteur fand in seiner als „Keimtheorie“ weltberühmten Forschungsarbeit als
erster die Ursachen von Infektionen heraus und konnte diese somit auch gezielt bekämpfen
und zuordnen.
Louis Pasteur, geboren am 27.12.1822 in Frankreich, studierte Naturwissenschaften und war
schon früh ein begeisterter Chemiker.
Während es zwar bekannt war, dass es außer den offensichtlich zu sehenden Lebewesen auf
der Welt noch sehr viele andere winzige Lebewesen gab, welche damals unter dem
Sammelbegriff Mikroben zusammengefasst wurden, war Pasteur der Erste dem es gelang,
10
Thema 15
diese kleinen Mikroorganismen in Verbindung zu Dingen wie dem Verderb von Lebensmitteln
aber auch Krankheiten zu bringen. Er konnte mithilfe eines Experiments beweisen, dass
Lebensmittel nur verderben, wenn sie der Luft ausgesetzt sind. Somit wies er die Existenz von
Mikroorganismen nach und kam zu der festen Überzeugung, dass diese auch die Auslöser für
viele der bisher nicht zu bekämpfenden Krankheiten waren. So widmete er sich ab einem
Alter von etwa 50 Jahren dem Erforschen von „Infektionskrankheiten“. Er begann zunächst
mit Hilfe von Tieren an einer Prävention gegen die Krankheiten zu forschen. Er infizierte
Hühner mit Proben von anderen an Hühnercholera erkrankten Tieren und stellte fest, dass die
neu infizierten Hühner keinerlei Krankheitssymptome aufwiesen. Somit bewies er die
Abschwächung der Mikroorganismen und deren Ungefährlichkeit nach einer gewissen
Zeitdauer.
Nun infizierte er die Hälfte der Hühner, welche bereits vorher schwache Mikroorganismen
bekamen, zeitgleich mit einer Gruppe Hühner ohne vorherige Injektion. Während die nicht
„geimpften“ Hühner ausnahmslos verstarben, überlebten die Hühner mit der Injektion.
Somit war der Beweis erbracht, dass eine Immunität gegen den Erreger vorlag und die
Vorinfektion mit einer harmloseren Form des Virus eine spätere möglicherweise tödliche
Infektion verhinderte.
Angetrieben von seinen Forschungsergebnissen und einem gewissen Konkurrenzkampf mit
dem deutschen Arzt Robert Koch, entwickelte Pasteur in den folgenden Jahren unter anderem
ein Impfverfahren gegen Tollwut, sowie andere Methoden, die die Medizin auf ein komplett
neues Level hoben. Jedoch sind auch Louis Pasteurs Methoden umstritten und unter
Impfgegner und Befürwortern heiß diskutiert, da vieles auf reinen Theorien Pasteurs beruht
und nicht wissenschaftlich von anderen Ärzten überprüft wurde.
In den folgenden Jahren entwickelte sich ein bis heute anhaltender „Impfboom“ , es wurden
staatlich geregelte Impfungen ins Leben gerufen und viele der „großen Seuchen“, wie zum
Beispiel die Pocken, verschwanden nach und nach durch die immer besser werdende
medizinische Versorgung der Menschheit. Doch auch hier bleibt anzumerken, dass es
umstritten ist, ob dafür einzig und allein die kontinuierliche „Durchimpfung“ der
Weltbevölkerung oder auch einfache Faktoren, wie die Verbesserung der allgemeinen
hygienischen Zuständen verantwortlich sind.
11
Thema 15
Die Immunisierung
Bei der Immunisierung macht man sich das natürliche Prinzip unseres Immunsystems zunutze
und injiziert durch Mechanismen der Immunabwehr erzeugte Antikörper. Es gibt zwei Arten
der Immunisierung, zum einen die aktive Immunisierung, zum anderen die passive
Immunisierung, welche sich erheblich von einander unterscheiden.
Abb. 1: Impfkalender der STIKO
Die aktive Immunisierung
Die aktive Immunisierung wird aufgrund der Entdeckung E. Jenners auch als Vakzination
bezeichnet, da dieser für die erste Impfung in Europa abgeschwächte Erreger der Kuhpocken
nutzte (von lat. Vaccinus, von Kühen stammend). Bei einer aktiven Impfung werden dem
Körper entweder Lebend- oder Totimpfstoffe zugeführt, die eine natürliche Immunantwort
des Abwehrsystems provozieren. Es werden also spezifische Antikörper gebildet, da unser
Abwehrsystem von einer echten Infektion ausgeht. Diese bekämpfen den abgeschwächten
12
Thema 15
oder toten Erreger und „merken“ sich die Struktur des Antigens. Somit schützen sie langfristig
unseren Körper vor eben dieser Krankheit. Bei einer erneuten Infektion erkennt unser
immunlogisches Gedächtnis dann die Struktur des bestimmten Erregers und unser
Immunsystem kann sofort mit der verstärkten Bildung von passenden Antikörpern beginnen.
Der langfristige Schutz ist auch die Komponente, welche die Schutzimpfung ausmacht und
von der passiven Immunisierung unterscheidet.
Aktive Impfungen unterscheidet man in Routineimpfungen und in Indikationsimpfungen.
Wobei die Routineimpfung die Standardimmunisierung ist, welche einen Schutz gegen
weitverbreitete Infektionskrankheiten bildet. Routineimpfungen sind von der STIKO
empfohlen und im Impfkalender nachzulesen. Die Indikationsimpfungen sind davon
abzugrenzen. Zu ihnen gehören auch die Reiseimpfungen, welche auf die entsprechenden
Länder angepasst sind. Außerdem werden von der STIKO die Grundimmunisierungen zum
Aufbau eines ausreichenden Impfschutzes und die sogenannten Auffrischungsimpfungen zum
Anheben eines abgefallenen Antikörpertiters auf das nötige Niveau, empfohlen.
Die passive Immunisierung
Bei der passiven Immunisierung verhält sich unser Abwehrsystem, wie der Name schon sagt,
passiv. Die Immunglobuline, die für den Schutz gegen den Krankheitserreger gebraucht
werden, führt man mit Hilfe einer Injektion durch. Dadurch, dass unser Immunsystem diese
Antikörper nicht selbst produzieren muss, wird kein immunologisches Gedächtnis aufgebaut
und der Schutz ist nur von kurzer Dauer (meist hält er wenige Wochen). Für die meisten
Krankheiten gibt es keine Antikörperpräparate, da häufig deren Wirkung nicht ausreicht und
vor allem die Produktion der Präparate vergleichsweise teuer ist. Bei Antikörperpräparaten
unterscheidet man homologe und heterologe Präparate, wobei die homologen Antikörper
eines Menschen, die heterologen Immunglobuline eines Tieres enthalten. Da die Antikörper
für heterologe Präparate von Pferden, Schafen oder anderen Tieren gewonnen werden, können
bei ihrer Injektion Komplikationen aufgrund von Fremdeiweißen auftreten. Gewonnen
werden diese speziellen Impfstoffe durch die Filterung der Immunglobuline und die
anschließende Verarbeitung zu einem Serum.
Eine besondere Form der passiven Immunisierung ist die diaplazentare Immunisierung. Diese
beschreibt die Übertragung der Antikörper einer Frau an ihr ungeborenes Kind während der
Schwangerschaft. Diese Weitergabe der Antikörper geschieht über die Plazenta und ist vor
allem für die ersten Lebenswochen des Säuglings sehr entscheidend, da sie der Grund für den
sogenannten „Nestschutz“ ist. Das Kind ist dadurch vor Infektionen geschützt.
Der wohl wichtigste Vorteil der passiven Immunisierung ist der unmittelbar eintretende
13
Thema 15
Schutz, weshalb sie in der Regel erst nach Eintreten der Erkrankung oder bei Verdacht auf
eine mögliche Infektion angewendet wird.
Die Simultanimpfung
Selbstverständlich lassen sich diese beiden Arten der Immunisierung auch kombinieren. Der
Vorteil einer solchen Simultanimpfung ist, dass ein sofortiger Schutz gegen eine Erkrankung
und gleichzeitig eine Prophylaxe gegen eine erneute Ansteckung gewährleistet wird.
Allerdings lässt sich diese Methode des Impfens nur bei wenigen Infektionen einsetzen.
Häufig beeinträchtigt die passive nämlich die aktive Immunisierung in ihrer Wirkung, was
abhängig von der Art des aktiven Impfstoffs ist. Beispielsweise können Simultanimpfungen
aber als Tetanusprophylaxe nach einer Verletzung oder als Tollwutprophylaxe nach Tierbissen
angewendet werden.
14
Thema 15
Die Impfstoffe
Für die aktive Immunisierung werden zwei verschiedene Arten von Impfstoffen angewendet.
Sie nennen sich Lebend- und Totimpfstoffe und unterscheiden sich vor allem in ihrer
Herstellung. Wichtig bei der Herstellung von Impfstoffen ist in erster Linie, dass sie vor allem
keine Erkrankung auslösen, schließlich sollen sie ja gegen diese einen Schutz bieten.
Außerdem ist daher wichtig, dass genügend antigenes Material vorhanden ist, um eine
entsprechende Immunantwort, also die Bildung von passenden Antikörpern, zu provozieren.
Anderenfalls wäre die Impfung zwecklos.
Lebendimpfstoffe
Die Eigenschaft, die Lebendimpstoffe besonders auszeichnet und gleichzeitig auch riskanter
als den Totimpfstoff macht, ist, dass sie lebende und somit vernehmungsfähige Keime
enthalten. Krankheitserreger müssen also durch verschiedene Vorgänge attenuiert werden, was
den Verlust der Virulenz bedeutet um als Lebendimpfstoff zum Einsatz zu kommen. Dabei ist
besonders wichtig, dass die Epitope, die Oberflächeneigenschaften des Erregers, welche die
Immunantwort auslösen, erhalten bleiben. Um einen Krankheitserreger in seinen
krankmachenden Eigenschaften abzuschwächen, nutzt man seine natürlichen Eigenschaften.
Ein Erreger kann sich nämlich in einem ungünstigen Wirt oder bei ständigem Wirtswechsel
am Anfang noch vermehren, allerdings keine Krankheit als solche mehr auslösen. Für die
Attenuierung mit Hilfe von mehreren Passagen wird entweder ein befruchtetes Hühnerei, ein
lebendes Tier oder eine Zellkultur verwendet. Eine weitere Methode zur Attenuierung ist das
Züchten von Erregern bei zu niedrigen Temperaturen. Auch dadurch verlieren sie ihre
krankmachenden Eigenschaften. Sollen Bakterien attenuiert werden, werden dafür meist
stabile Stämme gezüchtet, die keine krankmachenden Eigenschaften enthalten.
Folgende Impfstoffe gelten als Lebendimpfstoffe, da sie zwar abgeschwächte, aber immer
noch vermehrungsfähige Erreger enthalten:
•
Cholera-Schluckimpfung
•
Gelbfieberimpfstoff
15
Thema 15
•
Masernimpfstoff
•
Mumpsimpfstoff
•
Polio-Schluckimpfung
•
Typhus-Schluckimpfung
•
Windpockenimpfstoff
•
Rötelnimpfstoff
•
…
Der Vorteil der Lebendimpfstoffe besteht in ihrem äußerst langanhaltenden Schutz, der sogar
ein Leben lang bestehen bleiben kann, da sowohl die humorale als auch die zellulare
Immunabwehr aktiviert wird. Den Nachteil bilden die häufigen Nebenwirkungen, die bei
einer Impfung mit Lebendimpfstoff auftreten können und vor allem auch die Gefahr nicht nur
eine vorübergehende Schädigung, sondern einen ernsthaften Impfschaden davonzutragen.
Totimpfstoffe
Die wichtigste Eigenschaft, die den sogenannten Totimpfstoff vom Lebendimpfstoff
unterscheidet, ist, dass er keine vermehrungsfähigen Keime enthält. Da bei einer
Immunisierung mit Totimpfstoff nur eine sehr spezifische Menge an antigenem Material
zugeführt wird, kommt es zu einer sehr kontrollierten Immunantwort. Um das antigene
Material, welches den wichtigsten Bestandteil des Impfpräparates ausmacht, dem
Immunsystem optimal zu präsentieren, wird einem Totimpfstoff häufig ein Additiv
(Zusatzstoff) zugegeben. Impfstoffe, die ein Additiv wie zum Beispiel Aluminiumsalze,
Aluminiumhydroxide oder Aluminiumphosphat enthalten, nennt man Adsorbatimpfstoffe.
Allgemein sind die Zusammensetzungen von Totimpfstoffen sehr unterschiedlich, man kann
allerdings drei Gruppen unterscheiden. Zum einen gibt es die Ganzkeimvakzinen. Sie
enthalten ganze, inaktivierte Erreger und werden zum Beispiel für die Hepatitis A- , Tollwut-,
oder die Zeckenschutzimpfung genutzt. Eine weitere Form der Totimpfstoffe sind die
Subunitimpfstoffe. Für ihre Produktion werden keine kompletten inaktiven Erreger
16
Thema 15
verwendet, sondern nur der Teil, der für die Provokation einer Immunantwort entscheidend
ist. Diese entscheidenden Komponenten können zum Beispiel Polysaccharide sein, die sich
am äußeren Teil des Erregers befinden. Dies ist beim Typhus-Polysaccharidimpfstoff der Fall.
Wenn solche Polysaccharide allerdings an ein weiters Protein gebunden sind, nennt man einen
solchen
Impfstoff
„Konjugationsimpfstoff“.
Diese
werden
unteranderem
für
die
Pneumokokkenimpfung oder die Meningokokkenimpfung benutzt.
Allgemein gelten folgende Impfstoffe als Totimpfstoffe:
•
Pertussisimpfstoff
•
Choleraimpfstoff
•
Tollwutimpfstoff
•
Typhusimpfstoff
•
Poliomyelitisimpfstoff
•
Hepattitis-A und -B Impfstoff
•
Grippeimpfstoff
•
...
Der Vorteil des Totimpfstoffs besteht darin, dass er deutlich geringere Nebenwirkungen als
der Lebendimpfstoff mit sich bringt, weshalb heute auch deutlich mehr Impfstoffe zu dieser
Kategorie gehören. Nachteilig ist allerdings, dass sein Schutz teilweise schon nach wenigen
Jahren aufgefrischt werden muss, spätestens nach einigen Jahren.
Toxoidimpfstoffe
Manche Bakterien produzieren bei ihrer Vermehrung sogenannte Exotoxine (ausgeschiedene
Gifte) als Stoffwechselprodukte, die auf unsere Organismus eine schädigende Wirkung haben.
Zu dieser Art von Erregern gehören Tetanus und Diphtherie. Unser Immunsystem kann
Toxine weder erkennen noch Immunglobuline gegen sie bilden, weswegen Tetanus und
Diphtherie auch als so gefährlich gelten. Allerdings kann man Exotoxine in Toxide
17
Thema 15
umwandeln, gegen welche unser Körper dann Antikörper bilden kann, mit welchen er
wiederum auch die Toxine, die im Falle einer Erkrankung in den Körper gelangen würden,
bekämpfen kann.
Herstellung eines Toxoidimpfstoffes:
Zunächst wird für die Herstellung von Toxoidimpfstoffen eine entsprechende Bakterienkultur
benötigt. Als solche wird zum Beispiel eine Kultur der krankheitserregenden Bakterien
Corynebacterium diphtheriae oder Clostridium tetani benutzt. Diese werden auf ein
Nährmedium gegeben, an welches sie nun beginnen ihre Exotoxine abzugeben. Da diese für
die Herstellung eines Toxoidimpfstoffes nötig sind, werden sie durch den Mechanismus der
Sterilfiltration aus dem Nährmedium gewonnen. Um aus diesen gewonnenen Toxinen nun ein
für eine Impfung geeignetes Toxoid herzustellen, müssen sie zunächst chemisch behandelt
werden. Dies geschieht bei etwa 30-40°C mit einer Formaldehydlösung und sorgt für eine
Reaktion freier Aminogruppen in den Proteinseitenketten der Toxine mit dem Formaldehyd zu
Azomethingruppen. Durch diese Reaktion verlieren die Toxine ihre zellenzerstörende
Bindungsfähigkeit und somit auch ihre toxischen Eigenschaften, was sie zu Toxoiden macht.
Diese Rohtoxoide müssen im nächsten Schritt durch gewöhnliche Verfahren zur
Proteinreinigung zu einem reinen Toxoid verarbeitet werden. Durch diese Reinigung werden
größtenteils auch die Formaldehydreste entfernt.
Damit unser Immunsystem besonders gut auf den Toxoidimpfstoff reagiert, muss das Toxoid
vor seiner Verwendung zunächst noch an ein Additiv adsobiert werden. Dafür eignet sich vor
allem Aluminiumhydroxid, welches dem Immunsystem das Toxoid optimal präsentiert. Wird
nun noch anhand eines Tierversuches festgestellt, dass der Toxoidimpfstoff weder
schädigende Wirkungen auf den Organismus hat, noch eine Infizierung durch den
Tetanuserreger zulässt, ist der Impfstoff fertig für die aktive Tetanusimmunisierung.
18
Thema 15
Zusatzstoffe in Impfpräparaten
Impfpräparate werden noch immer mit Zusatzstoffen angereichert, die eigene Probleme
hervorrufen. Bei dem eventuellen Gespräch beim Arzt geht es allerdings nur selten um diese
Anteile:
•
Antibiotika (Gentamycin, Framycetin u.a.)
•
Thiomersal (bis 2000)
•
Phenoxiaethanol (vorübergehend)
•
Reste von Formaldehyd, Phenol
•
Aluminiumionen
•
Aminosäuren, Laktulose, Sorbit, Mannit
•
Übertragungen aus den Züchtungsmedien
Alle diese Zusatzsubstanzen sollten bei einer Impfung als potentielle Schädiger betrachtet
werden. Von der STIKO (Ständige Impfkommission) werden sie allerdings nur verharmlost.
Argumentiert wird mit den „geringen Konzentrationen“ oder mit Studien und Statistiken, die
Harmlosigkeit belegen sollen. Mit jeder Impfung werden natürlich auch diese Substanzen
wiederholt eingespritzt, wodurch die Allergisierung des Geimpften, sofern die Substanzen
eine allergisierende Wirkung haben, ansteigt. Das gilt für die Antibiotika, für Thiomersal, für
Formaldehyd, für Aluminium und für Begleitsubstanzen aus Züchtungsmedien.
Thiomersal wurde bis zum Ende des 20. Jahrhundert als Konservierungsmittel verwendet.
Über 50 % dieser Substanz besteht aus Quecksilber, welches nicht nur Gehirnzellen,
Erbsubstanzen und Abwehrzellen schädigt, sondern auch Krebs auslösen kann. Thiomersal ist
nach Nickel das potenteste Allergen. Auch wenn durch Impfbefürworter diverse Studien
vorgelegt werden , mit denen bewiesen werden soll, dass Impfungen an der unglaublich hohen
Anzahl der Allergiekranken nicht beteiligt seien, so ist seit der Durchimpfung der
Bevölkerung die Anzahl der Allergiekrankheiten nachweislich gestiegen.
Nicht nur in vielen Einzel- sondern auch in vielen Mehrfachimpfungen finden sich heutzutage
Aluminiumionen. Für diese gilt keine Membran unseres Organismus als unüberwindbare
19
Thema 15
Barriere und so dringen sie bevorzugt in unser Gehirn ein. Es konnten bisher wenige
Erkenntnisse über das weitere Verhalten von Aluminium gemacht werden, da es kein Isotop
gibt, das länger als eine Sekunde existiert und für Tests zu gebrauchen ist. Allerdings ist Fakt,
dass die häufigsten Komplikationen nach Impfungen Schmerzen, Rötungen und
Schwellungen an der Einstechstelle sind. Früher dachte man, dass dies ein Zeichen einer
besonders guten Wirksamkeit des Impfstoffes wäre, heute ist klar, dass das die negativen
Eigenschaften des Aluminiums sind. Da diese Tatsache bewiesen ist, ebenso wie der Fakt,
dass Aluminiumionen in unser Gehirn eindringen, muss davon ausgegangen werden, dass
sie
auch
dort
schädigende Auswirkungen
Gehirnentzündungen,
die
nicht
selten
nach
haben
einer
müssen.
Dazu
Immunisierung
gehören
auftreten,
akute
die
Nervenzellenschädigung, die Beschädigung des Langzeitgedächtnisses, die nicht nur
Folgekrankheiten sondern auch eine allgemeine Verschlechterung des Immunsystems mit
sich bringt. Außerdem stehen Aluminiumionen im Verdacht, einer der Auslöser für Alzheimer
und Demenz zu sein. Für all diese Vermutungen ist natürlich im Kopf zu behalten, dass es
niemals nur einen Auslöser für eine Krankheit gibt, sondern immer mehrere, wobei
Impfungen meiner Meinung nach definitiv eine Rolle spielen. So ist in den letzten
Jahrzehnten auch die Anzahl der Allergiekrankheiten zusammen mit der Anzahl der
Impfungen enorm angestiegen. Jeder zweite Bundesbürger gilt heutzutage in Deutschland als
Allergiker. Gründe dafür sind zum Beispiel die Verunreinigung der Impfstoffe durch die
Züchtungsmedien. Für deren Herstellung werden nämlich Nährmedien in Form von
Hühnereiern oder anderen tierischen Produkten genutzt. Da die Reste dieses Nährmediums
kaum gänzlich entfernt werden können, kommt es nach einer Impfung häufig zu einer
Reaktion mit dem tierischen Fremdeiweiß, die ein plausibler Grund für die häufig auftretende
Allergie gegen Hühnereier.
Neben der Steigerung der Allergiekrankheiten, gibt es auch eine Hypothese, die den
Zusammenhang zwischen den heutzutage weitverbreiteten HIV-Viren und der altbekannten
Polioimpfung beschreibt. Die Viren der beiden Krankheiten haben nämlich eine
Gemeinsamkeit. Sie stammen beide von der selben Affenart. Erst mit der zunehmenden
Anwendung der Polioimpfung, tauchten die ersten HIV-Erkrankungen auf. Diese These wurde
zwar durch viele Genetiker versucht zu widerlegen, regt aber ganz klar dazu an, die
Harmlosigkeit der Impfpräparate zu überdenken und kritisch zu betrachten.
20
Thema 15
Häufige Schäden nach einer Impfung
•
Infekthäufungen
•
Chronische Schleimhautanschwellungen
•
Häufungen von Ohrentzündungen mit m̈glicher Schwerḧrigkeit als Folge
•
Anschwellungen von Lymphknoten
•
Organentzündungen (Rheuma bei Kindern)
•
Schlafsẗrungen
•
Schädigungen des neurovegetativen Nervensystems (Neurodermitis, Asthma,
Colitis)
•
Nerven-Muskelkoordinationssẗrungen
•
Wahrnehmungssẗrungen
•
Hirnkrämpfe, Hirnentzündungen
•
Emotionale Abnormitäten
•
Lern- und Konzentrationsschwächen
•
Kindstod
•
Chronische Nervenkrankheiten
•
Krebsentstehung
•
Fehlgeburten, Unfruchtbarkeit, kindliche Fehlbildungen
•
Allergien
21
Thema 15
Die vorangegangene Liste wurde von Dr. Friedrich Graf, einem erfahrenen Mediziner, erstellt
und geht auf die „häufigsten“ Impfschäden ein. Graf hat festgestellt, dass Erkrankungen wie
diese zwar nicht immer eindeutig auf das Impfen zurück zu führen sind, aber häufig mit
Impfungen im Zusammenhang stehen. Außerdem ist eine Tatsache, dass Erkrankungen wie in
der Liste aufgeführt, vor allem bei komplett ungeimpften Kindern eine absolute Seltenheit
sind.
22
Thema 15
Meine Einstellung zum Impfen
Nachdem ich mich nun selbst mit dem Thema Impfen auseinandergesetzt habe, konnte ich
mir selbst einen Überblick verschaffen. Ich bin der Meinung, dass die Vorteile des Impfens
zwar bestehen, die Nachteile aber dennoch überwiegen. Es gibt so viele Aspekte, die gegen
eine künstliche Immunisierung sprechen, dass für mich die wenigen Vorteile einfach an
Bedeutung verlieren. Zu all den schädlichen Additiven kommt noch die Tatsache dazu, dass
unser Immunsystem einfach nicht dafür ausgelegt ist gegen sechs verschiedene
Krankheitserreger gleichzeitig Antikörper zu produzieren. Dies wird aber bei einer „6Fachimpfung“ von ihm gefordert. Außerdem haben mich Tatsachen, wie der rasante Anstieg
der Allergiekrankheiten (trotz unser guten hygienischen Verhältnisse), ebenso wie die Anzahl
der Krebsfälle, die auch drastisch angestiegen ist, nachdenklich gestimmt.
Neben all diesen Nebenwirkungen kommt hinzu, dass ich der Meinung bin, dass ein Kind
bestimmte Kinderkrankheiten auch durchmachen sollte, da diese nicht nur auf natürliche
Weise das Immunsystem stärken, sondern auch den Reifungsprozess des Kindes
gewissermaßen unterstützen.
Ich werde mich in Zukunft nur noch mit der Frage nach einer Reiseimpfung beschäftigen und
mich in jedem Fall vor einer Entscheidung, wie auch immer diese ausfallen wird, ausreichend
mit dem entsprechenden Impfstoff, sowie seinen Nebenwirkungen, auseinandersetzen.
Spätestens in dem Moment in dem ich gelesen habe, dass es bei uns in Deutschland
wahrscheinlicher ist einmal im Lotto zu gewinnen,, als an Tetanus zu erkranken, habe ich
mich entschieden auf jeden Fall auf die Empfehlungen der ständigen Impfkommission zu
verzichten und mich weiterhin nicht erneut impfen zulassen.
23
Thema 15
Quellenangaben
•
„Arzneimittelwirkungen, Lehrbuch der Pharmakologie und Toxikologie“ von Ernst
Mutschler unter Mitarbeit von Monika Schäfer-Korting, 7. völlig neu bearbeitete und
erweiterte Auflage, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart
•
„Die Impfentscheidung“ von Dr. Friedrich P. Graf, Erstauflage 7-2007, Spangsrade
Verlag
•
„Kurzes Lehrbuch der Biochemie für Mediziner und Naturwissenschaftler“ von Peter
Karlson, 12. völlig neubearbeitete Auflage, Georg Thieme Verlag Stuttgart – New
York, 1984
•
https://www.youtube.com/watch?v=NpKGD6WW5mI
•
http://www.bmg.bund.de/fileadmin/dateien/Downloads/I/Impfkalender/BZgA_Impfkal
ender_2015_2016.pdf
•
https://de.wikipedia.org/wiki/Impfung
•
https://de.wikipedia.org/wiki/Phagozyt
•
http://www.onmeda.de/anatomie/immunreaktion_ablauf.html
•
https://de.wikipedia.org/wiki/Immunsystem#Angeborene_oder_unspezifische_Immun
abwehr
•
http://www.impfen-info.de
•
http://www.damid.de/anthroposophische-medizin/positionen/14-schutzimpfungen-imkindesalter.html
•
https://de.wikipedia.org/wiki/Attenuierung
•
http://flexikon.doccheck.com/de/Antikörper
•
http://www.rki.de/DE/Content/Infekt/Impfen/impfen_node.html
•
http://www.aerzteblatt.de/archiv/77449
•
http://www.pei.de/DE/arzneimittel/impfstoff-impfstoffe-fuer-denmenschen/informationen-zu-impfstoffen-impfungen24
Thema 15
impfen.html;jsessionid=584D9FE1ADAEEB81F99E061774B7784A.1_cid319
•
http://tropeninstitut.de/impfung/arten.php
•
http://mimi-impfen.de/modules/Mipo/public/data/documents/impfschutz/2-DieGeschichte-des-Impfens.pdf
•
https://de.wikipedia.org/wiki/Louis_Pasteur#Vorbeugung_gegen_Infektionskrankheite
n_durch_Impfung
•
http://www.chemie.de
25
Thema 16
Wasser und unser Trinken
Harka Schüller
Einführung
"Wir haben große Fortschritte gemacht. Inzwischen wissen wir, dass wir beinahe nichts über
Wasser wissen. Dadurch ist das Bedürfnis entstanden mehr über Wasser herauszufinden und
das ist ein großer Fortschritt."
Prof. Dr. Vladimir Voeikov
Staatliche Universität Moskau
Die Lebensgrundlage von unzähligen Organismen, das Element, das über 70% der
Erdoberfläche bedeckt, die einzige chemische Verbindung, die auf diesem Planeten als
Flüssigkeit, Festkörper und als Gas vorkommt und die Grundlage allen Lebens- Wasser.
Genau wie alle anderen Lebewesen ist der Mensch abhängig von Wasser. Da wo der Mensch
ist, muss auch Wasser sein.
Der Wasseranteil am Körpergewicht beträgt bei einem Neugeborenen 75-80%, bei einem
Erwachsenen 60% und bei einem Senioren immer noch 50%. Zwei Drittel des Wassers
befinden sich in den Zellen, der Rest in Gewebeflüssigkeit und im Gefäßsystem. Die
wasserreichsten Organe sind Gehirn, Leber und Muskulatur. Im Gegensatz zu einigen Tieren
und Pflanzen hat der Mensch keine Wasserspeicher in seinem Körper, auf die er im Notfall
zurückgreifen kann. Aus diesem Grund ist eine regelmäßige Aufnahme erforderlich.
Der Wasserkreislauf im Menschen:
– ein erwachsener Mensch von 70 Kilogramm hat 5 bis 5,5 Liter Blut in seinem Körper
(7-8 Prozent des Körpergewichts
– in 24 Stunden durchströmen 1400 Liter Wasser das Gehirn
– in 24 Stunden durchspülen 2000 Liter Wasser die Nieren
– In 24 Stunden produziert der Körper 1,5 Liter Speichel, 2,5 Liter Magensaft, 3,0 Liter
Darmflüssigkeit, 0,5 Liter Flüssigkeit in der Galle und 0,7 Liter in der
Bauchspeicheldrüse, also insgesamt über 8 Liter Verdauungssäfte
– in 24 Stunden scheidet ein Erwachsener 2 bis 2,5 Liter Flüssigkeit über Nieren, Darm,
Haut und Lunge aus.
Symptome des Wasserverlustes in Höhe von (bezogen auf einen Erwachsenen mit 70
Kilogramm Körpergewicht)
–
–
–
1 Prozent des Körpergewichts ca.(0,8 Liter) – leichtes Durstgefühl
2 Prozent des Körpergewichts (ca. 1,5 Liter) – Verminderung der Ausdauerleistung
3-5 Prozent des Körpergewichts (ca. 2-4 Liter) – trockene Haut/Schleimhäute,
verminderter
Wasser und unser Trinken 1
Thema 16
–
–
–
–
Speichel-/Harnfluss, Abbau der Kraftleistung
über 5 Prozent des Körpergewichts (ab 4 Liter) – Kreislaufsymptome (hoher Puls,
niedriger Blutdruck)
10 Prozent Prozent des Körpergewichts (ab 7,5 Liter) – psychische Störungen
(Verwirrtheit, Desorientierung), später Krampfanfälle
um 15 Prozent des Körpergewichts (ca. 11 Liter) – Tod durch multiples
Organversagen
Vor allem beim Sport verliert der Körper viel Flüssigkeit durch Schweiß, dem "Kühlaggregat"
des Körpers. 90 Minuten Fussball entziehen 3,0 Liter. Bei einem Marathonlauf scheidet der
Körper 4,6 Liter, bei einem Ironman gar 20 Liter aus.
Über 97 Prozent des Wasservorkommes der Erde sind Salzwasser. Hinzu kommen 2,0 Prozent
Eis, 0,58 Prozent Grundwasser und 0,02 Prozent Oberflächenwasser (Seen, Flüsse). Auf der
Erde gibt es 1380 Millionen Kubikkilometer Wasser. 1344 davon sind Salzwasser, 36 sind
Süßwasser(Eis, Gletscher) und 3,6 sind verfügbares Trinkwasser.
Wassergehalt in einigen Nahrungsmitteln:
Butter 18 Prozent
Brot 40 Prozent
Käse 30 bis 60 Prozent
Joghurt, Milch 87,5 Prozent
Fleisch 60-75 Prozent
Apfel, Birne 85 Prozent
Wassermelone 90 Prozent
Mohrrüben 94 Prozent
Gurken, Tomaten 98 Prozent
Wasser und unser Trinken 2
Thema 16
Zur Chemie des Wassermoleküls
Wasser (H2O) ist eine chemische Verbindung aus den Elementen Sauerstoff(O) und
Wasserstoff(H) und ist bekannt in seinem flüssigen Aggregatzustand, wobei es auch noch im
festen Zustand als Eis und im gasförmigen Zustand als Wasserdampf auftritt. Das
Wassermolekül besteht aus zwei Wasserstoffatomen und einem Sauerstoffatom.
Der Winkel, in welchem die Wasserstoffatome am Sauerstoffatom haften, beträgt 104,45°.
Wasser-Molekül
Wasser ist das Oxid des Wasserstoffs, das heißt, dass durch die Verbrennung von Wasserstoff
an der Luft im einfachsten Fall Wasser entsteht. Eine andere Möglichkeit bei dieser
Interaktion ist die sogenannte Knallgasexplosion, eine exotherme Reaktion, welche bei einer
Wassersoffsauerstoffaufteilung von 2:1 in Verbindung mit Funken eine Detonation auslöst.
Auch Wasserstoff alleine kann, wenn er bei einem Volumenanteil innerhalb von 4-77% in die
Atmosphäre gerät, zur Explosion führen. Wasserstoffexplosionen können riesige Ausmaße
annehmen, so verschuldeten sie unter anderem den Absturz des Hindenburg-Zeppelins.
Außerdem gibt es Hinweise, dass bei der Tschernobyl- sowie der Fukushimakatastrophen eine
riesige Knallgasexplosion zu enormen Schäden führte.
Sauerstoff hat sechs Elektronen auf der äußeren Schale. Jeweils zwei davon bilden von
vornherein Valenzpärchen. Zwei weitere Bindungsmöglichkeiten bestehen also noch – aus
diesem Grund ist Sauerstoff auch zweibindig. Die zwei Bindungsarme gehen bei der
Zusammensetzung zu einem Wassermolekül die Bindung mit den einbindigen
Wasserstoffatomen ein. Sauerstoff hat eine höhere Elektronegativität als Wasserstoff, das
heißt, dass diese Atome stärkere chemische Bindungen besitzen, Elektronen an sich zu ziehen.
Dies liegt daran, dass das Sauerstoffatom mit seinen sechs Valenzelektronen auf der
Außenschale noch zwei weitere verfügbare Plätze für Elektronen besitzt. Das Bestreben des
dadurch sehr reaktionsfreudigen Atoms ist es, die zwei fehlenden Elektronen zu erhalten, um
die Schale auffüllen zu können. Mit seinem geringen Gewicht von 15,999 Mol ist Sauerstoff
das leichteste Element der sechsten Hauptgruppe des Periodensystems (Chalkogene) und
durch seine sechs Außenelektronen sehr "aggressiv" gegenüber anderen Elementen. Seine
Anziehungskraft gegenüber Wasserstoff erhält der Sauerstoff außerdem durch die acht
Protonen im Kern.
Wasser und unser Trinken 3
Thema 16
Das Wasserstoffatom mit einem Proton und einem Elektron besitzt daher eine viel geringere
Bindungsstärke. Um die erste äußere Schale auffüllen zu können, welche immer aus zwei
Elektronen besteht, benötigt das Wasserstoffatom folglich ein weiteres Elektron. So
funktioniert die Bindung von H2O: Ein Sauerstoffatom und zwei Wasserstoffatome gehen
eine Bindung miteinander ein. Das Sauerstoffatom zieht das jeweilige eine Elektron des
Wasserstoffs an sich, um seine Außenschale auffüllen zu können, die beiden Wasserstoffatome
interagieren mit dem Sauerstoff, um jeweils ihre Schale mit dem noch fehlenden Elektron
aufzustocken. Auf diese Weise "ergänzen sich" beide Atome mit dieser Bindung, auch wenn
keines der beiden die Elektronen komplett für sich bekommt. Diese befinden sich als
Elektronenpaarbindungen zwischen den Atomen, liegen jedoch durch die höhere
Elektronegativität des Sauerstoffatoms näher am selbigen.
Aus diesen Gründen bildet Wasser einen sogenannten Dipol aus, hat also zwei
unterschiedliche Pole. Auf der Seite der Wasserstoffatome hat es eine positive Partialladung
(δ+) und auf der Seite des Sauerstoffatoms eine negative (δ-). Die Partialladung beschreibt die
sich unterscheidenden Ladungen zweier Bindungspartner, in diesem Fall der Sauer- und der
Wasserstoffatome. Wasser ist das bekannteste Dipol-Molekül.
Die Dipolarität des Wasser kann an einem einfachen Versuch gezeigt werden: Wenn man eine
statische Elektrizität, die entweder negativ oder positiv geladen ist, in die Nähe eines
Wasserstrahls hält, richten sich die jeweiligen Gegenpole des Dipol-Moleküls zu dieser aus.
Lädt man zum Beispiel einen Luftballon elektrisch auf indem man ihn an seinen Haaren oder
an Baumwolle reibt und hält man ihn in die Nähe eines Wasserstrahls, zieht der Ballon den
Strahl zu sich.
Wasser-Dipol
Wasser und unser Trinken 4
Thema 16
Die Wasserstoffbrücke
Die stärkste aller Dipol-Dipol-Wechselwirkungen ist die Wasserstoffbrücke. Sie entsteht
durch den den Kontakt von einem Wasserstoffatom mit einem der vier elektronegativsten
Elemente (Fluor, Sauerstoff, Chlor und Stickstoff). Ist die Wasserstoffbrücke hergestellt,
entsteht eine andere Art molekularer Verbindungen:
H (Wasserstoff) + elektronegativste Elemente:
H + F (Fluor) = HF (Flußsäure)
H + O (Sauerstoff) = H2O (Wasser)
H + Cl (Chlor) = HCI (Salzsäure)
H + N (Stickstoff) = NH3 (Ammoniak)
Die jeweiligen elektronegativen Elemente ziehen die Bindungselektronen nahe zu sich und
distanzieren diese vom Wasserstoff, sodass derselbige eine postivie Teilladung erhält. Dass
sich also mehrere Wassermoleküle miteinander verbinden können, wird durch die Dipolarität
erklärbar: Durch die erhöhte Elektronegativität der Sauerstoffatome und die Verschiebung der
Bindungselektronen zu ihnen hin entwickeln Wasserstoffmoleküle eine ausreichende positive
Ladung, um sich, ohne eine echte Bindung einzugehen, mit negativ geladenen
Sauerstoffatomen zusammenschließen zu können. Ein Sauerstoffatom ist immer durch eine
kovalente, also eine direkte Verbindung, mit zwei Wasserstoffatomen verknüpft. Hinzu
kommen zwei weitere Wasserstoffatome über die Wasserstoffbrückenbindungen.
Diese Verbindungen von Wassermolekülen sind zwar nur 5% so stark wie sogenannte
kovalente Bindungen (Atombindungen, auch genannt Elektronenpaarbindungen), doch für
intermolekulare Verkettungen, das heißt Verbindungen zwischen zwei Molekülen, sind sie
sehr stark und fester verbunden als andere Dipol-Dipol-Wechselwirkungen. Die Kraft der
Wasserstoffbrückenbindungen zeigt sich beispielsweise bei einer Temperatur von 25 Grad
Celsius: Viele andere Stoffe würden bei dieser Wärme schon gasförmig sein, doch durch die
starken intermolekularen Bindungen bleibt das Wasser flüssig. Bei normalen
Druckverhältnissen siedet Wasser jedoch erst bei 100° Celsius.
Durch die Wasserstoffbrückenbindungen werden beispielsweise auch die Einzelstränge der
DNA in der Doppelhelix zusammengehalten.
Wasser und unser Trinken 5
Thema 16
Anomalie des Wassers
Die Dichteanomalie bezeichnet das Verhalten eines Stoffes, der sich bei sinkenden
Temperaturen abnormalerweise ausdehnt. In der Regel ist es so, dass mit dem Absinken der
Temperatur eine Erhöhung der Dichte einhergeht. Wasser hat unter normalen
Druckumständen seine höchste Dichte bei 3,98°C. Bei dieser Temperatur fasst ein
Kubikmeter 1000 Kilogramm Wasser. Sinkt die Temperatur weiter bis zum Gefrierpunkt,
dehnt sich Wasser wieder aus. Im Gegensatz zu vielen anderen Elementen verringert Wasser
sein Gewicht, wenn es in den festen Aggregatzustand übertritt.
Während das Gewicht von Wasser in seiner höchten Dichte mit 1 g/cm3 berechnet wird,
beträgt das Gewicht von Eis 0,92 g/cm3. Ein Kubikmeter Eis wiegt demnach knapp 920
Kilogramm, ist also etwa 80 kg leichter als ein Kubikmeter Wasser in seiner flüssigen Form.
Der Grund hierfür ist, dass die Wassermoleküle im flüssigen Zustand durch die
Wasserstoffbrückenbindungen enger aneinander gelagert werden als im Kristallgitter des
Eises.
Beim Gefrieren von Wasser verbinden sich einzelne Wassermoleküle symmetrisch
miteinander zu Sechsecken. Durch die Anlagerung weiterer Moleküle entstehen immer
dreidimensionale sechseckige Gitter. In der Chemie wird diese Struktur "hexagonales
Kristallsystem" gennant. Erst kürzlich fand das Max-Planck-Institut Göttingen heraus, dass
ein einziger Eiskristall aus 475 oder mehr Wassermolekülen gebildet wird. Die Form von
Schneeflocken resultiert ebenfalls aus dieser sechseckigen Struktur und ist dasselbe Gebilde
Wasser und unser Trinken 6
Thema 16
in vergrößerter Form. Damit die seckseckige Form zustande kommen kann, muss zwischen
den Molekülen Freiraum gelassen werden. Durch diese Hohlräume hat Eis eine geringere
Dichte als Wasser. Es ist folglich leichter. Dies ist kann unter anderem an gefrorenen Seen,
welche von oben nach unten gefrieren, oder an Eiswürfeln, die in einem Glas mit Wassser
oben schwimmen, beobachtet werden.
Ab wann Wasser gefriert, kann nicht genau definiert werden, da dies von dessen Reinheit
abhängt. Je größer die Verunreinigung ist, desto schneller kann es gefrieren, weil sich die
Wassermoleküle an diesen Partikeln ansammeln und somit schneller kristallisieren können.
Destilliertes Wasser, also von jeglichen Keimen und Spurenelementen befreites Wasser, kann
seine flüssige Form bis zu -70°C beibehalten, ohne Eiskristalle zu bilden.
Die Bedeutung von Wasser für den Stoffwechsel
Ohne Wasser kann kein Stoffwechsel stattfinden. Nur mithilfe von Wasser sind Vorgänge wie
das Verdauen, das Transportieren, das Lösen oder das Verändern von Stoffen möglich. Als
Hauptbestandteil des Blutes trägt Wasser entscheidend dazu bei, den Körper mit Sauerstoff zu
versorgen . Im Verdauungstrakt werden aufgenommene Nährstoffe durch den Blutkreislauf
zu den Zellen transportiert. Außerdem werden Giftstoffe zu den Nieren gebracht, von wo
diese ausgeschieden werden. Durch Wasser wird die Körpertemperatur reguliert. Ist sie
erhöht, wird Schweiß zur Abkühlung produziert und hält unsere Körpertemperatur
unabhängig von äußeren Faktoren konstant. Viele Vitamine und andere Stoffe können im
Körper erst mit Wasser gespalten und zersetzt werden, damit sie weiterverarbeitet werden
können.
Wasser verdünnt auch andere Stoffe, sodass unser Körper sie überhaupt aufnehmen und
verarbeiten kann. So können zum Beispiel wichtige Salze aufgenommen werden, welche in zu
hohen Dosen schädlich oder gar tödlich wirken können. Aus diesem Grund kann auch
Salzwasser langfristig nicht den Durst löschen. Denn dessen Salzgehalt ist höher als der der
menschlichen Zellen. Das Wasser in unserem Körper befindet sich zu zwei Dritteln in unseren
Zellen. Gelangt Salzwasser in Kontakt mit Zellen, zieht es aufgrund seiner höheren
Salzkonzentration deren Wasser heraus, damit die Konzentration der Salze gemindert werden
kann. Wir trocknen bei zu hohem Salzgehalt als wirklich von innen aus. Wenn zwei
Flüssigkeiten unterschiedliche Konzentrationen von Salzen aufweisen und sie durch eine
durchlässige Membran voneinander getrennt sind, findet ein Ausgleich der beiden
Konzentrationen statt, den man als Osmose bezeichnet.
Ohne Wasser kann keine Energie durch feste Nahrung verwertet werden und auch andere
unzählige körpereigene Funktionen sind blockiert. Im Gegensatz zu Energie kann der Körper
Wasser nicht speichern. Es tritt automatisch über die Nieren, die Haut und die Lunge aus und
muss daher regelmäßig erneuert und "nachgefüllt" werden. Folglich kann der Körper über
lange Zeit auf feste Nahrungsmittel und Energiezufuhr verzichten, auf Wasser jedoch nur
wenige Tage.
Der wichtigste Prozess in der Natur ist ohne Wasser ebenfalls nicht möglich. Die
Photosynthese, bei welcher Wasser den Aufbau organischer und energiereicher Verbindungen,
nämlich Kohlenhydraten, ermöglicht.
Wasser und unser Trinken 7
Thema 16
Trinken
Das Wort "Trinken" bezeichnet die Flüssigkeitsaufnahme durch den Mund. Wasser ist das
wichtigste Getränk der Welt. 1,1 Milliarden Menschen haben kein Zugang zu sauberem
Trinkwasser und pro Tag sterben 6000 Kinder, weil sie dreckiges Wasser trinken.
Durch das Trinken stillt der Mensch seinen Durst, ein natürliches Signal des Körpers, wenn
ein akuter Flüssigkeitsmangel herrscht. Bei einem intakten menschlichen Körper signalisiert
dessen Durstgefühl einen Flüssigkeitsmangel. Dieses wird vor allem durch trockene
Schleimhäute -vor allem im Mundraum- geäußert und zeigt sich bei einigen auch erst durch
Kopfschmerzen, den Folgen verdickten Blutes und somit mangelnder Durchblutung.
Wasser, welches dauerhaft über die Hautoberfläche, den Urin oder beim verstoffwechselten
Atemvorgang ausgeschieden wird sowie Lieferant wichtiger Stoffe für Leber, Gehirn, Nieren,
Darm, Muskulatur und das Blut ist, muss dem Menschen regelmäßig zugeführt werden. Nur
vier Tage kann der Mensch maximal ohne Wasser überleben. Bei der Verdurstung versagt
entweder zuerst der Kreislauf und sorgt für einen Herzinfarkt oder Schlaganfall, oder die
unterversorgten Nieren, welche für die Abführung von Giften verantwortlich sind, versagen,
sodass andere Organe einer inneren Vergiftung erliegen.
Um das zu verhindern sollte bei einem Erwachsenen die tägliche Flüssigkeitszufuhr bei
zweieinhalb Litern Wasser liegen. Hierbei sind die Flüssigkeitsaufnahme durch das Trinken
aber auch durch das Essen berücksichtigt. Mindestens eineinhalb Liter sollten durch
Flüssigkeit aufgenommen werden, der Rest kann durch verschieden Lebensmittel zugeführt
werden. Grundsätzlich sollte man immer soviel trinken, dass ein allzu großes Durstgefühl
vermieden wird.
Besonders wichtig ist, was an Flüssigkeit aufgenommen wird. Viele Getränke, die von der
Bevölkerung heutzutage konsumiert werden, kann der Körper nur unzureichend abbauen und
verwerten. Sie können Auslöser für Abhängigkeit und organische Schäden sein.
Eine Statistik, die am 20.11.2014 im "Handelsblatt" veröffentlicht wurde, macht deutlich, was
der Durchschnittsdeutsche trinkt. Auf Platz 5 der meistkonsumierten Getränke befindet sich
Milch. 82,3 Liter werden im Jahr pro Kopf getrunken. Auf Platz vier folgt Bier mit 107
Litern. Insgesamt nimmt der Deutsche 137 Liter alkoholische Getränke im Jahr zu sich.
Erfrischungsgetränke wie Cola, Fanta und Sprite belegen Platz 3 mit 125,5 Litern. Wasser ist
in Deutschland nur das zweitbeliebteste Getränk mit 145 Litern. Mit großem Abstand auf
Platz 1 landet der Bohnenkaffee mit jährlich 165 konsumierten Litern. Aus diesen Werten
ergibt sich ein täglicher Durchschnittskonsum von einem knappen halben Liter Kaffee, zwei
Gläsern Wasser, einer normalen 0,33l Flasche Softgetränk, fast einer Flasche Bier und einem
Glas Milch. Gesund ist allein die flüssige Ernährung der Deutschen demnach nicht. Der
Kaffee als das meistgetrunkenste Getränk der Deutschen deckt nicht den Flüssigkeitsbedarf,
sondern entzieht dem Körper und dem Binde- und Zellgewebe sogar Wasser. Dies liegt daran,
dass die Konzentration der zu lösenden Substanzen in Kaffee aber auch Cola und EnergyDrinks so hoch ist, dass der Körper sie verdünnen will. Zu einem Kaffee und zu anderen
Genussmitteln müsste demnach immer ein Glas Wasser getrunken werden, damit der Körper
nicht an Flüssigkeit verliert.
Ein in dieser Hinsicht besonders extremer Typ sind die Energy-Drinks.
Wasser und unser Trinken 8
Thema 16
Exkurs: Energy-Drinks
Energy-Drinks
Energy-Drinks werden die Getränke genannt, die laut deren Produzenten eine anregende
Wirkung auf unseren Organismus haben sollen. Bekannte Energy-Drinks sind Red Bull,
Monster und Rockstar.
Einen Energy-Drink zeichnen folgende Zutaten aus:
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Wasser
Zucker, bei zuckerfreien Varianten Süßstoff
Kohlensäure
Koffein (oft auch in Form von Guarana)
Taurin
Glucuronolacton
Vitamine (häufig aus der Gruppe der B-Vitamine, Inosit)
Mineralstoffe
Natürliche, naturidentische oder synthetische Aromastoffe
Farbstoffe
In den letzten Jahren boomte die Produktion, der Verkauf und der Konsum von EnergyDrinks. Allein in den Jahren 2011 und 2012 kamen in Europa über 600 neue Marken in die
Läden.
Es ist die Kombination aus Zucker, welcher schnelle Energie liefert, und Koffein, das die
Nervenzellen und den Kreislauf anregt. Eine beschleunigte Atmung, geweitete Blutgefäße
sowie ein schneller schlagendes Herz sind die Folge.
Jeder dritte Erwachsene in Europa kosumiert Energy-Drinks. Zweistellige Zuwachsraten des
Konsums unterstreichen die steigende Tendenz. Doch vor allem der Kosum bei Kindern
sorgt für große Diskussionen. Fast jedes fünfte Kind zwischen 3 und 10 Jahren gab bei einer
Befragung der EFSA (Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit) an, Energy Drinks
zu kosumieren. Fast die Hälfte der Jugendlichen nutzen die Zuckerbrausen bei sportlichen
Aktivitäten für eine erhöhte Leistungsfähigkeit, über 50 Prozent von ihnen mischen das
Getränk mit Alkohol. Gefährdend ist hierbei eine Selbstüberschätzung und daraus mögliche
resultierende gesundheitliche sowie psychische Folgen.
Diplom-Ökotrophologin Monika Bischoff erklärt den Effekt der Energy Drinks: "Neben der
aufputschenden Wirkung können Energy Drinks oft auch unerwünschte Nebenwirkungen
wie Herzrasen, Nervosität und Unruhe verursachen. Als reiner Durstlöscher sollten Energy
Wasser und unser Trinken 9
Thema 16
Drinks nicht in Frage kommen. Zusammen mit Alkohol entsteht bei Longdrinks wie WodkaEnergy, Flying Hirsch und ähnlichen Kombinationen eine explosive Mischung. Studien
zeigen, dass Probanden unter dem Einfluss von aufputschenden Getränken ihre
Reaktionsfähigkeit nicht mehr realistisch wahrnehmen können." Bei der Kombination mit
Alkohol wird nämlich laut Bischoff zuerst das größere Gift, der Energy-Drink, abgebaut. Der
Alkohol bleibt dadurch überdurchschnittlich lang im Blut, wird aber durch die pushende
Wirkung des Energys nicht komplett wahrgenommen. Der Konsument bleibt länger wach
und merkt zudem durch die Süße des Mischgetränks die Schärfe des Alkohols nicht. Als
Folge trinkt man hierbei schneller über seinen Durst hinaus und greift immer weiter das
Nervensystem und die Entgiftungsorgane an.
Der maximal zulässige Koffeingehalt pro 100 ml liegt bei 32mg. Kaffee liegt mit 80 mg pro
100 ml also weiter vorne, wird jedoch dadurch, dass er ein Heißgetränk ist, in geringeren
Massen getrunken als die gekühlte Brause. Hinzu kommt bei Energy-Drinks der
Zuckergehalt, welcher bewirkt, dass auch Kinder sie so häufig trinken. In einer 500ml-Dose
"Rockstar" befinden sich 70g Zucker- das entspricht 23 Würfeln Zucker. Die
Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfahl ein Jahrzehnt lang, dass die tägliche
Energiezufuhr sich nur zu zehn Prozent auf Zucker stützen dürfe, also 50 g Zucker für einen
erwachsenen Menschen. Im Jahr 2015 überarbeitete sie jedoch die Grenzwerte des nötigen
Zuckerkonsums und halbierte die Beträge. Der Betrag des versteckten Zuckers in
Lebensmitteln solle sich pro Tag bei einem Erwachsenen nun auf 25 g beschränken. Das
entspricht sechs Teelöffeln. Blicken wir nun auf die in einer Dose Rockstar enthaltenen 70 g
Zucker, wird wohl jedem deutlich werden, wie wenig Zucker der Mensch benötigt und in
welchem Übermaße ihn viele Menschen konsumieren. Mit einer Dose Rockstar ist der
Tagesbedarf an Zucker also mehr als gedeckt. Weitere Folgen des übermäßigen Konsums
können Kopfschmerzen, Herzrhythmusstörungen, Krampfanfälle und viele weitere Dinge
sein. Ein Freund von mir trank ein halbes Jahr lang täglich 2-3 Dosen Red Bull. Er merkte
auch anfangs eine Wirkung, musste mit der Zeit jedoch immer mehr trinken, um dieselbe
Wirkung wiedererlangen zu können. Nach zwei Monaten bekam er Magenprobleme, bezog
diese aber nicht auf den Energy-Drink-Konsum. Als er abrupt mit dem Konsum aufhörte,
hatte er eine Woche lang Kopfschmerzen.
Marktführer hierzulande ist Red Bull. Der österreichische Vertrieb verkaufte im Jahr 2014
über 6,1 Milliarden Dosen weltweit.
Das beste ist immer noch Wasser in seiner reinen Form – ohne Zusätze und Geschmacksverstärker.
Wasser und unser Trinken 10
Thema 16
Trinkwasser
Eines der am meisten konsumierten und am strengsten kontrollierten Lebensmittel
Deutschlands ist Trinkwasser. Zugleich ist es auch eines der meistdiskutiertesten Themen.
Seit Jahren stehen Forscher und Wissenschaftler im Disput über Trinkwasserqualität, wichtige
oder bedenkliche Nährstoffanteile und deren Auswirkungen.
Pro Jahr trinkt der durchschnittliche deutsche Staatsbürger etwa 140 Liter Wasser. Damit sind
wir in Europa hinter Italien auf Platz zwei. Aus der Leitung kostet ein Liter Trinkwasser in
Deutschland 0,2 Cent. Im Gegensatz zu natürlichem Mineralwasser darf es chemisch
behandelt und aufbereitet werden. Mineralwasser muss von Natur aus sauber sein. Da es
weniger Behandlungen als Leitungswasser erfährt, müsste es eigentlich billiger sein, doch
durch Werbung und Transport ist schon Mineralwasser aus dem Discounter um ein vielfaches
teuerer. Die Bennenung der Quelle ist gesetzlich vorgeschrieben. Die 6200 Wasserwerke in
Deutschland beziehen das Wasser zu 60 Prozent aus Grundwasserreserven, der Rest wird aus
Flüssen und Seen hinzugenommen. Der Preis pro Kubikmeter Wasser schwankt von
Bundesland zu Bundesland zwischen 1,20 und 2,20 Euro. Von Natur aus schmeckt Wasser
nach gar nichts – es erhält seinen Geschmack aus dem Umgebungsgestein. Die regionale
Herkunft spielt hierbei eine große Rolle.
Ein großes Thema sind neben denen sich im Wasser befindenden Mineralstoffanteilen, die
sich in den über 500 verschiedenen in Deutschland produzierten Wässern mehr oder weniger
unterscheiden, mögliche Giftstoffe, welche sich laut Kritikern in Wasser befinden sollen. Die
Meinungen der Experten variieren bei beiden Themen stark. Es gibt sind zum Beispiel die
Überzeugung, dass das Wasser, je mehr Mineralien es enthält, umso gesünder ist. Ab einem
bestimmten Nährstoffgehalt wird in Deutschland staatlich anerkanntes "Heilwasser" verkauft.
Andere kritisieren einen hohen Nährstoffgehalt und preisen das Wasser in seiner Reinheit mit
möglichst wenig Nährstoffen, da diese vom Körper gar nicht verarbeitet werden könnten und
der Sinn und Zweck als "Durchspüler" und Transportmittel, welchen das Wasser im Körper
innehabe, gehindert sein würde. Eine Debatte, die ihren Zenit wohl erst in der Zukunft
erreichen wird.
Fakt ist, dass sich in unserem Trinkwasser eine große Anzahl von Stoffen befindet, die von
Wasserwerken gar nicht analysiert und gemessen werden. Dies wird auf die fehlende Technik
geschoben. Laut Schätzungen gibt es in unserem Trinkwasser 3000 existierende Stoffe und
Stoffverbindungen.. 200 davon sollen laut der Empfehlung der Weltgesundheitsorganisation
(WHO) laufend geprüft werden. Mindestens 16 zu prüfende Stoffe schreibt jedoch nur die
deutsche Mineralwasserverordnung vor. Für Trinkwasser aus der Leitung werden
durchschnittlich etwa 40 Inhaltsstoffe gemessen.
Im Gegensatz zur Trinkwasserverordnung gibt es beim Mineralwasser für folgende Stoffe
überhaupt keine Grenzwerte: Uran, Fungizide, Herbizide, organische Chlorverbindungen und
Kohlenwasserstoffe. Doch bekannt ist, dass die Reinheit des Grundwassers, welches zum
großen Teil unseren Wasserlieferanten darstellt, unter Industrie, Landwirtschaft und anderen
anthropogenen Einflüssen leidet. Es gibt Hinweise, dass allein durch Phosphat, welches in
Kunstdüngern enthalten ist, werden pro Jahr in Deutschland 167 Tonnen Uran auf
landwirtschaftlichen Flächen ausgebracht wird. Uran ist radioaktiv und kann den Wachstum
von Tumoren fördern. Bis zu 25 Mikrogramm pro Liter wurde in Mineralwasser gemessen.
Ein weiteres nationales Problem ist die Entsorgung Arzneimitteln. Viele Menschen spülen
diese in der Toilette oder im Waschbecken herunter. Die Zahl der in Deutschland gekauften
Wasser und unser Trinken 11
Thema 16
Medikamente beläuft sich pro Jahr auf 38000 Tonnen. Viele davon gelangen ins Grundwasser.
Von 160 Tonnen Antibiotika werden 75% unverändert wieder ausgeschieden. Durch die
Alterung des Volkes wird der Arzneimittelverbrauch außerdem nicht sinken sondern steigen.
Auf Stoffe wie diese wird das Mineralwasser und das Trinkwasser gar nicht erst überprüft, da
es unmöglich ist, all diese nachweisen und herausfiltern zu können.
Eines der größten Probleme der Wasserindustrie sind die steigenden Nitratwerte, die durch die
Landwirtschaft verschuldet sind. Nitrate sind Salze und Ester der Salpetersäure und gelangen
durch Kunstdünger und Viehzucht in das Grund- und damit in unser Trinkwasser. Laut dem
ZDF wird der Nitrat-Grenzwert von 50mg Nitrat/Liter schon bei der Hälfte der Messstellen in
Deutschland nicht mehr eingehalten. Im Grundwasser sollen sich bereits 250 mg Nitrat/Liter
befinden, die mit immer mehr Aufwand entfernt werden müssten. Europaweit hat Deutschland
nach Malta den höchsten Anteil von Nitrat im Grundwasser. Im Körper kann eine
Umwandlungzum Nitrite, insbesondere im Darm stattfinden, weil es dort entsprechende
(nitritbildende) Bakterien gibt. Nitrite sind Salze der salpetrigen Säuren und daher in vieler
Hinsicht toxisch. Wenn diese mit Hämoglobin, unserem Blutfarbstoff, zusammenkommen,
entstehen Verbindungen, die von Säuglingen nicht wieder zu Hämoglobin zurückverwandelt
werden können: Es droht Erstickung. Außerdem besteht die Gefahr der Bildung von
Nitrosaminen, einer Kombination von Nitriten und Bausteinen von Aminosäuren.
Nitrosamine sind krebserregend. Wenn zum Beispiel nitritgepökeltes Fleisch, welches in
vielen konventionellen Würsten zu finden ist, zu hoch erhitzt wird, bilden sich Nitrosamine,
welche hochgradig krebserregend sind.
Durch anthropogene Einflüsse dürften sich die Konzentrationen von Schadstoffen in unserem
Essen und unserem Wasser weiter verschlimmern.
Wasser und unser Trinken 12
Thema 16
Als Gegenpol zu den Befürwortern unseres Leitungswassers und den Anhängern von
sogenanntem Heilwasser hat sich eine neue Gruppe gebildet. Haushalte, die ihr
Leitungswasser mithilfe von Filtern noch einmal individuell aufbereiten, um es so
mineralstofffrei wie möglich zu machen.
Nach einer speziellen Maßeinheit wird hierbei die Menge der im Wasser gelösten Teilchen
gemessen und kategorisiert: Mikrosiemens (µS). Beim Messvorgang wird der elektrische
Widerstand im Wasser gemessen und von der Menge her in ppm angegeben. "ppm" bedeutet
"parts per million", also Teilchen pro eine Million Wassermoleküle. Dabei werden nicht die
Inhaltsstoffe sondern nur deren Anzahl errechnet. Der Grenzwert soll bei etwa 130 µS liegen.
Liegt der Wert von Mikrosiemens über dieser Zahl, gilt das Wasser als gesättigt und soll seine
Fähigkeit verlieren, in Zellen einzudringen und diese zu reinigen. Ein Wert unterhalb von 130
µS soll hierbei die Giftstoffe binden und somit entfernen können. Doch das Wasser in
Deutschland hält diese Werte nicht ansatzweise. Entgegen der EU-Richtlinie von maximal
400 µS und dem empfohlenen Höchstwert der WHO von 750 µS, welcher für Krisengebiete
festgelegt wurde, ist der zugelassene Wert in der Trinkwasserverordnung bis 1990 auf 1000
µS angesetzt gewesen. In deren darauffolgender Fassung wurde er gar auf 2000 tolerierte
Mikrosiemens erhöht. Seit dem 01.11.2011 liegt der Wert nun bei
2790 µS.
Wasser und unser Trinken 13
Thema 16
Die Filterung des Wassers wird durch die sogenannte Umkehrosmose durchgeführt.
In einem Gespräch mit einem Bekannten, der sein Trinkwasser nach diesen Richtlinien filtert
und sich außerdem in seiner Freizeit intensiv damit beschäftigt, erfuhr ich mehr über die
Hintergründe.
Mir wurde die Ansicht dargelegt, dass die sich im Wasser befindlichen Mineralien nicht
verstoffwechselt werden können und so die Leitfähigkeit mindern würden. Er erklärte mir
seine Ansicht anhand eines Busses, bei welchem die Hälfte der Plätze schon von vornherein
blockiert sind. Derselbige könne nun nur noch die Hälfte mitnehmen und genau nach diesem
Prinzip verhalte sich Wasser im Körper, das bereits voll von Mineralien sei. Die Mineralien
seien kleine Steinchen, welche den Körper belasten.
Kritisch sei bei Leitungswasser allein der Wasseraufbereitungsprozess, bei welchem oft Ozon
beigesetzt wird, wodurch unter anderem die Atemwege gereizt werden können. Außerdem
wird es chloriert. Hinzu kommen weitere Verunreinigungen wie zum Beispiel Schwermetalle,
die über Wasserhähne aus Chrom ins Wasser gelangen. Wasserhähne sollten daher aus
Edelstahl bestehen.
Das Wasser in Eckernförde und Umgebung hat in etwa einen Gehalt von 300-400
Mikrosiemens. Verglichen mit Berlin, wo das Wasser bei 1000 µS liegt, ist unser Wasser laut
meinem Bekannten recht gut, doch die 80 Mikrosiemens, welche laut ihm der Richtwert sein
sollten, erreicht es dennoch nicht. Die Umkehrosmose wäre daher die beste Möglichkeit für
sauberes reines Wasser, da hier mithilfe von Druck das Wasser aufkonzentriert und von
jeglichen Inhaltsstoffen befreit werde. Eine hierfür benötigte Filteranlage kostet zwischen 500
und 3000 Euro. Das Ergebnis ist Wasser mit nur etwa zehn Mikrosiemens. Mithilfe von 22
Volt kann mein Informant die enthaltenen Inhaltsstoffe sichtbar machen. Durch die
Erschaffung eines positiven und eines negativen Pols resultiert eine Elektrodenwanderung
von Kationen und Anionen. Wartet man nun eine Minute, zeigen sich die Mineralien und
andere verschmutzende Stoffe und machen sichtbar, was sich in einem Glas Wasser alles
befindet.
Das folgende Bild zeigt mehrere Gläser Wasser, bei denen mithilfe der Elektrolyse alle
Inhaltsstoffe sichtbar gemacht wurden. Zum Vergleich steht ganz links ein Glas Wasser, das
durch die Umkehrosmose gereinigt wurde. Die Wässer kommen aus Eckernförde und der
Umgebung.
Wasser und unser Trinken 14
Thema 16
Doch längst nicht alle sind von der Umkehrosmose überzeugt. Kritiker sind der Meinung,
dass viele Filteranlagen entmineralisiertes, energieloses und abgestandenes Wasser
entwickeln, das entweder extrem aggressiv ("sauer") oder extrem alkalisch ("basisch") sei.
Nur schwach gefiltertes Leitungswasser sei die Folge, welches von keinem Nutzen für
unseren Körper sei und reine Geldverschwendung ist. Kurzfristige Effekte die langfristig
bedenklich seien.
Je reiner Wasser ist, desto mehr kann es an Stoffen aufnehmen. Aus diesem Grund sind vor
allem viele Wässer aus Plastikflaschen, die als rein und gesund verkauft werden, irreführend,
da sie mikroplastische Stoffe aufnhemen. Je reiner es ist desto mehr kann es aufnehmen und
je belasteter es ist desto weniger nimmt es auf. Letztendlich kommt es also auf dasselbe
hinaus.
Abschließend kann ich, genau wie Prof. Dr. Vladimir Voeikov, die Meinung vertreten, dass
Wasser ein unfassbares und höchstinteressantes Element ist.
Es beginnen immer mehr Forscher und Experten zu versuchen, einen Nachweis dafür zu
finden, dass Wasser ein Gedächtnis hat. Bereits in einem Test wurde nachgewiesen, dass
Wasser, allein durch die Konzentration menschlicher Emotionen, unterschiedliche Messwerte
aufweist.
Wasser ist unser Ursprung gleichzeitig unsere Zukunft und ich hoffe, dass wir gemeinsam
dafür sorgen können, dass diese Lebensgrundlage für alle Menschen zugänglich werden wird
und dies so bleiben kann.
Wasser und unser Trinken 15
Thema 16
Quellennachweise
-http://www.handelsblatt.com/panorama/aus-aller-welt/bier-schnaps-kaffee-und-cola-das-sind-die-zehn-liebstengetraenke-der-deutschen/10990144.html
-http://www.welt.de/print/die_welt/wissen/article10461591/Das-trinken-die-Deutschen.html
-http://www.vzhh.de/ernaehrung/281023/energy-drinks-ueberfluessige-energie.aspx
-http://www.focus.de/gesundheit/videos/der-fluessige-super-kick-die-wahrheit-ueber-energydrinks_id_3068405.html
-https://www.test.de/Energy-Drinks-WHO-Forscher-warnen-4777079-0/
-http://wasser-infos.com/wasser-mikrosiemens/
-http://www.beladomo.de/wp-content/uploads/2013/12/Spitze-Eisberg.png
-http://wasser-infos.com/wp-content/uploads/2013/06/Mikrosiemenswerte.png
-Wikipedia:
Wasser
Eigenschaften des Wassers
Wasserstoffbrücke
Dichteanomlie
Elektronegativität
Sauerstoff
Wasserstoff
Trinkwasser
Umkehrosmose
Wasser und unser Trinken 16
Thema 17 Die Acetylsalicylsäure im Aspirin
Ein Chemiereferat von Matti Bjarki Thomsen
„America is the country where you can buy a lifetime supply of aspirin for one
dollar and use it up in two weeks.“ John Barrymore (US-amerikanischer Schauspieler)
Thema 17 Inhaltsangabe
Inhaltsangabe
S. 2
Einleitung zur Acetylsalicylsäure in Aspirin
S. 3
Geschichte des Medikaments
S. 4-5
Wirkung
S. 5-6
Nebenwirkungen
S. 7
Debatte zur Entwicklung
S. 8
Herstellung
S. 9
Image
S. 10
2
Thema 17 Acetylsalicylsäure
Die Acetylsalicylsäure ist die chemische (synthetische) Grundlage für das wohl
bekannteste, am häufigsten verwendete und kommerziell erfolgreichste Medikament
aller Zeiten, das Aspirin. Aspirin ist dabei nur eines von vielen, aber trotzdem das
geläufigste Acetylsalicylsäure-Präparat. Die Acetylsalicylsäure ist ein Derivat
(Abkömmling) der Salicylsäure, weil zu ihrer Herstellung die Grundstruktur der
Salicylsäure lediglich durch einen Acetatrest erweitert wird.
Laut der Welt-Gesundheitsorganisation (WHO) gehört Aspirin zu den zwanzig
unentbehrlichsten Medikamenten. Die Nachfrage danach steigt weltweit noch immer an.
Der Wirkstoff darin ist seit tausenden Jahren bekannt. Doch erst Entwicklungen der
modernen Chemie machten es möglich, diesen Wirkstoff synthetisch und damit in
großer Menge, kostengünstig und in langfristig gleichbleibender Qualität herzustellen.
Verschiedene Forscher suchten im 19. Jahrhundert mit unterschiedlichen Ansätzen nach
Verfahren, Acetylsalicylsäure künstlich herzustellen. Arthur Eichengrün und Felix
Hoffmann gelang es, den Stoff mit einer optimierten Wirkung vollsynthetisch zu
produzieren. Ihre Entwicklung wurde am 6. März 1899 unter der Marke Aspirin in die
Warenzeichenkontrolle des kaiserlichen Patentamtes aufgenommen.
Die natürliche Grundlage für den synthetischen Stoff, schon den Ägyptern bekannt,
waren Rinden der Silberweide und die Extrakte der Mädesüß-Pflanze. Mädesüß war
auch die Grundlage für Aspirin als den bekanntesten Trivialnamen der Acetylsalicylsäure. Dabei steht das „A“ für den Acetatrest und das „Spirin“ für die natürliche
Herkunft des Mittels. Diese Extrakte wurden schon früh zum Schmerzstillen oder
Fiebersenken verwendet. Der Prozess von einem natürlichen Extrakt zu einem vollsynthetischen Produkt war lang, viele Menschen arbeiteten intensiv daran. Es musste
sich immer auf die Überlieferungen des Stoffes berufen werden, weil auch der Stoff den
neuen Gegebenheiten (wie zum Beispiel: neue Verwendungszwecke, Dosierungsformen, Anforderungen, neue medizinische Standards, etc.) angepasst werden musste.
3
Thema 17 Geschichte des Medikaments
Schon frühen Hochkulturen war die Wirkung von Extrakten aus salicylhaltigen Rinden
und Blättern bekannt. Sie nutzten sie zur Fiebersenkung und zur Schmerzbekämpfung
aller Art. Dieses natürliche Salicin wird im Darm zu Salicylalkohol und Glucose
gespalten und durch die Magenschleimwände in den Blutkreislauf aufgenommen. In der
Leber wird der Salicylalkohol zu Salicylsäure umgewandelt. Die Wirkung des
umgewandelten Salicylalkohols ist fast identisch mit der heutiger synthetischer
Acetylsalicylsäure-Mittel, nur war es damals nicht möglich, genau zu dosieren und
damit optimale Wirkungen zu erzielen. Die Extrakte wurden unter verschiedenen
Bedingungen hergestellt. Deshalb waren auch die Nebenwirkungen für Magen und
Darm oftmals zu stark, sodass das Mittel hauptsächlich in Notfällen verabreicht wurde.
Erst im 19. Jahrhundert wurde versucht, die Wirkung dieser Extrakte dahingehend zu
optimieren, dass der relevante Stoff, das Salicin, aus den Extrakten extrahiert wurde und
ohne unnötige Inhaltstoffe verwendet werden konnte, was auch die Nebenwirkungen
minimierte. Andreas Buchner vollbrachte die Extrahierung des Salicin aus
Weidenextrakten um 1828. Die nächste historische Entwicklung des Stoffes war die
Isolierung der Salicylsäure aus dem Salicin, ohne dass es erst in der Leber umgewandelt
werden musste. 1838 isolierte der italienische Chemiker Raffaele Piria Salicylsäure aus
dem im Salicin enthaltenen Salicylalkohol. Salicin ist eine chemische Verbindung von
Alkohol und Zucker. Durch Oxidation, d.h. durch Zugabe eines Sauerstoffatoms,
entnahm er dem Glykosid (der Verbindung von Alkohol und Zucker) die Salicylsäure.
Einige Jahre später synthetisierte er Salicylsäure aus einem Salicylaldehyd und
verfeinerte dadurch das Produkt.
1859 wurde die Salicylsäure durch mehrere deutsche Chemiker aus Phenol,
Kohlendioxid und Natron synthetisiert. Durch die Kolbe-Schmitt-Reaktion war es nun
möglich, auf die natürlichen Extrakte gänzlich zu verzichten und den Stoff rein
chemisch herzustellen. So konnte auch besser an der chemischen Verbindung geforscht
werden, weshalb auch der phenolische Charakter durch den Benzolring (Phenol ist ein
Benzol mit einer Hydroxylgruppe statt einem Wasserstoffatom) entdeckt wurde. Dieses
Phenol ist die hauptreagierende Gruppe des Moleküls.
Mit diesen Grundlagen wurde immer weiter versucht, aus der Salicylsäure einen
verlässlichen und optimierten Wirkstoff der modernen Schulmedizin zu machen. Dies
geschah in vielen kleinen Schritten; viele Chemiker an vielen verschiedenen Orten
machten Aspirin durch ihre Initiativen, geistreiche Ideen, Austestung an Probanden und
Auswertung von Analyseergebnissen zu dem Medikament, was es heute ist.
Diese Entwicklung wurde hauptsächlich durch den deutschen Chemiker Arthur
Eichengrün vorangetrieben. Er machte aus der Salicylsäure die Acetylsalicylsäure,
indem er ihr einen Acetat-Rest hinzufügte. Eichengrüns langjähriger Arbeitgeber war
die Bayer AG, die heute die Marken- und Patentrechte am bekanntesten
Acetylsalicylsäure-Präparat Aspirin hält. Das Unternehmen stand aber nicht
uneingeschränkt hinter Eichengrüns Medikament, weil es immer noch als ein sehr
potentes Mittel galt, dessen Einnahme zu starken Nebenwirkungen führte. Deshalb
unterstützte Bayer lieber die Verbreitung anderer Medikamente, die aus wirtschaftlicher
Sicht lukrativer waren. Erst ab dem ersten Drittel des 20. Jahrhunderts wurde aus der
Acetylsalicylsäure ein Allzweckmedikament und war ab dann nicht mehr wegzudenken.
4
Thema 17 Nach dem ersten Weltkrieg wurden die Markenrechte von der Bayer AG an Aspirin an
ein amerikanisches Unternehmen als Reparationsleistung verkauft. Erst 1990 wurden
diese Rechte für eine Milliarde Dollar von Bayer zurückgekauft. Seitdem vertreibt und
produziert der deutsche Pharmaziekonzern das Medikament. Die deutsche
Produktionsanlage in Bitterfeld produziert jährlich um die 4,5 Milliarden Tabletten, was
ungefähr die Hälfte des europäischen Marktes abdeckt.
Wirkung
Die Wirkung des heutigen Aspirins hat seinen Ursprung in Extrakten, die aus Weiden
(Silberweiden, lat. Salix) gewonnen wurden. Im Laufe der Zeit wurden die Extrakte, die
schon sehr früh als Arznei erkannt wurden, immer mehr verändert, und als die Chemie
auch immer weiter erneuert und erschlossen wurde, war es schließlich möglich, die
Wirkung dieser Extrakte mit anderen Stoffen auf künstliche Weise (durch Synthese) zu
erzeugen. 1828 wurde es geschafft, die kristallisierende Salicylsäure aus Rindeextrakten
der Weiden zu isolieren. Das bedeutete, dass man auf den essentiellen Wirkstoff in
diesen Rinden direkt zugreifen konnte und auf unnötige Zutaten der Rinde verzichten
konnte.
Aspirin ist ein Analgetikum, was bedeutet, dass es schmerzstillend wirkt, dabei aber
nicht das komplette Nervensystem betroffen ist. Wenn Aspirin konsumiert wird, gelangt
es durch die Schleimwände in Magen und Darm in unseren Blutkreislauf und kann ab
dann im ganzen Körper agieren.
Prostaglandine sind Gewebshormone, die bestimmte Schmerzreize an unsere
Rezeptoren leiten. Sie übermitteln die Nachricht, dass sich zum Beispiel Fieber bildet
und sorgen dafür, dass sich unser Immunsystem darauf vorbereitet. Diese
Gewebshormone werden von den Enzymen Cyclooxygenase I (COX I) und
Cyclooxygenase II (COX II) produziert.
Schon kurz nach der Einnahme von Aspirin wirkt die Acetylsalicylsäure, indem sie
diese beiden Enzyme blockiert und dadurch unser Schmerzempfinden hemmt. Die
Blockade sieht so aus, dass sich die Acetylsalicylsäure-Verbindungen auf die Enzyme
setzen und sie dadurch inaktivieren. Deshalb werden die Produktion der Prostaglandine
und unsere Schmerzanfälligkeit gesenkt, weil uns nicht mehr übermittelt wird, dass der
Schmerz noch aktiv ist. Ob die Acetylsalicylsäure COX I oder COX II hemmt, hängt
ganz von der Dosis ab.
COX I wird schon bei kleinsten Mengen (30-50mg) gehemmt. Eine normale Einheit
Aspirin hat 500 mg. Die Gewichteinheit bezieht sich auf die Menge Acetylsalicylsäure
in einer Dosierungsform. Schon die kleinste Dosis kann daher gerinnungshemmend
wirken, weil es die Botenstoffe blockiert, die dafür sorgen, dass sich die einzelnen
Blutplättchen miteinander verbinden und dann verklumpen. Bei quasi jeder Dosis ist die
gerinnungshemmende Wirkung erzeugt und bei steigender Dosis (1 bis 2 g) wird dann
erst das Enzym COX II gehemmt. Und nur wenn COX II gehemmt wird, hat das
Medikament eine dezentral schmerzstillende, antirheumatische, fiebersenkende und
entzündungshemmende Wirkung.
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Thema 17 Weil die gerinnungshemmende Wirkung immer auftritt, sind Aspirin und sein Wirkstoff
Acetylsalicylsäure nicht zu unterschätzen. Kleinste Stoffreste können unter Umständen
erst bis vier oder gar acht Tage nach der Einnahme abgebaut sein – so lange kann eine
herabgesetzte Blutgerinnung nicht ausgeschlossen werden. Viele Menschen vergessen
diese Wirkkraft und stellen bei grundsätzlich unkomplizierten Verletzungen nach der
Einnahme fest, dass sie lange und intensiv bluten. Tatsächlich können Menschen unter
dem Einfluss von Aspirin und seiner blutgerinnungshemmenden Wirkung sogar
verbluten. Wie viele das jährlich sind, ist jedoch ungewiss.
In
diesen
Bildern
ist
die
gerinnungshemmende Wirkung des
Aspirins im Körper zu sehen. Die
gelbliche Substanz im Bild symbolisiert
eine Stoffansammlung in einer Arterie
oder einem Gefäß, wie es zum Beispiel
Cholesterin sein könnte. Wenn das Blut
von sich aus, durch zum Beispiel zu
fettgeprägte Ernährung verklumpt, kann
es durch die immer enger werdenden
Arterien irgendwann nicht mehr
durchfließen. Das Cholesterin ist,
einfach gesagt, ein Fett, das sich bei
Fehlernährung in unseren Arterien
absetzen kann. Wenn sich unsere
Arterien und Gefäße dann verstopfen,
steigert das das Risiko für einen
Herzinfarkt oder einen Schlaganfall.
Denn das Herz muss in diesen Fällen
immer stärker pumpen, um gegen den
Widerstand der Verstopfung Blut an jede Stelle unseres Körpers zu transportieren. Genau
diese erhöhte Belastung des Herzens erhöht das Risiko für einen Infarkt. Wenn wir aber
Aspirin nehmen, wird unser Blut flüssiger und die Gerinnung des Blutes wird gehemmt, weil
sich die einzelnen Blutplättchen (Thrombozyten) durch die Acetylsalicylsäure trennen. Unser
Blut gerinnt etwa, wenn wir uns verletzen, weil es sich verdickt an der Wunde ansammelt und
so die Blutung stoppt. Diese Blutgerinnung ist eine körpereigene Reaktion. Schon kurz nach
der Einnahme von Aspirin kommt unser Blut auch an verstopften Arterienstellen leichter
vorbei und entfernt sogar oft die Stoffe, die sich dort absetzten. Das flüssigere Blut kann die
abgesetzten Stoffe besser aufnehmen und deshalb mindert Aspirin beziehungsweise die
Acetylsalicylsäure im Aspirin das Risiko auf solche Gefäßverstopfungen, welche oft zu
Schlaganfällen oder Herzinfarkten führen können. Obwohl Aspirin immer wieder auch
kritisch diskutiert wird, ist es in diesem Aspekt ein effizientes Vorbeuge-Medikament.
6
Thema 17 Nebenwirkungen
Aspirin ist ein Analgetikum, das heißt ein Schmerzmittel, welches dezentral wirkt und
daher nicht das komplette zentrale Nervensystem beeinflusst. Nebenwirkungen bei
Aspirin sind vor allem die, bei denen der Körper durch den Stoff an sich beeinflusst und
unter Umständen geschädigt wird. Die Wirkungen durch Aspirin sind chemische
Abläufe im Blutkreislauf, die mit einer hohen Wahrscheinlichkeit auftreten. Die
Nebenwirkungen finden sich vor allem im Magen-Darm-Trakt an, weil das Medikament
überwiegend oral eingenommen und dann durch die Schleimwände des Magens und
Darms in den Blutkreislauf aufgenommen wird. Die Acetylsalicylsäure als
Hauptbestandteil des Aspirins ist ein potenter, toxischer Stoff, der andere Stoffe
zersetzen und darum im menschlichen Organismus auch schädlich wirken kann.
Dennoch sind die Wirkungen des Stoffes eigentlich relativ beständig, der Körper ist nur
nie in gleicher „Stimmung“, weshalb unterschiedlich auf das Medikament reagiert wird.
Die Nebenwirkungen, die zum Teil trotz veränderter Rezepturen bis heute blieben,
treten hauptsächlich im Magen-Darm-Trakt auf und sind vor allem dem SäureCharakter der Acetylsalicylsäure zuzusprechen. Das liegt an der hohen Potenz der
Säure, welche häufig Schäden an der Magenwand verursacht, weil das Medikament oral
eingenommen erst im Darm verarbeitet wird. Die Acetylsalicylsäure im Aspirin ist
quasi ein Gift, welches bei zu häufiger Einnahme verursachen kann, dass die DarmFlora komplett aus dem Gleichgewicht gebracht wird und dass die Magen und
Darmwände langsam angegriffen und zerstört werden. Dadurch sind die Schleimwände
so gereizt, dass sie ihre selbstgenerierende Struktur verlieren und dann durch
Verdauungssäuren und von außen zugefügte Säuren immer weiter beschädigt werden,
dass schlussendlich ein Magen- und/oder Darmbluten entsteht. Dieses Bluten ist keine
leichte Verletzung, sondern sehr gravierend und sehr schwer zu behandeln, da ab einem
gewissen Zustand der Schleimwände eigentlich sehr viele „normale“ Lebensmittel das
Bluten sogar verstärken.
Diese kaum diskutierte Nebenwirkung der Acetylsalicylsäure trägt mit dazu bei, dass
jährlich um die 20.000 Amerikaner an dem Medikament sterben. Die tödlichen
Nebenwirkungen von Aspirin sind vor allem Magen- und Darmbluten und das
Verbluten durch die gerinnungshemmende Wirkung des Mittels.
In Deutschland sterben jährlich mehr Menschen durch die Folgen der Langzeitschäden
von Aspirin als von allen illegalen Drogen. Die Zahl der Drogentote in Deutschland
liegt ungefähr bei tausend. Die Anzahl der Menschen, die hierzulande an Aspirin
sterben, liegt geschätzt zwischen 1.000 bis 5.000. Die Schwierigkeit der Schätzung liegt
darin, dass bei vielen Toten die Todesursache nicht mehr ausreichend sicher
diagnostiziert werden kann.
7
Thema 17 Debatte zur Entwicklung
Arthur Eichengrün (1867–1949) war ein deutscher Chemiker mit jüdischen Wurzeln. Er
gilt als Kopf hinter der Erfindung von Aspirin, während Felix Hoffmann lediglich seine
Anweisungen ausgeführt haben soll. Als die Nationalsozialisten die Macht in
Deutschland übernahmen, negierten sie mit ihrem offenen Antisemitismus auch die
vielen Errungenschaften jüdischer Chemiker. Viele jüdische Chemiker konnten nicht
von ihren Erfolgen profitieren, geschweige denn davon berichten, da diese Erfolge
deutschen Chemikern zugeschrieben wurden, um die Politik des Regimes zu stärken.
Felix Hoffmann hatte wenig mit der eigentlichen Aspirin-Entwicklung zu tun, er führte
lediglich die Anweisungen Eichengrüns aus. Er hatte nämlich einen Hustenstiller
entwickelt, der größtenteils aus dem Opiat Heroin bestand und war, was die
Organisation, Ausarbeitung und Weiterentwicklung der Medikament-Herstellung
angeht, gedanklich anderweitig beschäftigt. Sein Arbeitgeber, die Bayer AG, sah in
seinem Medikament zuerst mehr Potenzial als in dem von Eichengrün. Man ging davon
aus, dass die Nebenwirkungen des Heroin-Hustenstillers unbedenklicher als die der
Acetylsalicylsäure waren, die erkennbar zu mehr Beschwerden führten. Zu dem
Zeitpunkt waren Opiate wie Heroin in der Medizin sehr gängig und das Suchtpotenzial,
welches erst nach einem längeren Zeitraum erkennbar wurde, kaum bekannt. Hingegen
waren die Nebenwirkungen der Acetylsalicylsäure akuter und sofort spürbar. Der
damalige Stand der Medizin war, dass ein Medikament eine optimale Kurzzeitwirkung
haben sollte, oft wurden dabei aber die Langzeitschäden nicht beachtet. Nachdem dann
der vollsynthetische Stoff weiter optimiert wurde und er dadurch immer reiner wurde,
verringerten sich die Nebenwirkungen.
Nach dem zweiten Weltkrieg wurde versucht, vielen eigentlich jüdischen Entwicklern,
verleugnet und verfolgt während der Nazi-Zeit, den ihnen gebührenden Erfolg
zurückzugeben. Arthur Eichengrün verschwand schon ab dem ersten Weltkrieg aus
vielen Geschichtsbüchern und die Erfindung wurde gänzlich Felix Hoffmann und
anderen Personen zugesprochen, die laut Eichengrün gar nicht in den Prozess involviert
waren. Wie viele jüdische Forscher wurde Eichengrün in ein Konzentrationslager
deportiert. Er hingegen überlebte den Genozid an den Juden, starb aber schon kurz nach
dem zweiten Weltkrieg, im Alter von 82 Jahren im Jahre 1949. Heutzutage gibt es nur
noch wenige Dokumente, die seinen Anteil an der Erfindung von Aspirin nicht
erwähnen. Aber überwiegend ist er als Erfinder des Medikaments niedergeschrieben.
8
Thema 17 Die Herstellung: von der Salicylsäure zur Acetylsalicylsäure
Reaktion: Übertragung eines Acetatrestes auf die Salicylsäure
Eichengrün probierte verschiedene Reaktionspartner aus und kam schließlich zum
Essigsäureanhydrid, weil es das Produkt reiner machte und im Ganzen optimierte.
Bei dieser Übertragung gibt das Essigsäureanhydrid einen Acetatrest an die Salicylsäure ab und die übrigbleibende Essigsäure lässt sich leicht von der neu entstandenen
Verbindung trennen. Acetatreste sind Salze und Ester der Essigsäure. Damit das
Essigsäureanhydrid überhaupt mit der Salicylsäure reagiert, muss es durch eine
Protonierung (Zugabe von positiven Ladungen) aktiviert werden. Erst dann reagiert es
mit der Hydroxylgruppe (OH-Gruppe) der Salicylsäure. Die Protonierung eines
Wasserstoffatoms erfolgt durch die Reaktion mit Schwefelsäure. Die Schwefelsäure
fügt dem Essigsäureanhydrid ein Kation zu, in diesem Fall ein positives
Wasserstoffatom. Erst dadurch ist das Essigsäureanhydrid reaktionsfreudig.
Das Essigsäureanhydrid verbindet sich mit der Salicylsäure. Weil aber die Ladung an
der Carbonylgruppe (=O-Gruppe) ungünstig ist, spaltet sich die Essigsäure (Abfallprodukt des Essigsäureanhydrids) aus dem Molekül ab. Wegen dieser Abspaltung
verschiebt sich die positive Ladung auf ein Kohlenstoffatom (an dem die funktionelle
Gruppe reagiert hat). Der letzte Schritt zur Acetylsalicylsäure ist die Abspaltung des
Wasserstoffprotons (H+) aus der Verbindung. Nun hat man einen Benzolring (Aromat),
der aus einer Carboxylgruppe (COOH-Gruppe) und einem Acetatrest besteht. Der
Acetatrest besteht aus einem einfach gebundenen Sauerstoffatom, einem doppelt
gebundenen Sauerstoffatom und einem Kohlenstoffatom, das drei Wasserstoffatome
trägt.
Essigsäureanhydrid eignet sich also besonders gut für die Reaktion mit der Salicylsäure,
weil sie den Acetatrest leicht abgibt und einen Rest bildet, der ebenso leicht aus der
neuen Verbindung wieder zu entfernen ist. Beim letzten Schritt der Reaktion hat man
also zwei verschiedene Produkte, welche man nicht erst noch aufwändig voneinander
trennen muss, sondern die sich durch die Reaktion schon voneinander gespalten haben.
9
Thema 17 Image
Aspirin scheint für viele Menschen ein Medikament zu sein, das sie bei Unwohlsein
sofort verwenden würden. Das liegt auch in der sehr intensiv betriebenen
Marketingpolitik der Bayer AG begründet. Das Unternehmen investiert jährlich um die
40 % ihres Umsatzes (Bayers Umsatz betrug 2015 45 Mrd. Euro) in Werbung, was
zweifelsfrei mit dazu geführt hat, dass Aspirin das wahrscheinlich bekannteste
Medikament Deutschlands und seiner Fernseh-Werbung ist.
Weil es das am häufigsten genannte Kopfschmerzmittel ist, nehmen viele Menschen bei
Kopfschmerzen mit den unterschiedlichsten Ausprägungen und Ursachen durchweg
immer Aspirin. Es wird dann aber nicht mehr zwischen den Arten, Äußerungen und
Intensitäten des Schmerzes differenziert, sondern der Schmerzimpuls wird – durch das
schnell wirkende Aspirin etwa – sofort künstlich unterdrückt. Dabei werden die
Ursachen für ein normales Signal des Körpers einfach ausgeblendet. Man hat
herausgefunden, dass der Körper zwischen mehr als hundert Arten von Kopfschmerzen
unterscheiden kann. Kopfschmerzen unterscheiden sich durch ihre Schmerzintensität,
die Lokalität des Schmerzes und durch die Auslösung des Schmerzes. Gegen jede Art
und Stärke von Kopfschmerzen stets dasselbe Medikament einzunehmen, anstatt
verschiedene Schmerzen ursachengerecht mit verschiedenen Mitteln anzugehen,
beansprucht den Organismus auf lange Sicht.
Kopfschmerzen können beispielsweise eine Folge von Schlafmangel, Stress und
Wassermangel sein. Diese Folgen werden durch ein Medikament wie Aspirin lediglich
zeitlich verschoben, da es nicht die Ursache behebt, sondern nur den Schmerz entfernt.
Das wird durch einen Alltag, in dem es ständig auf Funktion ankommt, noch verstärkt.
Und deshalb ist Aspirin auch so ein viel diskutiertes Mittel, weil es einen Menschen
funktionieren lässt, obwohl er eigentlich erschöpft ist; am Ende aber werden so die
Ressourcen des Körpers nur noch weiter verbraucht und die Belastbarkeit ausgereizt.
Auf der anderen Seite gibt es auch Kopfschmerzen, die medizinisch noch nicht genug
erforscht sind und deren Ursachen noch nicht weit genug bekannt sind, sodass
Menschen zu medizinischen Mitteln greifen müssen, weil sie sonst ihren Alltag nicht
bewältigen könnten. Daher geht es bei solchen Medikamenten wie Aspirin, die
rezeptfrei erworben werden können, vor allem um das rechte Maß der Dosierung.
10
"Verlängert die euch zugemessene Lebensspanne, regeneriert die verbrauchten
Gewebe des Körpers, macht steife Gelenke biegsam und ausgeleierte Gelenke fest.
Nur sie entlockt trüben Augen ein schelmisches Glitzern, verwandelt Krankheit in
Gesundheit, bietet dem Haarausfall Einhalt und lasst neue Haare auf spiegelnden
Glatzen sprießen. (...) Eine ausgezeichnete Herzstärkung, anregender als das beste
Tonikum, ein sanfteres Abführmittel als ein Salbenklistir."
(aus Noah Gordon, Der Medicus, April 1990, Kapitel: Die Bestie in Chelmsfold. - - Anpreisung eines "Universal Specificums" in diesem im Mittelalter spielenden
Roman)
Thema 18
„Künstliche Proteine“
Helena Wirz
Thema 18
Inhaltsverzeichnis
Vorwort...........................................................................................................................1
Einleitung.......................................................................................................................2
Vorgehensweise............................................................................................................3
Proteine.........................................................................................................................3
Beispiele aus der Forschung der letzten 5 Jahre im Bereich der Synthese von
Proteinen und ihrer Bedeutung für die Humanmedizin.................................................9
Nahrungsergänzungsmittel (NEM)..............................................................................11
Kohlenhydrate-........................................................................................................13
Proteinkonzentrate..................................................................................................13
Exkurs: Definition und gesetzliche Vorgaben Eine Gegenüberstellung von Arznei – und Nahrungsergänzungsmitteln...........16
Exkurs: Definition Novel-Food............................................................................18
Abschließende Überlegungen.....................................................................................19
Literaturnachweis...................................................................................................................20
2
Thema 18
Vorwort
Zur Auswahl des Themas für mein Referat und diese Hausarbeit hat mein Interesse
am „Streetworkout“, einem Kraftsport beigetragen.
Ich
begegnete
in
diesem
Zusammenhang
immer
wieder
Menschen,
die
Nahrungsergänzungsmittel zu sich nehmen. Und früher oder später stellte sich auch
mir die Frage, ob ich es nicht auch einmal probieren solle. Ich thematisierte das
wiederholt und all die Menschen mit denen ich sprach waren der Meinung, ich solle
mich doch zunächst einmal informieren.
Ich konnte also die Arbeit für die Schule und mein persönliches Interesse verbinden.
Das Ergebnis findet sich in dieser Arbeit wieder.
Sehr schnell wurde mir klar, dass es doch einige Hindernisse in der Recherche gab,
denn unter dem Begriff „künstliche Proteine“ waren im Internet fast ausschließlich
Artikel zu finden, die für Nahrungsergänzungsmittel warben und in denen
pseudowissenschaftlich argumentiert wurde. Die Aussagen waren also im Sinne von
Wissenschaft, hier Chemie, nicht zu gebrauchen.
Dies führte mich zu der Überlegung, worauf sich der Begriff des Künstlichen
eigentlich bezieht

auf die Inhaltsstoffe des Produktes,

auf die menschliche Erkenntnis, dass es heutzutage notwendig ist dem Körper
mehr als die übliche Nahrung zuzuführen oder

auf die Produktionsweise, die Herstellung der Nahrungsergänzungsmittel?
1
Thema 18
Einleitung
Die Aufgabe der Chemie besteht darin zu untersuchen, wie die Stoffe in unserer
Umwelt beschaffen und aufgebaut sind.
In der chemischen Analyse werden die zusammengesetzten Stoffe, Verbindungen
in einfachere Strukturen, schließlich auch in die einzelnen Elemente (durch
verschiedene chemische Vorgänge) zerlegt und untersucht.
Durch chemische Synthesen werden umgekehrt Stoffe aus einfachen Atomen
aufgebaut.
Im Zentrum steht die Erforschung von Gesetzmäßigkeiten nach denen sich
chemische Prozesse vollziehen.
Die Differenzierung zwischen chemischer Analyse einerseits und -Synthese
andererseits ist im Kontext dieser Hausarbeit insofern von Bedeutung, als dass ohne
eine Darstellung der analytischen Aspekte die Voraussetzungen zum Verständnis der
Syntheseprozesse hin zum künstlichen Protein nicht gegeben wären.
Es gilt die Gesetzmäßigkeiten zu beschreiben, die im Fall des Proteins unser ganzes
Leben bestimmen, deren Kenntnis auch das Basiswissen darstellen, welches es
ermöglicht Forschung zu betreiben, die ein würdevolles, gesundes menschliches
Dasein ermöglichen können ( Insulin, Antibiotika etc.)
In diesem Zusammenhang wurde mir bei den Vorbereitungen der Hausarbeit
deutlich, wie sehr die Chemie mit der Biologie und auch mit der Physik verknüpft
sind.
Die
Grenzen
zwischen
diesen
Wissenschaften
verschwimmen
sogar
miteinander (Proteinbiosynthese).
2
Thema 18
Vorgehensweise
Im Zentrum meiner Arbeit steht die Beschäftigung mit Proteinen, ihrem Aufbau und
ihrer Bedeutung für den menschlichen Organismus (chem. Analyse). Beides ist die
Voraussetzung für Veränderungen, die durch natürliche Prozesse als auch durch
menschliche Eingriffe stattfinden können.
Der Schwerpunkt liegt dabei auf Veränderungen, die auf die unterschiedlichste Weise
Wirkung zeigen: Ich werde verschiedene Aspekte beispielhaft ansprechen, aktuelle
wissenschaftliche Arbeiten mit Syntheseprodukten heranziehen, um Möglichkeiten
und Problematiken aufzuzeigen. Dabei soll deutlich werden, welch bedeutende Rolle
die Kenntnis chemischer Gesetzmäßigkeiten für die Forschung und Medizin und
auch für Industrie und unser gesellschaftliches Leben haben kann.
Proteine
Proteine sind neben Wasser die wichtigsten Bestandteile des tierischen und
menschlichen Organismus, aller lebenden Zellen.
Sie finden sich in allen Organen, im Gehirn und sie sind Hauptbestandteil der
Muskulatur. Sie sind Grundstruktur aller Enzyme, vieler Hormone und regeln in
dieser Form den Organismus mit den Stoffwechselvorgängen. Als Antikörper haben
sie Schutzfunktionen und den Muskeln verleihen sie Kontraktionsfähigkeit.
Aufbau
Proteine (Eiweiße) setzen sich aus verschiedenen Aminosäuren zusammen, die stets
aus den gleichen Bausteinen bestehen.
3
Thema 18
Im Zentrum des Moleküls steht ein C-Atom, an das die unten genannten Gruppen
angegliedert sind:
•
eine Aminogruppe (NH2)
•
eine Carboxylgruppe (COOH)
•
ein Wasserstoffatom (H) und
•
ein Rest (R)
(Bildquelle: Google)
Der Rest (R) kann z.B. ein einfaches Wasserstoffatom sein, oder ein weiteres
Kohlenstoffatom (C) an das wiederum Wasserstoffatome (H) gebunden sind. Die
Aminosäure Glycin hat beispielsweise als Rest ein einzelnes Wasserstoffatom (H),
die Aminosäure Alanin ein Kohlenstoffatom (C) mit drei weiteren Wasserstoffatomen
(H).
(Bildquelle: Google)
4
Thema 18
Es gibt 20 Aminosäuren, von denen bei einem Erwachsenen 8 essentiell sind, d.h.
der Körper kann sie nicht selbst herstellen. Sie müssen mit der Nahrung
aufgenommen werden:
•
Isoleucin
•
Leucin
•
Lysin
•
Methionin
•
Phenylalanin
•
Threonin
•
Thryptophan
•
Valin
Bei Säuglingen sind außerdem noch Arginin (Stärkung des Immunsystems,
entscheidende Rolle bei Muskelfunktionen, Wachstum, Wundheilung, Durchblutung)
und Histidin (Funktion noch nicht ganz geklärt, Stärkung des Immunsystems)
essentiell notwendig. Alle anderen Aminosäuren kann auch der kindliche Körper
selbst aufbauen.
Im Organismus werden Ketten aus meist über 100 Aminosäuren aufgebaut. Bis zu
einer Anzahl von etwa hundert spricht man von Peptiden, bei mehr als Hundert
Verbindungen von Proteinen.
„Das größte bekannte Protein ist das Muskelprotein Titin und besteht aus über
30.000 Aminosäuren.“ (Quelle: Wikipedia „Protein“)
Wenn sich 2 oder mehr Aminosäuren verbinden spricht man von Peptidbindungen.
Die chemische Reaktion findet dabei immer – unter Abspaltung von Wasser (H2O),
Kondensation - zwischen der Aminogruppe (NH2-Gruppe) der einen Aminosäure und
der
Carboxylgruppe
(COOH-Gruppe)
der
anderen
Aminosäure
statt.
Dementsprechend spricht man bei der Bindung von zwei Aminosäuren von einem
entstandenen Dipeptid, bei der Bindung von drei Aminosäuren von Tripeptid. Bei
mehr Verbindungen bis zehn spricht man von Oligopeptiden, ab zehn dann von
Polypeptiden.
5
Thema 18
Bindung von Alanin zu einem Dipeptid
(Bildquelle: Google - Dipeptidbindung)
Bekannte biologisch wirksame Peptide sind zum Beispiel:
•
das Penizillin (Antibiotikum; ein Dipeptid) und
•
das Insulin (Hormon der Bauchspeicheldrüse; ein Polypeptid)
Die Aminosäureketten haben keinen gestreckten linearen Bau, vielmehr ist die Kette
schraubenförmig
aufgewickelt,
wobei
die
Struktur
der
Schraube
durch
Wasserstoffbrücken zwischen Aminogruppen und Carboxylgruppen verschiedener
Aminosäuren aufrechterhalten bleibt.
Wenn die H-Brücken aufgebrochen werden z.B. unter Einwirkung von Hitze,
chemischer Substanzen (Säuren) oder radioaktiver Strahlung wird die Form der
Schraube oft zerstört. Manche Eiweiße werden bei 65°C irreversibel geschädigt,
andere
wie
das
Kollagen
in
der
Gelatine
erst
bei
über
100°C.
Hochtemperaturresistente Proteine sind als Enzyme technisch wichtig, sowohl in der
Lebensmittelindustrie
wie
z.B.
auch
in
Waschmitteln
um
bei
60°C
die
Reinigungswirkung wie bei 95°C erreichen zu können.
Ein sehr einleuchtendes und häufig wiederholtes Beispiel sind die Veränderungen
beim Kochen eines Vogeleies. Das Protein des Eies hat nicht mehr die
Eigenschaften wie das ursprüngliche Eiweiß, obwohl es die gleichen Bestandteile
hat. Durch Erhitzen ist das Eiweiß „denaturiert“. Das Eiklar wird fest und verändert
seine Farbe.
6
Thema 18
In allen organischen Bereichen erfüllen Proteine eine Vielzahl von Aufgaben. So
sind sie Bausteine in

Enzymen

Hormonen

Stütz- und Gerüsteiweiß, z.B. Kollagen, Elastin, Keratin (für Haut, Haare und
Nägel)

Strukturproteine, z.B. Aktin, Myosin in den Muskeln

Plasmaproteine

Transportproteine, z.B. der rote Blutfarbstoff Hämoglobin

Antikörper in der Immunabwehr

Faktoren in der Blutgerinnung

Alloantigene, z.B. Blutgruppenantigene

Reservesubstanz für die Energiegewinnung bei Hunger
All diese zentralen Funktionen können jedoch nicht mehr ausgeführt werden, wenn
eine Denaturierung stattgefunden hat. Als lange Ketten sind diese Proteine im Körper
unwirksam.
Die Eigenschaften von der Zusammensetzung der Proteine hängen aber auch von
ihrer Faltung im Raum, der sogenannten Tertiärstruktur ab.
„Die Aminosäuresequenz (Reihe, mehrfache Abfolge, d.A.) eines Proteins – und
damit sein Aufbau – ist in der Desoxyribonukleinsäure (DNA) codiert. Der dazu
verwendete Code hat sich während der Evolution der Lebewesen kaum verändert. In
den Ribosomen, der „Produktionsmaschinerie“ der Zelle, wird diese Information
verwendet um aus einzelnen Aminosäuren eine Polypeptidkette zusammenzusetzen,
wobei die je von einem Codon bestimmten Aminosäuren in der von DNA
vorgegebenen Reihenfolge verknüpft werden. Erst mit der Faltung dieser Kette im
wässrigen Zellmilieu entsteht dann die dreidimensionale Form eines bestimmten
Proteinmoleküls.“ (Quelle: Wikipedia „Protein“)
7
Thema 18
Proteinstrukturen
(Bildquelle: Wikipedia - Proteinstruktur)
Beispiele aus der Forschung der letzten 5 Jahre im Bereich
der Synthese von Proteinen und ihrer Bedeutung für die
Humanmedizin
Auf meiner Suche nach Textmaterial zum Arbeitsthema „Künstliche Proteine“ stieß
ich im Internet auf eine Seite, die ein Verfahren beschreibt, das von Chemikern an
der Universität Marburg entwickelt wurde. Ich möchte es hier kurz darstellen, um zu
8
Thema 18
verdeutlichen von welcher Bedeutung die Forschung im Bereich der synthetisch
hergestellten Proteine für uns alle sein kann:
Wie vorher dargestellt finden sich in der Natur 20 Aminosäuren. Sie können sich
verbinden, abbauen und wiederum neu verbinden, falten sich auf in den
dreidimensionalen Raum (Proteinstruktur). Durch Fehler in diesen Prozessen kann
es
zu
einfachen
Modifikationen
kommen,
die
zum
Teil
zu
positiven
„Weiterentwicklungen“ führen können im Sinne der Evolution, aber auch z.B. zu
krankhaften Erscheinungen beim Menschen. Dies kann u.a. entstehen
bei
Fehlfaltungen der Aminosäuren in den dreidimensionalen Raum. Die korrekte
Faltung ist extrem wichtig für ihre Funktion, da alle Aminosäuren unterschiedliche
Eigenschaften haben. Nicht nur die natürlichen Prozesse sondern auch die
Biochemie, die Biotechnologie und das Bio-Engineering hängen von dieser Tatsache
ab.
„Störungen in der Bildung einer funktionsfähigen Raumstruktur werden als
Proteinfehlfaltungserkrankungen
bezeichnet.
Ein
Beispiel
hierfür
ist
Chorea
Huntington. Krankheiten, die auf eine Fehlbildung der Proteinstruktur zurückgehen
werden Prionkrankheiten genannt. BSE oder die Alzheimer-Krankheit sind Beispiele
für
solche
Erkrankungen.
Auch
Diabetes
mellitus
Typ2
ist
eine
Proteinfehlfaltungserkrankung, sie beruht auf einer Fehlfaltung des Amylin.“
(Quelle: Wikipedia „Proteinstruktur“)
Die Entwicklung der Marburger Wissenschaftler bezieht sich nun auf die
Verbesserungen der Möglichkeiten, Krankheiten durch planmäßige Veränderungen in
den Proteinen z.B. Fehlfaltungen zu beheben.
Sie entwickelten ein Aminosäure-Imitat, das sich in Proteine, die normalerweise ihre
Gestalt ändern können, einbauen lässt und die damit ihre natürliche Beweglichkeit
verlieren. Zwei herkömmliche Aminosäuren wurden durch ein synthetisches
„Minimal-Protein“, ein Imitat mit dem Namen Hot=Tap ersetzt. „Hot-Tap hält die
benachbarten Aminosäureketten wie ein Scharnier in einer vorhersagbaren Form
9
Thema 18
fest. Als stabile Oberflächenstrukturen können sie ganz bestimmte Antikörper binden,
vergleichbar mit einem Schlüssel, der nur in das entsprechende Schloss passt.“
(Quelle: http://www.internetchemie.info/news/2010/oct10/kuenstliche-proteine.html)
Die Wissenschaftler haben sich als erstes Anwendungsbeispiel die AlzheimerKrankheit vorgenommen.
(Bildquelle: http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2010a/1011i/view)
In einem zweiten Beispiel möchte ich Anne Peacock vorstellen, sie ist
Wissenschaftlerin
an der Universität Birmingham und forscht ebenfalls an der
Herstellung von synthetischen Proteinen. „Die Natur zu kopieren kann nicht unser
Ziel sein. Die ist nämlich gut, in dem was sie tut. Stattdessen haben wir die
aufregende Chance, Systeme zu entwickeln, die Funktionen übernehmen, die in der
Biologie nicht existieren.“ (Dies sagt sie in einem Interview, welches sie mit
futurezone.at im April 2015 geführt hat.)
Sie entwickelte ein besseres Kontrastmittel für die Magnetresonanztomografie (MRT)
(Medizinische Diagnostik), auf der Basis ihrer Forschung mit Metallionen.
„Ein Praxiseinsatz liegt zwar noch in weiter Ferne, aber wir legen derzeit die
Fundamente.“ so Anne Peacock.
Eine spannende Entwicklung, wie ich finde.
10
Thema 18
Nahrungsergänzungsmittel (NEM)
Im Internet stieß ich auf einen Artikel, der die Aussage enthielt, dass es keine
Regelung für Nems gebe wie für Arzneimittel, die geprüft und offiziell zugelassen
werden müssen bevor sie auf den Markt kommen. Ich fand das seltsam, weil es so
viele Mittel frei verkäuflich gibt. Kann ich dann nie wissen, was so ein Pille, eine
Ampulle oder eine Mischung enthält, oder was diese Mittel mit mir machen?
Ich habe dazu weitergeforscht und einen Exkurs geschrieben, der im Anschluss an
dieses Kapitel zu finden ist. (Exkurs zu gesetzlichen Vorgaben)
Wir kennen alle das Phänomen der Überflutung mit irgendeiner Werbung zu den
verrücktesten Artikeln, die der Markt uns zu bieten hat. Höchstgradig aufmerksam um nicht zu sagen empfindlich – reagieren wir alle, wenn es um unser körperliches
Wohlgefühl geht; ob es unsere Kleidung, die gemütliche Couch usw. betrifft. Oder ob
es wie in diesem Fall um unsere Gesundheit, unser Aussehen, unsere Fitness geht.
So gibt es hier, öffnet man z.B. einmal eine Internetseite zum Thema
Nahrungsergänzungsmittel,
eine
unübersehbare
Vielzahl
an
Produkten,
die
farbenfroh präsentiert werden. Selbst wenn nur nach einem bestimmten Mittel wie
Eiweiß für den Muskelaufbau gesucht wird, wird eine ganze Palette verschiedener
Mittel z.B. Vitamine, Eisen, Magnesium angeboten und genauso ergeht es uns in
Drogeriemärkten.
Wie ich schon zu Beginn gesagt habe, hat mich das Thema insgesamt interessiert,
da ich selbst Kraftsport betreibe. Ich hatte zu dem Zeitpunkt allerdings nur den
Hauch einer Ahnung, wie weit die Beschäftigung des Themas über "Proteine"
hinausgehen würde. Meine folgenden Ausführungen beziehen sich zunächst
allgemein auf die NEM, die für Sportler angeboten werden.
NEMs sind in den verschiedensten Varianten (und zu den unterschiedlichsten
Preisen) auf dem Markt. Sie versprechen im Allgemeinem Fitness, den Sportlern
aber im Besonderen neben Muskelaufbau mehr Kondition oder Ausdauer.
11
Thema 18
Die diversen Mittel lassen sich unterteilen in Energie-, Kohlenhydrat- und
Proteinkonzentrate, sowie spezifische Getränke für Sportler (in den verschiedensten
Geschmackssorten, Formen und Farben), Nährstoffpräparate und Leistungsförderer.
Das Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft BMEL hat folgende
Tabelle veröffentlicht:
Täglicher Nährstoffbedarf nach Fitnesstyp in %
Freizeitsportler
Ausdauersportler
Kraftsportler
Kohlenhydrate
50-55
60
55
Fette
25-30
bis 35
bis 35
Eiweiße
10
10-15
bis 20
Kohlenhydrateauch Energiekonzentrate "Weight gainer" genannt, werden meist als Riegel oder
in Pulverform angeboten. Da sie extrem energiereich sind ist es nur sinnvoll sie zu
sich zu nehmen, wenn der Energiebedarf sehr groß ist und er sich über normale
Ernährung nicht decken lässt. Sie enthalten fast ausschließlich Kohlenhydrate, sind
schnell für den Körper verfügbar, wenn sie nicht zu viele Fette enthalten und können
die Energiespeicher des Körpers wieder auffüllen.
Als Zielgruppen gelten Extremsportler wie Bergsteiger, Langläufer oder auch
Triathleten.
12
Thema 18
Proteinkonzentrate
gibt es ebenfalls als Pulver, oder Riegel sowie in Getränken gelöst und in den
verschiedensten Geschmacksrichtungen. Besonders für den schnellen Muskelaufbau
sollen sie wirksam sein. Tatsächlich verbrauchen Kraftsportler mehr Eiweiß, als
Menschen, die ihre Muskelmasse nur erhalten wollen. Aber auch Ausdauersportler
haben einen erhöhten Eiweißbedarf, den sie aber über die normale Ernährung
durchaus ausgleichen können.
Die Qualität der Proteine wird über die Biologische Wertigkeit errechnet. Diese
bestimmt wie gut das Eiweiß vom Körper verstoffwechselt werden kann. Je höher
diese ist, desto besser kann das Protein in ein körpereigenes Protein integriert
werden.
Die biologische Wertigkeit beinhaltet das Erreichen eines Stickstoffgleichgewichtes
im Magen des Menschen nach Aufnahme des Proteins. Sie errechnet sich aus der
Menge des Stickstoffes in der Nahrung geteilt durch die Stickstoffzunahme im Körper
mal 100.
Stickstoff in der Nahrung x 100
Stickstoffzunahme
Für den Muskelaufbau werden Eiweiße aus tierischen und pflanzlichen Stoffen
gewonnen. Am häufigsten werden Milch, Molke, Hühnerei und Soja verwendet, unter
anderen auch Hanfprotein, das von besonders hoher Qualität sein soll.
Es wird also versucht für die verschiedenen Konsumentengruppen Produkte auf dem
Markt anzusiedeln.
Das am häufigsten vorkommende Eiweißpulver besteht aus Molke und wird unter
dem Namen „Wheyprotein“ vermarktet. Molke ist ein Produkt, das bei der
Verarbeitung von Milch zu Käse anfällt. Um aus der Molke Eiweißpulver zu erhalten
wird sie denaturiert, in diesem Falle stark erhitzt und dann getrocknet bzw.
13
Thema 18
gefriergetrocknet. Proteine können durch Hitze oder Säure denaturiert werden. Da
Molke – Eiweiß aus Milch gewonnen wird ist es ein tierisches Eiweiß, so für eine
vegane Ernährung ungeeignet. Molke – Eiweiß ist daher so beliebt, da es eine
besonders hohe biologische Wertigkeit hat.
Ebenfalls eine hohe biologische Wertigkeit hat das Hanfprotein, wodurch es sehr
verdaulich und effektiv wird. Hanfsamen (kleine Nüsse) bestehen zu 20 – 24 Prozent
aus Protein, nämlich aus den zwei Proteinen Edestin und Albumin, welche alle
essentiellen Aminosäuren beinhalten. Unter anderen die Aminosäuren Methionin und
Cystein, die für die Zellentgiftung, das Wachstum und die Reparatur von Muskeln
zuständig sind.
Die Proteine Edestin und Albumin haben eine sehr ähnliche Molekularstruktur wie
menschliche Proteine, weshalb sie besonders gut verwertbar sind. So können sie
schnell in die Immunglobuline des Immunsystems umgewandelt werden. Da Hanf ein
rein pflanzliches Produkt ist, bietet es sowohl für Vegetarier als auch für Veganer
eine Nahrungsergänzungsmittelquelle.
Das Milchprotein ist das Casein und hat eine lange Resorptionszeit. Die
Resorptionszeit bestimmt, wie lange ein Stoff braucht, um in die Blutlaufbahn des
Körpers und von dort in die Muskeln zu gelangen. Es ist gefragt, da man so die
regelmäßige Eiweißzufuhr auch über Nacht vorab durchführen kann.
Das Ei – Proteinpulver wird aus Hühnerei hergestellt, es enthält keine Lactose und
bewirkt weniger Wassereinlagerungen, hat aber eine niedrigere biologische
Wertigkeit als z.B. das Molke Protein.
Soja – Proteinpulver entstammt der Sojabohne. Es enthält wie auch das Hanfprotein
alle essentiellen Aminosäuren und bietet eine gute Alternative für Allergiker (Lactose
–
Intoleranz),
Vegetarier
und
Veganer.
Zudem
hat
es
einen
niedrigen
Cholesteringehalt. Einen Nachteil bildet jedoch ein Östrogen ähnlicher Stoff, der bei
14
Thema 18
Männern (Testosteron senkend), sowie Frauen störend auf das Hormongleichgewicht
wirken kann.
Als weitere, natürliche Alternative bietet sich der Samen der Lupine an. Die Lupine ist
eine Bohnen – und Erbsen ähnliche Pflanze und wächst auch in Deutschland.
Bereits die Ägypter wussten um ihre Reichhaltigkeit, aber auch um die bitteren und
schlecht verdaulichen Inhaltsstoffe: die Alkaloide, die von Züchtern heute aber
größtenteils
herausgezüchtet
wurden.
Diese
Lupinen
tragen
den
Namen
„Süßlupinen“. Der Samen der Süßlupinen enthält ca. 40% Eiweiß, in denen alle
essentiellen Aminosäuren
vorkommen. Zudem ist er reich
an
Mineralien,
Ballaststoffen und enthält die Vitamine A und B1.
Seit Januar 2016 ist der völlig neu entwickelte Proteinriegel „Insanic“ auf dem Markt.
Der „Insanic“ Proteinriegel wird aus Grillen hergestellt. (Die Entwickler stechen aus
den konventionellen Herstellern heraus, da sie großen Wert auf Nachhaltigkeit in der
Produktion als auch der Verpackung achten. Verpackt wird der Insanic Riegel in einer
kompostierbaren Plastikfolie.)
An dieser Stelle ist auch zu erwähnen, dass die herkömmlichen Proteinpulver, Riegel
und Getränke durch die Denaturierung ihren Geschmack verlieren, weswegen sie mit
Aromen,
Geschmacksverstärkern
und
Farbstoffen
versehen
werden,
die
üblicherweise auch synthetisch hergestellt werden.
15
Thema 18
Exkurs:
Definition
und
Gegenüberstellung
gesetzliche
von
Vorgaben
Arznei
–
eine
–
und
Nahrungsergänzungsmitteln
Ich begab mich auf die Suche und fand wider Erwarten eine ganze Menge Auflagen,
die die Hersteller von Nems erfüllen müssen:
Nahrungsergänzungsmittel werden definiert als Lebensmittel und haben daher schon
einen anderen Charakter als Arzneimittel.
Regelungen für die Produktgruppe finden sich im EU-Recht in der Richtlinie
2002/46EG. Hierauf basiert die Nahrungsmittelverordnung -Nem V-, Verordnung über
Nahrungsergänzungsmittel vom 24.05.2004, in der insbesondere die erlaubten
Vitamine und Mineralstoffe (Anhang 1) geregelt sind. (Die verschiedenen Nationen
haben unterschiedliche Regelungen.)
(Quelle: Bundesministerium der Justiz und für Verbraucherschutz; www.juris.de )
Demnach wird ein Nahrungsergänzungsmittel definiert als
„ein Lebensmittel, das

dazu bestimmt ist, die allgemeine Ernährung zu ergänzen,

ein
Konzentrat
von
ernährungsspezifischer
Nährstoffen
oder
oder
physiologischer
sonstigen
Wirkung
Stoffen
allein
oder
mit
in
Zusammenhang darstellt und

in dosierter Form, insbesondere in Form von Kapseln, Pastillen, Tabletten,
Pillen,
Brausetabletten
und
anderen
ähnlichen
Darreichungsformen,
Pulverbeutel, Flüssigampullen, Flaschen mit Tropfeinsätzen und ähnlichen
Darreichungsformen von Flüssigkeiten und Pulvern zur Aufnahme in
abgemessenen kleinen Mengen in den Verkehr gebracht wird.“
16
Thema 18
Neben Vitaminen und Mineralien sind ausschließlich lebensmittelspezifische
Rohstoffe gemäß des Lebensmittel- und Futtergesetzbuches (LFDB) und der NovelFood-Verordnung zugelassen.
(Exkurs:Definition Novel-Food, s.u.)
In Deutschland typische Inhaltsstoffe sind Mineralstoffe, Vitamine, Antioxidantien,
Coenzym Q10, Kreatin, L-Carnitin, Inositol, Cholin u.a. Bestimmte andere Stoffe
wurden in den Folgejahren aus der Liste entfernt. Es scheint also Anpassungen zu
geben!
In
anderen
Ländern
wie
z.B.
den
USA
sind
viele
Produkte
als
Nahrungsergänzungsmittel frei auf dem Markt erhältlich, die in Deutschland unter
das Arzneimittelrecht fallen.
Was
macht
nunmehr
den
Unterschied
von
Nahrungsergänzungs-
und
Arzneimitteln in Deutschland aus?
Arzneimittel sind per Definition dazu bestimmt, Krankheiten, Körperschäden
oder krankhafte Beschwerden zu heilen, zu lindern etc und den Zustand, die
Funktion des Körpers oder seelische Zustände zu beeinflussen. Ihre Inhaltsstoffe
sind pharmakologisch wirksam.
Sie unterliegen den Bestimmungen des Arzneimittelgesetzes und unterliegen der
Zulassungspflicht durch das Bundesministerium für Arzneimittel und Medizinprodukte
(BfArM) oder der Genehmigung durch Dienststellen der EU, wobei Qualität,
Wirksamkeit und Unbedenklichkeit nachgewiesen werden müssen. Daneben müssen
im sogenannten Beipackzettel Informationen zum Gebrauch und eventuelle
Nebenwirkungen aufgezeigt werden.
17
Thema 18
Nahrungsergänzungsmittel sind Lebensmittel und unterliegen den oben zitierten
Bestimmungen.
Es
gibt
für
sie
jedoch
keine
Zulassungspflicht,
die
ihre
Unbedenklichkeit hinterfragt. Denn selbstverständlich ist der Erhalt von Gesundheit,
auch mittels Sport, Bewegung, die viele in ihrem Alltag nicht mehr haben, von
immenser Bedeutung für die Gesunderhaltung.
Die Hersteller haben allerdings verschiedene Auflagen zu erfüllen:

Angabe einer empfohlenen Tagesportion mit dem Hinweis darauf, das diese
Menge nicht überschritten werden darf

sämtliche Nährstoffe müssen aufgeführt werden und sie müssen darauf
hinweisen, dass Nahrungsergänzungsmittel kein Ersatz für eine ausgewogene
Ernährung sind.

Werbung darf nicht mit krankheitsbezogenen Aussagen gemacht werden,
allerdings
sind ggf. Aussagen -nach Überprüfung – erlaubt, die auf die
Verringerung eines Krankheitsrisikos hinweisen.
Nahrungsergänzungsmittel besitzen keine therapeutische Wirkung und ebenso
wenig lässt sich aus der Tatsache, dass sie auf dem Markt sind schließen, dass sie
ein besonders wertvolles Lebensmittel sind.
Interessant ist auch die Feststellung des Bundesinstituts für Risikobewertung (BfR),
für gesunde Personen, die sich normal ernähren, Nahrungsergänzungsmittel
überflüssig seien….eine zusätzliche Zufuhr einzelner Nährstoffe nicht nötig. Nur in
seltenen Fällen sei eine Ergänzung sinnvoll.
(Quelle: http://www.bfr.bund.de/cd/945)
18
Thema 18
Exkurs: Definition Novel-Food
"Unter den Begriff Novel-Food fallen Lebensmittel und Lebensmittelzutaten, die vor
dem Stichtag 15.Mai 1997 (Tag des Inkrafttretens der Novel-Food-Verordnung) in der
Europäischen Gemeinschaft noch nicht in nennenswertem Umfang für den
menschlichen Verzehr verwendet wurden.
Novel - Food - Gruppen
Zu Novel - Food zählen Lebensmittel und Lebensmittelzutaten

mit neuer oder gezielt modifizierter primärer Molekularstruktur

die aus Mikroorganismen, Pilzen oder Algen bestehen oder aus diesen
isoliert wurden

die aus Pflanzen bestehen oder isoliert worden sind und aus Tieren isolierte
Lebensmittelzutaten, ausgenommen Lebensmittel und Lebensmittelzutaten,
die mit herkömmlichen Vermehrungs- oder Zuchtmethoden gewonnen wurden
und die erfahrungsgemäß als unbedenkliche Lebensmittel gelten können

bei deren Herstellung ein nicht übliches Verfahren angewandt worden ist,
welches bedeutende Änderungen ihrer Struktur oder Zusammensetzung
bewirkt "
https://www.thueringen.de/imperia/md/content/tllv/vortraegeveranstaltungen/08
-fr._glaeser_-_novelfood.pdf
19
Thema 18
Abschließende Überlegungen
Der Großteil dieser Hausarbeit beschäftigt sich mit den natürlichen Proteinen, ihrem
Aufbau sowie den Bereichen der Forschung für die sie von zentraler Bedeutung sind.
Diese wissenschaftlichen Erkenntnisse sind – wie beschrieben – die Voraussetzung
für die Syntheseprodukte , "künstliche Proteine". Hieran war ich ja interessiert.
Im Verlauf der Arbeit musste ich jedoch erkennen, dass "künstliche Proteine" im
Kontext
Sport,
Fitness,
Wellness
nicht
denkbar
sind
ohne
den
Gesamtzusammenhang von vielerlei Nahrungsergänzungsmitteln.
Ich bewegte mich also auf zwei völlig verschiedenen Ebenen bei der Untersuchung
derselben Sache : Protein, Eiweißstoffe.
Einerseits war da die Wissenschaft Chemie, die biochemische Forschung mit ihren
spezifischen
Fragestellungen
und
Arbeitsergebnissen,
die
wesentlich
im
Gesundheitswesen sind: Arzneimittel, moderne Behandlungsmethoden etc.
Andererseits stellte sich zunehmend die Frage nach der Unterscheidung, wo genau
die Grenze zwischen Arzneimittel und Nahrungsergänzungsmittel liegt? Daher war
es auch notwendig eine Auskunft zu finden, die die gesetzlichen Voraussetzungen
beider Aspekte aufzeigte.
Ich habe oben Beispiele aufgeführt für die Arbeit mit Proteinen, einerseits die
Herstellung von Produkten, wie z.B. dem Insulin und die wichtigen Forschungen im
Bereich der Biochemie, synthese, - ingeneering vorgestellt. Sie haben mit Heilung,
Zukunft und Lebensqualität zu tun
Dem gegenüber, so das Bundesinstitut für Risikobewertung (BfR), ist für gesunde
Personen,
die
sich
normal
ernähren,
eine
zusätzliche
Einnahme
von
Nahrungsergänzungsmitteln überflüssig….eine Zufuhr einzelner Nährstoffe nicht
nötig. Nur in seltenen Fällen sei eine Ergänzung sinnvoll.
20
Thema 18
(Quelle: http://www.bfr.bund.de/cd/945)
Andererseits schauen wir auf einen heute nicht unwesentlichen Teil unserer
Lebensumwelt, den ich charakterisieren möchte: BUNT – So zeigen sich die oben
angesprochenen Internetpräsentationen ebenso wie die Regale in Studios oder auch
in Drogeriemärkten. Und ja, lebendig begegnet sie uns auch in Form der scheinbar
dazugehörigen Kleidung, eine "Synthese für den Markt". Offensichtlich hat dieser
Markt aber auch seine Bedeutung, wenn auch eher im sozio-psychologischen
Bereich. Denn selbstverständlich ist der Erhalt von Gesundheit, auch mittels Spaß,
Sport, Bewegung, die viele Menschen in ihrem Alltag nicht mehr haben, von
immenser Bedeutung für die Gesunderhaltung.
Hier
ist
ein
in
sich
geschlossenes
System
sozusagen
ein
paralleles
Gesundheitssystem entwickelt, aus dem sich jeder individuell bedienen kann, da die
Mittel ja frei verkäuflich, ja gemäß Definition Lebensmittel sind. Dabei bin ich mir
keineswegs sicher, ob die Konsumenten tatsächlich wissen, was sie bei der
Einnahme der Produkte ihrem Körper wirklich zuführen und welche Kombinationen
gut und angemessen sind oder eben nicht gut sind.
Durch die schriftliche Ausarbeitung des Referats bin ich zu dem Schluss gekommen,
nicht auf künstliche Proteine zurückzugreifen, vielmehr werde und habe ich bereits
meine Ernährung verändert. Nach dem Training nehme ich nun einfach mehr
proteinhaltige Nahrungsmittel zu mir (Kartoffeln, Quark, Hülsenfrüchte...)
Zu hinterfragen bleibt m.E. ob man, wie ich ja herausfinden konnte, den Herstellern
der Nahrungsergänzungsmittel sowohl auf nationaler wie auch europäischer Ebene
die Verantwortung zur Selbstkontrolle überlassen sollte.
Es gibt hier scheinbar auch unterschiedliche Bewertungen in den verschiedenen
europäischen Staaten. In Holland beispielsweise sind Arzneimittel wie Aspirin oder
Ibuprofen, im selben Regal wie Nahrungsergänzungsmittel in Drogeriemärkten
„Kruidvat“ rezeptfrei erhältlich. Diesen Aspekt gilt es weiterführend zu überprüfen!
21
Thema 18
Literaturnachweis
•
Epochenheft Chemie 12. und 13. Klasse
•
www.aminosäuren.org/biologische-wertigkeit-erklaert

www.onmeda.de/naehrstoffe/eiweiss-biologische-wertigkeit

https:/wikipedia.org/wiki/Biologische_Wertigkeit

https://de.wikipedia.org/wiki/Protein

https://de.wikipedia.org/wiki/Proteinbiosynthese

https://de.wikipedia.org/wiki/Proteinstruktur

https://de.wikipedia.org/wiki/Eiwei%C3%9Fpulver

https://de.wikipedia.org/wiki/Nahrungsergänzungsmittel

http://www.medizininfo.de/ernaehrung/eiweiss.htm

http://q-more.chemie.de/q-more-artikel/121/gesundes-fett-im-fisch.html

http://www.muskelaufbaumittel.net/sojaeiweiss-wahrheit-irrtum/#

http://www.netdoktor.de/Service/ICD-Diagnose/E72-Sonstige-Stoerungen-desA-40397.html

http://www.uni-protokolle.de/foren/viewt/218152,0.html?
sid=70d06ed20bdea308c1d394d51cc40b97

http://www.netdoktor.de/GesundLeben/Sport+Fitness/Ernaehrung/Nahrungsergaenzung-fuer-Sportl-9722.html

https://www.size-zero.de/blog/proteinshakes-pure-chemie-oder-wertvoll-fuerdiefettver

http://www.internetchemie.info/news/2010/oct10/künstliche-proteine

http://futurezone.at/science/kuenstliche-proteine-versprechen-neuechmie/118.826.265

https://www.it-recht-kanzlei.de/Thema/nahrungsergaenzungsmittelkennzeichnung-werbung.html

http://www.gesetze-im-internet.de/bundesrecht/nemv/gesamt.pdf
22
Thema 18

http://eur-lex.europa.eu/legal-content/DE/TXT/?uri=CELEX:32002L0046
•
http://www.guidobauersachs.de/oc/protein.html
•
http://www.bernd-leitenberger.de/aminosaeuren.shtml
•
https://www.dr-gumpert.de/html/protein.html
•
http://www.uni-marburg.de/aktuelles/news/2010a/1011i/view
•
http://www.ernaehrung.de/lexikon/ernaehrung/b/Biologische-Wertigkeit.php
•
https://www.ugb.de/lebensmittel-zubereitung/lupine/
•
http://www.chemieonline.de/forum/archive/index.php/t-192405.html
•
•
https://www.uni-heidelberg.de/uni/presse/rc7/3.html
www.Juris.de
23
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