Stoffwechsel

Stoffwechsel findet ausschliesslich in den Zellen statt. Der menschliche Körper besteht aus ca. 80 Billionen Zellen. Ihr genetischer Bauplan ist identisch, jedoch teilen sich die Zellen im Zusammenspiel der Funktionen des Gesamtorganismus bestimmte Aufgaben und differenzieren sich in spezialisierte Zellen. Entsprechend ihrer Spezialisierung auf bestimmte Aufgaben übernehmen die Zellen auch spezialisierte Stoffwechselleistungen, die der Funktion des gesamten Organismus zugute kommen: Muskelzellen sorgen für Beweglichkeit, Epithelzellen für die Abgrenzung nach Aussen und den Transport lebensnotwendiger Grundstoffe in den Organismus, Drüsenzellen produzieren Sekrete und Hormone usw.

Der Begriff Stoffwechsel bezeichnet die Gesamtheit der chemischen Prozesse in Lebewesen und steht für die Aufnahme von Stoffen in die Zelle, ihre biochemische Umwandlung innerhalb bestimmter Zellkompartimente sowie die Ausschleusung von Stoffwechselendprodukten aus der Zelle. Man kann die Stoffwechselleistungen grob in 2 Aufgabenbereiche aufteilen:

Baustoffwechsel
diese biochemischen Vorgänge dienen dem Aufbau und der Erhaltung der Körpersubstanz

Energiestoffwechsel
zur Energiegewinnung für energieverbrauchende Stoffwechselleistungen und Aktivitäten. Dazu gehören z.B. enzymatisch katalysierte Reaktionen, Transportfunktionen bei Assimilation und Dissimilation von Stoffen, Entgiftungsreaktionen usw.

Stoffwechselreaktionen kann man in Bezug auf ihr Energieniveau ebenfalls grob in 2 Reaktionsweisen aufteilen:

kataboler Stoffwechsel
energieliefernde Prozesse durch Abbau komplexerer Baustoffe in einfachere

anaboler Stoffwechsel
energieverbrauchende Prozesse durch Aufbau komplexerer Baustoffe aus einfacheren

Die meisten Stoffwechselwege sind amphibol, d.h. sie laufen in verschiedenen Reaktionsschritten reversibel sowohl anabol als auch katabol ab. Da mindestens ein Reaktionsschritt aber nur in anabole oder katabole Richtung verläuft ist der gesamte Stoffwechselweg aber irreversibel.

Zellen haben keine direkte Verbindung zum Gefäßsystem, sondern sind von extrazellulärer Matrix umgeben, durch die Nährstoffe und Sauerstoff zu den Zellen und Stoffwechselendprodukte wieder zum kapillaren Gefäßsystem diffundieren müssen. Der Stofftransport durch die extrazelluläre Matrix ist hochkomplex organisiert, denn es müssen zugleich fettlößliche, als auch wasserlößliche und gasförmige Stoffe zu den Zellen gelangen können. Deshalb ist ein funktionierender Stoffwechsel in der Zelle nicht nur auf funktionsfähige Strukturen innerhalb der Zelle, sondern auch von einer gesunden extrazellulären Matrix abhängig und selbstverständlich auch von einem suffizienten Blut- und Lymphgefäßsystem.

Stoffwechsel beschreibt also zum einen eine Reihe von Syntheseleistungen in Form chemischer Umwandlung von Stoffen innerhalb der Zelle für sich selbst oder in spezialisierter Aufgabenstellung für den Gesamtorganismus. Zum anderen dienen Stoffwechselfunktionen der Bereitstellung der dafür notwendigen Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP), der innerhalb der Zelle von den Mitochondrien gewährleistet wird. In ihrem Cytosol wird in einzelnen Reaktionsschritten des sogenannten Krebs- oder Citratzyklus das in der Zelle aus Fetten und Kohlehydraten gewonnene Actetyl-Coenzym-A weiter biochemisch verarbeitet und in der Atmungskette innerhalb der inneren Mitochondrienmembranen durch hochkomplexen Wasserstoffionentransport das Energiemolekül ATP hergestellt. Letztlich entsteht in dieser kontrollierten Verbrennung aus zu den Zellen transportierten Fetten, Kohlehydraten und Sauerstoff unter Energiegewinnung von 36 ATP wieder aus den Zellen abzutransportierendes Wasser und Kohlendioxid (CO2).

Die Geschwindigkeit der Energiebereitstellung im Energiestoffwechsel wird Stoffwechselrate genannt. Sie ist als Energieumsatz pro Zeiteinheit definiert. Je effektiver der Organismus aus Nahrung und Sauerstoff Energie produzieren kann, desto gesünder ist der Mensch. Die basale Stoffwechselrate – auch als Grundumsatz bezeichnet – ist der Energieverbrauch in Ruhe. Sie ist entscheidend, denn der Ruheumsatz beträgt in unserer heutigen Gesellschaft in den meisten Fällen 75% des gesamten Energiestoffwechselumsatzes. Daher ist in Bezug auf Stoffwechselerkrankungen von besonderem Interesse, welche Stoffe – Kohlehydrate oder Fette – in Ruhe verstoffwechselt werden. Um das herauszufinden bedienen wir uns diagnostisch eines Messsystems aus der Atemluft, das auf indirekter Kaloriemetrie basiert, der wissenschaftlich anerkannten Atemgasanalyse.