Inhalt
1. Grundlagen der Ernährungsphysiologie
2. Physiologie des Verdauungstraktes
5. Methoden zur Ernährungserhebung und Erfassung des Ernährungsstatus
6. Ernährung der Schwangeren und pränatale Entwicklung des Kindes
7. Säuglingsernährung und Ernährung der stillenden Mutter
8. Ernährung von Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen
12. Lebensmitteltoxikologie und -sicherheit
13. Kontaminanten, Rückstände und Zusatzstoffe in Lebensmitteln
14. Natürlich vorkommende Toxine in Lebensmitteln
1. Grundlagen der Ernährungsphysiologie
Eine Patientin mittleren Alters stellt sich bei ihrem Hausarzt vor und klagt über zunehmende Müdigkeit, Abgeschlagenheit und erhebliche Leistungseinbußen. Dem Hausarzt fällt auf, dass die Patientin auffallend blass ist, und er nimmt u. a. Blut für ein kleines Blutbild ab. Es bestätigt die Verdachtsdiagnose des Hausarztes, Blutarmut (Anämie). Aus dem kleinen Blutbild ergibt sich, dass die einzelnen roten Blutkörperchen vergrößert sind (Makrozytose) und eine größere Menge des roten Blutfarbstoffs Hämoglobin (Hyperchromie) enthalten. Da diese Form der Anämie auf einen Vitamin-B12- und/oder Folsäuremangel hinweist, fragt der Hausarzt nach den Ernährungsgewohnheiten der Patientin, insbesondere, ob sie sich vegan ernährt. Obwohl die Patientin sich abwechslungsreich ernährt und sowohl tierische als auch pflanzliche Lebensmittel verzehrt, ergibt eine weitere Blutanalyse einen starken Vitamin-B12-Mangel. Die daraufhin vom Hausarzt veranlasste Magenspiegelung (Gastroskopie) führt zur Diagnose einer Magenschleimhautentzündung (Typ-A-Gastritis). Diese Autoimmunerkrankung beruht darauf, dass Antikörper gegen die Belegzellen des Magens gebildet werden, die sowohl die Magensäure als auch den intrinsischen Faktor (intrinsic factor) bilden. Letzterer ist für die Aufnahme von Vitamin B12 im Endabschnitt des Dünndarms (terminales Ileum) nötig. Als Therapie erhält die Patientin daher vor allem Vitamin B12 intravenös.
2. Physiologie des Verdauungstraktes
Im Jahr 1892 kam es in Hamburg zu einem massiven Ausbruch der Cholera. Verursacht wird diese mit starkem Durchfall (Diarrhoe) und auch Erbrechen einhergehende Erkrankung durch das Toxin des Bakteriums Vibrio cholerae, das in großer Menge zumeist durch verschmutztes Wasser aufgenommen wird. In Hamburg trug dazu wahrscheinlich bei, dass im warmen Sommer des Jahres 1892 das Trinkwasser der Elbe entnommen wurde, in die auch ungeklärtes Abwasser gelangte. Insgesamt starben über 8000 Menschen an der Erkrankung. Robert Koch, der Direktor des Preußischen Instituts für Infektionskrankheiten, trug schließlich durch Verbesserung der Hygiene (Desinfektionsmaßnahmen, Abkochen des Wassers u. Ä.) zur Eindämmung der Seuche bei. Heute weiß man, dass das Choleratoxin einen bestimmten Chloridkanal (CFTR) in den Darmepithelzellen dauerhaft aktiviert, sodass Chloridionen in das Darmlumen sezerniert werden, wobei Na+-Ionen und Wasser folgen. Somit kommt es zu Durchfall. Wichtigste therapeutische Maßnahme ist die Gabe von Flüssigkeiten und Elektrolyten, um die Verluste auszugleichen. Wenn dies beherzigt wird, erholen sich ansonsten gesunde Menschen zumeist innerhalb von Tagen vollständig.
3. Makronährstoffe
Eine junge Frau (Alter: 25 Jahren) erleidet mehrfach einen Herzinfarkt und Schlaganfall, obwohl sie nicht raucht und nicht übergewichtig ist, sportlich aktiv ist und sich ausgewogen und abwechslungsreich ernährt. Sie weiß zu berichten, dass in ihrer Familie sowohl Männern als auch Frauen häufig und ebenfalls in jungem Alter Ähnliches widerfahren ist. Eine Blutuntersuchung ergibt, dass bestimmte Blutfette (v. a. LDL-Cholesterin) bei der Patientin erheblich erhöht sind. Auffällig ist zudem, dass bei der jungen Frau im Bereich der Augenlider und auch der Hände gelbliche Knoten vorliegen. Diese stellen sich als Xanthelasmen und Xanthome, Cholesterinablagerungen, heraus. Weitere Untersuchungen bestätigen schließlich die Verdachtsdiagnose einer familiären Hypercholesterinämie, einer erblichen Fettstoffwechselstörung, die mit abnormal hohen Cholesterinwerten einhergeht. Zur Vermeidung weiterer kardiovaskulärer Komplikationen sind wirkungsvolle Maßnahmen zur Senkung des Cholesterinspiegels erforderlich. Hierzu zählt neben diätetischen Maßnahmen (vor allem verminderter Verzehr gesättigter Fettsäuren, ballaststoffreiche Kost mit vielen mehrfach ungesättigten Fettsäuren) insbesondere eine intensive medikamentöse Therapie zur Senkung des LDL-Cholesterins.
4. Mikronährstoffe
Ein Alpenbewohner mittleren Alters bemerkt eine schmerzlose „Schwellung“ im Bereich des vorderen Halses, die ihm zunehmend Schwierigkeiten beim Einatmen verursacht. Der Hausarzt fragt gezielt nach den Ernährungsgewohnheiten des ansonsten gesunden Mannes. Der Patient ernährt sich vegan und verwendet keinerlei Speisesalz, weil der davon gehört habe, dass Salz einen Bluthochdruck verursache. Damit könnte die wichtigste Jodquelle des Patienten Brot sein. Eine Untersuchung der Jodausscheidung über den Urin bestätigt den Verdacht des Hausarztes, dass der Mann unter einem ausgeprägten Jodmangel leidet, der einerseits auf die Jodarmut der Böden im Alpenraum und andererseits auf den Verzicht auf jodiertes Speisesalz zurückzuführen ist.
5. Methoden zur Ernährungserhebung und Erfassung des Ernährungsstatus
Der Ausdruck Anamnese leitet sich vom Griechischen ab und bedeutet „Erinnern“. Üblicherweise werden Anamnesen von Ärzten durchgeführt, um an medizinisch relevante Informationen des Patienten zu gelangen. Eine Sonderform der Anamnese ist die Ernährungsanamnese. Sie ist ein einfaches Instrument, um Rückschlüsse auf die Ernährung und den Ernährungsstatus ziehen zu können. Sie eignet sich auch, um ernährungsbedingte Ursachen von Erkrankungen aufzudecken. Die Ernährungsanamnese kann, muss aber nicht zwingend nach einem festgelegten Schema erfolgen.
6. Ernährung der Schwangeren und pränatale Entwicklung des Kindes
Im ersten Drittel der Schwangerschaft (Trimenon, Trimester) ändert sich das Körpergewicht der schwangeren Frau normalerweise noch nicht. Während des zweiten Trimenons liegen die wöchentlichen Gewichtszunahmen dann bei 250–300 g, im dritten Trimenon sind es wöchentlich 400–500 g. Normalgewichtige gesunde Frauen nehmen üblicherweise bis zum Ende der Schwangerschaft etwa 12 kg Gewicht zu. Bei Frauen, die bereits vor der Schwangerschaft übergewichtig sind, sollte die Gewichtszunahme geringer ausfallen. Übergewichtige Schwangere haben generell ein höheres Risiko für Komplikationen während der Schwangerschaft und bei der Geburt. Auch für das Kind erhöhen sich durch das mütterliche Übergewicht die Gesundheitsrisiken (► Abschn. 6.4). Die Gewichtszunahme während der Schwangerschaft verteilt sich zu knapp 40 % auf die kindlichen Anteile (Fetus, Plazenta und Fruchtwasser) und zu mehr als 60 % auf die mütterlichen Anteile (v. a. Fettgewebe und Wasser) (◘ Abb. 6.1).
7. Säuglingsernährung und Ernährung der stillenden Mutter
Nicht-gestillte Säuglinge können heutzutage mithilfe kommerziell hergestellter Muttermilchersatznahrung bedarfsgerecht und sicher ernährt werden. In früheren Zeiten mussten andere Alternativen gefunden werden, wenn eine Mutter ihr Kind nicht stillen konnte oder wollte. Bereits vor 4000 Jahren waren Ammen eine gängige Praxis, um Kinder ersatzweise mit Milch zu versorgen. Ferner wurden Jahrtausende alte Trinkgefäße gefunden, die darauf hindeuten, dass Kinder auch damals mit Ersatzmilch ernährt wurden. Die Milch stammte je nach Kulturkreis von Ziegen, Schafen, Eselinnen, Stuten, Sauen oder Kühen. Zwischen dem 16. und 18. Jahrhundert wurde Säuglingen dann auch Brei verabreicht. Dieser bestand aus in Milch eingeweichtem Brot und einer Getreidebrühe. Im frühen 19. Jahrhundert verstarben aufgrund verunreinigter Trinkgefäße und der fehlenden Haltbarmachung von Milch ein Drittel aller auf diese Art ernährten Säuglinge innerhalb des ersten Lebensjahres.
8. Ernährung von Kindern, Jugendlichen und Erwachsenen
Menschen haben fast alle Lebensräume auf dieser Erde besiedelt. Dies erforderte auch eine entsprechende Anpassung an die verschiedenen Ernährungsumwelten. Die traditionellen Inuit ernährten sich vorwiegend von Meerestieren. Ihre Ernährung war fett- und eiweißreich und enthielt enorm hohe Mengen an langkettigen ω-3-Fettsäuren. Interessanterweise haben sich auch einige Gene des Fettstoffwechsels der Inuit verändert, um mit der Fülle an ω-3-Fettsäuren zurechtzukommen (Fumagalli et al. 2015). Die Jäger- und Sammlergesellschaft der Hadza in Afrika ernährt sich hingegen vorwiegend von Früchten, Wurzeln, Fleisch und Honig. Ihre Darmflora ist im Vergleich zu der von Europäern außergewöhnlich vielfältig (Schnorr et al. 2014); Bakterien, wie sie bei einer Ernährung mit Getreide oder Milchprodukten auftreten, fehlen bei ihnen. Der intensive und lebenslange Kontakt mit unserer Ernährungsumwelt verändert unsere Anatomie, Physiologie, Genetik und schließlich unsere Gesundheit. Dies wird umso verständlicher, wenn man sich vor Augen führt, dass ein Mensch im Laufe eines 75-jährigen Lebens etwa 30 t Nahrung zu sich nimmt.
9. Ernährung älterer Menschen
Bei Ernährungsproblemen in wohlhabenden Ländern denkt man primär an die Überernährung und ihre Folgen. Umso überraschender ist es, dass auch die Mangelernährung ein relevantes Gesundheitsproblem in Europa und den USA darstellt. Betroffen sind vor allem ältere Menschen in Kliniken und Pflegeeinrichtungen. In einer der größten Studien, die man in Deutschland zur Ernährungssituation älterer Menschen in stationären Einrichtungen durchführte, wurde deutlich, dass 11 % mangelernährt sind und 48 % ein erhöhtes Risiko für Mangelernährung aufweisen (Heseker et al. 2008). Die Europäische Union hat aus diesem Grund ein großes Aktionsprogramm mit dem Namen „Stop Malnutrition“ ins Leben gerufen. Hürden in der Umsetzung sind jedoch ein knappes Budget, mangelnde zeitliche Ressourcen und zum Teil auch fehlende individualisierte Ernährungskonzepte, die den Bedürfnissen des Einzelnen gerecht werden.
10. Geschmack und Geruch
Die Geschmacksvielfalt unserer Lebensmittel ist nahezu unbegrenzt. Die Geschmacksprofile von frischem Brot, Erdbeeren und Kaffee werden vom Menschen auch bei verbundenen Augen problemlos erkannt und das, obwohl nur fünf verschiedene Grundqualitäten des Geschmacks ausgemacht werden können. Grund dafür ist, dass wir Lebensmittel nicht nur am reinen Geschmack, sondern auch an deren Geruch (Aroma), Textur und Geräusch beim Abbeißen und Kauen erkennen. Die Sinneseindrücke beim Essen sind somit untrennbar miteinander verknüpft und vermitteln uns nach neuronaler Verarbeitung den typischen Gesamteindruck eines Lebensmittels. Bis heute ist es nicht möglich, den menschlichen Geschmackssinn durch Instrumente oder Apparaturen zu ersetzen. Seltsam ist allerdings, dass es uns an Ausdrücken fehlt, das Aroma eines Lebensmittels detailliert zu beschreiben. Professionelle Tester benutzen in diesem Zusammenhang ein Spektrum an Begriffen, die oftmals für den Laien sehr befremdlich wirken. Am eindrücklichsten wird dies bei professionellen Weinproben deutlich („Weinsprache“).
11. Hunger und Sättigung
Das Hungergefühl zwingt uns gewissermaßen zum Handeln. Es erzeugt eine innere Spannung, die uns zur Nahrungssuche und -aufnahme antreibt. Generator dieses Gefühls ist das Gehirn. Das zeigt sich eindrucksvoll an Patienten, die unter dem Prader-Willi-Syndrom leiden, einer genetischen Erkrankung mit Fehlfunktion des Zwischenhirns. Viele der Patienten entwickeln zwischen dem zweiten und dritten Lebensjahr ein extremes Hungergefühl und einen unstillbaren Appetit, der Übergewicht zur Folge hat. Interessanterweise können Menschen und Tiere bei einem Nahrungsüberangebot oder besonders wohlschmeckender Nahrung auch ohne Hungergefühle essen.
12. Lebensmitteltoxikologie und -sicherheit
Dioxin in Schweinefleisch, Fipronil in Hühnereiern, Acrylamid in Kartoffelchips, Glyphosat im Bier – Diskussionen über die Sicherheit unserer Lebensmittel gehören zum Alltag, insbesondere wenn medienwirksam festgestellt wurde, dass es zu Überschreitungen der gesetzlichen Höchstmengen in den Lebensmitteln gekommen ist („Lebensmittelskandale“). Mit den modernen analytischen Methoden können auch sehr geringe Konzentrationen chemischer Substanzen in Lebensmitteln nachgewiesen werden, sodass sich die Frage stellt, welche Lebensmittel wir heute überhaupt noch ohne gesundheitliche Bedenken essen können. Stellt nicht jede unerwünschte chemische Substanz eine gesundheitliche Gefährdung für den Verbraucher dar? In der Verordnung EG Nr. 178/2002, der sogenannten Basisverordnung, wird klargestellt, dass Lebensmittel in der Europäischen Union sicher sein müssen. Wie schätzt man das gesundheitliche Risiko ein, welches von unerwünschten Substanzen in Lebensmitteln ausgeht? Auf welche Weise werden die gesetzlichen Höchstmengen überhaupt festgelegt? Welche Risiken gehen von unterschiedlichen Klassen potenziell schädlicher Substanzen in Lebensmitteln aus, z. B. Kontaminanten (polychlorierte Kohlenwasserstoffe), Substanzen, die bei der Lebensmittelzubereitung entstehen (Maillardprodukte), natürlich vorkommende Toxine (pflanzliche Toxine, Pilzgifte), mikrobiell gebildete Toxine (Mykotoxine, Muscheltoxine, bakterielle Toxine), Rückstände von Pflanzenschutzmitteln (Insektizide, Herbizide), Lebensmittelzusatzstoffe (Farbstoffe, Konservierungsmittel) sowie Genussgifte (Ethanol)? Es werden basale Grundlagen für eine toxikologische Risikoabschätzung besprochen sowie bespielhaft die Festlegung und Bedeutung toxikologischer Grenzwerte bestimmter Lebensmitteltoxine erläutert.
13. Kontaminanten, Rückstände und Zusatzstoffe in Lebensmitteln
Lebensmitteln können im Rahmen des Produktionsprozesses bestimmte Substanzen aktiv zugefügt werden, um bestimmte chemische, physikalische oder physiologische Effekte zu generieren (z. B. Farbstoffe, Konservierungsmittel). Ebenso wie die Pflanzenschutzmittel (Fungizide, Herbizide, Insektizide), welche nach Anwendung auf dem Feld als Rückstand auf/im Lebensmittel nachgewiesen werden können, unterliegen die Zusatzstoffe einem umfangreichen Zulassungsverfahren. Daneben können in Lebensmitteln Kontaminanten auftreten, d. h. Substanzen, die nicht aktiv zugefügt werden und ohne Verschulden des Herstellers in/auf das Lebensmittel gelangen (Schwermetalle, Dioxine). Zudem existiert die Gruppe der hitzeinduzierten Kontaminanten, d. h. Substanzen, die während des Herstellungsprozesses thermisch entstehen (z. B. Acrylamid).
14. Natürlich vorkommende Toxine in Lebensmitteln
In Lebensmitteln können toxische Substanzen vorkommen, die aus natürlichen Quellen gebildet werden, z. B. Pilzgifte oder pflanzliche Abwehrstoffe. Diese Toxine können beim Menschen sowohl chronische Effekte verursachen (z. B. Krebs induzieren) als auch akut toxisch wirken (Grüner Knollenblätterpilz, ungekochte Bohnen, Maniokwurzel). Bestimmte Bakterienspezies bilden Toxine, die Lebensmittelvergiftungen und lebensmittelbedingte Krankheitsausbrüche verursachen. Bakterielle Toxine haben zum Teil sehr spezifische Wirkmechanismen und gehören zu den stärksten bekannten Giftstoffen, wobei die bakteriellen Botulinum-Neurotoxine die höchste Potenz zeigen. Aber auch andere Mikroorganismen wie Dinoflagellaten sind in der Lage, höchst komplexe und wirksame Toxine zu bilden.