Energiereserven und Hungern

Beim Hungern greift der Körper auf Energiereserven zurück

Oft wird Hunger mit einem leeren Magen gleichgesetzt. Hunger ist jedoch viel mehr. Er läuft im Körper als außerordentlich komplexes System von biochemischen Prozessen, physiologischen Erscheinungen, psychischen Empfindungen und Regelkreisen ab.
Wird einige Zeit nichts gegessen, dann bombardiert das Appetitszentrum im Hypothalamus (Gehirnteil) ständig das Bewusstsein mit Impulsen, endlich Nahrung aufzunehmen. Dies resultiert aus der Wahrnehmung und Impulsleitung von Rezeptoren: Mechanorezeptoren stellen die Leerkontraktionen des Magens fest und innere Wärmerezeptoren den Rückgang der Wärmeproduktion. Im Blut sinkt der Glucosegehalt. Glucoserezeptoren melden den Glucoseabfall ebenfalls dem Gehirn.

Nun beginnen biochemische Prozesse, den Blutzuckerspiegel aufrecht zu erhalten, indem Glykogen, ein körpereigenes Kohlenhydrat, zu Glucose-6-phosphat und Glucose abgebaut wird.
Hat sich der abbaufähige Kohlenhydratanteil in der Leber erschöpft, stellt der Körper auf Gluconeogenese um. Der lebensnotwendige Glucosespiegel im Blut wird gehalten, indem Glucose zuerst aus Reservefetten und später auch aus Eiweißen gewonnen wird. Bei längerem Hungern werden Depotfette zu Glycerin und Fettsäuren abgebaut, dabei wird das Glycerin in die Glycolyse und die Fettsäuren über Acetyl-CoA in den Citratzyklus geschleust. Die Bestandteile der Fette werden über das Oxalat und Phosphoenolpyruvat in Glucose umgewandelt. Eine lebenserhaltende Maßnahme, weil damit der Blutzuckerspiegel aufrechterhalten werden kann. Dem Blut entnehmen alle Organe die Glucose zur Energiegewinnung. Sinkt der Gehalt, wird vor allem das Gehirn nicht mehr ausreichend versorgt, der Hungernde wird müde.

Auch über den Citratzyklus können Glycerin und Fettsäuren in die Atmungskette der Zelle gelangen und direkt der Energiegewinnung dienen. Beim andauernden Hungern können auch Proteine, vor allem das Muskeleiweiß, abgebaut werden.
Der Fettstoffwechsel ist eng mit dem Kohlenhydratstoffwechsel verbunden. Das durch Spaltung von Fettsäuren gebildete Glycerinkann nach Phosphorylierung in den Glykolyseweg eingeschleust werden. Ebenso wird das durch ß- Oxidation gebildete Acetyl-CoenzymA (Acetyl-CoA) im Citronensäurezyklus abgebaut.

Pyruvat, Acetyl-CoA oder Oxalat sind auch Zwischenprodukte des Eiweißabbaues. Sie können letztlich über das Phosphoenolpyruvat in Glucose für das Blut umgebaut werden. Die Abfallstoffe Ammoniak und Kohlenstoffdioxid gelangen in den Harnstoffzyklus und werden als Harnstoff ausgeschieden.

Durch die Gluconeogenese sichert sich der Organismus in Notzeiten die Herstellung von Glucose aus Eiweißen, Fetten oder Glykogen.
Während der Glykolyse und im Citronensäurezyklus werden die energiereichen Verbindungen ATP und GTP (Adenosin- und Guanosintriphosphat) gebildet, die für Energie verbrauchende Prozesse bereit gestellt werden.
Aus Fetten, Kohenhydraten und Proteinen entsteht u.a. ${\text{NADH + H}}^{\text{+}}$ (Nicotinamid-Adenin-Dinucleotid). ${\text{NAD}}^{\text{+}}$ ist an biochemischen Redoxreaktionen als Elektronenakzeptor beteiligt. Es übernimmt bei der Oxidation zwei Elektronen und zwei Potonen und wird dabei zu ${\text{NADH + H}}^{\text{+}}$ reduziert. An anderer Stelle können die Elektronen und Protonen wieder abgegeben werden. ${\text{NADH + H}}^{\text{+}}$ wird dabei oxidiert.

Die freigewordenen Elektronen werden in die Atmungskette geschleust und unter Sauerstoff durch die Membran der Mitochondrien gepumpt. Beim Zurückströmen entsteht das ATP (Adenosintriphosphat), welches in der Zelle aller Lebewesen als universeller Transport- und Speicherstoff für Energie dient. Es wird täglich in großen Mengen produziert und verbraucht. Beim Menschen ist das täglich eine Menge von 80 kg ATP! In den chemischen Bindungen der Trihosphateinheit ist Energie gespeichert, die bei der hydrolytischen Spaltung der Bindungen freigesetzt wird. Für die Hydrolyse von Adenosintriphosphat zu Adenosindiphosphat und Phosphat sind das ca. 30 kJ pro mol ATP.

Die Gluconeogenese verläuft weitgehend als Umkehr der einzelnen Reaktionsschritte der Glykolyse. Nur einige Schritte sind nicht direkt umkehrbar, sondern erfordern einige Zwischenschritte als Umwegreaktionen (z. B. erfolgt die Bildung von Phosphoenolpyruvat anstatt durch direkte Phosphorylierung über Oxalacetat).

Der Abbau von Muskeleiweiß ist eine Art Selbstverdauung, weil der Hungernde auf diese Weise seinen Energiebedarf decken muss, wenn auch die Fettreserven aufgebraucht sind. Nur so kann der Mensch „bis auf die Knochen“ abmagern. Normalerweise haben die wenigen Aminosäuren und Eiweiße im Blut eines ausreichend Ernährten eine genügend große osmotische Wirkung, um Wasser zu binden. Bei extremem Hungern sinkt der Anteil und die notwendige Konzentration an Aminosäuren und Proteinen im Blut. Die Folge sind Hungerödeme. Besonders in der Nähe von Gelenken sammelt sich Wasser in den Geweben. Hungernde Kinder in Afrika sieht man oft mit einem sogenannten Wasserbauch, ein lebensbedrohlicher Zustand.
Wird wieder Nahrung in ausreichender Menge zugeführt, kann der Muskelapparat neu aufgebaut werden. Durch langes Hungern geschädigtes Herzmuskelgewebe (z. B. durch Kriegsgefangenschaft) ist oft nicht mehr reparabel.