Stoffwechsel

Was ist unser Stoffwechsel?

Unserem Körper wird so einiges abverlangt, damit wir leistungsfähig bleiben. Unser Herz pumpt mehrere Liter Blut in der Minute durch die kleinsten Ecken unseres Körpers und transportiert so Nährstoffe und Sauerstoff zu unseren Zellen. Aber auch Elektrolyte und Hormone wandern mit dem Blut. So können die Zellen ihr delikates Gleichgewicht, die Homöstase aufrechterhalten. In der Gesamtheit würden wir viele der Prozesse als Stoffwechsel bezeichnen. Dabei ist der Stoffwechsel nicht nur, wie wir Nahrung in Energie umwandeln (mehr dazu unter Regeneration), sondern es geht auch um die verschiedensten Hormon- und Elektrolytgleichgewichte. Unser Körper arbeitet jeden Tag daran diese im Gleichgewicht zu halten, sonst würde die Homöostase umkippen. Wir zeigen dir hier, warum die zelluläre Homöostase so wichtig für unseren Stoffwechsel ist, was die Moleküle Berberin, Spermidin, Carnosin und Betain damit zu tun haben und zuletzt widmen wir uns dem spannenden Thema Mikrobiom. Unsere Darmflora kann sich nämlich auch auf unseren Stoffwechsel auswirken.

Der Stoffwechsel oder Metabolismus bezeichnet vereinfacht die Gesamtheit aller chemischen Prozesse in den Zellen eines Organismus. Diese Vorgänge sind essenziell für die Umwandlung von Nahrung in Energie, die Aufrechterhaltung unserer Körperfunktionen und die Regeneration. Dabei verwenden wir Energie nicht nur für offensichtliche Aktivitäten wie Bewegung und Sport, sondern auch für grundlegende Funktionen wie Atmung, Blutzuckerregulation und Zellregeneration.

Jede Stoffwechselreaktion wird durch spezifische Enzyme katalysiert, die die Effizienz und Geschwindigkeit dieser chemischen Reaktionen steuern. Der Stoffwechsel lässt sich in zwei Hauptkategorien einteilen: den Anabolismus, bei dem aus kleinen Molekülen größere und komplexere Strukturen aufgebaut werden, und den Katabolismus, der komplexe Verbindungen abbaut, um Energie freizusetzen.

Die Balance zwischen diesen beiden Prozessen bestimmt, wie effektiv unser Körper funktioniert und reagiert auf Bedürfnisse oder Stress. Im Alter verschwindet die Homöostase immer mehr. Die Hallmarks of Aging beschreiben dabei die Alterungsprozesse auf zellulärer Ebene. Für den Stoffwechsel entscheidend ist die deregulierte Nährstoffmessung, auf die wir später noch etwas mehr eingehen werden.

Welche Organe sind am Stoffwechsel beteiligt?

Kommen wir kurz von der Mikroebene der Zelle auf die Makroebene der Organe. Welche Organe spielen eine Rolle in unserem Stoffwechsel?

• Leber: Die Leber spielt eine zentrale Rolle beim Stoffwechsel von Kohlenhydraten, Proteinen und Fetten. Sie hilft bei der Umwandlung von Nährstoffen in Energie, speichert Glukose in Form von Glykogen und produziert Gallenflüssigkeit, die bei der Fettverdauung hilft. Außerdem ist sei das zentrale Ort für Entgiftungsprozesse.
• Nieren: Diese Organe filtern Abfallprodukte aus dem Blut und regulieren den Wasser- und Elektrolythaushalt, was für die metabolischen Prozesse unerlässlich ist.
• Pankreas: Das Pankreas produziert wichtige Enzyme und Hormone wie Insulin und Glukagon, die den Blutzuckerspiegel regulieren und eine entscheidende Rolle im Kohlenhydratstoffwechsel spielen.
• Magen und Darm: Im Magen-Darm-Trakt werden Nahrungsmittel aufgebrochen und Nährstoffe extrahiert, die dann für Energiegewinnung und andere metabolische Prozesse zur Verfügung stehen. Außerdem beeinflusst unser Mikrobiom den Stoffwechsel
• Schilddrüse: Sie produziert Hormone, die maßgeblich den Grundumsatz des Körpers beeinflussen – also wie schnell oder langsam der Körper Energie verbrennt.

Ein langsamer Stoffwechsel und die Schilddrüse

Bleiben wir noch einmal kurz auf der Makroebene der Organe und schauen uns die Dirigentin des Stoffwechsels genauer an: Die Schilddrüse. Ein langsamer Stoffwechsel kann durch verschiedene Faktoren verursacht werden, aber eine häufige Ursache ist die Schilddrüsenunterfunktion (Hypothyreose). Eine Erkrankung, bei der die Schilddrüse nicht genügend Hormone produziert. Diese Hormone, vor allem Thyroxin (T4) und Triiodthyronin (T3), sind entscheidend für die Regulierung des Stoffwechsels.

Symptome eines langsamen Stoffwechsels können sein:

• Müdigkeit und Energiemangel
• Gewichtszunahme trotz kalorienarmer Ernährung
• Frieren auch bei warmen Temperaturen
• Trockene Haut und Haare

Die Diagnose einer Schilddrüsenunterfunktion erfolgt in der Regel durch Bluttests, die die Hormonspiegel von TSH, T3 und T4 messen.

Wie kann man den Stoffwechsel anregen?

Bleiben wir noch kurz bei unserem Energiestoffwechsel. Um diesen zu optimieren, gibt es verschiedene Methoden, um den Stoffwechsel anzuregen:

• Proteinreiche Ernährung: Proteine haben einen hohen thermischen Effekt und können den Energieverbrauch nach dem Essen erhöhen. Gute Proteinquellen sind mageres Fleisch, Fisch, Eier, Hülsenfrüchte und Nüsse.
• Wasser trinken: Ausreichend Wasser zu trinken, kann helfen, den Stoffwechsel zu steigern, besonders wenn das Wasser kalt ist, da der Körper Energie aufwenden muss, um es auf Körpertemperatur zu erwärmen.
• Aktiver Lebensstil: Regelmäßige körperliche Aktivität, besonders Krafttraining und Intervalltraining, kann den Stoffwechsel signifikant ankurbeln und auch langfristig auf einem höheren Niveau halten.
• Hitze und Kältetherapie: Insbesondere Eisbaden kann den Stoffwechsel ankurbeln und dazu führen, dass mehr Energie verbrannt wird.

Von der Makro- auf die Mikroebene

Wir haben uns nun einige Organe näher angeschaut, die mit dem Stoffwechsel zu tun haben. Allen voran die Schilddrüse. Möchten wir den Stoffwechsel jedoch besser verstehen, müssen wir tiefer in unseren Körper abtauchen und uns die einzelnen Zellen genauer ansehen. Wir zeigen dir, was der Zuckerstoffwechsel mit der Entstehung von Plaques in unseren Arterien zu tun hat, und wie unsere Muskulatur optimal funktionieren kann.

Doch zunächst ganz allgemein: Unsere Zellen sind auf eine Homöostase angewiesen. Das bedeutet, das Angebot an Mineralien, Elektrolyten (wie Magnesium) und Nährstoffen muss im Gleichgewicht sein.

Der Stoffwechsel und das Alter

Wer kennt es nicht, je älter wir werden, desto schlechter scheint unser Stoffwechsel zu werden. Unser Grundumsatz ist geringer, wir machen weniger Sport und unser Stoffwechsel arbeitet nicht mehr so effizient. Wo früher noch eine gesunde Zellhomoöostase geherrscht hat, ist nun die interzelluläre Kommunikation gestört. Besonders eindrücklich kann man dies am Beispiel des Hormons Insulin zeigen.

Insulinresistenz – der Grundstein für einen gestörten Stoffwechsel

Kurz zur Wiederholung. Wenn wir Nahrung (in Form von Kohlenhydraten) zu uns nehmen, dann werden diese in unserem Darm als Glukose-Moleküle aufgenommen. Die Glukose wird dann über das Blut zu unseren Zellen gebracht, vor allem zu den Muskel- und Leberzellen, die besonders stoffwechselaktiv sind.

Damit der Zucker aber in die Zellen hineingelangen kann, braucht er eine Begleitung: Das Hormon Insulin. Dieses agiert wie ein Türöffner und ermöglicht es der Glukose in die Zellen zu gelangen. Essen wir über Jahre/Jahrzehnte zu viel, werden die Zellen immer resistenter gegen das Hormon Insulin. Unsere Bauchspeicheldrüse muss immer mehr Insulin für die gleiche Menge Glukose produzieren. Die Folgen sind zunächst unerkannt. Bis sich die Blutzuckerwerte verändern, dauert oft nochmals, aber behandelt man eine Insulinresistenz nicht, kann sich diese zu einem Diabetes mellitus entwickeln.

Wusstest Du? Nach den Daten des Bundesministeriums für Gesundheit sind in Deutschland ca. 7,2% aller Menschen zwischen 18 und 79 Jahren an einem Diabetes mellitus erkrankt.

Wenn der Stoffwechsel nicht mehr richtig funktioniert…

Die Insulinresistenz stellt für den Longevity Experten und Podcaster Peter Attia die Grundlage vieler weiterer Erkrankungen dar. Hohe Blutzuckerspiegel können die Entstehung einer Arteriosklerose, also die Verkalkung von Gefäßen, beeinflussen. Je insulinresistenter jemand ist, desto schwieriger ist es, die hohen Blutzuckerspiegel wieder zu senken. Allgemein kann bei einer Insulinresistenz hilfreich sein:

• Die Ernährung umstellen: Weniger einfache Kohlenhydrate, mehr Vollkornprodukte, Proteine und gesunde Fette
• Mehr Sport: Der Sport kurbelt nicht nur den Stoffwechsel an, er kann auch die Insulinresistenz verbessern
• Fasten: Am besten bei ausgeprägter Insulinresistenz oder schon bestehendem Diabetes mellitus nur in Absprache mit einem Arzt. Ansonsten kann Fasten aber sehr hilfreich sein, leichte Formen der Insulinresistenz umzukehren
• Blutzuckerkontrolle: Es gibt mittlerweile kleine Geräte, sogenannte CGM-Geräte, die kontinuierlich den Blutzucker messen. Dadurch kann man im Selbsttest herausfinden, wie man auf bestimmte Nahrungsmittel reagiert
• Supplements: Verschiedene Mikronährstoffe und Moleküle können dazu beitragen den Blutzuckerspiegel zu senken

Wusstest Du? Durch Sport wird nicht nur während der Aktivität selbst Energie verbraucht, sondern es kommt auch zum sogenannten Nachbrenneffekt (Excess Post-exercise Oxygen Consumption, EPOC), bei dem der Körper auch nach dem Training weiterhin mehr Kalorien verbrennt. Muskeln sich metabolisch auch aktiver als Fettgewebe, was bedeutet, dass eine Zunahme an Muskelmasse zu einem höheren Grundumsatz führt. Hochintensives Intervalltraining (HIIT) führt dabei zu schnellen und intensiven Energieausgaben, die den EPOC-Effekt maximieren.

Was der Zuckerstoffwechsel mit der Verkalkung von Arterien zu tun hat

Der Zuckerstoffwechsel, insbesondere hohe Blutzuckerspiegel, wirkt sich auf die Entstehung von Arteriosklerose aus. Unter diesem Begriff verstehen Mediziner die Entstehung von Plaques aus Fett, Cholesterin und anderen Substanzen, die sich in den Arterienwänden anlagern. Im schlimmsten Fall können diese Plaques ganze Gefäße verstopfen und es kann zu einem Herzinfarkt kommen. Was wir essen scheint also direkte Auswirkung auf die Gesundheit unserer Gefäße zu haben. Dabei gibt es verschiedene Mechanismen, wie sich Zucker auf die Entstehung einer Arteriosklerose auswirken kann:

• Glykierung von Lipoproteinen: Hohe Blutzuckerspiegel können dazu führen, dass Glukosemoleküle mit Lipoproteinen (wie LDL-Cholesterin) reagieren, was zu einer Glykierung führt. Glykierte Lipoproteine sind anfälliger für Oxidation und können sich leichter in den Arterienwänden ablagern, was den Beginn des Arterioskleroseprozesses beschleunigen kann.
• Entzündliche Reaktionen: Eine gestörte Glukosehomöostase kann zu einer erhöhten Produktion von entzündlichen Zytokinen (Signalproteinen) führen, die wiederum die Arterienwand schädigen und die Bildung von Plaques fördern können. Chronische Entzündungen in den Arterienwänden spielen eine zentrale Rolle bei der Entwicklung von Arteriosklerose.

Wusstest Du? In den USA wird Berberin gerne mit dem Diabetes Medikament Ozempic® verglichen. Dabei haben die beiden gar nicht so viel gemeinsam. Ozempic® enthält den Wirkstoff Semaglutid und wurde für die Behandlung von Diabetes mellitus zugelassen. Der Nebeneffekt, weshalb das Medikament so berühmt wurde, ist der große Gewichtsverlust unter der Therapie.

Berberin hatte in Studien ähnliche Effekte wie das Diabetes-Medikament Metformin. Beide wirken sich auf den AMPK-Pfad aus.

AGEs als Nebenprodukt des Stoffwechsels

Advanced Glycation End Products (AGEs) sind schädliche Verbindungen, die entstehen, wenn Protein oder Fett mit Zucker reagiert. Das einfachste Beispiel für die Entstehung von AGEs ist das Braten von Fleisch mit einer zuckerhaltigen Marinade. Was gut schmeckt, kann in größeren Mengen zur Entstehung von Plaques führen. Eine Möglichkeit die schädliche Wirkung von AGEs abzumildern, ist das Molekül Carnosin. Carnosin ist ein kleines Dipeptid, welches als AGE-Fänger im Körper agiert. Als Chelatbildner kann Carnosin die AGEs binden und so helfen diese wieder aus dem Körper auszuscheiden. Auch für den Muskelstoffwechsel spielt Carnosin eine Rolle, doch dazu später mehr.

Eine weitere Möglichkeit ist die Zufuhr von AGEs zu reduzieren. Mehr frisches Obst und Gemüse ist hier das Stichwort.

Wusstest Du? Die AGEs können sich auch auf die Hautalterung und damit auf die Struktur der Haut auswirken. Kollagen ist eines der wichtigsten Strukturproteine unserer Haut. Die AGEs können sich wie eine Art Kleber zwischen die Proteine legen und zerstören somit die Architektur des Kollagens.

Homocystein – ein oft vergessener Risikofaktor

Die Aminosäure Homocystein entsteht bei einigen unserer Stoffwechselwegen als Zwischenprodukt. Unter normalen Umständen wird diese durch eine Methylierung (also die Übertragung einer CH3 Gruppe) in das ungefährliche Methionin umgewandelt. Hohe Homocysteinspiegel gelten als unabhängiger Risikofaktor, nicht nur für Diabetes mellitus, sondern auch für die Entstehung einer Arteriosklerose.

Manche Menschen haben eine genetisch höhere Veranlagung für Homocystein und damit ein erhöhtes Risiko. Ein Molekül, welches dagegen hilfreich sein kann, ist Betain, auch bekannt als Trimethylglycin (TMG). Der Name verrät es beinahe schon. TMG kann Methylgruppen abgeben und somit helfen Homocystein in Methionin umzuwandeln. Auch beim NAD-Stoffwechsel spielt Betain eine Reihe und das Molekül ist auch bei Sportlern beliebt. Man darf es nicht mit Betain-HCL verwechseln.

Stoffwechseltests

Stoffwechseltests gibt es einige auf dem Markt und nicht jeder eignet sich für jede Fragestellung. Deshalb geben wir dir einen kurzen Überblick über die wichtigsten Tests und welche Parameter diese abdecken:

• Bluttests: Messen von Glukose, Triglyceriden, Cholesterin und wichtigen Hormonen wie Schilddrüsenhormonen und Insulin. Meistens braucht es dafür ärztlichen Rat, um diese Werte einzuordnen.
• Atemtests: Können zur Beurteilung der Fettverbrennung genutzt werden, indem die Menge an Kohlendioxid gemessen wird, die beim Abbau von Fetten entsteht.
• Indirekte Kalorimetrie: Misst den Sauerstoffverbrauch und die Kohlendioxidproduktion, um den Energieverbrauch zu bestimmen.

Insbesondere die Atemtests sind aufwendig und werden eher bei Sportlern eingesetzt. Eine neuere Methode den Stoffwechsel zu beurteilen, besteht darin die mit dem Stoffwechsel assoziierten Proteine auszuwerten. Dies ist das Forschungsfeld der Proteomik, eins der spannendsten Felder in der Langlebigkeitsmedizin.

Mit Hilfe eines Massenspektrometers können die einzelnen Proteine in einer Zelle bestimmt werden. Diese werden dann mit den Proteinen von Vergleichsgruppen übereinander gelegt und dadurch erhält man einen neuartigen Blick auf den Stoffwechsel.  Möchtest du auch mehr über deinen Stoffwechsel erfahren? Wie sieht es mit der Zusammensetzung deiner Ernährung aus, passt das Verhältnis aus Kohlenhydraten, Fetten und Proteinen? Diese Fragen und noch viele weitere findest du im neuen Test von MoleQlar. Mit deinem molekularen Profil bieten wir einen der ersten Proteomtests an.

Der Proteinstoffwechsel – wichtig für den Muskelaufbau

Protein spielt eine zentrale Rolle im Stoffwechsel, besonders wenn es um den Aufbau und die Reparatur von Muskelgewebe geht. Der Proteinstoffwechsel bezieht sich auf den Abbau von Proteinen zu Aminosäuren, die dann entweder zur Energiegewinnung genutzt oder zum Aufbau neuer Proteine verwendet werden.

Wichtig für den Muskelaufbau sind:

• Ausreichende Proteinmenge: Der tägliche Proteinbedarf hängt von verschiedenen Faktoren wie Alter, Geschlecht, Gesundheitszustand und Aktivitätsniveau ab. Allgemeine Empfehlungen liegen bei etwa 1,2 bis 2,0 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht für aktive Personen.
• Verteilung der Proteinaufnahme: Regelmäßige Proteinzufuhr über den Tag verteilt unterstützt den stetigen Aufbau und die Reparatur von Muskelgewebe.

Wie viel Protein brauchen wir?

Um die richtige Menge an Proteinen pro Tag gibt es auch unter Ärzten große Diskussionen. In den Aminosäuren ist Stickstoff enthalten, der über die Nieren wieder ausgeschieden werden muss. Deshalb können zu hohe Proteinmengen pro Tag (über 3,5g pro Kilogramm Körpergewicht) auch schädlich sein.

Bezüglich Langlebigkeit gibt es gerade Tierstudien, die belegen, dass eher weniger Protein (0,8 Gramm pro Kilogramm Körpergewicht) sich positiv auf die Lebensspanne auswirken. Doch auch Muskeln sind ein wichtiger Teil für ein gesundes Leben. Was ist also die „richtige“ Proteinmenge?

Darauf gibt es noch keine definitive Antwort. Der amerikanische Fastenforscher Valter Longo empfiehlt z.B. für Leute unter 60 0,8 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht und für Leute über 60 1,0 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht. Der Longevity Arzt Peter Attia hingegen zielt eher auf 2,0 Gramm Protein pro Kilogramm Körpergewicht.

Wusstest Du? Wahrscheinlich überlebten die Tiere mit einer Kalorienrestriktion länger, da ein niedriger Proteingehalt in der Nahrung dazu führte, dass die Recycling-Prozesse im Körper angeregt wurden. Bei der sogenannten Autophagie werden zelleigene Bestandteile zerlegt und wieder neu zusammengesetzt. Einige Moleküle stehen eng mit dem Prozess der Autophagie in Verbindung. Dazu zählt beispielsweise Spermidin.

Der Muskelstoffwechsel

Gesunde Muskeln sind unerlässlich für unsere Gesundheit. Jeder der einmal im Fitnessstudio war, kennt vielleicht die Situation. Nach ein paar Wiederholungen sind die Muskeln erschöpft und die Lust auf ein weiteres Training schwindet. Gerade am Anfang kann dies sehr frustrierend sein, da man diese Reize braucht, um die Muskeln zum Wachstum anzuregen. Doch was benötigen unsere Muskelzellen neben ausreichender Nahrung, um optimal zu funktionieren?

Für die schnelle Kraft (z.B beim Sprint) benötigen unsere Muskeln eine ganz spezielle Speicherform von Energie: Phosphokreatin. Dieses kann durch das Enzym Kreatinkinase schnell aufgespalten werden und liefert ATP. Möchten wir unsere schnelle Kraft steigern, dann kann die Supplementation mit Kreatin Pulver helfen.

Bei der Muskelarbeit fallen „saure“ Abfallprodukte an, unsere Muskeln „übersäuern“. Hier kann Carnosin Pulver helfen. Das kleine Dipeptid kennen wir bereits als AGE-Fänger. Im Muskel puffert es die Übersäuerung ab.

Zu guter Letzt müssen unsere Muskeln gut mit Wasser versorgt werden. Hier kann einerseits Kreatin helfen, andererseits ist Betain Pulver auch ein wirksames Osmolyt.

Wusstest Du? Magnesium ist ein wichtiges Mineral und ist an mehr als 300 Reaktionen im ganzen Körper beteiligt. Als natürlicher Kalziumkanalblocker kann Magnesium helfen Muskeln zu entspannen und somit Krämpfen vorzubeugen. Dabei existieren ganz unterschiedliche Magnesiumformen auf dem Markt: Magnesiumoxid, Magnesium Glycinat oder Magnesium Taurat um nur drei zu nennen. Jede Form hat ihre speziellen Vor-und Nachteile.

Das Mikrobiom und der Stoffwechsel

Das Mikrobiom ist die Gesamtheit aller Mikroorganismen, die in und auf dem menschlichen Körper leben. Es spielt eine entscheidende Rolle beim Stoffwechsel. Untersuchungen zeigen, dass eine vielfältige und gesunde Darmflora zu einem effizienteren Stoffwechsel beiträgt und das Risiko für metabolische Erkrankungen wie Fettleibigkeit und Typ-2-Diabetes senken kann. Doch können wir unser Mikrobiom beeinflussen? Und welche Zusammensetzung des Mikrobioms ist für uns förderlich?

Noch sind nicht alle dieser Fragen geklärt, aber die Wissenschaft nähert sich den Antworten. Im Alter nimmt die Vielzahl der Organismen in unserer Darmflora ab, statt einer Symbiose erhalten wir eine Dysbiose mit all den negativen Folgen. Die Rolle des Mikrobioms im Alterungsprozess und beim Aufrechterhalten der Homöostase wurde dadurch bestärkt, dass die Dysbiose mittlerweile ein fester Teil der Hallmarks of Aging darstellt.

Butyrat – ein wichtiger Metabolit des Stoffwechsels

Zur Stärkung des Mikrobioms gibt es verschiedene Ansätze. Probiotika bestehen aus lebenden Organismen, die die Darmflora stärken sollen, während Präbiotika als Nahrungsquelle für die Darmbakterien dienen. Wenn die Darmbakterien die Präbiotika (meistens Balaststoffe), verstoffwechseln, entsteht unter anderem Butyrat.

Butyrat ist eine kurzkettige Fettsäure und dient als wichtige Energiequelle für Darmzellen. Außerdem hat Butyrat entzündungshemmende Eigenschaften und kann sich auf Hormone des Zuckerstoffwechsels auswirken. Mehr darüber erfährst du in unserem Artikel zu QBIOTIC.

Fazit Stoffwechsel

Der Stoffwechsel ist eines der komplexesten Themen. Von den Organen die daran beteiligt sind bis hin zum Stoffwechsel der einzelnen Zellen. Die Themen würden ausreichen, um ganze Bücher zu füllen. Das Wichtigste ist jedoch, dass unsere Zellen immer ein Gleichgewicht anstreben. In diesem finden sich die optimalen Arbeitsbedingungen. Ist diese Homöostase gestört, kann es zu Alterserscheinungen oder Krankheiten kommen.