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Der Protein- und Aminosäurenstoffwechsel steht unter endokriner Kontrolle. Insulin als wichtigstes anaboles Hormon fördert die Aufnahme von Aminosäuren in der Zelle und stimuliert die Proteinsynthese. Beim Überwiegen kataboler Hormone als Folge einer massiven Sympathikus-Stimulation kommt es zu einer verstärkten Muskelproteolyse, zu einer Steigerung der Glukoneogenese und Harnstoffsynthese. Bei Patienten nach schweren Operationen, Traumen, Infektionen, Entzündungen etc. kann deshalb ein erheblicher Proteinverlust auftreten.
Charakteristisch bei Erkrankungen mit katabolem Muskelstoffwechsel ist ein Anstieg der Glutaminsäure sowie ein Abfall der Plasmakonzentrationen von Glutamin und Cystein (CG-Mangelsyndrom). Verschiedene biochemische Mechanismen führen zu einem massiven Stickstoffverlust sowie zu einer Schwächung des Immunsystems.
Ein Proteinmangel beeinflußt vor allem die zellulären Immunreaktionen, wobei es u.a. zu einer Verringerung der Lymphozytenzahl und zu einer Einschränkung ihrer Funktion kommt. Die Produktion von Zytokinen ist herabgesetzt, außerdem ist die zytotoxische Aktivität der natürlichen Killerzellen, Makrophagen etc. verringert. Insgesamt resultiert eine erhöhte Anfälligkeit für bakterielle Infekte. Für einige Vitamine, Mineralstoffe und Spurenelemente ist schon länger ein positiver Effekt auf das Immunsystem nachgewiesen und wird auch therapeutisch genutzt. Das Immunsystem ist aber auch elementar auf eine ausreichende Verfügbarkeit von Aminosäuren angewiesen zur Peptid- und Proteinsynthese.
Zu einem Mangel an Aminosäuren kann es aus unterschiedlichen Gründen kommen: Durch Fehlernährung, durch sämtliche Erkrankungen, die mit Maldigestion und Malabsorption verbunden sind. Durch Veränderung der neuroendokrinen Reaktionslage (Überwiegen kataboler Hormone) werden Aminosäuren in die Glukoneogenese eingeschleust und zur Energiegewinnung herangezogen. Bei einigen Erkrankungen können nichtessentielle Aminosäuren nicht mehr ausreichend synthetisiert werden (z.B. Niereninsuffizienz). Bei sehr starker körperlicher Beanspruchung, z.B. Leistungssport, werden einige Aminosäuren zur Energiegewinnung oxidiert.
Ein ganz wichtiger Aspekt, der ernährungsphysiologisch bisher eher wenig Beachtung findet, ist die Frage nach der Qualität der Nahrungsbausteine, die dem Körper zur Verfügung stehen. Nach Ohlenschläger können alle Aminosäuren einer Schädigung durch freie Radikale unterliegen. Metallionen induzieren häufig Veränderungen an Histidin, Arginin, Cystein, Lysin und Methionin. Cystein und Histidin im aktiven Zentrum von Enzymen sind bevorzugter Angriffsort radikalischer Reaktionen. Von besonderer pathobiochemischer Bedeutung sind die Veränderungen des Cysteins. SH-Gruppen gehen sehr leicht Chelatbindungen ein und werden leicht oxidiert, wodurch die Bildung von Disulfid-Brücken gestört ist. Dadurch kommt es zu beträchtlichen Veränderungen in der Struktur und Funktion von Proteinen. Außerdem ist die Glutathionsynthese gestört, Glutathion ist das wichtigste intrazelluläre Antioxidans und stabilisiert das Redoxpotential der Zelle. Gerade für die Zellen des Immunsystems spielt Glutathion eine herausragende Rolle. Die verschiedenen Proteine der Immunglobulin-Gen-Superfamilie haben als gemeinsame Funktion die spezifische Erkennung und Unterscheidung von Makromolekülen. Cytokine sind hormonähnliche Peptide und Proteine mit Signalfunktion, die das Immunsystem steuern.
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