Artikel erschienen am 13.12.2023
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Proteine – Mehr als der Inbegriff für Power und Muskelprotz

Von Stephanie Brach, Braunschweig

Sie dienen als Funktions- und Strukturträger aller Lebensvorgänge und sind ernährungsphysiologisch von großer Bedeutung. Vor allem aber auch als regulierende Mediatoren – wie Hormone und Enzyme – sind sie für den menschlichen Stoffwechsel unverzichtbar. Ihren Wert für die Gesundheit sowie für die Vorbeugung und Therapie von Erkrankungen wurden erst in den letzten Jahren zunehmend erkannt.

Foto: AdobeStock / airborne77

Monomere Grundbausteine der Proteine sind 21 sogenannte proteinogene Aminosäuren. Diese kommen aufgrund unterschiedlicher räumlicher Anordnung der Moleküle in zwei Formen vor: bekannt als L- und D-Aminosäuren. Für diesen Unterschied wird auch der Fachbegriff Chiralität (Händigkeit) benutzt. So wie ein linker Handschuh nur auf die linke Hand passt, können auch nur linkshändige L-Aminosäuren (L = lat. Laevus =Links) vom Körper verwertet werden. Rechtshändige DAminosäuren (D = lat. Dexter = Rechts) können, bis auf wenige Ausnahmen, keine Funktionen beim Proteinaufbau übernehmen.

Der Name Proteine, abgeleitet aus dem Griechischen von proteios – erstrangig, grundlegend, zeigt bereits die entscheidende Bedeutung dieser Nährstoffgruppe. Aus der großen Mannigfaltigkeit der Proteine resultiert eine Vielzahl an Funktionen. Als Bestandteil zellulärer Membranen verleihen Strukturproteine den Geweben mechanische Stabilität (Bsp.: Kollagen, Elastin, Keratin), ermöglichen als Kontraktile Proteine (Bsp.: Actin, Myosin) die Beweglichkeit der Muskulatur oder sind in großer Anzahl an der Steuerung von Stoffwechselprozessen als Enzyme, Hormone oder Rezeptoren beteiligt. Sie ermöglichen als Carrier und Ionenkanal, dass hydrophobe Moleküle Zellmembranen passieren können und dienen dem Stoffaustausch zwischen den Organen, da sie als Transportproteine für Sauerstoff (Hämoglobin), Eisen (Transferrin) oder Lipide (Lipoproteine) fungieren. Schließlich befinden sich auch im Blut Proteine, die für Abwehr- und Schutzreaktionen unerlässlich sind, wie z.B. Antikörper (Immunglobuline) oder die Blutgerinnungsproteine (Fibrinogen und Thrombin).

Der Gesamtgehalt an Proteinen macht ca. 15% der Körpermasse eines Menschen aus. Davon befindet sich 50% allein in der Skelettmuskulatur und 25% im Bindegewebe. Der Rest entfällt auf Immunzellen und Plasmaproteine. Nur ca. 1% können aus Leber, Nieren oder der Darmschleimhaut bei Bedarf akquiriert werden, was bedeutet, dass es keinen Proteinspeicher im eigentlichen Sinne gibt. Würde man sich energetisch ausreichend, aber proteinfrei ernähren, käme es daher zu einem Proteinverlust von 0,34g/kg pro Tag, was einem Stickstoffverlust von 54mg/kg Körpergewicht entspricht. Grund dafür ist die Ausscheidung von Stickstoff über die Nieren in Form von Harnstoff und Kreatinin, in Fäzes (Darmsekrete und Mukosazellen), durch ausgefallende Haare sowie abgeschilferte Hautzellen oder durch andere Sekretverluste (Sperma, Menstruationsflüssigkeit etc.) Demnach gilt ein minimaler Proteinbedarf für Erwachsene von 0,34g/ kg Körpergewicht (KG) pro Tag unter der Voraussetzung einer ausreichenden Kalorien- und Kohlenhydratzufuhr.

Nahrungsmittel enthalten verschiedene Proteine, die so in ihrer Aminosäurezusammensetzung variieren, dass sie auch einen unterschiedlichen Beitrag zur Proteinversorgung leisten. Zur Beurteilung der Proteinqualität wird u.a. der Parameter der Biologischen Wertigkeit (BW) herangezogen (Referenz Volleiprotein BW=100). Im Gegensatz zu anderen Methoden der Proteinbewertung berücksichtigt die BW die Verdaulichkeit eines Proteins. Sie ist ein Maß dafür, wie effektiv ein Nahrungseiweiß in körpereigene Proteine umgesetzt wird. Es ist zu beachten, dass der Wert für Vollei BW=100 willkürlich gewählt wurde und keine 100%ige Umsetzung im Körper anzeigt. Es gilt: Je höher die biologische Wertigkeit eines Proteins ist, desto geringere Proteinmengen werden zur Deckung des Bedarfs benötigt. Im Allgemeinen zeigt sich, dass Proteine tierischen Ursprungs eine höhere Biologische Wertigkeit besitzen als pflanzliche Proteine. Tierische Proteine z.B. aus Eiern, Milch oder Fleisch, verfügen über einen wesentlich höheren Anteil an essenziellen Aminosäuren, die wiederum absolut notwendig sind, da sie nicht vom Körper selbst synthetisiert werden können. Eine Ausnahme ist das pflanzliche Sojaprotein, welches mit Ei- und Milchproteinen gleichwertig und sogar höherwertig als Rindfleischprotein ist. Kombiniert man zusätzlich verschiedene Nahrungsproteine miteinander, lassen sich zudem wesentlich höhere Biologische Wertigkeiten erzielen. Bsp.: Vollei/ Kartoffel mit BW=136 oder Milch/Weizenmehl mit BW=125. Diese Ergänzungseffekte spielen dann eine Rolle, wenn eine Proteinzufuhr aus gesundheitlichen Gründen begrenzt ist (Niereninsuffizienz) oder nur geringe Mengen an Proteinen zur Verfügung stehen (Entwicklungsländer).

Die erforderliche Zufuhr von Proteinen und Aminosäuren zur Deckung des täglichen Bedarfs ist variabel und hängt von unterschiedlichsten Faktoren ab. Dazu zählen das Lebensalter, Schwangerschaft und Stillzeit, der Gesundheitszustand, körperliche Aktivität sowie die Relation zur Energiezufuhr über Fette und Kohlenhydrate. Grundsätzlich liegt die Proteinzufuhr in den Industrieländern weit über den Empfehlungen. Erst bei hochbetagten, multimorbiden Menschen ist die Situation auch hierzulande kritisch einzuschätzen. Zahlreiche physiologische Veränderungen durch Alterungsprozesse, kombiniert mit chronischen Erkrankungen, können schnell zu einer Mangelernährung führen. Der Anteil von Fett- und Bindegewebe nimmt zu, während die fettarme, stoffwechselaktive Körpermasse, also Muskulatur und Knochengewebe, sinkt. Außerdem werden als Ursache für den „Muskelschwund“ (Sarkopenie) Entzündungsprozesse und Veränderungen des Immunsystems diskutiert, die wiederum durch ein Proteindefizit verstärkt werden. Ein Proteinmangel zeigt sich mit folgender Symptomatik: Da Immunzellen einen hohen Proteinumsatz aufweisen, steigt das Infektionsrisiko und die Komplikationsrate bei Infektionen ist erhöht. Die Synthese von Gewebeproteinen wie Kollagen ist eingeschränkt, wodurch es zu einer Störung der Wundheilung kommt. Weiterhin ist die Konzentration an Plasmaproteinen (v.a. Albumin) vermindert. Damit sinkt der kolloidosmotische Druck des Blutes und Wasser strömt in das Zwischengewebe. Es bilden sich Gewebsödeme. Tritt der Proteinmangel in Kombination mit anderen Nährstoffen auf (sog. Protein-EnergieMalnutrion, PEM), wie es in vielen Ländern der Dritten Welt noch heute der Fall ist, kann es zu schwerwiegenden Folgen kommen. Kwashiorkor (ghanaisch: „die Krankheit, die ein Kind bekommt, wenn ein neues geboren wird“) zeigt sich bei Säuglingen und Kleinkindern in Form von Gewebsödemen (insbesondere im Bereich des Abdomens – „Hungerbauch“), in Lethargie und Apathie, in Hautläsionen und hoher Infektanfälligkeit und Einlagerung von Lipiden in die Leber. Bei der schwersten Form, dem Marasmus (altgriech. Marainein: „dahinschwinden“), finden sich schließlich ein ausgeprägter Verlust an Körpersubstanz, Schäden an den Schleimhäuten des Magen-Darm-Trakts und einem Mangel an Verdauungsenzymen. Es zeigen sich Wachstumsretardierungen im Kindesalter und bei langanhaltender Mangelernährung der frühe Tod.

Im Gegensatz zum Proteinmangel gibt es bezüglich einer tolerierbaren Obergrenze keine genauen Angaben. Es werden u.a. negative Effekte einer Ammoniakintoxikation durch eine zu hohe Proteinzufuhr diskutiert. Giftiges Ammoniak fällt als Abbauprodukt von Proteinen bzw. Aminosäuren an und muss durch Umwandlung in Harnstoff über die Nieren eliminiert werden. Außerdem steigt die Durchblutung und Filtrationsleistung der Nieren, wodurch es zur Zunahme an Organmasse kommen kann. Für Personen mit chronischer Niereninsuffizienz ist daher ein Tagesmaximum von 0,6-0,8g/kg/KG empfohlen. Häufig wird auch diskutiert, wie hoch der Proteinbedarf eines Sportlers ist. Man vertritt aktuell die Ansicht, dass mehr als 2g/kg/KG weder in Bezug auf die Kraftleistung noch hinsichtlich des Muskelzuwachses Vorteile bringen. Dagegen ist der Zeitpunkt der Proteineinnahme viel entscheidender. Eine zeitnahe Zufuhr kurz nach dem oder noch während des Trainings zeigte eine deutliche Zunahme an Muskelmasse. Der durchschnittliche Proteinbedarf eines Ausdauersportlers (1,2g/kg/KG) und eines Kraftsportlers (1,5-1,7g/kg/KG) kann normalerweise durch eine abwechslungsreiche Kost (primär Nüsse, Hülsenfrüchte, Fisch und Geflügel sowie magere Milchprodukte) realisiert werden und macht Proteinsupplemente überflüssig. Ganz im Gegenteil: Die gesteigerte Nierentätigkeit bei überhöhter Zufuhr Proteinen führt zu einem hohen Flüssigkeitsverlust, der sich wiederum negativ auf die Leistungsfähigkeit auswirkt.

Nicht nur für Höchstleistungen im Sport, sondern bei vielen anderen Einsatzgebieten spielen Proteine und einzelne Aminosäuren eine große Rolle. Die Bedeutung wächst zunehmend im Bereich der Gesundheitsvorsorge. Proteine stärken die Immunabwehr, unterstützen eine schnellere Genesung bei Krankheiten und beeinflussen als körpereigene Substanzen eine Vielzahl von Stoffwechselvorgängen positiv – eine korrekte Anwendung vorausgesetzt.

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