Abitur NRW Ernährungslehre 2023 · GK · Haupttermin

Thema: Galaktosämie Typ 1 – Eine seltene Störung im Kohlenhydratstoffwechsel

M 1: Kohlenhydratstoffwechsel (Auszüge)

Galaktose als Monosaccharid wird über die Nahrung kaum aufgenommen, jedoch werden im Rahmen einer Mischkost oder einer vegetarischen Ernährung über den Verzehr von Milch und Milchprodukten durchaus signifikante Mengen Laktose aufgenommen, deren Bestandteil – neben der Glucose – auch die Galaktose ist.

Resorption bzw. Transport von Galaktose und Glucose mit Hilfe von Transportproteinen (in der Abbildung nicht dargestellt)

Die Dicke der Pfeile symbolisiert die Menge.

Glykoproteine: mit einem Monosaccharid verbundene Membranproteine, die unter anderem Rezeptor- oder Transportfunktionen ausüben, aber auch eine stabilisierende Funktion in den Zellmembranen haben; sie spielen zudem bei der Zellentwicklung und auch bei der Zellteilung bzw. der Kommunikation zwischen Zellen eine wichtige Rolle.

GALT: das Enzym Galaktose-1-Phosphat-Uridyltransferase

M 2: Galaktosämie Typ 1

Bei Galaktosämie Typ 1, die auch als die klassische Galaktosämie bezeichnet wird, handelt es sich um eine angeborene Stoffwechselstörung, die den Galaktose-Metabolismus betrifft. Ursache für die Erkrankung ist ein Gendefekt und daher ist bei den Betroffenen das Enzym Galaktose-1-Phosphat-Uridyltransferase (GALT) in seiner Funktion sehr stark beeinträchtigt. In Deutschland liegt die Häufigkeit der Erkrankung bei ca. 1: 40 000. In der Regel sind Neugeborene mit einer klassischen Galaktosämie kurz nach der Geburt noch symptomfrei. Erste Symptome treten allerdings typischerweise rasch nach Beginn des Stillens auf und daher werden alle Neugeborenen im Rahmen eines sog. Neugeborenenscreenings auf das Vorliegen der Erkrankung untersucht.

Typische Symptome der klassischen Galaktosämie sind unter anderem:

Trübung der Augenlinsen (grauer Star) 1

neurologische und motorische 2 Einschränkungen und Entwicklungsstörungen

Um das Auftreten von mit der Erkrankung einhergehenden Symptomen zu vermeiden, müssen Betroffene lebenslang eine angepasste Diät einhalten. Problematisch ist jedoch, dass Galaktose neben der Aufnahme über die Nahrung kontinuierlich in kleinen Mengen im Rahmen des Kohlenhydratstoffwechsels endogen gebildet wird, sodass eine optimale Stoffwechseleinstellung nie vollumfänglich aufrechterhalten werden kann und daher häufig zwar die Trübung der Augenlinsen verhindert, mögliche Entwicklungsstörungen jedoch nicht immer vollständig unterbunden werden können. Säuglinge decken im Normalfall ca. 40 % ihres Energiebedarfs über den Abbau der in der Muttermilch enthaltenen Laktose.

1 Beim grauen Star handelt es sich typischerweise um eine altersbedingte Trübung der Augenlinse. Er kann jedoch auch aufgrund von Zellschwellungen der Linsenfaserzellen (Zellen, aus denen die Augenlinse besteht) verursacht werden.

2 Störungen im Bereich Bewegung und Koordination

M 3: Stoffwechselgeschehen bei erhöhter Galaktosekonzentration im Blut

Wenngleich die Leber der hauptsächliche Ort des Galaktoseab- bzw. umbaus ist, können andere Zellen des Körpers (extrahepatische Zellen; Zellen „außerhalb der Leber“) – insbesondere bei erhöhter Galaktose-Blutkonzentration – ebenfalls Galaktose aufnehmen. Die Galaktoseaufnahme, z. B. in die Zellen im Bereich des zentralen Nervensystems (Gehirnzellen) oder im Bereich der Augenlinsen, erfolgt dann über den in den Zellmembranen integrierten, insulinunabhängigen GLUT3-Transporter, der neben der Galaktose auch Glucose transportieren kann.

* Überschüssige Galaktose kann über den Urin ausgeschieden werden.

M 4: Auszüge aus dem DGE-Ernährungsbericht

Gemäß dem DGE-Bericht sind die Hauptcalciumquellen bei Kindern und Jugendlichen Milch und Milchprodukte sowie Käse.

M 5: Galaktose- und Laktosegehalt ausgewählter Lebensmittel

Lebensmittel · Galaktosegehalt

(g/kg) · Laktosegehalt

(g/kg) · Calciumgehalt

(g/kg)

Emmentaler · < 0,1 · < 0,024 · 13,75

Tilsiter · < 0,1 · 0,024 · 9,90

Brie (60 % Fett) · < 0,1 · 0,024 · 4,00

Feta · 5,8 · 0,024 · 2,50

Hüttenkäse · 0,13 · 18,24 · 0,7

Mozzarella · 0,34 · 7,43 · 3,8

Rahmquark · 0,17 · 36,18 · 1,10

Joghurt (1,5 % Fett) · 8,51 · 28,97 · 1,11

Joghurt (3,5 % Fett) · 7,62 · 33,10 · 1,2

Milch (1,5 % Fett) · < 0,1 · 48,93 · 1,2

Vollmilch (3,5 % Fett) · < 0,1 · 47,67 · 1,2

Butter · < 0,1 · 7,5 · 0,15

Laktosefreier Joghurt (3,5 % Fett) · 23,02 · 0,18 · 1,2

Laktosefreie Vollmilch (3,5 % Fett) · 23,77 · 0,40 · 1,2

Laktosefreie Butter · 3,44 · 0,01 · 0,15

Steinsieker Mineralwasser

(calciumreiches Mineralwasser) · 0 · 0 · 0,6

Brokkoli · 0 · 0 · 0,6

Erbsen grün · 0 · 0 · 0,25

M 6: Nahrungsergänzungsmittel (Pulver)

Auszüge aus der Produktbeschreibung:

Für Säuglinge und Kleinkinder geeignete Spezialflaschennahrung aus Milchproteinen und Fetten, altersgerecht angereichert mit Vitaminen und Mineralstoffen

Als Pulver zum Anrühren; geeignet für die Verabreichung mittels Trinkflasche

Produkthinweise:

Die Diät mit dem Produkt erfordert eine bedarfsgerechte zusätzliche Zufuhr von Kohlenhydraten und Energie. Die Kohlenhydrate können direkt in die zubereitete Flasche gegeben werden. Die tägliche Gesamtmenge wird unter ärztlicher Aufsicht festgelegt und richtet sich nach Alter, Körpergewicht und individueller Stoffwechselsituation der Patientin oder des Patienten. Sie bedarf regelmäßiger Kontrolle und ggf. Anpassung. Zusätzlich kann eine Supplementierung mit Mikronährstoffen erforderlich sein.

Nährwertzusammensetzung · pro 100 g

Pulver · pro 100 ml

Trinknahrung

Energiegehalt (kJ) · 2 805 · 196

Fett (g) · 62 · 4,3

davon gesättigte Fettsäuren (g) · 23,6 · 1,7

davon mehrfach ungesättigte FS (g) · 10,1 · 0,71

Linolsäure (g) · 8,29 · 0,581

α-Linolensäure (g) · 0,71 · 0,00496

Kohlenhydrate (g) · < 0,14 · < 0,01

Proteine (g) · 28,6 · 2

Preis pro 100 g: 26,97 €

3 Physical Activity Level (PAL): Der PAL-Wert drückt den täglichen Aktivitätslevel einer Person als Zahl aus. Mit seiner Hilfe lassen sich aus dem Grundumsatz der Leistungsumsatz sowie der Gesamtenergiebedarf berechnen.

1. Beschreiben Sie unter Heranziehung von M 1, wie Galaktose und Glucose resorbiert und im Stoffwechsel umgesetzt werden. (14 Punkte)

Thema: Galaktosämie Typ 1 – Eine seltene Störung im Kohlenhydratstoffwechsel

M 1: Kohlenhydratstoffwechsel (Auszüge)

Galaktose als Monosaccharid wird über die Nahrung kaum aufgenommen, jedoch werden im Rahmen einer Mischkost oder einer vegetarischen Ernährung über den Verzehr von Milch und Milchprodukten durchaus signifikante Mengen Laktose aufgenommen, deren Bestandteil – neben der Glucose – auch die Galaktose ist.

Resorption bzw. Transport von Galaktose und Glucose mit Hilfe von Transportproteinen (in der Abbildung nicht dargestellt)

Die Dicke der Pfeile symbolisiert die Menge.

Glykoproteine: mit einem Monosaccharid verbundene Membranproteine, die unter anderem Rezeptor- oder Transportfunktionen ausüben, aber auch eine stabilisierende Funktion in den Zellmembranen haben; sie spielen zudem bei der Zellentwicklung und auch bei der Zellteilung bzw. der Kommunikation zwischen Zellen eine wichtige Rolle.

GALT: das Enzym Galaktose-1-Phosphat-Uridyltransferase

M 2: Galaktosämie Typ 1

Bei Galaktosämie Typ 1, die auch als die klassische Galaktosämie bezeichnet wird, handelt es sich um eine angeborene Stoffwechselstörung, die den Galaktose-Metabolismus betrifft. Ursache für die Erkrankung ist ein Gendefekt und daher ist bei den Betroffenen das Enzym Galaktose-1-Phosphat-Uridyltransferase (GALT) in seiner Funktion sehr stark beeinträchtigt. In Deutschland liegt die Häufigkeit der Erkrankung bei ca. 1: 40 000. In der Regel sind Neugeborene mit einer klassischen Galaktosämie kurz nach der Geburt noch symptomfrei. Erste Symptome treten allerdings typischerweise rasch nach Beginn des Stillens auf und daher werden alle Neugeborenen im Rahmen eines sog. Neugeborenenscreenings auf das Vorliegen der Erkrankung untersucht.

Typische Symptome der klassischen Galaktosämie sind unter anderem:

Trübung der Augenlinsen (grauer Star) 1

neurologische und motorische 2 Einschränkungen und Entwicklungsstörungen

Um das Auftreten von mit der Erkrankung einhergehenden Symptomen zu vermeiden, müssen Betroffene lebenslang eine angepasste Diät einhalten. Problematisch ist jedoch, dass Galaktose neben der Aufnahme über die Nahrung kontinuierlich in kleinen Mengen im Rahmen des Kohlenhydratstoffwechsels endogen gebildet wird, sodass eine optimale Stoffwechseleinstellung nie vollumfänglich aufrechterhalten werden kann und daher häufig zwar die Trübung der Augenlinsen verhindert, mögliche Entwicklungsstörungen jedoch nicht immer vollständig unterbunden werden können. Säuglinge decken im Normalfall ca. 40 % ihres Energiebedarfs über den Abbau der in der Muttermilch enthaltenen Laktose.

1 Beim grauen Star handelt es sich typischerweise um eine altersbedingte Trübung der Augenlinse. Er kann jedoch auch aufgrund von Zellschwellungen der Linsenfaserzellen (Zellen, aus denen die Augenlinse besteht) verursacht werden.

2 Störungen im Bereich Bewegung und Koordination

M 3: Stoffwechselgeschehen bei erhöhter Galaktosekonzentration im Blut

Wenngleich die Leber der hauptsächliche Ort des Galaktoseab- bzw. umbaus ist, können andere Zellen des Körpers (extrahepatische Zellen; Zellen „außerhalb der Leber“) – insbesondere bei erhöhter Galaktose-Blutkonzentration – ebenfalls Galaktose aufnehmen. Die Galaktoseaufnahme, z. B. in die Zellen im Bereich des zentralen Nervensystems (Gehirnzellen) oder im Bereich der Augenlinsen, erfolgt dann über den in den Zellmembranen integrierten, insulinunabhängigen GLUT3-Transporter, der neben der Galaktose auch Glucose transportieren kann.

* Überschüssige Galaktose kann über den Urin ausgeschieden werden.

M 4: Auszüge aus dem DGE-Ernährungsbericht

Gemäß dem DGE-Bericht sind die Hauptcalciumquellen bei Kindern und Jugendlichen Milch und Milchprodukte sowie Käse.

M 5: Galaktose- und Laktosegehalt ausgewählter Lebensmittel

Lebensmittel · Galaktosegehalt

(g/kg) · Laktosegehalt

(g/kg) · Calciumgehalt

(g/kg)

Emmentaler · < 0,1 · < 0,024 · 13,75

Tilsiter · < 0,1 · 0,024 · 9,90

Brie (60 % Fett) · < 0,1 · 0,024 · 4,00

Feta · 5,8 · 0,024 · 2,50

Hüttenkäse · 0,13 · 18,24 · 0,7

Mozzarella · 0,34 · 7,43 · 3,8

Rahmquark · 0,17 · 36,18 · 1,10

Joghurt (1,5 % Fett) · 8,51 · 28,97 · 1,11

Joghurt (3,5 % Fett) · 7,62 · 33,10 · 1,2

Milch (1,5 % Fett) · < 0,1 · 48,93 · 1,2

Vollmilch (3,5 % Fett) · < 0,1 · 47,67 · 1,2

Butter · < 0,1 · 7,5 · 0,15

Laktosefreier Joghurt (3,5 % Fett) · 23,02 · 0,18 · 1,2

Laktosefreie Vollmilch (3,5 % Fett) · 23,77 · 0,40 · 1,2

Laktosefreie Butter · 3,44 · 0,01 · 0,15

Steinsieker Mineralwasser

(calciumreiches Mineralwasser) · 0 · 0 · 0,6

Brokkoli · 0 · 0 · 0,6

Erbsen grün · 0 · 0 · 0,25

M 6: Nahrungsergänzungsmittel (Pulver)

Auszüge aus der Produktbeschreibung:

Für Säuglinge und Kleinkinder geeignete Spezialflaschennahrung aus Milchproteinen und Fetten, altersgerecht angereichert mit Vitaminen und Mineralstoffen

Als Pulver zum Anrühren; geeignet für die Verabreichung mittels Trinkflasche

Produkthinweise:

Die Diät mit dem Produkt erfordert eine bedarfsgerechte zusätzliche Zufuhr von Kohlenhydraten und Energie. Die Kohlenhydrate können direkt in die zubereitete Flasche gegeben werden. Die tägliche Gesamtmenge wird unter ärztlicher Aufsicht festgelegt und richtet sich nach Alter, Körpergewicht und individueller Stoffwechselsituation der Patientin oder des Patienten. Sie bedarf regelmäßiger Kontrolle und ggf. Anpassung. Zusätzlich kann eine Supplementierung mit Mikronährstoffen erforderlich sein.

Nährwertzusammensetzung · pro 100 g

Pulver · pro 100 ml

Trinknahrung

Energiegehalt (kJ) · 2 805 · 196

Fett (g) · 62 · 4,3

davon gesättigte Fettsäuren (g) · 23,6 · 1,7

davon mehrfach ungesättigte FS (g) · 10,1 · 0,71

Linolsäure (g) · 8,29 · 0,581

α-Linolensäure (g) · 0,71 · 0,00496

Kohlenhydrate (g) · < 0,14 · < 0,01

Proteine (g) · 28,6 · 2

Preis pro 100 g: 26,97 €

3 Physical Activity Level (PAL): Der PAL-Wert drückt den täglichen Aktivitätslevel einer Person als Zahl aus. Mit seiner Hilfe lassen sich aus dem Grundumsatz der Leistungsumsatz sowie der Gesamtenergiebedarf berechnen.

2. Charakterisieren Sie die Erkrankung Galaktosämie Typ 1 mithilfe von M 2 und erläutern Sie unter Heranziehung von M 1 und M 3, wie es zu den in M 2 aufgeführten typischen Symptomen kommt. [20 Punkte]

a)

b)

Thema: Galaktosämie Typ 1 – Eine seltene Störung im Kohlenhydratstoffwechsel

M 1: Kohlenhydratstoffwechsel (Auszüge)

Galaktose als Monosaccharid wird über die Nahrung kaum aufgenommen, jedoch werden im Rahmen einer Mischkost oder einer vegetarischen Ernährung über den Verzehr von Milch und Milchprodukten durchaus signifikante Mengen Laktose aufgenommen, deren Bestandteil – neben der Glucose – auch die Galaktose ist.

Resorption bzw. Transport von Galaktose und Glucose mit Hilfe von Transportproteinen (in der Abbildung nicht dargestellt)

Die Dicke der Pfeile symbolisiert die Menge.

Glykoproteine: mit einem Monosaccharid verbundene Membranproteine, die unter anderem Rezeptor- oder Transportfunktionen ausüben, aber auch eine stabilisierende Funktion in den Zellmembranen haben; sie spielen zudem bei der Zellentwicklung und auch bei der Zellteilung bzw. der Kommunikation zwischen Zellen eine wichtige Rolle.

GALT: das Enzym Galaktose-1-Phosphat-Uridyltransferase

M 2: Galaktosämie Typ 1

Bei Galaktosämie Typ 1, die auch als die klassische Galaktosämie bezeichnet wird, handelt es sich um eine angeborene Stoffwechselstörung, die den Galaktose-Metabolismus betrifft. Ursache für die Erkrankung ist ein Gendefekt und daher ist bei den Betroffenen das Enzym Galaktose-1-Phosphat-Uridyltransferase (GALT) in seiner Funktion sehr stark beeinträchtigt. In Deutschland liegt die Häufigkeit der Erkrankung bei ca. 1: 40 000. In der Regel sind Neugeborene mit einer klassischen Galaktosämie kurz nach der Geburt noch symptomfrei. Erste Symptome treten allerdings typischerweise rasch nach Beginn des Stillens auf und daher werden alle Neugeborenen im Rahmen eines sog. Neugeborenenscreenings auf das Vorliegen der Erkrankung untersucht.

Typische Symptome der klassischen Galaktosämie sind unter anderem:

Trübung der Augenlinsen (grauer Star) 1

neurologische und motorische 2 Einschränkungen und Entwicklungsstörungen

Um das Auftreten von mit der Erkrankung einhergehenden Symptomen zu vermeiden, müssen Betroffene lebenslang eine angepasste Diät einhalten. Problematisch ist jedoch, dass Galaktose neben der Aufnahme über die Nahrung kontinuierlich in kleinen Mengen im Rahmen des Kohlenhydratstoffwechsels endogen gebildet wird, sodass eine optimale Stoffwechseleinstellung nie vollumfänglich aufrechterhalten werden kann und daher häufig zwar die Trübung der Augenlinsen verhindert, mögliche Entwicklungsstörungen jedoch nicht immer vollständig unterbunden werden können. Säuglinge decken im Normalfall ca. 40 % ihres Energiebedarfs über den Abbau der in der Muttermilch enthaltenen Laktose.

1 Beim grauen Star handelt es sich typischerweise um eine altersbedingte Trübung der Augenlinse. Er kann jedoch auch aufgrund von Zellschwellungen der Linsenfaserzellen (Zellen, aus denen die Augenlinse besteht) verursacht werden.

2 Störungen im Bereich Bewegung und Koordination

M 3: Stoffwechselgeschehen bei erhöhter Galaktosekonzentration im Blut

Wenngleich die Leber der hauptsächliche Ort des Galaktoseab- bzw. umbaus ist, können andere Zellen des Körpers (extrahepatische Zellen; Zellen „außerhalb der Leber“) – insbesondere bei erhöhter Galaktose-Blutkonzentration – ebenfalls Galaktose aufnehmen. Die Galaktoseaufnahme, z. B. in die Zellen im Bereich des zentralen Nervensystems (Gehirnzellen) oder im Bereich der Augenlinsen, erfolgt dann über den in den Zellmembranen integrierten, insulinunabhängigen GLUT3-Transporter, der neben der Galaktose auch Glucose transportieren kann.

* Überschüssige Galaktose kann über den Urin ausgeschieden werden.

M 4: Auszüge aus dem DGE-Ernährungsbericht

Gemäß dem DGE-Bericht sind die Hauptcalciumquellen bei Kindern und Jugendlichen Milch und Milchprodukte sowie Käse.

M 5: Galaktose- und Laktosegehalt ausgewählter Lebensmittel

Lebensmittel · Galaktosegehalt

(g/kg) · Laktosegehalt

(g/kg) · Calciumgehalt

(g/kg)

Emmentaler · < 0,1 · < 0,024 · 13,75

Tilsiter · < 0,1 · 0,024 · 9,90

Brie (60 % Fett) · < 0,1 · 0,024 · 4,00

Feta · 5,8 · 0,024 · 2,50

Hüttenkäse · 0,13 · 18,24 · 0,7

Mozzarella · 0,34 · 7,43 · 3,8

Rahmquark · 0,17 · 36,18 · 1,10

Joghurt (1,5 % Fett) · 8,51 · 28,97 · 1,11

Joghurt (3,5 % Fett) · 7,62 · 33,10 · 1,2

Milch (1,5 % Fett) · < 0,1 · 48,93 · 1,2

Vollmilch (3,5 % Fett) · < 0,1 · 47,67 · 1,2

Butter · < 0,1 · 7,5 · 0,15

Laktosefreier Joghurt (3,5 % Fett) · 23,02 · 0,18 · 1,2

Laktosefreie Vollmilch (3,5 % Fett) · 23,77 · 0,40 · 1,2

Laktosefreie Butter · 3,44 · 0,01 · 0,15

Steinsieker Mineralwasser

(calciumreiches Mineralwasser) · 0 · 0 · 0,6

Brokkoli · 0 · 0 · 0,6

Erbsen grün · 0 · 0 · 0,25

M 6: Nahrungsergänzungsmittel (Pulver)

Auszüge aus der Produktbeschreibung:

Für Säuglinge und Kleinkinder geeignete Spezialflaschennahrung aus Milchproteinen und Fetten, altersgerecht angereichert mit Vitaminen und Mineralstoffen

Als Pulver zum Anrühren; geeignet für die Verabreichung mittels Trinkflasche

Produkthinweise:

Die Diät mit dem Produkt erfordert eine bedarfsgerechte zusätzliche Zufuhr von Kohlenhydraten und Energie. Die Kohlenhydrate können direkt in die zubereitete Flasche gegeben werden. Die tägliche Gesamtmenge wird unter ärztlicher Aufsicht festgelegt und richtet sich nach Alter, Körpergewicht und individueller Stoffwechselsituation der Patientin oder des Patienten. Sie bedarf regelmäßiger Kontrolle und ggf. Anpassung. Zusätzlich kann eine Supplementierung mit Mikronährstoffen erforderlich sein.

Nährwertzusammensetzung · pro 100 g

Pulver · pro 100 ml

Trinknahrung

Energiegehalt (kJ) · 2 805 · 196

Fett (g) · 62 · 4,3

davon gesättigte Fettsäuren (g) · 23,6 · 1,7

davon mehrfach ungesättigte FS (g) · 10,1 · 0,71

Linolsäure (g) · 8,29 · 0,581

α-Linolensäure (g) · 0,71 · 0,00496

Kohlenhydrate (g) · < 0,14 · < 0,01

Proteine (g) · 28,6 · 2

Preis pro 100 g: 26,97 €

3 Physical Activity Level (PAL): Der PAL-Wert drückt den täglichen Aktivitätslevel einer Person als Zahl aus. Mit seiner Hilfe lassen sich aus dem Grundumsatz der Leistungsumsatz sowie der Gesamtenergiebedarf berechnen.

3. Erläutern Sie unter Heranziehung des gesamten Materials, welche grundlegenden Gesichtspunkte beim Zusammenstellen einer bedarfsgerechten Ernährung für Säuglinge und Kinder mit Galaktosämie Typ 1 zu beachten sind.

Bewerten Sie, wie geeignet das in M 6 dargestellte Produkt für eine Diät bei Galaktosämie ist, und berücksichtigen Sie dabei auch das übrige Material. (20 Punkte)

a)

b)

Thema: Antioxidantien im Sport

M 1: Oxidativer Stress und Regulationsmechanismen

Intensive körperliche Aktivität ist nachweislich mit der vermehrten Bildung von freien Radikalen und entsprechend auch mit der Gefahr von oxidativem Stress, d. h. einem Missverhältnis zwischen Radikalbildung und Radikalneutralisierung, verbunden.

Freie Radikale sind Teilchen, die ein freies, d. h. ungepaartes Elektron besitzen. Sie entstehen physiologisch u. a. im Rahmen der mitochondrialen Oxidation (ca. 1 – 2 % des O 2 -Umsatzes) und bei Entzündungsreaktionen. Zu den Radikalen gehören u. a. einige reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS), z. B. das Superoxid-Radikal (O 2 •−) sowie das besonders aggressive Hydroxylradikal (OH •).

Aufgrund ihrer hohen Reaktivität können freie Radikale biologische Strukturen schädigen und deren Eigenschaften negativ verändern. So nehmen freie Radikale auch ungünstigen Einfluss auf Faktoren der körperlichen Leistungsfähigkeit.

Freie Radikale schädigen allerdings nicht grundsätzlich, sondern nur dann, wenn ihre Wirkung nicht neutralisiert werden kann. Dies ist der Fall, wenn prooxidative gegenüber antioxidativen Faktoren überwiegen. Diese Situation wird als oxidativer Stress (OS) bezeichnet. Dabei kann ein Ungleichgewicht in der antioxidativen Regulation zum einen über Ernährungsdefizite, d. h. durch die unzureichende Zufuhr von antioxidativen Nährstoffen, entstehen, zum anderen durch eine unzureichende Anpassungsreaktion von körpereigenen Schutzenzymen.

Eine besondere Quelle von reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS) sind die Mitochondrien. Jede körperliche Anstrengung führt zu einer Erhöhung des sogenannten „Lecks“ der Atmungskette und einer vermehrten ROS-Bildung. Sie sorgt für die Aktivierung derjenigen Signalwege, die für den Abbau der durch körperliche Anstrengung vermehrt anfallenden geschädigten Zellen benötigt werden, und sorgt für eine Verstärkung der körpereigenen Abwehrkräfte des Immunsystems. Damit ist die Leckage der Atmungskette unter körperlicher Anstrengung ein „sinnvoller“ Prozess, der sich evolutionär entwickelt hat.

Aber auch bestimmte Zellen des Immunsystems können bei einer Entzündungsreaktion erhebliche Mengen an ROS produzieren, die dann gezielt der Abwehr von Parasiten und Mikroorganismen dienen.

M 2: Antioxidative Vitamine und körperliche Belastbarkeit

Intensive körperliche Belastung bedeutet für den Organismus Stress. Dieser erzeugt neben der muskulären Belastungsreaktion auch eine Ganzkörperreaktion, die die Wiederherstellung des Gleichgewichtes im Organismus zum Ziel hat.

Die meisten Organsysteme wie auch die Skelettmuskulatur können sich gegen den belastungsinduzierten oxidativen Stress auf zellulärer Ebene schützen. Entsprechend ist belegt, dass Organe mit einem hohen mitochondrialen Stoffwechselumsatz (Muskel, Herz, Leber) über anpassungsfähige Schutzeinrichtungen verfügen, die sie bei Stressexposition verstärken (exprimieren) können. Der wichtigste Mechanismus des Körpers, den oxidativen Stress zu senken, ist die Neubildung antioxidativ wirksamer Enzyme.

Zusätzlich zur Regulation über die körpereigenen Schutzsysteme muss auch die Beeinflussung der antioxidativen Regulation durch Nährstoffe beachtet werden. Sportlerinnen und Sportler sollten als Personengruppe mit erhöhter Exposition zu oxidativem Stress auf eine optimierte Zufuhr an antioxidativen Vitaminen (AOV) achten, um darüber eine ausreichende AOV-Konzentration im Plasma zu erreichen und dadurch die Schutzwirkung gegenüber freien Radikalen zu optimieren. Es stellt sich die Frage, ob auch im Sport diese natürlichen antioxidativen Systeme des Körpers eine sportinduzierte verstärkte Belastung durch freie Radikale ausreichend neutralisieren können oder ob die Supplementierung weiterer antioxidativ wirkender Substanzen sinnvoll und nützlich ist. Insbesondere werden u. a. die Vitamine C und E sowie β-Carotin aufgrund ihrer antioxidativen Eigenschaften intensiv beworben.

Aufgrund von Studien ist allerdings nicht auszuschließen, dass eine Nahrungsergänzung mit Antioxidantien körpereigene Anpassungen an das Training ggf. beeinträchtigen kann.

M 3: Vitamin-C-Präparat und D-A-CH-Referenzwerte

Auszug der Herstellerangaben:

Vitamin C mit 1 000 mg pro Tablette

Der Allrounder unter den Vitaminen

vegan

Preis: ca. 20,– Euro für 200 Tabletten

D-A-CH-Referenzwerte:

1. Stellen Sie unter Verwendung von M 1 dar, wie freie Radikale entstehen und wieder abgebaut werden, und erläutern Sie, welche Wirkungen sie im Körper haben. (16 Punkte)

a)

b)

Thema: Antioxidantien im Sport

M 1: Oxidativer Stress und Regulationsmechanismen

Intensive körperliche Aktivität ist nachweislich mit der vermehrten Bildung von freien Radikalen und entsprechend auch mit der Gefahr von oxidativem Stress, d. h. einem Missverhältnis zwischen Radikalbildung und Radikalneutralisierung, verbunden.

Freie Radikale sind Teilchen, die ein freies, d. h. ungepaartes Elektron besitzen. Sie entstehen physiologisch u. a. im Rahmen der mitochondrialen Oxidation (ca. 1 – 2 % des O 2 -Umsatzes) und bei Entzündungsreaktionen. Zu den Radikalen gehören u. a. einige reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS), z. B. das Superoxid-Radikal (O 2 •−) sowie das besonders aggressive Hydroxylradikal (OH •).

Aufgrund ihrer hohen Reaktivität können freie Radikale biologische Strukturen schädigen und deren Eigenschaften negativ verändern. So nehmen freie Radikale auch ungünstigen Einfluss auf Faktoren der körperlichen Leistungsfähigkeit.

Freie Radikale schädigen allerdings nicht grundsätzlich, sondern nur dann, wenn ihre Wirkung nicht neutralisiert werden kann. Dies ist der Fall, wenn prooxidative gegenüber antioxidativen Faktoren überwiegen. Diese Situation wird als oxidativer Stress (OS) bezeichnet. Dabei kann ein Ungleichgewicht in der antioxidativen Regulation zum einen über Ernährungsdefizite, d. h. durch die unzureichende Zufuhr von antioxidativen Nährstoffen, entstehen, zum anderen durch eine unzureichende Anpassungsreaktion von körpereigenen Schutzenzymen.

Eine besondere Quelle von reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS) sind die Mitochondrien. Jede körperliche Anstrengung führt zu einer Erhöhung des sogenannten „Lecks“ der Atmungskette und einer vermehrten ROS-Bildung. Sie sorgt für die Aktivierung derjenigen Signalwege, die für den Abbau der durch körperliche Anstrengung vermehrt anfallenden geschädigten Zellen benötigt werden, und sorgt für eine Verstärkung der körpereigenen Abwehrkräfte des Immunsystems. Damit ist die Leckage der Atmungskette unter körperlicher Anstrengung ein „sinnvoller“ Prozess, der sich evolutionär entwickelt hat.

Aber auch bestimmte Zellen des Immunsystems können bei einer Entzündungsreaktion erhebliche Mengen an ROS produzieren, die dann gezielt der Abwehr von Parasiten und Mikroorganismen dienen.

M 2: Antioxidative Vitamine und körperliche Belastbarkeit

Intensive körperliche Belastung bedeutet für den Organismus Stress. Dieser erzeugt neben der muskulären Belastungsreaktion auch eine Ganzkörperreaktion, die die Wiederherstellung des Gleichgewichtes im Organismus zum Ziel hat.

Die meisten Organsysteme wie auch die Skelettmuskulatur können sich gegen den belastungsinduzierten oxidativen Stress auf zellulärer Ebene schützen. Entsprechend ist belegt, dass Organe mit einem hohen mitochondrialen Stoffwechselumsatz (Muskel, Herz, Leber) über anpassungsfähige Schutzeinrichtungen verfügen, die sie bei Stressexposition verstärken (exprimieren) können. Der wichtigste Mechanismus des Körpers, den oxidativen Stress zu senken, ist die Neubildung antioxidativ wirksamer Enzyme.

Zusätzlich zur Regulation über die körpereigenen Schutzsysteme muss auch die Beeinflussung der antioxidativen Regulation durch Nährstoffe beachtet werden. Sportlerinnen und Sportler sollten als Personengruppe mit erhöhter Exposition zu oxidativem Stress auf eine optimierte Zufuhr an antioxidativen Vitaminen (AOV) achten, um darüber eine ausreichende AOV-Konzentration im Plasma zu erreichen und dadurch die Schutzwirkung gegenüber freien Radikalen zu optimieren. Es stellt sich die Frage, ob auch im Sport diese natürlichen antioxidativen Systeme des Körpers eine sportinduzierte verstärkte Belastung durch freie Radikale ausreichend neutralisieren können oder ob die Supplementierung weiterer antioxidativ wirkender Substanzen sinnvoll und nützlich ist. Insbesondere werden u. a. die Vitamine C und E sowie β-Carotin aufgrund ihrer antioxidativen Eigenschaften intensiv beworben.

Aufgrund von Studien ist allerdings nicht auszuschließen, dass eine Nahrungsergänzung mit Antioxidantien körpereigene Anpassungen an das Training ggf. beeinträchtigen kann.

M 3: Vitamin-C-Präparat und D-A-CH-Referenzwerte

Auszug der Herstellerangaben:

Vitamin C mit 1 000 mg pro Tablette

Der Allrounder unter den Vitaminen

vegan

Preis: ca. 20,– Euro für 200 Tabletten

D-A-CH-Referenzwerte:

2. Erklären Sie unter Heranziehung von M 2, wie sich körperliche Belastung auf die Entstehung von oxidativem Stress auswirkt. (18 Punkte)

Verfassen Sie Ihre Erklärung zu den Anpassungsmechanismen bei intensiver Belastung und zu den drei in der Abbildung dargestellten Bereichen (sitzender Lebensstil, regelmäßiges Training, Übertraining/übermäßige Anstrengung):

Thema: Antioxidantien im Sport

M 1: Oxidativer Stress und Regulationsmechanismen

Intensive körperliche Aktivität ist nachweislich mit der vermehrten Bildung von freien Radikalen und entsprechend auch mit der Gefahr von oxidativem Stress, d. h. einem Missverhältnis zwischen Radikalbildung und Radikalneutralisierung, verbunden.

Freie Radikale sind Teilchen, die ein freies, d. h. ungepaartes Elektron besitzen. Sie entstehen physiologisch u. a. im Rahmen der mitochondrialen Oxidation (ca. 1 – 2 % des O 2 -Umsatzes) und bei Entzündungsreaktionen. Zu den Radikalen gehören u. a. einige reaktive Sauerstoff-Spezies (ROS), z. B. das Superoxid-Radikal (O 2 •−) sowie das besonders aggressive Hydroxylradikal (OH •).

Aufgrund ihrer hohen Reaktivität können freie Radikale biologische Strukturen schädigen und deren Eigenschaften negativ verändern. So nehmen freie Radikale auch ungünstigen Einfluss auf Faktoren der körperlichen Leistungsfähigkeit.

Freie Radikale schädigen allerdings nicht grundsätzlich, sondern nur dann, wenn ihre Wirkung nicht neutralisiert werden kann. Dies ist der Fall, wenn prooxidative gegenüber antioxidativen Faktoren überwiegen. Diese Situation wird als oxidativer Stress (OS) bezeichnet. Dabei kann ein Ungleichgewicht in der antioxidativen Regulation zum einen über Ernährungsdefizite, d. h. durch die unzureichende Zufuhr von antioxidativen Nährstoffen, entstehen, zum anderen durch eine unzureichende Anpassungsreaktion von körpereigenen Schutzenzymen.

Eine besondere Quelle von reaktiven Sauerstoff-Spezies (ROS) sind die Mitochondrien. Jede körperliche Anstrengung führt zu einer Erhöhung des sogenannten „Lecks“ der Atmungskette und einer vermehrten ROS-Bildung. Sie sorgt für die Aktivierung derjenigen Signalwege, die für den Abbau der durch körperliche Anstrengung vermehrt anfallenden geschädigten Zellen benötigt werden, und sorgt für eine Verstärkung der körpereigenen Abwehrkräfte des Immunsystems. Damit ist die Leckage der Atmungskette unter körperlicher Anstrengung ein „sinnvoller“ Prozess, der sich evolutionär entwickelt hat.

Aber auch bestimmte Zellen des Immunsystems können bei einer Entzündungsreaktion erhebliche Mengen an ROS produzieren, die dann gezielt der Abwehr von Parasiten und Mikroorganismen dienen.

M 2: Antioxidative Vitamine und körperliche Belastbarkeit

Intensive körperliche Belastung bedeutet für den Organismus Stress. Dieser erzeugt neben der muskulären Belastungsreaktion auch eine Ganzkörperreaktion, die die Wiederherstellung des Gleichgewichtes im Organismus zum Ziel hat.

Die meisten Organsysteme wie auch die Skelettmuskulatur können sich gegen den belastungsinduzierten oxidativen Stress auf zellulärer Ebene schützen. Entsprechend ist belegt, dass Organe mit einem hohen mitochondrialen Stoffwechselumsatz (Muskel, Herz, Leber) über anpassungsfähige Schutzeinrichtungen verfügen, die sie bei Stressexposition verstärken (exprimieren) können. Der wichtigste Mechanismus des Körpers, den oxidativen Stress zu senken, ist die Neubildung antioxidativ wirksamer Enzyme.

Zusätzlich zur Regulation über die körpereigenen Schutzsysteme muss auch die Beeinflussung der antioxidativen Regulation durch Nährstoffe beachtet werden. Sportlerinnen und Sportler sollten als Personengruppe mit erhöhter Exposition zu oxidativem Stress auf eine optimierte Zufuhr an antioxidativen Vitaminen (AOV) achten, um darüber eine ausreichende AOV-Konzentration im Plasma zu erreichen und dadurch die Schutzwirkung gegenüber freien Radikalen zu optimieren. Es stellt sich die Frage, ob auch im Sport diese natürlichen antioxidativen Systeme des Körpers eine sportinduzierte verstärkte Belastung durch freie Radikale ausreichend neutralisieren können oder ob die Supplementierung weiterer antioxidativ wirkender Substanzen sinnvoll und nützlich ist. Insbesondere werden u. a. die Vitamine C und E sowie β-Carotin aufgrund ihrer antioxidativen Eigenschaften intensiv beworben.

Aufgrund von Studien ist allerdings nicht auszuschließen, dass eine Nahrungsergänzung mit Antioxidantien körpereigene Anpassungen an das Training ggf. beeinträchtigen kann.

M 3: Vitamin-C-Präparat und D-A-CH-Referenzwerte

Auszug der Herstellerangaben:

Vitamin C mit 1 000 mg pro Tablette

Der Allrounder unter den Vitaminen

vegan

Preis: ca. 20,– Euro für 200 Tabletten

D-A-CH-Referenzwerte:

3. Entwickeln Sie unter Heranziehung des gesamten Materials fünf Empfehlungen für Sportlerinnen und Sportler, mit denen oxidativer Stress verringert werden kann; mindestens vier davon sollen die Ernährung betreffen. Nehmen Sie auf der Grundlage des gesamten Materials Stellung dazu, ob und unter welchen Voraussetzungen das angegebene Präparat (M 3) im Sport sinnvoll eingenommen werden kann.

(20 Punkte)

Thema: Planetary Health Diet (PHD) – Konzept und Herausforderung

M 1: Planetary Health Diet

Das Thema gesundheitsfördernde und nachhaltige Ernährung steht seit mehreren Jahren auf der Agenda verschiedener internationaler Institutionen. Eine Kommission, bestehend aus 37 Expertinnen und Experten der Fachbereiche Gesundheit, Landwirtschaft, Politik und Ökologie aus 16 Ländern, hat mit dem EAT-Lancet-Commission-Report den ersten Bericht vorgestellt, der eine universelle Referenzernährung – die „Planetary Health Diet“ – unter Angabe von Lebensmittelmengen benennt. Mit dieser sollen eine zukünftige Weltbevölkerung von 10 Milliarden Menschen im Jahr 2050 innerhalb der ökologischen Belastungsgrenzen der Erde (planetare Grenzen) versorgt sowie weltweit etwa 11 Millionen vorzeitige Todesfälle pro Jahr verhindert werden.

Folgende Indikatoren wurden zur ökologischen Einschätzung zugrunde gelegt:

Treibhausgasemissionen

Landnutzung

Frischwassernutzung

Phosphor- und Nitrateintrag

Biodiversität

Die Festlegung der globalen Referenzernährung wurde aus Literaturrecherchen abgeleitet. Es werden Spannen und feste Werte für die Verzehrempfehlungen angegeben, um eine flexible, globale Anwendung zu ermöglichen. Die globalen Empfehlungen der PHD in Mengenangaben und Lebensmittelauswahl müssen noch an die Esskulturen der Länder angepasst werden.

Die derzeitige Kritik an diesem Konzept entzündet sich an fehlender Transparenz und Anpassung der getroffenen Ableitungen:

Beispielhafte Berechnungen zeigen, dass sich beim Ausschöpfen der Spannen mit der maximal möglichen Verzehrmenge der jeweiligen Lebensmittelgruppe eine Energiezufuhr von mehr als 3850 kcal/Tag ergibt. Gleichzeitig scheint eine entsprechende Ernährung den Nährstoffbedarf einiger vulnerabler, d. h. aufgrund ihrer Konstitution – z. B. Alter oder Lebenssituation – anfälliger Personengruppen, nicht decken zu können.

Bei der Konkretisierung für die jeweiligen Länder sind neben der Esskultur lokal vorhandene Ressourcen wie Weideflächen, Wasservorräte und Niederschlagsmengen zu berücksichtigen, zumal der Nährstoffgehalt in Lebensmitteln stark von den jeweiligen Umwelt- und Produktionsbedingungen der Länder abhängt.

Unzureichend beachtet sei die Rolle von Nutztieren, z. B. in Bezug auf:

M 2: Vergleich einiger Empfehlungen der Planetary Health Diet mit Ernährungsempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) und Ergebnissen der Nationalen Verzehrsstudie zur tatsächlichen Ernährungssituation in Deutschland

M 3: Befragung zur Bereitschaft von Jugendlichen und jungen Erwachsenen zu einem der PHD entsprechenden Ernährungsverhalten

Befragung von 215 Personen zwischen 16 und 29 Jahren mit einem Online-Fragebogen zur Bereitschaft zu Planetary Health Diet bezogenem Ernährungsverhalten (Zielverhalten)

1.

Fassen Sie zusammen, welche Ziele die Planetary Health Diet verfolgt (M 1). Charakterisieren Sie hinsichtlich der Lebensmittelauswahl das Konzept der Planetary Health Diet im Vergleich zur vollwertigen Ernährung nach den Empfehlungen der DGE (M 2) und erläutern Sie die Kritikpunkte an diesem Konzept (M 1). (18 Punkte)

2.

Prüfen Sie, inwieweit die tatsächliche Ernährung in Deutschland den Vorgaben der Planetary Health Diet entspricht (M 2 und M 3), und leiten Sie daraus vier Maßnahmen ab, mit denen sich die Ernährungsweise in Deutschland verändern lässt. (26 Punkte)

3.

Erörtern Sie unter Einbeziehung des gesamten Materials, inwieweit sich die Planetary Health Diet eignet, die Ernährungssituation sowohl des Einzelnen als auch weltweit zu verbessern. (10 Punkte)