Glukose – warum wir sie brauchen

Glukose ist allgemein unter dem Namen Traubenzucker und in ihrer Funktion als schneller Energielieferant bekannt. Sie lässt den Blutzuckerspiegel steigen, versorgt so Muskeln und Organe mit Energie und unterstützt die körperliche und die geistige Aktivität: Allein das menschliche Gehirn benötigt nämlich jeden Tag rund 120 Gramm Glukose! Chemisch gesehen ist Glukose ein Einfachzucker und besteht aus einem einzigen Zuckermolekül. Sie ist in sehr vielen Nahrungsmitteln als Bestandteil von Kohlenhydraten enthalten und kann überdies vom Körper selbst gebildet und in Form von Glykogen gespeichert werden.¹,² Glukose und Zucker sind nicht dasselbe! „Zucker" ist ein Überbegriff für ganz verschiedene Zuckerarten und Glukose ist nur eine davon. Das Besondere an Glukose: Sie ist die häufigste Zuckerart und als Einfachzucker außerdem ein Grundbaustein für viele andere Zuckerarten, die aus mehreren Zuckermolekülen bestehen.¹,²

Es existieren viele verschiedene Zuckerarten, die aus unterschiedlichen Zuckermolekülen bestehen. Anhand ihrer Anzahl und Zusammensetzung lassen sich diverse Zucker unterscheiden und einteilen¹,²:

• Einfachzucker (Monosaccharide) sind die kleinsten Zuckereinheiten und bestehen aus nur einem Zuckermolekül. Dadurch sind Einfachzucker schnelle Energielieferanten: Sie müssen nach der Aufnahme mit der Nahrung nicht erst gespalten werden, sondern gelangen direkt ins Blut oder in die Zellen und können so gleich vom Körper genutzt werden. Monosaccharide werden aber auch als Bausteine für die Erbinformation verwendet. Außerdem lassen sie sich nahezu beliebig miteinander verknüpfen und bilden dadurch das Ausgangsmaterial für alle anderen Zuckerarten. Wichtige Vertreter der Monosaccharide sind: Glukose (Traubenzucker), Fruktose (Fruchtzucker) und Galaktose (Schleimzucker).
• Zweifachzucker (Disaccharide) enthalten zwei Zuckermoleküle, die aus der Verbindung von zwei Einfachzuckern entstehen. Einige Disaccharide sind aus dem Alltag gut bekannt: Aus Zuckerrohr und Zuckerrüben wird Saccharose (= Glukose + Fruktose) – der handelsübliche Haushaltszucker – gewonnen, Milch und diverse Milchprodukte enthalten den Milchzucker Laktose (= Glukose + Galaktose), und in der Bierherstellung findet der Malzzucker Maltose (= Glukose + Glukose) Verwendung.
• Als Mehrfachzucker (Oligosaccharide) gelten Zuckerketten mit bis zu neun Zuckermolekülen, ab zehn Zuckerbausteinen spricht man von Vielfachzuckern (Polysaccharide). Pflanzen nutzen für ihre Struktur Cellulose, die nach dem Verzehr von Obst, Gemüse und Getreide als sättigender Ballaststoff wirkt. Stärke dient als pflanzlicher Energiespeicher und spielt in der Ernährung des Menschen eine wichtige Rolle: Durch die langsame und gleichmäßige Freisetzung einzelner Zuckermoleküle erfolgt eine konstante Energieversorgung. Im menschlichen Organismus ist Glykogen die Energiespeicherform von vielen, miteinander verknüpften Glukosemolekülen.

Die Konzentration von Glukose im Blut wird als Blutzuckerspiegel bezeichnet. Bei gesunden Menschen liegt der Zuckeranteil im Blut zwischen 3,3 und 7,8 Millimol pro Liter, das entspricht etwa 60 bis 140 Milligramm pro 100 Milliliter Blut (1 Deziliter). Natürlicherweise unterliegt der Blutzuckerspiegel leichten Schwankungen und wird durch Ernährung, körperliche Bewegung und Medikamente beeinflusst. Der Übergang von einem normalen Blutzuckerspiegel (Normoglykämie) zu einem zu niedrigen (Hypoglykämie) oder zu hohen Wert (Hyperglykämie) ist dabei fließend.⁴,⁵,⁶ Um den Blutzuckerwert richtig interpretieren zu können, muss der Zeitpunkt der Blutzuckermessung beziehungsweise deren Abstand zur letzten Nahrungsaufnahme berücksichtigt werden – denn die Aufnahme insbesondere zucker- oder kohlenhydratreicher Lebensmittel oder Getränke beeinflusst den aktuell gemessenen Blutzuckerspiegel⁴,⁵,⁶:

• Der Gelegenheitsblutzucker gibt den Glukosegehalt des Blutes zu einem beliebigen Zeitpunkt an.
• Zur Bestimmung des Nüchternblutzuckers muss vor der Messung eine Fastenzeit von acht bis zwölf Stunden eingehalten werden. Während dieses Zeitraums darf nur Wasser getrunken werden.
• Erfolgt die Blutzuckermessung ein bis zwei Stunden nach Nahrungsaufnahme, so spricht man vom postprandialen Blutzucker.

Ein erhöhter Blutzuckerspiegel kann lange unbemerkt bleiben und erst spät symptomatisch werden. Erste Anzeichen für einen anhaltend erhöhten Blutzuckerspiegel des Organismus können sein⁴,⁵:

• Müdigkeit und Kraftlosigkeit
• Infektanfälligkeit und Wundheilungsstörungen
• Juckreiz
• Starker Durst mit gesteigerter Trinkmenge und vermehrter Harnproduktion
• Sehstörungen oder Missempfindungen der Haut

Diabetes mellitus, die Zuckerkrankheit, ist ein Überbegriff für verschiedene Stoffwechselerkrankungen, bei denen der Zuckeranteil im Blut chronisch erhöht ist: entweder weil das blutzuckersenkende Hormon Insulin fehlt oder weil eine verminderte Insulinwirkung besteht.⁴,⁵,⁶ Die Diagnose eines Diabetes mellitus wird durch die Bestimmung des aktuellen Blutzuckerspiegels von einem*einer Ärzt*in gestellt. Außerdem wird auch der HbA1c-Wert betrachtet, der als eine Art Blutzuckergedächtnis den Blutzuckerspiegel der vergangenen vier bis zwölf Wochen abbildet. Bei Diabetes mellitus liegen diese Werte außerhalb des Normbereichs⁴,⁵,⁶:

• Gelegenheitsblutzucker: ≥ 11,1 mmol/l (≥ 200 mg/dl)
• Nüchternblutzucker: ≥ 7,0 mmol/l (≥ 126 mg/dl)
• Oraler Glukose-Toleranz-Test (OGTT): ≥ 11,1 mmol/l (≥ 200 mg/dl)
• HbA1c-Wert: ≥ 48 mmol/l (≥ 6,5 Prozent)

• Impaired Fasting Glucose (IFG): Liegt der Nüchternblutzucker zwischen 5,6 und 6,9 Millimol pro Liter (100–125 mg/dl), spricht man von einem gestörten Nüchternglukosewert.
• Impaired Glucose Tolerance (IGT): Bewegen sich die Ergebnisse des OGTT bei der Messung nach zwei Stunden zwischen 7,8 und 11,0 Millimol pro Liter (140–199 mg/dl), wird dies als gestörte Glukosetoleranz bezeichnet.

Die beiden Hauptformen des Diabetes mellitus sind der Typ-1- und der Typ-2-Diabetes: Beim Diabetes mellitus Typ 1 besteht ein absoluter Mangel an Insulin, da die insulinproduzierenden Zellen der Bauchspeicheldrüse durch eine Fehlregulation des Immunsystems zerstört werden. Es existiert eine erbliche Veranlagung für diese Diabetes-Form.⁴,⁵,⁶ Beim Diabetes mellitus Typ 2 liegt ein relativer Insulinmangel vor. Dieser beruht auf zwei Faktoren: Einerseits besteht eine gestörte Insulinausschüttung, andererseits ein vermindertes Ansprechen der Körperzellen auf das vorhandene Insulin (periphere Insulinresistenz). Risikofaktoren oder Auslöser sind zumeist im Lebensstil mit Übergewicht, zucker- und fettreicher Ernährung sowie Bewegungsmangel zu finden. Daneben gibt es weitere Diabetes-Formen, die als Diabetes mellitus Typ 3 zusammengefasst werden, sowie den Gestationsdiabetes, der erstmals während der Schwangerschaft auftritt und danach meistens wieder verschwindet.⁴,⁵,⁶

Der glykämische Index (GI) ist besonders für Menschen mit Diabetes mellitus ein wichtiges Maß zur Einschätzung der Wirkung von Kohlenhydraten auf den Blutzuckerspiegel. Glukose hat einen glykämischen Index von 100 und wird als Referenzwert herangezogen. Je nachdem wie lang und verzweigt die Zuckerketten in einem Kohlenhydrat sind, lassen sie den Blutzuckerspiegel nämlich schneller oder langsamer ansteigen. Kurzkettige Kohlenhydrate enthalten viele Einfach- oder Zweifachzucker, die sich leicht aus der Bindung lösen und den Blutzuckerspiegel schnell und stark ansteigen lassen. Solche Lebensmittel haben einen hohen glykämischen Index (GI ≥ 70). Langkettige Kohlenhydrate bestehen hingegen aus komplexen Zuckerverbindungen, aus denen die einzelnen Zuckermoleküle nur langsam freigesetzt werden. Dadurch bleibt der Blutzuckerspiegel relativ konstant, und der glykämische Index dieser Mahlzeit gilt als niedrig (GI ≤ 55).¹,³

Werden Kohlenhydrate mit der Nahrung aufgenommen, beginnt bereits im Mund und dann im Magen-Darm-Trakt der Verdauungsprozess: Die Zuckerketten werden durch den Speichel und später durch Enzyme von Bauchspeicheldrüse und Dünndarmzellen in ihre Einzelbestandteile aufgespalten, bis nur noch Einfachzucker – hauptsächlich Glukose – vorliegen. Diese Monosaccharide werden über Transporter, teils aber auch direkt, durch die Zellen des Dünndarms in die Blutbahn geschleust.¹,⁸ Der Glukosegehalt des Blutes wird dabei permanent von der Bauchspeicheldrüse registriert und der Blutzuckerspiegel durch zwei Hormone reguliert¹,⁸:

• Insulin: Steigt der Blutzuckerspiegel an, wird Insulin ausgeschüttet. Insulin bewirkt, dass Glukose aus dem Blut in die Körperzellen aufgenommen und dort als Energie genutzt oder in der Leber in Form von Glykogen gespeichert wird. Dadurch sinkt der Blutzuckerspiegel.
• Glukagon: Sinkt der Blutzuckerspiegel, wird Glukagon freigesetzt. Glukagon mobilisiert Glukose aus den körpereigenen Zuckerspeichern oder stimuliert die Neubildung von Zuckermolekülen. Dadurch steigt der Blutzuckerspiegel.

Ernährungswissenschaftlich gehört Glukose - und alle anderen Zucker (Saccharide) - zur Gruppe der Kohlenhydrate und bilden neben Fetten und Proteinen die Grundlage der Ernährung. Sie bilden die Hauptenergiequelle der meisten Lebewesen und liefern vier Kilokalorien pro Gramm Kohlenhydrate.¹,² Im menschlichen Organismus werden Zuckerketten außerdem mit anderen Molekülen gekoppelt. Diese sogenannten Glykokonjugate erfüllen weitere unverzichtbare Aufgaben im Körper. Sie dienen nicht nur der Kommunikation und Anhaftung von Körperzellen untereinander, sondern sind insbesondere innerhalb des Immunsystems wichtig für die Erkennung und Abwehr von körperfremden Substanzen und Krankheitserregern. Zudem werden Glykokonjugate auch als Bestandteil von Impfstoffen verwendet.⁹,¹⁰ Ballaststoffe – die unverdaulichen Kohlenhydrate: Einige Vielfachzucker, wie die in pflanzlicher Nahrung enthaltene Cellulose, sind für den menschlichen Organismus zwar unverdaulich, erfüllen dennoch eine wichtige Funktion als Ballaststoffe. Diese Zuckermoleküle dienen den „guten“ Darmbakterien als Nahrung und tragen damit zu einer gesunden Darmflora bei. Im Dickdarm binden Ballaststoffe zudem Wasser, sorgen so für ein erhöhtes Stuhlvolumen und wirken verdauungsfördernd. Auch positive Effekte auf den Cholesterin- und Blutzuckerspiegel konnten nachgewiesen werden.¹,¹¹

Literaturangaben

1. EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition, and Allergies (NDA). (2010). Scientific opinion on dietary reference values for carbohydrates and dietary fibre. EFSA Journal, 8 (3), 1462.
2. Bund für Lebensmittelrecht und Lebensmittelkunde e.V. (2015). Fragen und Antworten zu Zucker – Die wichtigsten Fakten in Kürze.
   URL: https://www.lebensmittelverband.de/de/lebensmittel/inhaltsstoffe/kohlenhydrate-zucker/fragen-und-antworten-zu-zucker/, zuletzt aufgerufen am 04.08.2022.
3. Oregon State University (2022). Linus Pauling Institute: Micronutrient Information Center – Food and Beverages: Glycemic Index and Glycemic Load.
   URL: https://lpi.oregonstate.edu/mic/food-beverages/glycemic-index-glycemic-load,
   zuletzt aufgerufen am 04.08.2022.
4. Institut für Qualität und Wirtschaftlichkeit im Gesundheitswesen (August 2021). Diabetes Typ 1.
   URL: https://www.gesundheitsinformation.de/diabetes-typ-1.html, zuletzt aufgerufen
   am 04.08.2022.
5. Institut für Qualität und Wirtschaftlichkeit im Gesundheitswesen (Oktober 2020). Diabetes Typ 2.
   URL: https://www.gesundheitsinformation.de/diabetes-typ-2.html, zuletzt aufgerufen
   am 04.08.2022.
6. Schleicher, E., Gerdes, C., Petersmann, et al. (2022). Definition, Classification and Diagnosis of Diabetes Mellitus. Experimental and Clinical Endocrinology & Diabetes.
7. Bundesministerium für Ernährung und Landwirtschaft (2022). BundesLebensmittelSchlüssel.
   URL: https://blsdb.de/bls, zuletzt aufgerufen am 04.08.2022.
8. Dashty, M. (2013). A quick look at biochemistry: carbohydrate metabolism. Clinical Biochemistry, 46 (15), 1339-1352.
9. Dwek, R. A. (1996). Glycobiology: toward understanding the function of sugars. Chemical Reviews, 96 (2), 683-720.
10. Gesellschaft für Biochemie und Molekularbiologie e.V. (2022). Studiengruppe Glykobiologie.
    URL: https://gbm-online.de/glykobiologie.html, zuletzt aufgerufen am 04.08.2022.
11. Bozzetto, L., Costabile, G., Della Pepa, G., et al. (2018). Dietary fibre as a unifying remedy for the whole spectrum of obesity-associated cardiovascular risk. Nutrients, 10 (7), 943.