Grundlagen der Ernährung/ Fettsäuren

Einführung

Fettsäuren sind neben den Kohlenhydraten der zweite bedeutsame Nährstoff in unserer Ernährung. Dabei werden die Begriffe Fett und Fettsäuren meist synonym behandelt, in der Wissenschaft spricht man auch von Lipiden.

Im Gegensatz zu den Kohlenhydraten dienen Fettsäuren nicht allein der Energieversorgung des Menschen. Sie sind auch maßgeblich am Zellbau beteiligt und dienen als Langzeitspeicher für Energie. Eine Versorgung des Organismus mit Fettsäuren ist daher in der menschlichen Ernährung von großer Bedeutung, ein dauerhafter Mangel kann zu schweren Funktionsstörungen führen.

Chemische Grundlagen

Überblick

Vereinfachte Darstellung einer Fettsäure (gesättigt).

Fettsäuren sind Kohlenstoff-Molkekülketten unterschiedlicher Länge. Sie besitzen einen Kopf, die sog. Säuregruppe, der aus einem Kohlenstoffatom, zwei Sauerstoffatomen und einem Wasserstoffatom besteht. Davon zweigt sich eine Kohlenstoffkette ab, die aus unterschiedlich vielen Kohlenstoffatomen besteht. Diese gehen wiederum mit Wasserstoffatomen Bindungen ein. Ein Kohlenstoffatom kann dabei maximal vier Bindungen zu anderen Atomen eingehen. Das Ganze ist in nebenstehender Grafik zum besseren Verständnis illustriert.

Man kann Fettsäuren nun entsprechend der Länge dieser Kette wie folgt unterteilen:

• Kurzkettige Fettsäuren (bis 4 Kohlenstoffatome)
• Mittelkettige Fettsäuren (6 bis 12 Kohlenstoffatome)
• Langkettige Fettsäuren (mehr als 12 Kohlenstoffatome)

Die meisten Fettsäuren unserer Nahrung sind langkettig. Mittelkettige Fettsäuren gelten als leicht verdaulich und kommen z.B. in der Kokosmilch vor. Kurzkettige Fettsäuren werden im Darm aus unverdaulichen Reststoffen (z.B. Ballaststoffen) gebildet, kommen in der Nahrung jedoch kaum vor.

Gesättigte Fettsäuren

Man redet von gesättigten Fettsäuren, wenn alle Kohlenstoffatome innerhalb der Kette mit der maximal möglichen Anzahl an Wasserstoffatomen eine Beziehung eingehen. Die Fettsäure ist damit gesättigt, d.h., die Kohlenstoffatome können keine weitere Bindung mit einem anderen Atom eingehen.

Die oben abgebildete Grafik zeigt den schematischen Aufbau einer gesättigten Fettsäure. Jedes Kohlenstoffatom, mit Ausnahme des ersten und des letzten in der Kette, geht eine Beziehung zu zwei benachbarten Kohlenstoffatomen ein und zwei Beziehungen zu Wasserstoffatomen. Von den vier möglichen Bindungen werden dabei alle verwendet.

Ungesättigte Fettsäuren

Bei ungesättigten Fettsäuren gibt es Kohlenstoff-Atome, die nicht vollständig Beziehungen zu Wasserstoff-Atomen eingehen. Diese haben damit noch Kapazität, weitere Bindungen einzugehen. Es entsteht eine Doppelbindung zwischen zwei Kohlenstoffatomen, welche das markante Merkmal ungesättigter Fettsäuren ist.

Tritt ein solcher Fall genau einmal in der Molekülkette auf, so spricht man von einfach ungesättigten Fettsäuren. Tritt er mehrfach auf, so spricht man von mehrfach ungesättigten Fettsäuren. Die leicht abgewandelte Grafik zeigt eine ungesättigte Fettsäure (hier: einfach ungesättigt).

Vereinfachte Darstellung einer ungesättigten Fettsäure.

Bei den mehrfach ungesättigten Fettsäuren nimmt man nun folgende Unterscheidung vor: Man zählt rückwärts vom Ende der Kohlenstoffkette beginnend, wann die erste Doppelbindung auftritt. Es gibt zwei wichtige Fälle:

• Die erste Doppelbindung tritt an der 3. Stelle von hinten auf.
• Die erste Doppelbindung tritt an der 6. Stelle von hinten auf.

Man redet dann entsprechend von Omega-3 Fettsäuren bzw. von Omega-6 Fettsäuren. Der Name Omega geht auf den gleichnamigen Buchstaben zurück, der im griechischen Alphabet die letzte Position einnimmt. Der Name drückt damit aus, dass man die Doppelbindung vom Ende der Kette aus zählt.

Die Doppelbindung kann auch an anderen Stellen auftreten, z.B. an der 4. oder 9. Stelle. Für die menschliche Ernährung spielen jedoch fast ausschließlich Omega-3 Fettsäuren und Omega-6 Fettsäuren eine Rolle.

Hintergrundwissen Fettsäurenbezeichnung

In der Wissenschaften werden Fettsäuren in der Form X:Y (ω-n) ausgedrückt. Hierbei stehen...

• X für die Länge der Kette (Anzahl an Kohlenstoffatome)
• Y für die Anzahl der Doppelbindungen
• n für die Stelle der ersten Doppelbindung (Omega-Wert)

Dabei ist jedoch zu beachten, dass dieser Wert nicht immer eindeutig ist, d.h., theoretisch mehrere verschiedene Fettsäuren diese Formel besitzen können. So haben z.B. die beiden Fettsäuren Gamma-Linolensäure und Calendulasäure beide den Wert 18:3 (ω−6). Das heißt, beide Fettsäuren bestehen auch 18 Kohlenstoffatomen, besitzen drei Doppelbindungen und ihre erste Doppelbindung tritt am 6. Kohlenstoffatom vom Ende der Kette betrachtet auf (es sind also Omega-6 Fettsäuren). Ihre Struktur unterscheidet sich dennoch, da die Doppelbindungen innerhalb der Kette an verschiedenen Stellen auftreten.

Unterscheidung zwischen cis- und trans-Stellung in Fettsäuren.

Eine Doppelbindung kann zwei Formen annehmen, die man als cis- oder trans-Konfiguration bezeichnet. Vereinfacht handelt es sich hier um den Aufbau der Doppelbindung und an welcher Stelle die Wasserstoff-Atome abzweigen. Die nebenstehende Grafik zeigt schematisch den Unterschied zwischen cis- und trans-Stellung in einer ungesättigten Fettsäure.

Liegt eine trans-Stellung vor, so werden die Fettsäuren auch Transfettsäuren genannt. Hierauf wird im nachfolgenden Abschnitt noch näher eingegangen.

Gesättigte Fettsäuren

Gesättigte Fettsäuren werden allein zur Energieversorgung verwendet. Der menschliche Körper kann gesättigte Fettsäuren ggf. auch selbst bilden (z.B. durch entsprechende Umwandlung von Kohlenhydraten bei einer Überversorgung). Sie bilden damit keinen essenziellen (lebensnotwendigen) Bestandteil unserer Ernährung.

Gelegentlich werden gesättigte Fettsäuren auch umgangssprachlich als "schlechte Fettsäuren" bezeichnet. Diese Formulierung bezieht sich womöglich auf die heute weitgehend widerlegte Meinung, dass gesättigte Fettsäuren für einen hohen Cholesterinspiegel verantwortlich seien. Diese Ansicht bzgl. der Schädlichkeit von gesättigten Fettsäuren wird in der heutigen Ernährungswissenschaft zunehmend in Frage gestellt und es liegt nahe, dass gesättigte Fettsäuren besser als ihr bisweilen schlechter Ruf sind.

Da gesättigte Fettsäuren, wie im Abschnitt zuvor beschrieben, vollständig gesättigt sind und keine weiteren Atombindungen eingehen können, zeichnen sich diese Fette durch eine relativ feste Konsistenz aus. So findet sich v.a. in Butter, Schmalz, Speck, Käse und Kokosmilch ein relativ hoher Anteil an gesättigten Fettsäuren.

Anteil an gesättigten und ungesättigten Fettsäuren in einigen ausgewählten Lebensmitteln.

Ungesättigte Fettsäuren

Ungesättigte Fettsäuren haben wenigstens eine Doppelbindung und sind an dieser, chemisch betrachtet, leicht gekrümmt. Sie zeichnen sich daher meist durch eine eher flüssige Konsistenz aus.

Einfach ungesättigte Fettsäuren

Einfach ungesättigte Fettsäuren werden wie die gesättigten Fettsäuren in Energie verwandelt oder in Fettzellen gespeichert.

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren werden neber der Energieversorgung vor allem auch für lebenswichtige Aufgaben im Körper verwendet.

• Aufbau der Zellwände
• Bildung von Immunstoffen

Der Mensch kann mehrfach ungesättigte Fettsäuren nicht selbst herstellen. Genau wie Vitamine und Mineralstoffe muss er diese regelmäßig zuführen.

Omega-3 und Omega-6-Fettsäuren

Mehrfach ungesättigte Fettsäuren spielen eine Große Rolle beim Bau der sog. Eicosanoide, welche einen wesentlichen Einfluss auf den Ablauf von Entzündungsreaktionen im Körper haben. Darin liegt der Hauptunterschied zwischen Omega-3 und Omega-6-Fettsäuren.

• Omega-6 Fettsäuren: Bauen Omega-6-Eiconsanoide, die entzündungsfördernd wirken.
• Omega-3 Fettsäuren: Bauen Omega-3-Eiconsanoide, die entzündungshemmend wirken.

Beide Formen der Eiconsanoide sind für den Menschen wichtig – die einen starten Entzündungen im Körper (z.B. zur Abwehr von Keimen bei einer Wunde), die anderen bauen die Entzündung wieder ab. Wichtig ist jedoch ein möglichst ausgeglichener Anteil von Omega-3 und Omega-6 Eicosanoiden im Körper. Es wird ein Verhältnis von Omega-3 Fettsäuren zu Omega-6 Fettsäuren im Verhältnis 1 zu 5 bis 1 zu 6 empfohlen.

Hintergrundwissen Eicosanoide

Um die Eicosanoide aufbauen zu können, werden die Fettsäuren von einem Enzym erweitert. Omega-3 und Omega-6 Fettsäuren benötigen hierbei dasselbe Enzym. Es entsteht damit ein gewisser Konkurrenzkampf zwischen Omega-3 und Omega-6 Fettsäuren um das Enzym und die entsprechende Bildung der Omega-3 bzw. Omega-6 Eicosanoide. Werden im Vergleich von Omega-3 Fettsäuren zu viele Omega-6 Fettsäuren aufgenommen, so kann es damit zu einem Mangel an Omega-3 Eicosanoiden kommen.

Viele Fertigprodukte und raffinierten Pflanzenöle (z.B. Sonnenblumen- oder Sojaöl) enthalten große Mengen an Omega-6 Fettsäuren. Ein starker Konsum führt dazu, dass Omega-6 Eiconsanoide verstärkt produziert werden. Dadurch wird ein geringerer Anteil an Omega-3 Eiconsanoide gebildet, selbst wenn scheinbar reichlich Omega-3 Fettsäuren über die Nahrung aufgenommen wurden. In unserer heutigen Ernährung liegt dabei oft ein Verhältnis von 1 zu 10 oder sogar 1 zu 20 zwischen Omega-3 Fettsäuren und Omega-6 Fettsäuren vor.

Werden zu viele Omega-6 Eiconsanoide hergestellt, so entsteht eine erhöhte Entzündungsneigung.

• Viele chronische Krankheiten können daraus entstehen, z.B. Arthrose oder koronare Herzkrankheiten.
• Ziel unserer Ernährung sollte es daher sein, möglichst auf Omega-6-reiche Lebensmittel zu verzichten
  • z.B. raffinierte Pflanzenöl wie Sonnenblumenöl, Margarine, Fertigprodukte.
• Dafür sollte eine gute Versorgung mit Omega-3-reichen Lebensmitteln angestrebt werden
  • z.B. Seefisch wie Hering und Lachs, Leinensamen, Leinenöl, Olivenöl, und Nüsse.

Seefisch spielt hierbei eine besondere Rolle, da er die Omega-3 Fettsäuren schon in der Form der entsprechenden Eiconsanoide besitzt und diese nicht erst durch das Enzymsystem müssen (sie können also direkt verwendet werden und stehen nicht in Konkurrenz zu anderen Omega-6 Fettsäuren).

Transfettsäuren

Die in der natürliche Ernährung vorkommenden ungesättigten Fettsäuren besitzen meist die cis-Stellung (s.o.). Bei der Verarbeitung oder Erhitzung von Lebensmitteln entstehen jedoch tw. auch ungesättigte Fettsäuren in der trans-Stellung. Solche Fettsäuren werden dann als Transfettsäuren bezeichnet. Andere Begriffe sind Transfette, gehärtete Fette oder auch teilweise gehärtete Fette. Letztere Bezeichnungen gehen auf das industrielle Verfahren der Fetthärtung zurück, bei denen die natürlicherweise flüssigen pflanzlichen Fette durch Dehydrierung verfestigt werden.

Transfettsäuren sind damit v.a. in Fertigprodukten wie Pizza, Backwaren oder Keksen enthalten. Dabei gilt als Richtwert, dass der Konsum an Transfettsäuren pro Tag nicht 2,6 Gramm übersteigen sollte.

Transfettsäuren haben keinen näheren Nutzen für den menschlichen Körper, erhöhen jedoch nachweislich das Risiko für Fettstoffwechselstörungen und Herzkrankheiten. Zudem fördern sie die Entstehung des negativen LDL-Cholesterins. Ziel einer gesunden Ernährung ist es daher, Lebensmittel mit Transfettsäuren zu vermeiden.

Es gibt heute Verfahren, bei industriell verarbeiteten Lebensmitteln die Bildung von Transfettsäuren zu verhindern. Diese Verfahren sind jedoch mit einem gewissen Aufwand verbunden und werden nicht notwendigerweise von allen Herstellern angewendet. Vor allem in kostengünstigen Produkten ist es damit möglich, dass Transfettsäuren in größeren Mengen enthalten sind. Während in einigen Ländern (z.B. USA) die Hersteller inzwischen verpflichtet sind, die Entstehung von Transfettsäuren bei der Verhärtung zu unterbinden, gibt es in Deutschland gegenwärtig keine vergleichbare gesetztliche Vorgabe.

Cholesterin

Überblick

Cholesterin gehört ebenfalls zu den Fetten und ist ein wichtiger Bestandteile des menschlichen Körpers. Es dient u.a. zum Aufbau der Zellwände, zur Herstellung bestimmter Hormone sowie zur Produktion von Gallensäure für die Verdauung.

Cholesterin ist damit ein lebenswichtiger Stoff, der von der Leber jedoch selbst hergestellt werden kann. Das Cholesterin in unserem Körper erhöht sich bei Verzehr gesättigter und einfach ungesättigter Fettsäuren, allerdings werden rund 70 bis 80 % des Cholesterins von der Leber produziert – nur 20 bis 30 % gelangen damit auf direktem Weg über die Nahrung in unseren Körper. Die Menge an Cholesterin, welches die Leber produziert, ist vor allem auch von erblichen Faktoren, dem Geschlecht und anderen Parametern abhängig.

Cholesterinhaltige Nahrung (und hier v.a. die gesättigten und einfach ungesättigten Fettsäuren) galt lange Zeit als Risiko für Arteriosklerose und damit verbundene Herz-Kreislauf-Erkrankungen. Die Forschung der letzten Jahrzehnte hat jedoch gezeigt, dass sich ein solcher Zusammenhang nicht direkt belegen lässt und dass ein hoher Cholesterinspiegel mit den entsprechenden Krankheitsrisiken andere Ursachen hat.

Hintergrundwissen Arteriosklerose

Das im Blut befindliche Cholesterin dringt manchmal in die Gefäßwand der Blutgefäße ein und sammelt sich dort an. Dies führt zu einer Entzündung, die bewirkt, dass noch mehr Cholesterin die Wand durchbricht. Das Cholesterin verengt nun zunehmend die Blutbahn. Dies führt wiederum zu Bluthochdruck und zur Gefäßkrankheit Arteriosklerose, aus der ein Herzinfarkt oder Schlaganfall folgen kann.

Besonders gefährlich wird es, wenn die Blutbahn durch einen solchen Cholesterin-Pfropfen entweder ganz verengt wird (Gefäßverschluss), was im Herz einen Herzinfarkt, im Hirn einen Schlaganfall auslösen kann, oder sich solche Cholesterinansammlung herauslösen, ablagern und die Blutbahn an einer anderen Stelle verschließen, was wiederum denselben Effekt hat.

Cholesterinablagerungen in den Gefäßwänden sind damit sehr gefährlich und weitverbreitet. Ein hoher Cholesteringehalt im Blut hat jedoch praktisch nichts mit dem über die Ernährung aufgenommenen Cholesterin zu tun, das ohnehin nur einen kleinen Teil der Cholesterinmenge im Körper ausmacht. Viel mehr haben die unterschiedlichen Transport-Moleküle des Cholesterins einen Einfluss darauf, wann sich Cholesterin in Blutbahnen ansammelt und wann nicht.

Cholesterintransport

Cholesterin kann nicht direkt durch das Blut zu den Zellen transportiert werden, sondern benötigt ein Transport-Molekül. Hierfür gibt es sog. Lipoproteine, welche das Cholesterin einschließen und durch die Blutbahnen transportieren. Es gibt viele Arten, für die Ernährung spielen jedoch vor allem zwei Arten eine Rolle:

• High Density Lipoprotein (HDL): Lipoproteine, die eine hohe Dichte aufweisen
• Low Density Lipoprotein (LDL): Lipoproteine, die eine geringe Dichte aufweisen

HDL und LDL transportieren Cholesterin, haben jedoch unterschiedliche Aufgaben. LDL befördert Cholesterin v.a. zu den Zellen, HDL baut überschüssiges oder ungenutztes Cholesterin ab. Daher wird das HDL oft auch als "gut" bezeichnet, das LDL oft als "schlecht". Das ergibt sich daraus, dass durch LDL verursachte Ablagerungen im Blut durch das HDL beseitigt werden und ein hoher HDL-Wert den schädlichen Folgen von zu viel LDL entgegenwirkt.

Beim LDL gibt es noch einmal zwei Typen: Typ A und Typ B. Der Typ B ist kleiner und hat v.a. die Eigenschaft, dass er die Gefäßwand durchbrechen und dort eindringen kann. Für Arteriosklerose ist daher das LDL Typ B besonders gefährlich.

Risikofaktoren für Arterisklerose

Rückblick: Nicht die Menge an Cholesterin im Körper (die wir ohnehin nur zu 20 bis 30 % aus der Nahrung aufnehmen) ist für das Arteriosklerose-Risiko ausschlaggebend, sondern die Menge an LDL im Blut, und hier insbesondere LDL Typ B. Des Weiteren ist auch das Verhältnis von HDL und LDL entscheidend. So kann der Effekt eines hohen LDL-Werts durch einen ebenfalls hohen HDL-Wert abgemildert werden.

Aus Ernährungssicht ist es nun interessant, unter welchen Umständen sich das LDL Typ B Lipoprotein im Körper bildet. Hierbei haben Studien gezeigt, dass dieses sich besonders bei einem überhöhten Wert an Triglyceriden im Blut bildet. Triglyceride sind Fettsäuren, welche die Leber aus überschüssigem Zucker oder Alkohol baut. Sie sind für den Körper eine sehr gute Energiespeicherform und werden durch das Blut zu den Fettzellen transportiert, wo sie eingelagert werden. Für den Transport von der Leber zu den Fettzellen sind auch wieder Lipoproteine notwendig.

Da Triglyceride aus überschüssigem Zucker aufgebaut werden, folgte die Erkenntnis, dass vor allem kohlenhydratreiche Ernährung in Zusammenhang mit Überernährung ein Hauptrisiko für die Cholesterinablagerungen im Blut sind und nicht, wie lange angenommen, das über die Nahrung aufgenommene Cholesterin. Bewegungsmangel (mit den Folgen von Übergewicht), Alkoholkonsum und Rauchen sind dabei weitere Faktoren, welche mit dem Arteriosklerose-Risiko unmittelbar zusammenhängen.

Aus diesem Grund wird heute von Ernährungswissenschaftlern zunehmend eine kohlenhydratarme Ernährung suggeriert, was im Grunde einer 180-Grad-Wendung vergangener Empfehlungen bedeutet. Eine kohlenhydratarme Ernährung bedingt nämlich automatisch eine fetthaltigere Nahrung, da die beiden Nährstoffe den Hauptanteil unserer Nahrung ausmachen.

Zusammenfassung der Problematik:

1. Überschuss an Zucker führt dazu, dass die Leber dieses in Triglycerid (Fettsäuren) umbaut.
2. Das Triglycerid wird ebenfalls über Lipoproteine durch das Blut transportiert.
3. Dabei entsteht vermehrt LDL Typ B, das die Blutgefäßwand durchdringen kann.
4. Es kommt zu den beschriebenen Risiken für schwere Herz-Kreislauf-Erkrankungen.

Cholesterinwerte

Bei der Blutuntersuchung wird ein Arzt zur Bewertung des Arteriosklerose-Risikos vor allem drei Parameter im Auge haben: HDL, LDL und Triglyceride.

Wie bereits erwähnt, ist die eigentliche Menge an Cholesterin im Blut nicht der ausschlaggebende Faktor. Viel mehr sind zwei Konstellationen gefährlich:

• Ein hoher LDL Wert und niedriger HDL Wert
• Ein hoher Wert an Triglyceriden

Das Risiko kann durch eine Ernährungsumstellung entsprechend gesenkt werden und nach gegenwärtiger Ansicht ist dies eine kohlenhydratarme Ernährung sowie ein möglichst hoher Anteil an Omega-3-Fettsäuren, die sich hierfür auch positiv auswirken. Weiterhin werden zur Therapie auch Medikamente eingesetzt, welche die Cholesterinproduktion senken.