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Gymnasium 10 · Biologie
Hormone, Stress und Sucht, Verhütung und Pränataldiagnostik · Hormonelle Blutzuckerregulation

Diabetes mellitus und Hormonwirkung

Jonas aus Dortmund ist 12 Jahre alt. In den letzten Wochen hat er abgenommen, trinkt ständig Wasser und muss nachts mehrmals zur Toilette. Der Hausarzt misst einen sehr hohen Blutzucker und findet Glucose im Urin. Was läuft in Jonas' Körper schief, und warum muss er künftig Insulin spritzen?

Was ist Diabetes mellitus?

Du kennst bereits die Blutzuckerregulation: Nach dem Essen steigt der Blutzuckerspiegel, die Bauchspeicheldrüse gibt Insulin ab, und die Körperzellen nehmen Glucose auf. Sinkt der Blutzucker, wirkt der Gegenspieler Glukagon (Näheres im Abschnitt „Insulin und Glukagon als Gegenspieler“). Bei Diabetes mellitus („Zuckerkrankheit") ist dieser Mechanismus gestört. Die Glucose bleibt im Blut, der Blutzuckerspiegel ist dauerhaft zu hoch.

Es gibt zwei Haupttypen:

Typ 1 Typ 2
Ursache Das Immunsystem zerstört die Betazellen der Bauchspeicheldrüse (Autoimmunreaktion). Die Zielzellen reagieren schlecht auf Insulin („Insulinresistenz").
Beginn meist Kindheit und Jugend meist ab mittlerem Erwachsenenalter, zunehmend auch früher
Insulinproduktion fehlt fast vollständig anfangs hoch, später oft zu gering
Behandlung Insulin spritzen (lebenslang) Ernährung, Bewegung, Tabletten, später ggf. Insulin
Risikofaktoren genetische Veranlagung, Auslöser unklar Übergewicht, Bewegungsmangel, Veranlagung
Vergleich von Typ-1- und Typ-2-Diabetes: Bei Typ 1 fehlt der Schlüssel Insulin, bei Typ 2 passt das Schloss nicht mehr richtig. Typ 1 Typ 2 Zellmembran Insulin fehlt Rezeptor Kein Insulin im Blut Glucose bleibt im Blut Zellmembran Insulin Viel Insulin, Rezeptor reagiert kaum Glucose bleibt im Blut
Üben★☆☆
Vergleiche in einer Tabelle Diabetes mellitus Typ 1 und Typ 2 in den Kategorien: Ursache, typisches Alter bei Beginn, Insulinproduktion, Behandlung.

Vergleiche in einer Tabelle Diabetes mellitus Typ 1 und Typ 2 in den Kategorien: Ursache, typisches Alter bei Beginn, Insulinproduktion, Behandlung.

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Üben★☆☆
Nenne drei typische Symptome eines unbehandelten Diabetes mellitus (z. B. großer Durst) und nenne drei Maßnahmen, mit denen man Diabetes Typ 2 vorbeugen kann.

Nenne drei typische Symptome eines unbehandelten Diabetes mellitus (z. B. großer Durst) und nenne drei Maßnahmen, mit denen man Diabetes Typ 2 vorbeugen kann.

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Symptome und Folgen

Ist der Blutzucker dauerhaft hoch, kommt es zu einer Kette von Folgen:

  1. Die Nieren können nicht mehr alle Glucose aus dem Primärharn zurückholen. Glucose erscheint im Urin.

  2. Glucose bindet Wasser. Es wird viel Urin ausgeschieden, man muss oft zur Toilette.

  3. Der Körper verliert Wasser, es entsteht großer Durst.

  4. Ohne Insulin können die Zellen die Glucose nicht aufnehmen (bei Typ 1), obwohl viel Glucose im Blut ist. Den Zellen fehlt daher Energie. Folge: Müdigkeit und Gewichtsverlust, weil der Körper Fett und Eiweiß abbaut.

Langfristig schädigt hoher Blutzucker Blutgefäße und Nerven, z. B. an Augen, Nieren und Füßen.

Bei Typ 1 muss die Insulindosis zu Mahlzeiten und Bewegung passen: Nach dem Essen steigt der Blutzucker, es braucht mehr Insulin. Bei Sport verbrauchen die Muskeln viel Glucose, es braucht weniger. Zu viel Insulin führt zur Unterzuckerung (Zittern, Schwitzen, Bewusstlosigkeit), zu wenig zu dauerhaft hohem Blutzucker.

Üben★★☆
Ein 12-jähriger Junge aus Dortmund hat in kurzer Zeit abgenommen, trinkt sehr viel und muss oft zur Toilette. Im Urin wird Glucose nachgewiesen. a) Erkläre, warum bei…

Ein 12-jähriger Junge aus Dortmund hat in kurzer Zeit abgenommen, trinkt sehr viel und muss oft zur Toilette. Im Urin wird Glucose nachgewiesen.

  1. a) Erkläre, warum bei hohem Blutzucker Glucose im Urin erscheint und warum dadurch großer Durst entsteht.
  1. b) Begründe, warum bei Typ-1-Diabetes Insulin gespritzt werden muss und nicht als Tablette geschluckt werden kann.
  1. c) Erkläre, warum Insulindosis, Mahlzeiten und Bewegung aufeinander abgestimmt werden müssen.
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Typ 2: Wenn das Schloss klemmt

Bei Typ 2 ist oft viel Insulin im Blut, trotzdem bleibt der Blutzucker hoch. Die Zellen haben ihre Empfindlichkeit verloren: Die Insulin-Rezeptoren reagieren schwach. Man spricht von Insulinresistenz.

Wichtige Risikofaktoren sind Übergewicht (vor allem Bauchfett) und Bewegungsmangel. Aktive Muskeln nehmen Glucose auch ohne viel Insulin auf. Bei Bewegungsmangel fällt dieser Weg weg. Dauerhaft hohe Insulinwerte machen die Zellen zudem unempfindlicher.

Mit der Zeit arbeiten die Betazellen unter Dauerbelastung und können erschöpfen. Dann sinkt auch die Insulinproduktion, und ein Typ-2-Diabetiker muss ggf. Insulin spritzen.

Vorbeugung: ausgewogene Ernährung mit wenig Zucker, regelmäßige Bewegung (z. B. Fahrrad statt Elterntaxi, Schulsport), Normalgewicht, Verzicht auf Rauchen. Eine Veranlagung kann man nicht ändern, den Lebensstil schon.

Üben★★☆
Bei Typ-2-Diabetes ist oft viel Insulin im Blut vorhanden, der Blutzucker bleibt aber hoch. a) Erkläre diese Beobachtung mithilfe des Schlüssel-Schloss-Modells. b)…

Bei Typ-2-Diabetes ist oft viel Insulin im Blut vorhanden, der Blutzucker bleibt aber hoch.

  1. a) Erkläre diese Beobachtung mithilfe des Schlüssel-Schloss-Modells.
  1. b) Erkläre, warum Übergewicht und Bewegungsmangel das Risiko erhöhen.
  1. c) Erkläre, warum bei langjährigem Typ-2-Diabetes die Betazellen der Bauchspeicheldrüse manchmal erschöpfen.
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Üben★★★
Die Zahl der Typ-2-Diabetiker in Deutschland steigt seit Jahrzehnten. a) Nenne mögliche gesellschaftliche und individuelle Ursachen. b) Entwickle drei…

Die Zahl der Typ-2-Diabetiker in Deutschland steigt seit Jahrzehnten.

  1. a) Nenne mögliche gesellschaftliche und individuelle Ursachen.
  1. b) Entwickle drei Präventionsmaßnahmen, z. B. für Schulen in Nordrhein-Westfalen, und begründe sie biologisch.
  1. c) Bewerte die Aussage „Diabetes Typ 2 ist selbst verschuldet" kritisch und beziehe genetische Faktoren ein.
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Auswertung eines Glukosetoleranztests

Beim Glukosetoleranztest trinkt eine nüchterne Person eine Glucoselösung. Danach wird mehrmals der Blutzucker gemessen. Bei gesunden Personen steigt er kurz an und sinkt durch Insulin nach etwa zwei Stunden wieder auf den Ausgangswert.

Eine Auswertung geht so: 1. Ausgangswert (nüchtern) ablesen, 2. Höchstwert und Zeitpunkt bestimmen, 3. Verlauf nach 120 min beschreiben, 4. Schluss ziehen. Ein hoher Nüchternwert und ein Wert, der nach zwei Stunden nicht zurückgeht, deuten auf Diabetes hin.

Typischer Blutzuckerverlauf im Glukosetoleranztest: gesunde Person mit Rückgang nach zwei Stunden, Diabetes mit dauerhaft hohen Werten. 90 150 260 0 30 60 120 Zeit in min Blutzucker (mg/100 mL) gesund Ausgangswert Diabetes
Üben★★★
Ein Glukosetoleranztest liefert folgende Werte (mg/100 mL): | Zeit in min | 0 | 30 | 60 | 120 | |---|---|---|---|---| | Person X | 90 | 150 | 110 | 85 | | Person Y | 150…

Ein Glukosetoleranztest liefert folgende Werte (mg/100 mL):

Zeit in min 0 30 60 120
Person X 90 150 110 85
Person Y 150 260 280 240
  1. a) Beschreibe beide Kurven.
  1. b) Begründe, welche Person vermutlich an Diabetes erkrankt ist.
  1. c) Ein Insulinspiegel-Test zeigt bei Y erhöhte Werte. Beurteile, welcher Diabetestyp wahrscheinlich vorliegt, und begründe deine Entscheidung.
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Hormone und das Schlüssel-Schloss-Prinzip

Hormone werden mit dem Blut im ganzen Körper verteilt. Trotzdem wirkt Insulin nur an bestimmten Zellen. Der Grund ist das Schlüssel-Schloss-Prinzip: Ein Hormon (Schlüssel) passt nur zu einem Rezeptor (Schloss) mit passender Form. Nur Zellen mit diesem Rezeptor sind Zielzellen. Bindet das Hormon, löst das in der Zelle eine Reaktion aus: Bei Insulin werden Glucose-Transporter aktiv, Glucose strömt in die Zelle. Glukagon wirkt dagegen an Leberzellen und regt die Freisetzung von Glucose an.

Schlüssel-Schloss-Prinzip: Ein Hormon bindet an den passenden Rezeptor der Zielzelle, ein anderes Hormon passt nicht. Zellmembran der Zielzelle Rezeptor passendes Hormon anderes passt nicht Wirkung nur an Zellen mit passendem Rezeptor
Üben★☆☆
Erkläre das Schlüssel-Schloss-Prinzip bei Hormonen am Beispiel von Insulin und seinem Rezeptor. Erkläre, warum Insulin nur bestimmte Zellen beeinflusst.

Erkläre das Schlüssel-Schloss-Prinzip bei Hormonen am Beispiel von Insulin und seinem Rezeptor. Erkläre, warum Insulin nur bestimmte Zellen beeinflusst.

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Üben★★★
Hormone wirken in sehr geringen Konzentrationen und nur an bestimmten Zielzellen. a) Erkläre mit dem Schlüssel-Schloss-Modell, warum Glukagon die Leberzellen, aber nicht…

Hormone wirken in sehr geringen Konzentrationen und nur an bestimmten Zielzellen.

  1. a) Erkläre mit dem Schlüssel-Schloss-Modell, warum Glukagon die Leberzellen, aber nicht die Nervenzellen des Gehirns zur Glucosefreisetzung anregt.
  1. b) Ein Wirkstoff blockiert den Insulinrezeptor, ohne ihn zu aktivieren. Sage die Folgen für den Blutzucker voraus und begründe.
  1. c) Vergleiche die Auswirkungen mit denen von Typ-1-Diabetes.
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Insulin und Glukagon als Gegenspieler

Der Blutzuckerspiegel wird in engen Grenzen um einen Sollwert gehalten (etwa 90 mg/100 mL). Das gelingt durch negative Rückkopplung: Die Regelung wirkt der Abweichung entgegen und führt den Wert zum Sollwert zurück.

Nervensystem und Hormonsystem im Vergleich

Beide Systeme geben Informationen weiter, aber auf verschiedene Weise. Fasst du eine heiße Herdplatte an, zieht die Hand sofort zurück: Das macht das Nervensystem. Nach dem Essen steigt der Insulinspiegel über Minuten: Das ist das Hormonsystem.

Nervensystem Hormonsystem
Signalart elektrisch in der Nervenzelle, chemisch an der Synapse chemisch (Hormone)
Geschwindigkeit sehr schnell (Millisekunden) langsam (Sekunden bis Minuten)
Übertragungsweg Nervenbahnen Blutkreislauf
Dauer der Wirkung kurz oft lang anhaltend
Zielzellen gezielt einzelne Zellen alle Zellen mit passendem Rezeptor
Üben★★☆
Erstelle eine Tabelle, die das Nervensystem und das Hormonsystem vergleicht (Signalart, Geschwindigkeit, Übertragungsweg, Dauer der Wirkung, Zielzellen). Ordne danach…

Erstelle eine Tabelle, die das Nervensystem und das Hormonsystem vergleicht (Signalart, Geschwindigkeit, Übertragungsweg, Dauer der Wirkung, Zielzellen). Ordne danach zu, welches System jeweils beteiligt ist: Wegziehen der Hand von einer heißen Herdplatte; Anstieg des Insulinspiegels nach dem Essen.

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Zurück zum Anfang: Bei Jonas zerstört das Immunsystem die Betazellen. Ohne Insulin bleibt die Glucose im Blut, erscheint im Urin und führt zu Durst und Gewichtsverlust. Er muss Insulin spritzen, weil es als Protein verdaut würde.

Auf einen Blick

  • Diabetes mellitus: dauerhaft hoher Blutzucker, weil Insulin fehlt (Typ 1, Autoimmunreaktion) oder schlecht wirkt (Typ 2, Insulinresistenz).

  • Symptome: Glucose im Urin, Durst, häufiges Wasserlassen, Müdigkeit, Gewichtsverlust.

  • Typ 1: Insulin spritzen, abgestimmt auf Essen und Bewegung. Typ 2: Vorbeugung durch Ernährung, Bewegung, Normalgewicht.

  • Glukosetoleranztest: Gesunde Personen erreichen nach 2 h wieder den Ausgangswert, Diabetiker nicht.

  • Schlüssel-Schloss-Prinzip: Ein Hormon wirkt nur an Zielzellen mit passendem Rezeptor.

  • Nervensystem: schnell und gezielt, Hormonsystem: langsamer und lang anhaltend.

Los geht's! 9 Aufgaben in diesem Abschnitt
★☆☆ Vergleiche in einer Tabelle Diabetes mellitus Typ 1 und Typ 2 in den Kategorien: Ursache,…★☆☆ Nenne drei typische Symptome eines unbehandelten Diabetes mellitus (z. B. großer Durst)…★☆☆ Erkläre das Schlüssel-Schloss-Prinzip bei Hormonen am Beispiel von Insulin und seinem…
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