Ernährungstherapie bei angeborenen Stoffwechselerkrankungen IV

Aufbau der Kohlenhydrate

Kohlenhydrate (KH) oder auch Saccharide (griech. Sakcharon = Zucker) sind eine große Gruppe an Verbindungen, die entsprechend ihrer Molekülgröße, dem Polymerisationsgrad (= Anzahl Molekülbausteine/Monomere in einer Kette), enthaltenen Monomeren und der chemischen Bindung (α, β) unterschieden werden [1, 2].
Gemäß einer Einordnung der Food and Agriculture Organization (FAO) werden die Kohlenhydrate in die drei Hauptgruppen Zucker (1–2 Monomere), Oligosaccharide (3–9) und Polysaccharide (≥ 10) eingeteilt. Innerhalb der Hauptgruppen erfolgen weitere Unterteilungen:

• Zu den Zuckern gehören Monosaccharide und Disaccharide sowie Polyole (Zuckeralkohole).
• Die Oligosaccharide unterteilen sich in Malto-Oligosaccharide (α-Glukane, z. B. Maltodextrin) und non-α-Glukan-Oligosaccharide.
• Eine deutlich größere Gruppe bilden die Polysaccharide, welche in Stärke (α-Glukane, z. B. Amylose, Amyopektin) und Nicht-Stärke- Polysaccharide (z. B. Zellulose, Pektin, etc.) eingeteilt werden können [2].

Funktionen und Energiegehalt

Funktionen
Entsprechend der immensen Anzahl an Verbindungen haben Kohlenhydrate vielfältige physiologische Funktionen. Neben der Bereitstellung von Energie oder als Energiespeicher in Form von Glykogen („tierische Stärke”) sind sie beteiligt an der Zell-Zell-Kommunikation, Biosynthese zahlreicher Moleküle, Proteinfunktion und vielem mehr [3].
Energiegehalt
Die energetische Ausbeute von Kohlenhydraten ist stark von der chemischen Struktur und den damit verbundenen Eigenschaften abhängig. Eine Übersicht zum Energiegehalt der unterschiedlichen Kohlenhydrate nach Lebensmittel-Informationsverordnung (LMIV) zeigt • Tabelle 1.

Stoffwechsel

Nach der Aufnahme im Darm werden Galaktose und Fruktose in der Leber zu Intermediaten des Glukosemetabolismus umgewandelt und diese anschließend, genau wie die Glukose selbst, über die Glykolyse energiebringend abgebaut. Im Fall eines Energieüberschusses ist eine direkte Speicherung von Glukose als Glykogen und/oder eine indirekte Speicherung über die Umwandlung in Acetyl-CoA als Fettgewebe möglich (• Abbildung 1) [5]. Die Stoffwechselwege von Galaktose und Fruktose sind in den Kapiteln Galaktosämie und Hereditäre Fruktoseintoleranz dargestellt.
Glykolyse
Die aerobe Glykolyse beschreibt einen Stoffwechselweg, bei dem Glukose energiebringend zu Pyruvat, dem Endprodukt der Glykolyse, abgebaut wird. Im Fall der anaeroben Glykolyse ist das Endprodukt Laktat.
Der erste Abschnitt der Glykolyse umfasst fünf Schritte mit dem Ziel, Glukose (sechs Kohlenstoffatome = C6) in Glyzerinaldehyd-3-Phosphat (C3) und Dihydroxyazetonphosphat (C3) zu spalten. Das Dihydroxyazetonphosphat wird anschließend in Glyzerinaldehyd-3-Phosphat umgewandelt, sodass zwei dieser Moleküle entstehen. In der gesamten Vorbereitungsphase wird keine Energie gewonnen, sondern es werden insgesamt zwei Moleküle des Energiespeichermoleküls Adenosintriphosphat (ATP) investiert, um den weiteren Abbau zu ermöglichen.
Im weiteren Verlauf wird Glyzerinaldehyd-3-Phosphat energiebringend in fünf weiteren Schritten zu Pyruvat abgebaut. Insgesamt werden hierbei, ausgehend von zwei Glyzerinaldehyd-3-Phosphat-Molekülen, zwei NADH/H+ und vier ATP gewonnen, wodurch sich eine insgesamt positive Energiebilanz der Glykolyse ergibt, die jedoch geringer ist als beim Abbau von Fetten [1, 5].
Glykogenauf- und -abbau
Ist Glukose bereits im Übermaß vorhanden, wird sie in Form von Glykogen gespeichert. Glykogen kann mit Ausnahme der Erythrozyten in nahezu allen Zellen des menschlichen Körpers nachgewiesen werden und bildet einen Energiespeicher für 12 bis 24 Stunden [3, 6]. Um Glykogen zu bilden, muss Glukose zu Glukose-6-Phosphat phosphoryliert und anschließend durch das Enzym Phospoglukomutase in Glukose-1-Phosphat umgewandelt werden. Im Anschluss erfolgt eine Aktivierung durch Anbindung von Uridindiphosphat (UDP; Glukose-1-Phospat-UTP-Transferase) zu UDP-Glukose. Mittels der Glykogensynthase wird nun die UDP-Glukose auf ein bereits bestehendes Starter-Glykogen, welches als Ursprung das zytosolische Protein Glykogenin besitzt, übertragen. Durch diesen Vorgang erfolgt eine Verlängerung des Glykogenstrangs, der nach ca. sechs bis elf Glukoseeinheiten durch ein Branching Enzym (Amylo-1,4-1,6-Transglukosylase) um Verzweigungen erweitert wird.
Beim Abbau des Glykogens wird das Enzym Glykogenphosphorylase benötigt, welches von der langen Glykogenkette ein Glukose-1-Phosphat bis zu einem Abstand von ca. 4 Glukoseeinheiten zur nächsten Verzweigung abspaltet. Für den Übergang in die Glykolyse wird Glukose-1-Phosphat zu Glukose-6-Phosphat umgewandelt. In der Nähe von Verzweigungen kommt das Debranching Enzym zum Einsatz, welches eine Trisaccharideinheit auf eine andere Kette überträgt, wodurch die Verzweigungsstelle für die Amylo-1,6-Glukosidase zugänglich wird. Durch die hydrolytische Spaltung an der freigewordenen Verzweigungsstelle wird Glukose frei, welche ohne weitere Übergangsreaktion mittels Glykolyse abgebaut werden kann [1, 5].
Glukoneogenese
Im Fall eines Versorgungsengpasses mit Glukose ist neben der Nutzung von Glykogen auch die Biosynthese von Glukose aus Nicht-Kohlenhydratvorstufen möglich. Dieser Vorgang wird als Glukoneogenese bezeichnet. Von besonderer Bedeutung ist dieser Mechanismus für die Erythrozyten und das Nierenmark, die Glukose als einzige Energiequelle nutzen können. Substrate für die Glukoneogenese sind Laktat, glukogene Aminosäuren und Glyzerin aus dem Abbau von Fetten. Bei den vorliegenden Reaktionen handelt es sich weitestgehend um eine Umkehr der Glykolyse. Allerdings sind drei Schritte der Glykolyse aus thermodynamischen Gründen (energetisch ineffektiv) irreversibel, sodass diese umgangen werden müssen. So sind für die Umgehung der Pyruvatkinase die beiden Enzyme Pyruvatcarboxylase und Phosphoenolpyruvat- Carboxykinase notwendig, um aus Pyruvat über die Zwischenstufe Oxalazetat wieder Phosphoenolpyruvat zu erzeugen. Gerade die Erzeugung von Oxalazetat aus Pyruvat mittels Pyruvatcarboxylase hat eine hohe Bedeutung für den Stoffwechsel, denn Oxalazetat ist ein wichtiges Intermediat des Zitratzyklus, wodurch es sich hierbei um die bedeutendste auffüllende (anaplerotische) Reaktion handelt.
Die Umgehung der Phosphofruktokinasereaktion (Schlüsselenzym der Glykolyse) im Rahmen der Glykolyse erfolgt in der Glukoneogenese durch das Enzym Fruktose-1,6-Bisphospatase. Auch die letzte Reaktion von Glukose-6-Phosphat zu Glukose benötigt einen Ausweichweg: Die Hexokinase der Glykolyse wird durch allereine Glukose-6-Phosphatase ersetzt. Das Glyzerin aus dem Fettabbau geht als Dihydroxyazetonphosphat sowohl in die Glykolyse als auch in die Glukoneogenese ein und durchlebt so einen kürzeren Aufbau- bzw. Abbauweg als Glukose selbst [1, 5].

Die Rolle des Insulins

Das wichtigste anabole Hormon des Organismus ist Insulin, welches den Glukosetransport in das Fettgewebe und die Muskulatur stimuliert. Nur einige Zellen bzw. Gewebe, z. B. Nervenzellen, Erythrozyten, Leber und der Darm, können Glukose unabhängig von Insulin aufnehmen. Neben der unterstützenden Funktion beim Transport von Glukose in die Zelle hat Insulin vielfältige Auswirkungen auf den Metabolismus. Hierzu zählt die Förderung der Glykogensynthese, die Hemmung der Glykogenolyse und Inhibierung der Glukoneogenese. Gleichzeitig wird – entsprechend des anabolen Charakters von Insulin – auch die Lipolyse gehemmt und gleichzeitig die Lipidsynthese gefördert. Auch der Transport von Aminosäuren und die Proteinbiosynthese in der Muskulatur werden von Insulin angeregt [3].
Es zeigt sich, dass der Glukosemetabolismus einen komplexen Verlauf aus Energiegewinnung, Speicherung und Neusynthese umfasst (• Abbildung 1). Erkrankungen des Stoffwechsels können grundsätzlich bei allen Abschnitten auftreten und weisen – je nach Ausprägung und Lage des Defektes – unterschiedlich starke Beeinträchtigungen bzw. verschiedene Krankheitsbilder auf.

Richtwerte und Empfehlungen

Kohlenhydrate bilden im Rahmen einer vollwertigen Mischkost die Hauptkomponente für die energetische Versorgung. Im internationalen Vergleich variieren die Referenzwerte für die Kohlenhydratzufuhr zwischen 40–60 Energieprozent (En%). Je nach Land handelt es sich bei der Zufuhrempfehlung um einen unteren Grenzwert, Mindestwert oder eine Spanne [7]. Die genannte Spanne ist annähernd deckungsgleich mit dem Referenzbereich für die Kohlenhydratzufuhr der European Food Safety Authority (EFSA), welcher bei 45–60 En% liegt [8]. In Deutschland werden überwiegend die D-A-CH-Referenzwerte verwendet, die eine Zufuhr von mehr als 50 En% Kohlenhydrate empfehlen. Der Richtwert der D-A-CH-Referenzwerte wird damit begründet, dass anhand epidemiologischer Daten eine erhöhte Zufuhr von Nahrungsfetten in einem direkten Zusammenhang mit dem Risiko für Adipositas, weiteren kardiovaskulären Erkrankungen und anderen Krankheiten steht. Diese Begründung ist nicht unumstritten, u. a., da eine erhöhte Energiebilanz auch unabhängig vom zugeführten energieliefernden Nährstoff zu diesen Effekten führt.
Ergänzend zu den Richtwerten für die Kohlenhydratzufuhr finden sich in den D-A-CH-Referenzwerten Richtwerte für die Aufnahme von Ballaststoffen, die bei mindestens 30 g/Tag beim Erwachsenen liegen [9]. Die EFSA sieht beim Erwachsenen eine tägliche Zufuhr von 25 g Ballaststoffen als ausreichend für eine normale Verdauung an [9]. Bei Kindern ab einem Jahr wird nach den D-A-CH-Referenzwerten eine Ballaststoffzufuhr von 3,5 g/MJ (10 g/1000 kcal) als realisierbar angesehen, die EFSA empfiehlt 2 g/MJ (ca. 8,4 g/1000 kcal) [8, 9].
Anhand der ergänzenden Ballaststoffempfehlung wird klar, dass die Qualität der aufgenommenen Kohlenhydrate eine große Rolle für eine ausgewogene Ernährung spielt. So sind ballaststoffreiche Lebensmittel, die in der Regel auch essenzielle Nährstoffe und sekundäre Pflanzenstoffe enthalten, gegenüber z. B. isolierten Kohlenhydraten (z. B. Haushaltszucker, raffinierte Stärke) zu bevorzugen [9]. In diesem Zusammenhang wurde im Jahr 2018 von der Deutschen Adipositas-Gesellschaft e. V. (DAG), der Deutschen Diabetes Gesellschaft e. V. (DDG) und der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e. V. (DGE) ein Konsensuspapier zu einer Empfehlung der maximalen Zufuhr freier Zucker in Deutschland veröffentlicht. Die Fachgesellschaften schließen sich mit diesem Papier der Empfehlung der Weltgesundheitsorganisation (WHO) aus dem Jahr 2015 an und sprechen sich für eine maximale Zufuhr freier Zucker von weniger als 10 En% aus. Dies entspricht bei einer Gesamtenergiezufuhr von 2000 kcal/Tag einer maximalen Zufuhr von 50 g freien Zuckern/ Tag [10, 11]. Aus Sicht der EFSA ist die Studienlage nicht ausreichend, um ein oberes Limit der Zuckerzufuhr festzulegen, allerdings wird eine übermäßige Aufnahme aufgrund möglicher negativer Folgen für die Gesundheit nicht empfohlen [8].
Die angegebenen Empfehlungen für die Kohlenhydratzufuhr stehen immer wieder in der Diskussion, da auch Ernährungsformen mit niedrigerem Kohlenhydratanteil (z. B. „Low Carb”) eine ausreichende Versorgung mit essenziellen Nährstoffen gewährleisten. Auch die als gesundheitlich günstig angesehene mediterrane Ernährung hat in ihrer klassischen Variante einen niedrigeren Kohlenhydrat- und gleichzeitig höheren Fettanteil [12, 13]. Weiterhin werden die Richtwerte zur Kohlenhydratzufuhr in vielen Ländern, so auch in Deutschland, mehrheitlich nicht erreicht, was die Frage aufwirft, ob diese Richtwerte umsetzbar und sinnvoll sind [8, 12]. Grundsätzlich ist zu beachten, dass zur Vermeidung einer Ketose im Erwachsenenalter mindestens 50 g Kohlenhydrate täglich aufgenommen werden müssen. Diese Menge entspricht auch dem geschätzten Minimum an Glukose, welches das zentrale Nervensystem benötigt. Für Kinder sind keine Daten zu einer Mindestaufnahmemenge von Kohlenhydraten verfügbar [14]. Für die klinische Umsetzung sind allerdings grundlegende Empfehlungen von hoher Relevanz, um eine Orientierungshilfe für eine ausreichende Versorgung von PatientInnen zu erhalten.

Auswirkung von Kohlenhydraten bzw. kohlenhydrathaltigen Lebensmitteln auf die Blutglukosekonzentration

Für die Behandlung von seltenen angeborenen Stoffwechselerkrankungen im Bereich des Kohlenhydratmetabolismus ist die Auswirkung unterschiedlicher Kohlenhydrate bzw. kohlenhydrathaltiger Lebensmittel auf die Blutglukosekonzentration teilweise von hoher Relevanz.
Kohlenhydrathaltige Lebensmittel haben eine unterschiedliche Wirkung auf den Blutglukosespiegel. Ein bekanntes Maß für die Blutglukosewirksamkeit ist der glykämische Index (GI), welcher die Auswirkung von 50 g verwertbaren Kohlenhydraten eines Testlebensmittels gegenüber einer Referenzsubstanz (Glukose, Weißbrot) prozentual darstellt. Der GI ist abhängig von der Zusammensetzung der Stärke im Lebensmittel, dem Grad der Verarbeitung und der Gesamtzusammensetzung des Lebensmittels, wie z. B. enthaltene Enzyminhibitoren, andere energieliefernde Nährstoffe und ggf. Ballaststoffe. Grundsätzlich kann der GI erste Hinweise auf die ernährungsphysiologische Qualität von verzehrten Kohlenhydraten liefern, unterliegt allerdings auch einigen Limitationen. Zu den Begrenzungen in der Verwendbarkeit zählt bspw., dass Lebensmittel, die Fruktose und/oder Saccharose (Glukose und Fruktose) enthalten, zu einem niedrigen GI führen und gleichzeitig anhand des Wertes keine Aussage über den Kurvenlauf getätigt werden kann, d. h. wie steil oder breit die Gesamtkurve des Blutglukoseanstiegs verläuft [15].
In der ernährungstherapeutischen Anwendung bzw. dem Vergleich verschiedener Stärken und Kohlenhydrate zeigte sich, dass insbesondere Maisstärke effektiv zur Stabilisierung des Blutglukosespiegels geeignet ist [16]. Eine weitere Entwicklung ist die Verwendung von modifizierter Maisstärke (z. B. Glykosade^®), die insgesamt einen günstigeren und stabileren Kurvenverlauf des Blutzuckers bewirkt [17].
Hintergrund für die stabilisierende Wirkung der Maisstärke könnte ein relativ hoher Anteil an Amylose sein, welche wegen der linearen Molekülstruktur für die Verdauungsenzyme schlechter angreifbar ist und dadurch die Resorption von Glukose verlangsamt [15].

korrigierte Version (Abb. 2)

(Galaktosämie Typ I)
OMIM: 230400; ICD-10: E74.2
Prävalenz: Deutschland 1:130 817 [18]
Der erste bekannte Bericht einer Galaktosämie geht zurück auf den Wiener Augenarzt August von Reuss im Jahr 1908. Bereits in dieser frühen Beschreibung wurde festgestellt, dass ein an Galaktosämie erkrankter Säugling mit Galaktosurie (Galaktose im Urin) keine Galaktose mehr ausschied, wenn Milchprodukte aus der Nahrung eliminiert wurden [19]. Bereits 1917 wurde eine angeborene Ursache der Erkrankung angenommen und eine diätetische Behandlung durch Karenz von Milchprodukten durchgeführt [20].
Galaktose hat vielfältige Funktionen im menschlichen Körper und ist insbesondere für Säuglinge eine wichtige Energiequelle über die Aufnahme von Laktose (Disaccharid aus Galaktose und Glukose) aus der Muttermilch. Neben der Aufnahme von Galaktose über die Nahrung wird das Monosaccharid auch endogen produziert. Insgesamt wird eine Synthese von 0,48–1,71 mg pro kg Körpergewicht (KG) pro Stunde (h) angenommen, welche unabhängig ist von einer exogenen Zufuhr an Galaktose und dementsprechend nicht durch einen Aufnahmeverzicht gesteuert werden kann. Bei der klassischen Galaktosämie oder auch Galaktosämie Typ I handelt es sich um eine autosomal rezessiv vererbte Erkrankung, die durch einen Defekt des zweiten Enzyms im Hauptabbauweg von Galaktose (Galaktose-1-Phosphat-Uridyltransferase; GALT) verursacht wird (• Abbildung 2).
Eine Beeinträchtigung der GALT führt zur Akkumulation der Metaboliten Galaktose-1-Phosphat, Galaktitol und Galaktonat im Blut, den Zellen und dementsprechend auch Geweben. Ein Ausscheidungsweg der angehäuften Galaktose ist der Urin, wodurch die typische Galaktosurie entsteht. Insbesondere Galaktose- 1-Phosphat wird beschrieben als ein Metabolit, der weitere Enzyme des Kohlenhydratstoffwechsels und im Bereich der Glykosylierung hemmt, wodurch der Defekt erweitert bzw. verstärkt wird [21].
In der Regel sind Neugeborene mit einer klassischen Galaktosämie zum Zeitpunkt der Geburt symptomfrei und entwickeln erst nach ein paar Tagen einer Galaktoseaufnahme lebensbedrohliche Symptome, die undiagnostiziert und unbehandelt zum Tod führen können. Erste Symptome beinhalten z. B. eine Trinkschwäche bzw. Nahrungsverweigerung mit daraus folgender schlechter Gewichtszunahme, Erbrechen, Diarrhö, Lethargie, Hypotonie. Weitere Entwicklungen sind eine Schädigung der Leber und im weiteren Verlauf ein Versterben der Kinder [22].
Bei einer Restriktion von Galaktose bzw. Laktose in der Nahrung zeigt sich ein schneller Abfall des Galaktose-1-Phosphat-Werts im Blut, allerdings bleibt er aufgrund der endogenen Synthese dennoch gegenüber Gesunden um den Faktor 10 erhöht [21]. Durch die frühe Einführung der Diät noch in den ersten 10 Lebenstagen können ein frühzeitiger Tod sowie Symptome wie Leberschaden und Sepsis vermieden werden. Allerdings besteht bei Kindern mit klassischer Galaktosämie, unabhängig vom schnellen Beginn einer Diättherapie, ein hohes Risiko für Entwicklungsverzögerungen, Sprachprobleme, neurologische und motorische Einschränkungen. Bei unzureichender ernährungstherapeutischer Einstellung besteht zudem – auch neonatal – die Gefahr der Ausbildung eines Katarakts (Grauer Star) durch die Ablagerung von Galaktit im Bereich der Augenlinse. Durch eine Diätoptimierung kann allerdings in ca. 55 % der Fälle die Galaktitablagerung und damit der Katarakt behoben werden. In einigen Fällen zeigt sich auch eine Kataraktentstehung im Erwachsenenalter (ca. 11 %) [22, 23]. Bei weiblichen Patienten liegt zudem eine sehr hohe Inzidenz (ca. 80 %) für das Auftreten einer ungewöhnlich frühen Menopause (prämature Ovarialinsuffizienz; POI) vor [23].

Prinzip der Diät

Bei Galaktosämie wird eine laktosefreie und galaktosearme Ernährung angewandt. Im Säuglingsalter erhalten die Kinder eine laktose- und galaktosefreie Spezialmilch, z. B. auf der Basis von Sojaprotein [24]. Eine Berechnung der Galaktose muss hier nicht erfolgen. Neben der freien Galaktose und der Galaktose in Laktose ist auch in den Kohlenhydraten Raffinose und Stachyose Galaktose in Form einer β-galaktosidischen Bindung enthalten. Die genannten Kohlenhydrate können von menschlichen Verdauungsenzymen allerdings nur sehr eingeschränkt gespalten werden, daher ist eine Einschränkung nicht erforderlich und wäre für die tägliche Umsetzung zu komplex [25].
Ab dem 14. Lebensjahr ist eine Lockerung der Diät möglich. Auf Milch und Milchprodukte sollte weiterhin verzichtet werden, aber versteckte Laktosequellen, z. B. geringe Mengen Laktose als Trägerstoff für Gewürze, müssen nicht mehr gemieden werden [26].

Besonderheiten der Diät

Trotz guter Diätcompliance kann aufgrund der körpereigenen Bildung von Galaktose bei vielen PatientInnen keine optimale Stoffwechseleinstellung erzielt werden. Ein Monitoring, z. B. jährlich oder bei Umstellung der Diät, von Galaktose-1-Phosphat aus einer EDTA-Blutprobe¹ ist empfehlenswert. Darüber hinaus kommt es zu einer reversiblen Glykosylierungsstörung. Daher ist auch ein Monitoring mit einem CDG-Test (Test auf Glykosylierungsstörung) empfehlenswert [27].
Da herkömmliche Milch- und Milchprodukte nicht verzehrt werden dürfen, ist auf eine ausreichende Kalziumversorgung zu achten.

Ein wichtiger Hinweis für PatientInnen ist, dass Milchprodukte, die mit dem Zusatz „laktosefrei” gekennzeichnet sind, Galaktose enthalten, da hier lediglich Laktose durch den Zusatz von Laktase in seine Grundbausteine Glukose und Galaktose enzymatisch gespalten wurde.

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¹ Ethylendiamintetraazetat (EDTA) verhindert die Gerinnung des gewonnenen Blutes.

OMIM: 229600; ICD-10: E74.1
Prävalenz: ca. 1:26 100 [28]
Die erste Beschreibung der hereditären Fruktoseintoleranz wird häufig auf Chambers und Pratt im Jahr 1956 zurückgeführt. Im Fallbericht wurde eine 24-jährige Frau vorgestellt, die nach der Aufnahme von Fruktose und Saccharose Bauchschmerzen und Übelkeit entwickelte. Bei größeren Mengen an Fruktose und auch Saccharose kam es zum zeitverzögerten einmaligen oder auch mehrmaligen Erbrechen [29]. Bereits wenige Jahre später wurde als Verursacher des Defektes das Enzym Fruktose-1-Phosphat-Aldolase (auch Aldolase B) ermittelt [30].
Das Enzym ist zuständig für die Spaltung von Fruktose-1,6-Bisphosphat oder Fruktose-1-Phosphat in Dihydroxyazetonphosphat und Glyzerinaldehyd-3-Phosphat. Die Intermediate bilden den Übergang des Fruktoseabbaus sowohl zur Glykolyse als auch zur Glukoneogenese (• Abbildung 3). Die Aldolase B kommt in der Leber, den Nieren und im Dünndarm vor. Leberbiopsien von HFI-PatientInnen zeigen eine niedrigere Aktivität für den Abbau von Fruktose-1-Phosphat gegenüber Fruktose-1,6-Phosphat. Hierdurch kommt es als Folge der gestörten Enzymfunktion nach der Aufnahme von Fruktose v. a. zu einem rasanten Anstieg an Fruktose-1-Phosphat, Phosphat und einer Reduktion an ATP. Aufgrund einer inhibierenden Wirkung dieser Kombination auf Enzyme der Glykogenolyse und Glukoneogenese kommt es zu einer fruktose-induzierten Hypoglykämie, die bei Abwesenheit von Fruktose nicht auftritt [31]. Dieses akut klinische Problem kann allerdings durch eine gleichzeitige Aufnahme von Glukose maskiert bzw. von kurzer Dauer sein [32]. Weiterhin besteht auf metabolischer Ebene die Gefahr der Entstehung einer Hyperlaktatämie durch die beeinträchtigte Glukoneogenese in Kombination mit der Aktivierung der Pyruvatkinase verursacht durch Fruktose-1-Phosphat. Zu beachten ist, dass nicht nur die Aufnahme von Fruktose bzw. Saccharose, sondern auch von Sorbit diese Effekte verursachen kann, da Sorbit über den Polyol-Weg zu Fruktose oxidiert wird [31].
Wegweisend für die Diagnose ist, dass Symptome erst bei Aufnahme von fruktose- oder sorbithaltigen Lebensmitteln, z. B. mit der Beikost, auftreten [31]. Dementsprechend ist kein Effekt während der Stillzeit zu erwarten. Die klinischen Symptome sind vielseitig und reichen von Übelkeit, Erbrechen, Unruhe, Lethargie bis hin zu Apathie, Krampfanfällen und Koma. Bei plötzlicher Einführung von Beikost kann es zum akuten Leberversagen kommen. Erfolgt keine frühe diätetische Behandlung, kommt es weiterhin u. a. zu chronischen Lebererkrankungen (Hepatomegalie, Fettleber), Gerinnungsstörungen und Dysfunktion der proximalen Nierentubuli. Bei vielen PatientInnen zeigt sich im Laufe der Entwicklung eine natürliche Aversion gegen fruktosehaltige Lebensmittel. Bei guter ernährungstherapeutischer Einstellung besteht eine sehr gute Prognose [32].

Die Hereditäre Fruktoseintoleranz ist deutlich von einer Fruktosemalabsorption (auch: alimentäre Fruktoseunverträglichkeit, intestinale Fruktoseintoleranz) abzugrenzen.

Bei der Fruktosemalabsorption handelt es sich nicht um einen Stoffwechseldefekt, sondern um eine Störung des Transports (meist GLUT-5) von Fruktose durch die Dünndarmwand. Durch die im Darm verbleibende Fruktose entstehen lediglich Symptome wie Flatulenz, Bauchschmerzen und Durchfall, wohingegen die HFI schwerste Symptome mit gravierenden Spätfolgen haben und auch lebensbedrohliche Ausmaße annehmen kann.

Prinzip der Diät

Bei HFI wird eine fruktosearme Diät durchgeführt. Das bedeutet, es muss auf Fruktose, Saccharose, Invertzucker, Sorbit (kann sowohl in Glukose als auch Fruktose umgewandelt werden; Polyolweg) und auf Glukosesirup (darf bis zu 5 % Fruktose enthalten) verzichtet werden. Eine Übersicht zum Fruktose-, Saccharose- und Sorbitgehalt ausgewählter Lebensmittel gibt • Tabelle 2.

Im Säuglingsalter erhalten die Kinder im ersten Lebenshalbjahr Muttermilch oder eine fruktosefreie Säuglingsanfangsnahrung. Laut Diätverordnung (DiätV) darf Säuglingsanfangsnahrung Laktose, Maltose, Saccharose, Glukose, Maltodextrine, Glukosesirup, vorgekochte oder gelatinierte Stärke als Kohlenhydratquelle enthalten. Als Besonderheit für Saccharose und Glukose gilt allerdings, dass sie nur in Säuglingsanfangsnahrung auf Basis von Proteinhydrolysaten (z. B. hypoallergenen = HA-Säuglingsanfangsnahrungen) enthalten sein dürfen. Weiterhin ist der Zusatz von Frukto-Oligosacchariden möglich [34], der bei HFI aufgrund deren Unverdaulichkeit als unkritisch angesehen werden kann. Daher ist die Zutatenliste der gewählten Säuglingsanfangsnahrung auf den Zusatz von Saccharose und ggf. Glukosesirup (s. o.) zu überprüfen. Alle anderen zugelassenen Kohlenhydrate sind frei von Fruktose.
Im zweiten Lebenshalbjahr werden meistens bis zu 1 g Fruktose täglich aus Gemüse und Getreide vertragen, ab dem Kleinkindalter erfolgt die Ernährung nach individueller Toleranz. Erwachsene tolerieren durchschnittlich 2–2,5 g Fruktose täglich. Zum Vergleich: Der Fruktosegehalt üblicher Nahrung beträgt ca. 35–50 g Fruktose am Tag [35]. Die individuelle Toleranz wird in der Regel klinisch ermittelt, d. h. wenn es nicht zu Erbrechen oder dem Auftreten von Hypoglykämien kommt, kann die Zufuhr an Fruktose bis zur individuellen Toleranz gesteigert werden. Gemieden werden müssen alle fruktosehaltigen Lebensmittel wie Obst, Obstsäfte und fruktosereiche Gemüsesorten, alle saccharosehaltigen Lebensmittel wie Zucker, Honig, Süßwaren, Softdrinks, aber auch sorbithaltige Lebensmittel wie einige zuckerfreie Lebensmittel und Arzneimittel mit Sorbit. Nach der klinischen Erfahrung der AutorInnen haben die PatientInnen oft eine ausgeprägte Aversion gegen Süßes, sodass die Einhaltung der Diät nicht zu schwerfällt. Eine Fruktosezufuhr bei HFI führt weiterhin zu einer reversiblen Glykosylierungsstörung, ein Monitoring mit einem CDG-Test ist möglich [27].

Besonderheiten der Diät

Durch den Verzicht auf Obst und den geringen Verzehr von Gemüse kann es zu einem Mangel an wasserlöslichen Vitaminen, insbesondere Vitamin C, kommen, der in der Ernährungstherapie berücksichtigt bzw. vermieden werden muss [35].

OMIM: 229700; ICD-10: E74.1
Prävalenz: 1–9:100 000 [36]
Fruktose-1,6-Bisphosphatase-Mangel ist eine autosomal rezessiv vererbte Erkrankung, welche die Bildung von Glukose im Rahmen der Glukoneogenese beeinträchtigt [36]. Das Enzym katalysiert die Umwandlung von Fruktose-1,6-Bisphosphat zu Fruktose- 6-Phosphat und bildet daher die Umgehung der Phosphofruktokinase aus der Glykolyse (• Abbildung 3) [37]. Im Falle einer unzureichenden Nahrungszufuhr tritt eine Fastenintoleranz auf, die neben einer Hypoglykämie mit einer Anhäufung von Substraten der Glukoneogenese (z. B. Laktat, Alanin, Glyzerin) verbunden ist. Damit zusammenhängend kommt es – neben der Hypoglykämie – zu einer Laktatazidose [36]. Bei Neugeborenen kann es zu einer lebensbedrohlichen Hypoglykämie in Kombination mit einer metabolischen Azidose einschließlich begleitender Hyperventilation kommen [37]. In jüngeren Jahren besteht zudem eine hohe Anfälligkeit für hypoglykämische Episoden, die neben einer ungenügenden Nahrungszufuhr auch durch Fieber oder Diarrhö ausgelöst werden. In späteren Jahren wird eine höhere Toleranz gegenüber katabolen Zuständen und der Aufnahme von eventuell kritischen Zuckern (Fruktose, Saccharose, Sorbit) berichtet, die allerdings nicht für den Fall der Schwangerschaft gilt, da hier ein erhöhter Energiebedarf vorliegt. Die genannten Zucker werden nicht wegen einer Abbaustörung als kritisch angesehen, sondern weil das beim Abbau von Fruktose bzw. Sorbit entstehende Fruktose-1-Phosphat die Glykogenphosphorylase inhibiert. Diese Inhibition ist aufgrund der bestehenden Glukoneogenesestörung als kritisch zu betrachten, da es hierdurch zu eine Verstärkung des Defekts kommen könnte [37]. Bei früher Diagnose der Erkrankung liegt insgesamt eine günstige Prognose vor, wenn längeres Fasten und ggf. bestimmte Zucker (s. o.) über die Nahrung vermieden werden. Hypoglykämien sollten aufgrund der gestörten Glukoneogenese unabhängig von Lebensalter und -situation vermieden werden [36].

Prinzip der Diät

Das Ziel der Ernährungstherapie ist die Vermeidung von Hypoglykämien. Daher sollte auf regelmäßige Mahlzeiten mit langsam resorbierbaren Kohlenhydraten geachtet werden. Eventuell ist der Einsatz von ungekochter Maisstärke als Spätmahlzeit oder eine nächtliche Sondierung, z. B. über eine nasogastrale Sonde, erforderlich [38].

Besonderheiten der Diät

Inwieweit ein Verzicht auf Fruktose, Saccharose und Sorbit erforderlich ist, wird unterschiedlich bewertet und gehandhabt. Je nach Beschreibung findet sich die Empfehlung nur bei Kleinkindern, schweren Verläufen oder vorliegender Infektionserkrankung, die genannten Kohlenhydrate in der Nahrungszufuhr zu limitieren bzw. zu eliminieren [38, 39].

(kurz: GSD I)
OMIM: 232200, 232220; ICD-10: E74.0
Prävalenz: ca. 1:100 000 [41]
Die Namensgebung der GSD Typ I als Morbus von Gierke entstammt der Erstbeschreibung durch von Gierke im Jahr 1929, bei der im Rahmen einer Autopsie von zwei Kindern eine starke hepatische und renale Glykogeneinlagerung beschrieben wurde [42]. GSD Typ I zählt zu den häufigsten und gleichzeitig schwersten Glykogenspeichererkrankungen. Es wird unterschieden zwischen Glykogenose Typ Ia, hier ist das Enzym Glukose-6-Phosphatase defekt, und Glykogenose Typ Ib, gekennzeichnet durch einen Defekt der dazugehörigen Translokase. Mehr als 80 % der Fälle gehen zurück auf einen Defekt des Enzyms Glukose-6-Phosphatase (Typ Ia), welches den Übergang von Glukose-6-Phosphat zu Glukose katalysiert. Damit wird sowohl die Glykogenolyse als auch die Glukoneogenese beeinträchtigt (• Abbildung 4). Als Membranprotein im endoplasmatischen Retikulum (ER) ist die Glukose-6-Phosphatase auf eine Translokase für den Einstrom von Glukose-6-Phosphat ins Innere des ER angewiesen. Die beiden Enzyme bilden zusammen einen Enzymkomplex, welcher in der Leber, den Nieren und in geringem Umfang im Darm vorkommt. Ein Defekt der Translokaseaktivität liegt in ca. 20 % der bekannten Fälle vor (Typ Ib) [43]. Bedingt durch den unvollständigen Abbau des Glykogens kommt es neben schweren Hypoglykämien im Fastenzustand zur Akkumulation von Glykogen im Bereich der Leber und Nieren, wodurch eine Hepato- und Nephromegalie auftreten kann. Gleichzeitig führt der Anstau von Glukose-6-Phosphat zu einer Ausweichreaktion in andere Stoffwechselwege, wodurch eine Hyperlaktatämie, Hyperurikämie und Hypertriglyzeridämie entsteht [37]. Eine deutliche Abgrenzung zu den ketotischen Glykogenosen (= Glykogenosen, die bereits nach kurzer Fastenzeit mit einem Anstieg von Ketonkörpern im Blut verbunden sind [Fastenintoleranz]) ist, dass sich bei GSD Typ I im Fastenzustand keine Ketose ausbildet [44].
Insgesamt kann Typ Ib in den frühen Lebensphasen klinisch identisch mit Typ Ia sein. Allerdings zeigen sich in späteren Jahren deutliche Unterschiede. So entwickeln die meisten Patienten mit Typ Ib eine Neutropenie, neutrophile Dysfunktion und eine entzündliche Darmerkrankung [37]. Als Langzeitfolgen von GSD Typ Ia sind Insulinresistenz, Lebertumore, Nierenerkrankungen und eine Minderung der Knochendichte (Osteopenie) bekannt [44].

Prinzip der Diät

Bei GSD I erfolgt die Kohlenhydratzufuhr entsprechend dem individuellen Bedarf des/ der PatientIn mit zusätzlichem Einsatz einer nächtlichen Sondierung und Verwendung ungekochter Maisstärke zur Vermeidung von Hypoglykämien. Zur Reduktion der Gefahr von Übergewicht wird meist eine fettarme Kost empfohlen, da in der Praxis zur Stabilisierung des Blutglukosewerts häufig ein Mehreinsatz von Kohlenhydratquellen (z. B. Stärke) erfolgt, der eine hyperkalorische Ernährung begünstigt. Wichtig ist, dass auf der einen Seite Hypoglykämien vermieden werden, auf der anderen Seite nicht zu viel Glukose zugeführt wird, da – neben der Übergewichtsproblematik – diese dann aus der Leber nicht wieder freigesetzt werden kann.
Die diätetische Behandlung der Glykogenose Typ I ist international nicht einheitlich. Unter der Vorstellung, dass eine vermehrte Aufnahme von Fruktose, Galaktose und Saccharose zu einem Anstieg des Laktats führt und Azidosen begünstigt, wird in Deutschland eine galaktose- und fruktose- und damit laktose- und saccharosearme Diät empfohlen.
Wie Azidosen auf biochemischer Ebene durch die genannten Zucker genau begünstigt werden, ist allerdings nicht bekannt und die Studienlage ist nicht ausreichend. Weiterhin ist die maximale Aufnahmemenge nicht einheitlich geregelt und das Vorgehen in den Stoffwechselzentren unterschiedlich [45]. In Großbritannien und den USA wird nur eine Berechnung der Kohlenhydrate und der Einsatz von Maisstärke zur Stabilisierung des Blutglukosespiegels empfohlen. Eine Einschränkung bei Fruktose und Laktose gibt es dort nicht, was dementsprechend die Einhaltung der Diät deutlich vereinfacht.
Die Planung der Ernährung beruht auf der Ermittlung des Energiebedarfs des Kindes und dementsprechend des Kohlenhydratbedarfs nach den D-A-CH-Referenzwerten (• Tabelle 4). Zusätzlich erfolgt die Berechnung der nächtlichen Sondierung mit Angabe der Fließgeschwindigkeit pro Stunde und/oder Kalkulation der notwendigen Mengen ungekochter Stärke (• Tabelle 5).
Hinweis: Für die Einnahme von ungekochter Maisstärke sind aufgrund der begrenzten Löslichkeit, des Mundgefühls und Geschmacks gezielte Empfehlungen notwendig. Die erforderliche Menge sollte möglichst abgewogen und in Wasser eingerührt werden. Um eine Hydrolyse zu vermeiden, darf ungekochte Maisstärke nicht in säurehaltige Getränke eingerührt und nicht gekocht werden. Für 1 g Maisstärke sind 2–3 mL Flüssigkeit erforderlich. Stärke löst sich nicht in Wasser, aufgrund der raschen Bodensatzbildung ist eine schnelle Zufuhr oder erneutes Aufrühren erforderlich.

Besonderheiten der Diät

In der Praxis ist bei vielen Kindern im Kleinkind- und Kindergartenalter auch tagsüber die Gabe von Sondennahrung nötig, da die Kinder nicht ausreichend Appetit haben, um die notwendige Menge an kohlenhydrathaltigen Lebensmitteln zu essen. Bei diesen Kindern wird häufig auf die Empfehlung „fruktose- und galaktosearm” verzichtet, um die Lebensmittelauswahl nicht zu sehr einzuschränken.

Inhalt der Diätberatung

In der Diätberatung sollten mit der Familie folgende Aspekte besprochen werden:
– Kohlenhydratbedarf pro Stunde am Tag und in der Nacht
– Problematik der Aufnahme von Fruktose und Galaktose
– Grundfrage: Welche Lebensmittel sind in welcher Menge geeignet?
– Lebensmittel anhand des Kohlenhydratgehaltes austauschen
– Umgang mit ungekochter Maisstärke
Der Einsatz von ungekochter Stärke kann mit Nebenwirkungen wie Diarrhö, Flatulenz und einer erhöhten Gefahr für eine Gewichtszunahme verbunden sein [44].

(GSD III)
OMIM: 232 400; ICD-10: E74.0)
Prävalenz: ca. 1:100 000 [48]
Bereits im Jahr 1952 beschrieben Illingworth und Cori erstmalig unterschiedliche Glykogenspeichererkrankungen [49]. Nahezu zeitgleich veröffentlichte Forbes einen Fallbericht eines jungen Mädchens mit auffallend kurzen äußeren Glykogenketten in der Leber und im Muskelgewebe. Forbes nahm an, dass ein Defekt des Debranching Enzyms die Ursache sein könnte [50]. Einige Jahre später wurde das Enzym Amylo-1,6-Glukosidase (Debranching Enzym) als Ursache für die Erkrankung identifiziert. Durch die verminderte Enzymaktivität kommt es zu einer abnormalen Struktur des Glykogens und gleichzeitig, bedingt durch den reduzierten Abbau, zu einer Anhäufung von Glykogen im Gewebe [51]. Aufgrund der vorliegenden Erstbeschreibungen wird die Glykogenose Typ III auch als Morbus Cori, Morbus Forbes oder enzymspezifisch als Amylo-1,6-Glukosidase-Defekt beschrieben [49–51]. GSD III wird in insgesamt vier Subgruppen unterteilt, von denen Typ IIIa und IIIb am häufigsten auftreten. Die weiteren Typen IIIc (Defekt Glukosidase) und IIId (Defekt Transferase) sind sehr selten und daher in der Praxis von niedriger Relevanz. Die Unterscheidung von Typ IIIa und IIIb beruht darauf, dass IIIa die Leber und die Muskulatur betrifft, wohingegen IIIb nur Auswirkungen auf die Leber zeigt [52, 53]. Bei Typ IIIa und IIIb handelt es sich um allelische Erkrankungen, d. h., es liegen unterschiedliche Mutationen auf ein und demselben Gen vor, die zur jeweiligen Typisierung führen [53].
In der Klinik zeigt sich, in Abhängigkeit von den betroffenen Geweben, ein breites Spektrum an Symptomen. Bei Kindern ist die Symptomatik ähnlich wie bei GSD Typ I, aber deutlich milderer Ausprägung. Da die Glukoneogenese bei Typ III intakt ist, kommt es kaum zu einem Anstieg des Laktats im Fastenzustand. Aufgrund des unvollständigen Abbaus des Glykogens und dadurch begrenzter Nutzung des Glukosespeichers kommt es allerdings zu einem frühen Einsetzen des Fastenzustandes, d. h. zu einer schnellen und verstärkten Ketose (hyperketotische Hypoglykämie). Aufgrund der Leberbeteiligung sind in der Regel die Leberenzyme erhöht und es kann zum Auftreten einer Hepatomegalie kommen. Bei Typ IIIa findet sich zusätzlich ein deutlich erhöhter CK-Wert (Creatinkinase-Wert), der auf eine Muskelzerstörung (Myopathie einschließlich Kardiomyopathie) durch vermehrte Glykogenablagerungen bzw. -fragmente zurückzuführen ist. In vielen Fällen ist die Leberbeeinträchtigung in späteren Lebensjahren rückläufig und nur selten kommt es zu einer Leberzirrhose, Leberkarzinomen oder anderweitigen Leberschädigungen [44].
Weitere ketotische Glykogenosetypen sind 0, VI und IX (• Tabelle 7), die nachfolgend nicht gesondert beschrieben werden.
Zu beachten ist, dass ältere PatientInnen mit non-I, d. h. alle GSD-Formen außer Typ 1, in der Regel keine Hypoglykämien mehr haben.

Prinzip der Diät

Die Ernährungstherapie nach der Leitlinie für Diagnose und Management von GSD III zielt v. a. darauf ab Hypoglykämien zu vermeiden. Hierfür werden insbesondere mehrere kleine Mahlzeiten auf Basis von komplexen Kohlenhydraten bei gleichzeitiger Vermeidung bzw. Reduktion von einfachen Zuckern herangezogen, um den Blutzucker zu stabilisieren. Weiterhin wird zur Vermeidung von Hypoglykämien Maisstärke eingesetzt. Für erwachsene PatientInnen wird eine proteinreiche (20–30 En%) Kost mit einer moderaten bis reduzierten Zufuhr an Fett (20–35 En%) und Kohlenhydraten (35–55 En%) empfohlen. Insgesamt sollte Fasten vermieden werden und die Kohlenhydratqualität, d. h. die Auswirkung auf den Blutglukosespiegel, beachtet werden [53]. Die Empfehlung einer proteinreichen Diät beruht v. a. auf Fallberichten, in denen durch eine Diät eine Verbesserung bestehender Myopathien mit einer damit einhergehenden Reduktion der CK-Werte und/oder eine Verbesserung der Muskelleistung beobachtet wurde [54–56].

Besonderheiten der Diät

Als alternativer ernährungstherapeutischer Ansatz bei GSD III gilt die ketogene Diät (Informationen zur ketogenen Diäten siehe [57]). Der Hauptgedanke der Anwendung ist, über die Reduktion der aufgenommenen Kohlenhydrate und Umstellung des Metabolismus auf die Fettverwertung eine dauerhafte Reduktion der Glykogenspeicherung zu bewirken. Dadurch soll der Defekt durch die Energiegewinnung aus Ketonkörpern umgangen werden und gleichzeitig eine übermäßige Speicherung von nicht vollständig abbaubarem Glykogen bzw. dessen Einlagerung vermieden werden. In ersten Fallberichten konnten gute Erfolge wie eine Verbesserung von Kardiomyopathien bei gleichzeitig sehr guter Verträglichkeit verzeichnet werden. Insgesamt waren „milde” ketogene Diäten, wie die modifizierte Atkins Diät (MAD) ausreichend, um eine reduzierte Krankheitsprogression und gleichzeitig Verbesserung bestehender Symptome zu erreichen [58–60]. Auch bei anderen Glykogenspeichererkrankungen (0, IV, VI, IX, XI) wurden positive Outcomes bei der Durchführung einer proteinreichen und/ oder ketogenen Diät berichtet [45].

(GLUT-1-Defekt, GLUT1-Defizit-Syndrom)
OMIM: 606777; ICD-10: E74.9)
Prävalenz: ca. 1:90 000 [61]
Die Erstbeschreibung der Glukosetransporter Typ 1-Defizienz erfolgte im Jahr 1991 im New England Journal of Medicine durch de Vivo et al. [62]. GLUT-1 ist in der Blut-Hirn-Schranke lokalisiert und ist für den Transport von Glukose ins Gehirn verantwortlich. Bei vorliegendem Defekt des Transporters kommt es zu einer verringerten Glukoseaufnahme des Gehirns, die sich v. a. durch Krampfanfälle äußert. Im weiteren Verlauf kommt es, je nach Schweregrad, zu mentaler Retardierung, neurologischen Entwicklungsstörungen, Ataxie und Mikrozephalie. Der Einsatz von Antikonvulsiva zeigt in der Regel keinen Einfluss auf die Aktivität von Krampfanfällen [63]. Durch den möglichst frühen Einsatz einer ketogenen Diät wird eine effektive Anfallskontrolle bei gleichzeitiger Reduktion neurologischer Begleiterscheinungen ermöglicht [64].

Prinzip der Diät

Durch den vorliegenden defekten Glukosetransport in das Gehirn wird ein alternatives Energiesubstrat benötigt. Ketonkörper werden über den Monocarboxylat-Transporter 1 (MCT-1) aufgenommen. Durch den Einsatz einer ketogenen Diät kann der Defekt so umgangen werden [64]. Nach den deutschen Leitlinien für ketogene Diäten wird die ketogene Diät bei GLUT1-Defizit-Syndrom als Therapie der Wahl angegeben. Hintergrund ist hier, dass durch die Seltenheit des Defektes – wie so oft – ein Mangel an aussagekräftigen Studien besteht [65]. Vertiefte Informationen zu ketogenen Diäten und deren Anwendung siehe [57].

(PDH-Mangel)
OMIM: 608769; ICD-10: E74.4
Prävalenz: ca. 1:790 000 bis 1:1 135 000 [66]
Der Pyruvatdehydrogenase-Komplex ist von essenzieller Bedeutung für die Umwandlung von Pyruvat in Acetyl-CoA und damit für die Verwertung des Endproduktes der Glykolyse durch den Zitratzyklus. Beim Pyruvatdehydrogenase-Komplex handelt es sich um das größte und komplexeste Multienzymsystem des Körpers. Es besteht aus drei eng miteinander zusammenarbeitenden katalytischen Enzymen [67]. Defekte im Bereich dieser Enzyme haben – je nach Ausprägung – weitreichende Folgen, insbesondere für das unter normalen Umständen auf Glukose angewiesene Gehirn. Der entstehende Energiemangel kann zu psychomotorischen Einschränkungen, Entwicklungsstörungen und mentaler Retardierung führen. Bedingt durch den unvollständigen Abbau und der damit verbundenen Akkumulation des Pyruvats wird dieses über den Ausweichweg der Laktatdehydrogenase zu Laktat umgewandelt. Die Folge ist eine Anhäufung von Laktat, was zur Hyperlaktatämie oder bei starker Ausprägung zur Laktatazidose (metabolische Azidose) führen kann. Ein akuter Energiemangel, z. B. bei Infekten, kann zu einem irreversiblen Schaden z. B. im Bereich der Basalganglien führen [68]. Insgesamt zeigen Defekte im Bereich des Pyruvatdehydrogenase- Komplexes ein sehr heterogenes Krankheitsbild und können nur begrenzt verallgemeinert werden [67].

Prinzip der Diät

Die Therapie der Wahl ist eine ketogene Ernährung [65]. Eine ketogene Diät bietet eine Art Bypass zur Pyruvatdehydrogenase-Reaktion, sodass zum einen Acetyl-CoA für den Zitratzyklus aus Fetten und nicht aus Glukose gewonnen wird und zum anderen Ketonkörper als Energiesubstrat genutzt werden [64]. In einer Langzeitstudie konnte gezeigt werden, dass die Anwendung einer ketogenen Diät bei PDH-Mangel zu einer Verbesserung der Symptomatik führt und gleichzeitig sicher in der Anwendung ist [69]. Die PDH ist ein Thiamin (Vitamin B1)-abhängiges Enzym. Vor Beginn einer ketogenen Diät muss sichergestellt sein, dass keine Defekte im Thiaminstoffwechsel vorliegen, da bei diesen eine ketogene Diät innerhalb kurzer Zeit zu einem irreversiblen Schaden führen kann [70, 71].

Glykosylierungsstörungen (Congenital Disorder of Glycosylation, CDG)

CDGs sind extrem seltene angeborene Stoffwechselerkrankungen, die die Synthese, Produktion und Anheftung von Kohlenhydrateinheiten an Biomoleküle (z. B. Proteine, Fette) betreffen. Die häufigste der Erkrankungen (PMM2-CDG) betrifft mehr als 1000 PatientInnen weltweit und wurde bereits in den 1980er Jahren beschrieben. Zuckerketten spielen auf zahlreichen Proteinen im menschlichen Körper eine essenzielle Rolle. Das bekannteste Beispiel sind die Blutgruppenmerkmale (AB0-System), welche auf unterschiedlichen Zuckerketten basieren. Aufgrund der Vielfältigkeit der möglichen Defekte handelt es sich um eine breite Gruppe von Erkrankungen mit multiplen Auswirkungen auf den Organismus, die häufig mit schweren Symptomen einhergehen. Hintergrund ist, dass – vereinfacht ausgedrückt – die Funktion vieler Glykoproteine bei Fehlen oder bestehenden Fehlern der Zuckerketten beeinträchtigt ist, woraus zahlreiche Ausfälle in verschiedenen Organen resultieren. Aktuell werden insgesamt vier Untergruppen von Glykosylierungsstörungen unterschieden:
1. Erkrankungen der N-Glykosylierung
2. Erkrankungen der O-Glykosylierung
3. Kombinierte Erkrankungen der N-/O-Glykosylierung
4. Lipid- und Glykosylphosphatidylinositol-verankerte Biosynthesedefekte [27]
Die Erkrankungen der N-Glykosylierung werden weitergehend unterteilt in CDG Typ I (CDG-I), wenn die Glykansynthese beeinträchtigt ist, und Typ II (CDG-II) bei gestörter Glykanverarbeitung [72].
Die Therapiemöglichkeiten bei CDG sind vielfältig und lassen sich unterteilen in Substratsupplementation, Supplementation zur Umgehung des Defektes, Kofaktorsupplementation und dem pharmakologischen Einsatz von Chaperonen (Proteine, die neu synthetisierten Proteinen bei der Faltung helfen). Für die Ernährungstherapie sind v. a. die Aspekte der Supplementation von Relevanz. Bei einigen CDG werden zum Ausgleich der fehlenden Syntheseleistung zur Umgehung des Defektes oder zur Unterstützung der verbleibenden Restaktivität bestimmte Zucker zur Unterstützung der Glykosylierung supplementiert. Hierunter fallen die Monosaccharide Mannose, Galaktose und Fukose, die unter normalen physiologischen Bedingungen eher eine geringe Bedeutung einnehmen. Insgesamt ist die gezielte Monosaccharidtherapie bei CDG gut verträglich, allerdings kann es aufgrund der teilweise recht hohen Aufnahme dieser Einfachzucker zu Problemen der Verdauung wie z. B. Diarrhö kommen. Eine Übersicht der Supplementationsmöglichkeiten bei CDG ist in • Tabelle 8 zusammengestellt [27].

Für die Durchführung einer Ernährungstherapie bei seltenen angeborenen Stoffwechselerkrankungen sind fundierte Kenntnisse des theoretischen Hintergrundes und eine dazugehörige Berufspraxis im Themenfeld unerlässlich. Die Betreuung der PatientInnen ist komplex und hält stetig neue Herausforderungen parat, was das Themenfeld im beruflichen Alltag sehr spannend gestaltet. In Deutschland ist die Ernährungstherapie bei seltenen angeborenen Stoffwechselerkrankungen durch eine dafür zugelassene Fachkraft erstattungsfähig. Aufgrund bestehender Hürden ist der ambulante Bereich nach wie vor sehr schwach ausgebildet (fünf ambulante Leistungserbringer in Deutschland im August 2020 [73]) und Kliniken bzw. Stoffwechselzentren bilden die zentrale Anlaufstelle für die PatientInnen.

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Ulrike Och*¹
Dr. Tobias Fischer*²
Prof. Dr. Thorsten Marquardt^3
1 Universitätsklinik Münster, Kinderdiätabteilung
Albert-Schweitzer-Campus 1, 48149 Münster
ulrike.och@ukmuenster.de 
² Argelanderstr. 76, 53115 Bonn
³ Universitätsklinik Münster
Bereich Angeborene Stoffwechselerkrankungen
Albert-Schweitzer-Campus 1, 48149 Münster
* geteilte ErstautorInnenschaft

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Beiträge der zertifizierten Fortbildung sind prinzipiell produkt- und dienstleistungsneutral und werden finanziell nicht von externen Stellen unterstützt.

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Interessenkonflikt

Dr. Tobias Fischer ist Autor des Buches „Hans is(s)t ketogen”. Anfallende Autorenhonorare werden zugunsten der Forschung für seltene angeborene Stoffwechselerkrankungen gespendet.
Ulrike Och und Prof. Dr. Thorsten Marquardt erklären, dass für diesen Beitrag kein Interessenkonflikt besteht.

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Zitierweise

Och U, Fischer T, Marquardt T: Ernährungstherapie bei angeborenen Stoffwechselerkrankungen. Teil 4: Störungen des Kohlenhydratstoffwechsels.
Ernährungs Umschau 2022; 69(2): M90–107.
DOI: 10.4455/eu.2022.006

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