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Stoffwechsel,
Stoffumsatz, in der Physiologie die Gesamtheit derjenigen chem. und physik. Vorgänge, durch welche die normalen Lebensverrichtungen (Funktionen) der Organismen fortdauernd von statten gehen. Die gesamten Lebenserscheinungen des pflanzlichen wie des tierischen Organismus, des einfachsten wie des zusammengesetztesten, beruhen im Grunde auf ununterbrochenen chem. Umwandlungen und Formveränderungen der Substanzen, aus denen er sich aufbaut, indem eine fortwährende Abgabe und Ausscheidung der zersetzten und unbrauchbar gewordenen Bestandteile mit einer beständigen Aufnahme neuer Stoffe und ihrer Umwandlung (Assimilierung) zu integrierenden Teilen des Organismus in geregelter Folge einhergeht.
Aus der Luft und dem Boden nimmt die Pflanze unter dem Einflusse des Lichts eine Reihe anorganischer Substanzen, vornehmlich Wasser, Kohlensäure, Ammoniak oder Salpetersäure und einzelne Salze, als Nahrungsmittel [* 2] in sich auf und wandelt diese einfachen chem. Verbindungen (binären Sauerstoffverbindungen) unter reichlicher Sauerstoffausscheidung in verschiedene organische Stoffe von komplizierterer chem. Konstitution (ternäre und quaternäre Verbindungen) um (d. i. die sog. progressive Stoffmetamorphose).
Die wichtigsten dieser Pflanzenbestandteile, insbesondere die Kohlenhydrate, Fette und Eiweißkörper, dienen sodann dem Tiere direkt (Pflanzenfresser) oder indirekt (Fleischfresser) zur Ernährung; aus ihnen baut es zunächst die Gewebe [* 3] seines Körpers auf und wandelt sie dann allmählich durch Verbrennung, d. h. durch Verbindung mit dem aus der Luft eingeatmeten Sauerstoff unter reichlicher Kohlensäurebildung, wiederum in einfachere anorganische Stoffverbindungen um (d. i. die regressive Stoffmetamorphose).
Während sich sonach der S. der Pflanze als ein Reduktions- oder Desoxydationsprozeß darstellt, ist der tierische S. im wesentlichen als ein Oxydationsprozeß zu betrachten. Die Endprodukte, welche aus der Oxydation der tierischen Gewebe hervorgehen, sind Kohlensäure, Wasser, Ammoniak und einige anorganische Salze, also die nämlichen Stoffe, deren die Pflanze zum Aufbau ihres Körpers und zum Leben bedarf. Am auffallendsten zeigt sich die gegenseitige Abhängigkeit des pflanzlichen und tierischen S. am Kohlenstoff.
Während die Pflanze unter dem Einfluß des Sonnenlichts aus der Luft Kohlensäuregas in sich aufnimmt, in seine beiden Elemente Kohlenstoff und Sauerstoff zerlegt, den Kohlenstoff zurückhält und in komplizierte organische Verbindungen umwandelt, den der Tierwelt unentbehrlichen Sauerstoff hingegen in reichlichem Maße nach außen abgiebt, nimmt das Tier aus der Pflanzenwelt kohlenstoffhaltige Verbindungen in sich auf, oxydiert sie mit Hilfe des eingeatmeten Sauerstoffs und giebt die hierbei entstehende Kohlensäure wieder an die Atmosphäre, als einen erneuten Nährstoff für die Pflanzen, zurück. So erhebt sich über dem S. des Einzelorganismus ein beständiger, in sich geschlossener Kreislauf des [* 4] Stoffs, der alle lebenden Wesen innig aneinander kettet und aus dem sich jene reiche Summe lebendiger Kräfte entwickelt, welche namentlich im Tierkörper in der Form von Bewegung und Wärmebildung zu Tage tritt.
Zum pflanzlichen S. gehören vor allem die
Assimilation (s. d.) und
Atmung (s. d.), außerdem die Entstehung
der mannigfachen andern
Stoffe, die sich in den
Pflanzen vorfinden, wie Farbstoffe,
Alkaloide,
Glykoside, ätherische Öle,
[* 5] Harz,
Gummi u. s. w. Aus den von den
Pflanzen aufgenommenen Nährstoffen werden die verschiedensten chem.
Verbindungen gebildet. Die
Synthese dieser
Verbindungen, wie sie in der
Pflanze sich abspielt, ist für die meisten
Stoffe gänzlich
unbekannt, selbst die am genauesten untersuchte Kohlenstoffassimilation ist bis jetzt noch nicht vollständig klar gelegt.
Da nur eine geringe Anzahl von Elementarstoffen für die Pflanzenernährung (s.
Ernährung der Pflanze) notwendig sind, so
muß auch die
Synthese der verschiedenen in den
Pflanzen vorkommenden
Verbindungen auf diese wenigen Elemente
sich zurückführen lassen. Aber welche Bedeutung z. B. Kalium,
Calcium,
Magnesium für jene
Synthesen haben, ist noch unaufgeklärt.
Die Untersuchungen über den S. sind zwar sehr zahlreich, aber noch keineswegs abgeschlossen. (Vgl. Pfeffer, Pflanzenphysiologie,
Bd. 1:
Stoffwechsel, Lpz. 1881.)
Der tierische S. setzt sich aus einer Reihe einzelner zum Teil sehr verwickelter Vorgänge zusammen. Da der tierische Organismus ununterbrochen einen beträchtlichen Verlust an oxydierbarem Körpermaterial und an vorrätigem Sauerstoff erfährt, so muß ein fortwährender Ersatz der verbrauchten Stoffe stattfinden, um den Gleichgewichtszustand des tierischen Haushalts dauernd zu erhalten (Bilanz des tierischen Haushalts). Dies geschieht in der That in ausgedehntem Maße mit Hilfe des Ernährungsprozesses, der dem Körper beständig oxydierbare, kohlenstoffhaltige Verbindungen zuführt, und des damit innig verbundenen Atmungsprozesses, der ihm den nötigen Vorrat freien Sauerstoffs aus der Atmosphäre verschafft. (S. Atmung.) Als eigentliche Nahrungsstoffe ¶
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dienen die verschiedenen stickstoffhaltigen Eiweißkörper (Albumin, Fibrin, Caseïn u. a.), die hauptsächlich zum Aufbau der Gewebe dienen und durch ihre Verbrennung die mannigfachen Kraftleistungen des tierischen Körpers entfalten, ferner die stickstofffreien Fette, fetten Öle und Kohlenhydrate (Stärke, [* 7] Dextrin, Zucker), [* 8] die namentlich zur Erzeugung der tierischen Wärme [* 9] verwandt werden, sowie Wasser und eine Anzahl anorganischer, zur Zellbildung unerläßlicher Salze.
Hinsichtlich ihrer Aufnahme nimmt der Körper eine doppelte sorgsame Auswahl vor, indem zunächst die eigentlichen Aufnahmsorgane (Blut-, Chylus- und Lymphgefäße samt zugehörigen Drüsen) eine konzentrierte, gleichartige, den weitern Stoffumsatz vermittelnde Ernährungsflüssigkeit, das Blut (s. d.), herstellen, und sodann die Elementarteile der einzelnen Gewebe und Organe eine weitere Sichtung vornehmen, von denen ein jedes nur die ihm homogenen Bestandteile dieser Ernährungsflüssigkeit anzieht, assimiliert und gegen zersetzte und unbrauchbar gewordene Stoffe umtauscht. Die letztern verlassen den Organismus auf verschiedenen Wegen: so z. B. werden der Harnstoff durch die Nieren, die reichlich gebildete Kohlensäure durch die Lungen, das Wasser durch die Nieren, Lungen und Schweißdrüsen und die schwefelhaltigen Zersetzungsprodukte durch die Leber aus dem Körper entfernt.
Die zahlreichen Oxydationsvorgänge, die das Wesen des tierischen S. ausmachen, bilden dadurch eine ausgiebige Quelle [* 10] für die mannigfachen Kraftleistungen des tierischen Körpers, da die bei der Oxydation frei werdenden chem. Spannkräfte sich in die verschiedenen Formen der Lebendigen Kraft [* 11] (s. d.) umwandeln. Der größere Teil der frei werdenden Kräfte wird bei Tieren von gleichwarmer Bluttemperatur (Homöotherme) zur Bildung der tierischen Wärme (s. d.) verwandt, die zu allen ihren tierisch-organischen Vorgängen unumgänglich erforderlich ist; ein anderer Teil geht in den Nervenzellen und Nervenfasern in Elektricität über, welche die Funktionen des Nervensystems vermittelt, während in den Muskelzellen neben diesen beiden Kräfteformen auch noch mechan. Arbeit geleistet wird. Jede Steigerung dieser Arbeitsleistungen erfordert auch eine vermehrte Zufuhr verbrennlicher Nahrungsstoffe, und zwar hat die Erfahrung gelehrt, daß dieser Mehrverbrauch vorzugsweise auf Kosten derjenigen Nährmaterialien (Fette und Kohlehydrate, in viel geringerm Grade der Eiweißkörper) geschieht, welche durch ihren Kohlenstoffreichtum bei der Verbrennung die größte Wärme oder Arbeitsmenge zu liefern vermögen.
Die Energie und Intensität des S. schwankt in den verschiedenen Lebensaltern, Geschlechtern und Konstitutionen beträchtlich. Während beim Säugling die täglich zu verarbeitende Nahrungsmenge anfangs ein Siebentel, später ein Fünftel seines Körpergewichts beträgt, nimmt der Erwachsene in 24 Stunden an Nahrungsmitteln etwa ein Zwanzigstel seines Körpergewichts auf. Innerhalb gewisser Grenzen [* 12] hängt die Intensität des S. von der Masse der stoffzerlegenden Zellen ab; je größer also die Zellenmasse, je größer das Körpergewicht des Individuums, desto bedeutender ist auch sein Stoffumsatz.
Während des Schlafs ist der S. wesentlich vermindert, bei Bewegung und Arbeit beträchtlich erhöht. Auch im Hungerzustande findet ein reger Stoffumsatz in den Geweben statt; der hungernde Organismus lebt so lange auf Kosten seiner eigenen Bestandteile, bis der Tod durch Erschöpfung erfolgt. (S. Hunger.) Im allgemeinen nimmt der Organismus unter normalen Verhältnissen gerade so viel Material für seine Erhaltung und Ernährung aus den verdauten Nahrungsmitteln auf, als durch die Exkretionsorgane in den Auswurfsstoffen oder Endprodukten der regressiven Stoffmetamorphose aus dem Körper entfernt wird (sog. Gleichgewicht [* 13] des S.), und zwar scheidet ein gesunder Erwachsener in 24 Stunden durchschnittlich mit der Atmung aus: Wasser 330, Kohlensäure 1230;
mit dem Harn: Wasser 1700, Harnstoff 40, Salze 26;
mit der Hautausdünstung: Wasser 660, Kohlensäure 9,8;
mit dem Kot: Wasser 128, feste, meist organische Substanz 53 g. -
Von dem Verhalten des S. im kranken Organismus ist bis jetzt wenig Sicheres bekannt;
nur so viel steht fest, daß im Fieber (s. d.) eine abnorme Steigerung des S. und eine abnorme beschleunigte Verbrennung der Körpersubstanz stattfindet, wie namentlich aus der gesteigerten Harnstoffproduktion hervorgeht. (S. auch Ernährung, Leben und Nahrungsmittel.)
Litteratur. Moleschott, Der Kreislauf des Lebens (5. Aufl., Mainz [* 14] 1875-78);
Bischoff und Voit, Die Gesetze der Ernährung des Fleischfressers (Heidelb. 1860);
ders., Theorien der Ernährung der tierischen Organismen (Münch. 1868);
ders., Physiologie des allgemeinen S. und der Ernährung (Lpz. 1881);
Munk und Uffelmann, Die Ernährung des gesunden und kranken Menschen (3. Aufl., Wien [* 15] 1895);
Seegen, Studien über den S. im tierischen Haushalt (Berl. 1887);
Germain Sée, Die Lehre [* 16] vom S. und von der Ernährung (deutsch, Lpz. 1888);
von Noorden, Lehrbuch der Pathologie des S. (Berl. 1893).