Antioxidantien - Kelloggs Nutrition

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FORUM ERNÄHRUNGSMEDIZIN
Wissenschaftliche
Ernährungsinformation
Antioxidantien
PROF. DR. MED. H.- K. BIESALSKI
Wissenschaftliche Ernährungsinformation
Antioxidantien
Eine Initiative des FORUM ERNÄHRUNGSMEDIZIN
„Wissenschaftliche Ernährungsinformation Antioxidantien” ist
eine Broschüre in der Reihe von ernährungsmedizinischen Informationsschriften, die im FORUM ERNÄHRUNGSMEDIZIN
erscheint. Das FORUM ERNÄHRUNGSMEDIZIN ist eine Initiative der KELLOGG (DEUTSCHLAND) GMBH.
Inhaltsverzeichnis
Editorial
4
Schlagwort: Freie Radikale
6
Weitere Broschüren und Informationen können Sie anfordern
beim:
FORUM ERNÄHRUNGSMEDIZIN
Postfach 700842, 60558 Frankfurt a. M.
Telefax 069/96 36 52-15
Was sind Antioxidantien?
9
Zusätzlich sind bisher erschienen:
Eine Einführung
Indikation Osteoporose
Ballaststoffe
Folsäure (mit zusätzlichem Faltblatt zur Ausgabe ans Publikum)
Übergewicht bei Kindern
Vitamin E
12
Vitamin C
17
Beta-Carotin
20
Die Bedeutung der Antioxidantien
bei der Entstehung von Erkrankungen
23
Antioxidantien und Atherosklerose
23
Beta-Carotin und Lungenkrebs
27
Beta-Carotin und Colonkrebs
29
Carotinoide/ Vitamin E und Makula-Degeneration
29
Vitamin E und rheumatoide Arthritis
oder Osteoarthritis
30
(mit zusätzlichem Elternratgeber zur Ausgabe ans Publikum)
IMPRESSUM
Herausgeber:
FORUM ERNÄHRUNGSMEDIZIN
60558 Frankfurt a. M.
Autor:
Prof. Dr. med. H.-K. Biesalski
70599 Stuttgart
Redaktion:
:relations GmbH, 60596 Frankfurt
und
Dr. Susanne Nowitzki-Grimm, Dr. Peter Grimm, 73614 Schorndorf
Layout und Satz:
Christa Herzer
60596 Frankfurt
Empfehlungen für die Praxis
31
Anhang
34
Alle Rechte, insbesondere das Recht der Vervielfältigung und Verbreitung sowie der Übersetzung, sind vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf in irgendeiner Form ohne ausdrückliche Genehmigung der KELLOGG (DEUTSCHLAND) GMBH reproduziert werden.
© FORUM ERNÄHRUNGSMEDIZIN
Letzte überarbeitete Aufl. Januar 2000
0100/3000
Druck:
Hella Pukowski
63452 Hanau
3
Editorial
In den letzten Jahrzehnten wurde deutlich, daß der Sauerstoff
uns nicht nur am Leben erhält, sondern dieses auch gefährden kann. Tritt er nämlich als sogenannter reaktiver Sauerstoff
(ROS) auf, so trägt dies – bedingt durch oxidative Folgereaktionen – zur Pathogenese einer Reihe von Erkrankungen
bei. Substanzen, die antioxidativ wirken, also die Bildung von
ROS verhindern und oxidative Folgereaktionen unterdrücken,
sind deshalb in den Brennpunkt des Interesses gerückt.
Die Wirkungsweisen
der antioxidativen
Vitamine E, BetaCarotin und C
sind heute recht gut
erforscht
Dank der rasanten Entwicklung zell- und molekularbiologischer
Methoden konnten die Wirkungsweisen der antioxidativen
Vitamine – Vitamin E, Beta-Carotin und Vitamin C – in den
vergangenen Jahren gezielter erforscht und erklärt werden.
Insbesondere ist es gelungen, phänomenologische Beobachtungen der Vergangenheit zu objektivieren und damit auch
die vielfältigen – oft rein spekulativ postulierten – Wirkungsweisen zu hinterfragen. Dies gilt besonders für den Bereich
der sogenannten ,,Free Radical Diseases", zu denen Krebs,
Atherosklerose und weitere degenerative Erkrankungen gezählt werden.
Die AntioxidantienForschung läßt die
Entstehung von KHK
in einem anderen
Licht erscheinen
Die intensive Forschung hat die Vorstellungen von der Pathogenese einiger Erkrankungen verändert. So ist in den letzten
Jahren beispielsweise die Aussage, daß alleine ein hoher Gesamt- beziehungsweise LDL-Cholesterinwert mit einem gesteigerten Risiko für die koronare Herzkrankheit (KHK) einhergeht,
aufgrund verschiedener Studienergebnisse in Frage gestellt
worden. Einen neuen Ansatz zur Erklärung der Entwicklung
der KHK bieten die Untersuchungen zur Wirkungsweise von
antioxidativen Vitaminen. Epidemiologische Studien, die bereits seit langem einen Zusammenhang zwischen hoher Zufuhr antioxidativ wirkender Vitamine und geringem Herzinfarktrisiko diskutieren (Vorteile der ,,mediterranen Kost"), scheinen sich durch die Ergebnisse der Grundlagenforschung zu
bestätigen.
4
Die antioxidativen Vitamine E, C und Beta-Carotin werden in
dieser Broschüre beschrieben und durch Informationen zur gezielten Ernährungsempfehlung für den Patienten und für besondere Risikogruppen ergänzt.
Professor Dr. med. H.-K. Biesalski
5
Schlagwort: Freie Radikale
Freie Radikale –
viel diskutiert, aber
noch nicht vollständig erforscht
Als freie Radikale bezeichnet man Verbindungen, die sich aufgrund eines fehlenden Elektrons (ungepaart) aggressiv verhalten: Sie entreißen dieses Elektron anderen Verbindungen, die
dadurch zum Radikal werden und /oder sich chemisch verändern. Antioxidantien wirken als Teil der zellulären Abwehrmechanismen gegen freie Radikale. Glaubt man den Versprechungen der einschlägigen Presse, so helfen sie gegen alles.
Tatsache ist, daß in den letzten Jahren die Wirkungen aggressiver Sauerstoffverbindungen und deren Abwehr durch
Antioxidantien zunehmend besser, aber immer noch nicht vollständig verstanden werden. Vieles, was bisher nur symptomatisch behandelt werden konnte, wird heute erklärbar – und
damit in Zukunft evtl. an der Wurzel angreifbar.
Entstehung und Wirkung freier Radikale
Reaktive Sauerstoffverbindungen
entstehen ständig
und sind daher
physiologisch bei
allen sauerstoffabhängigen
Organismen
Bei einer Vielzahl von Stoffwechselvorgängen entstehen als
Nebenprodukte sogenannte „reaktive Sauerstoffverbindungen“, die im internationalen Sprachgebrauch mit ROS (reactive
oxygen species) abgekürzt werden (s. Abb. 1). Generell handelt es sich dabei um sehr reaktionsfreudige Produkte wie z.B.
Singulettsauerstoff oder das bekannte Wasserstoffperoxid.
Aggressiver als die ROS selbst verhalten sich deren Folgeprodukte wie z. B. das Superoxid und das Hydroxylradikal.
Aktivierte Leukozyten und Makrophagen nutzen sie sogar für
ihre Funktion im Immunsystem: Phagozytierte (aufgenommene) Bakterien werden durch die freien Radikale zerstört. Bei
intensiven immunologischen Prozessen können jedoch auch
vermehrt freie Radikale aus Leukozyten, Makrophagen und
aus Bakterien austreten. Diese erfüllen dann keine physiologische Funktion mehr, sondern belasten den Gesamtorganismus.
Freie Radikale
dienen auch der
körpereigenen
Abwehr
Abbildung 1:
Reaktive Sauerstoffverbindungen und freie
Radikale (blau unterlegt)
entstehen im Stoffwechsel oder durch
exogene Einflüsse,
reagieren mit ungesättigten Fettsäuren in
Lipiden und provozieren
dadurch die Bildung
weiterer freier Radikale
in Form verschiedener
reaktiver
Lipidverbindungen
ROS entstehen bevorzugt dort, wo viel Sauerstoff verarbeitet
wird. Dies ist z.B. in den Mitochondrien jeder Zelle der Fall, wo
Sauerstoff zur Energiegewinnung benötigt wird. 3 bis 10%
des Sauerstoffs werden hier nicht vollständig verarbeitet, sondern enden als aggressive ROS. Auch Substanzen, die gerne
spontan oxidieren (Autoxidation) führen zur Bildung von ROS:
Bekanntestes Beispiel ist die Oxidation von Eisen (Fe2+ zu Fe3+).
Von großer Bedeutung sind auch photodynamische Reaktionen, bei denen (unabhängig von der Pigmentierung der Haut)
unter Lichteinwirkung aktivierte Sauerstoffverbindungen entstehen. Die Liste möglicher Entstehungsorte und -mechanismen
ließe sich beliebig fortsetzen. Freie Radikale sind nahezu überall zu finden – in jedem lebenden und damit sauerstoffverbrauchenden Organismus entstehen sie zwangsläufig.
6
7
Was sind Antioxidantien?
Angriffspunkte freier Radikale
◆ Lipide
◆ Proteine
◆ DNA
In biologischen
Membranen bilden
die eng gepackten
mehrfach ungesättigten Fettsäuren
ein bevorzugtes Ziel
für freie Radikale
Wenn ROS mit
Proteinen reagieren,
können Sie deren
Funktion beeinträchtigen
Die in Lipiden enthaltenen ungesättigten Fettsäuren sind ein
bevorzugtes Ziel aktivierter Sauerstoffverbindungen. In der
Nachbarschaft von Doppelbindungen (s. z.B. Abb. 3) entstehen
hoch reaktive Strukturen (z. B. das Hydroperoxid) oder direkt
wieder freie Radikale. Eine solche Reaktion kann prinzipiell
zwischen jedem organischen Molekül und freien Radikalen
eintreten. Dadurch entsteht wieder ein freies Radikal, das erneut reagiert – eine typische Kettenreaktion ist eingeleitet.
Das Besondere an Lipiden ist deren gehäuftes Auftreten: Während andere organische Moleküle sehr verstreut vorkommen,
liegen Lipide z.B. in allen biologischen Membranen als LipidDoppelschicht eng gepackt. Wenn hier eine Kettenreaktion
ausgelöst wird, so ist die Ausbreitung über große Teile der Membran möglich. Dadurch können Strukturen der Membran zerstört werden, was im Extremfall zum Untergang der Zelle führt.
Vor allem proteingebundenes Fe2+ – wie es in allen Zellen vorkommt – kann lokal zur Entstehung von ROS führen, die mit
Aminosäureresten reagieren können. Dies führt entweder zur
Veränderung einer Seitenkette (oxidative Desaminierung) oder
zur Spaltung des Proteins (oxidative Spaltung). Da die Funktion von Proteinen durch deren Struktur bestimmt wird, ergeben sich durch diese Schäden auch Änderungen physiologischer Vorgänge.
Antioxidantien sind Verbindungen, die in der Ernährung des
Menschen vorkommen und oxidative Prozesse regulieren. Sie
unterbinden unerwünschte Prozesse und wirken bei erwünschten Reaktionen als Schutz benachbarter Zellstrukturen. Die
wichtigsten und bis dato auch die einzigen genauer erforschten Antioxidantien sind die Vitamine E und C sowie die
Carotinoide, darunter vor allem Beta-Carotin.
Grundsätzlich werden bei Antioxidantien auch solche Substanzen angesprochen, die selbst nicht antioxidativ sind, sondern
erst in Verbindung mit bestimmten Enzymsystemen oder anderen antioxidativ wirkenden Komplexen in das antioxidative
Geschehen eingreifen. Hierzu gehört z. B. Selen, das als Cofaktor des endogenen Glutathion-Systems fungiert.
Insgesamt besteht die antioxidative Abwehr im menschlichen
Organismus aus einem großen, vernetzten System, in dem die
unterschiedlichsten Nahrungsbestandteile, aber auch endogen
synthetisierte Enzyme und Proteine, eine Rolle spielen. Diese
Vernetzung ist von besonderer Bedeutung, da durch die unterschiedliche räumliche Verteilung von freien Radikalen chemisch verschiedene antioxidative Systeme in unterschiedlichen
Regionen der Zelle notwendig sind. Im wässrigen Kompartiment der Zellen oder dem Zwischenzellraum haben nur wasserlösliche Substanzen eine Chance, die aggressiven Substanzen zu erreichen. Aber auch im lipidlöslichen Raum von Zellmembranen oder Lipidtransportern muß sichergestellt sein, daß
Oxidationsvorgänge (s. Abb. 2) jederzeit kontrolliert werden
können.
Zu den
Antioxidantien werden auch Stoffe
wie z. B. Selen
gezählt, die selbst
nicht antioxidativ
wirksam sind,
sondern Bestandteile körpereigener
Abwehrsysteme
darstellen
Freie Radikale
entstehen an
unterschiedlichen
Orten, so daß
verschiedene
Abwehrsysteme
notwendig sind
Der potentielle Nutzen von Antioxidantien
In unmittelbarer Nähe der DNA können die äußerst reaktiven
Hydroxylradikale entstehen. Sie können zu DNA-Schäden wie
z.B. Strangbruch oder Basenmodifizierung führen – eine fehlerhafte Transkription (Ablesen des DNA-Codes) kann die Folge sein.
8
Antioxidantien haben zwei große lndikationsbereiche:
◆ die Verhütung und Behebung von Mangelzuständen
und dadurch ausgelösten Erkrankungen (Intervention)
und
◆ die Verhütung von Krankheiten und Gesundheitserhaltung (Prävention).
Antioxidantien spielen bei Intervention
und Prävention eine
wichtige Rolle
9
Abbildung 2:
Verschiedene Stoffwechselvorgänge, aber auch
Umweltfaktoren können
zur Bildung freier
Radikale und damit zur
Lipidoxidation führen
Die Oxidationsvorgänge können Veränderungen auslösen, die
wiederum zur Entstehung einer Reihe von akuten und chronischen Krankheiten beitragen können.
Krankheiten, an deren Pathogenese
freie Radikale beteiligt sind:
Deutliche Mangelzustände mit entsprechender Symptomatik
– etwa Muskeldystrophie und neurologische Anomalien bei
Vitamin E- oder Skorbut bei Vitamin C-Mangel – sind in den
Industrieländern heutzutage sehr selten geworden.
Die neue Rolle der Vitamine bei Gesundheitsoptimierung und
Krankheitsverhütung hat dagegen erheblich an Bedeutung
gewonnen und ist einer der kostengünstigsten und vielversprechendsten Wege der Medizin und der Ernährungswissenschaft im nächsten Jahrzehnt.
Im oxidativen
Streß gewinnen
Oxidantien gegenüber Antioxidantien
die Oberhand.
Folgeschäden an
zellulären
Strukturen sind
vorprogrammiert
10
Ein ständiger Schutz gegen freie Radikale und Oxidantien ist
notwendig, da molekularer Sauerstoff und seine aktivierten
Formen ubiquitär vorhanden sind und mit biologischem Material reagieren können. Als oxidativer Streß wird ein Zustand
bezeichnet, bei dem entweder prooxidative Faktoren durch
unterschiedliche Ereignisse ein solches Ausmaß annehmen, daß
die antioxidativen Systeme überfordert sind (chronische Entzündungen, toxische Verbindungen u.a.) oder aber durch Erkrankungen oder einseitige Ernährung die Zufuhr der exogenen Antioxidantien im Vergleich zu den prooxidativen Entwicklungen in unserem Organismus zu gering, d.h. nicht angepaßt, ist.
◆ Atherosklerose
◆ Krebs
◆ Störungen des Immunsystems
◆ Chronische Polyarthritis
◆ Hypoxämie und lschämie
◆ Thermische Schäden
◆ Katarakt
◆ Adulte Makula-Degeneration
Coenzym Q 10
Viele Verbindungen wie z.B. Carotinoide und Flavonoide, die
als antioxidative Vitamine bezeichnet bzw. beworben werden,
sind entweder keine Vitamine (nicht essentiell) oder sie sind
nicht antioxidativ wirksam bzw. beides. Zu ihnen zählen auch
bestimmte Enzyme, die endogen gebildet werden, und verschiedene Eiweißbausteine, die im Verbund in unserem Organismus möglicherweise antioxidative Wirkungen mitentfalten
können.
Nur die
antioxidativen
Vitamine sind unter
den zuführbaren
Antioxidantien
bis dato genauer
erforscht
Eine Ausnahme bei den Enzymen bildet das Coenzym Q10,
welches teilweise mit der Nahrung zugeführt wird, aber im
Wesentlichen in unserem Organismus synthetisiert wird. Es hat
antioxidative Eigenschaften und entwickelt diese vor allen Dingen in lipidlöslichen Kompartimenten. Die Tatsache, daß es
aber in ausreichender Menge im Organismus gebildet werden
kann, und bisher der Nachweis fehlt, inwieweit mit der Nahrung aufgenommenes Coenzym Q10 tatsächlich „an den Ort
des Geschehens“ gelangt, lassen dieses antioxidative Coenzym
hinsichtlich seiner Essentialität eher fragwürdig erscheinen.
11
Vitamin E
Vitamin E –
das Abwehrsystem
gegen freie
Radikale in Lipiden
Vitamin E zählt zu den fettlöslichen Vitaminen und ist daher in
allen Lipidfraktionen wirksam. Es ist schon lange als natürliches
Antioxidans bekannt: Die Lebensmittelindustrie nutzt dies, um
Fette und Öle durch Zusatz von Vitamin E vor Verderb zu schützen. Je mehr ungesättigte Fettsäuren ein Fett oder Öl enthält,
desto mehr Vitamin E muß es enthalten.
Das gleiche Prinzip ist auf den Organismus übertragbar: Da
die Fettsäurezusammensetzung der Membranen von der Ernährung abhängig ist (je höher die Aufnahme an ungesättigten Fettsäuren, desto höher der Gehalt in Membranen), muß
eine hohe Zufuhr ungesättigter Fettsäuren mit einer hohen
Vitamin E-Zufuhr einhergehen.
dings finden sich im Mittel nur 0,5 bis 3 Moleküle Vitamin E
pro 1.000 ungesättigte Fettsäuren. Daher muß nach der Unterbrechungsreaktion eine schnelle Regeneration stattfinden. Hierzu wird das Vitamin reduziert und damit wieder verfügbar –
Vitamin C und Glutathion dienen dabei als Reduktionsmittel.
Diese Reaktion zeigt einerseits, daß die Vitamine C und E in
einem ausgewogenen Verhältnis zu den Radikalprozessen verfügbar sein müssen, und andererseits, daß mit steigender Bereitschaft zur Radikalbildung auch der Vitamin E-Bedarf steigt.
Exogene oder endogene Faktoren, die zu einer Steigerung der
Radikalbildung führen, müssen also gleichzeitig eine Erhöhung
der Vitamin E-Zufuhr nach sich ziehen, wenn Schäden vermieden werden sollen.
Lebensmittel
Abbildung 3:
Vitamin E in biologischen Membranen
1 Die Auslösung: Freie Radikale greifen eine mehrfach ungesättigte
Fettsäure an, wodurch diese selbst zum Radikal wird.
2 Das Fettsäureradikal reagiert mit Sauerstoff zum aggressiven
Peroxylradikal.
3 Die Kettenreaktion ist eingeleitet; dabei ändert sich die Form der Lipide
und damit die Eigenschaft der Membran. Es entstehen so lange weitere
Fettsäureradikale, bis ein Vitamin E-Molekül den Weg kreuzt.
4 Vitamin E unterbricht die Kettenreaktion und wird dabei selbst zum
Radikal. Dieses ist allerdings reaktionsträge, so daß keine weitere Radikalbildung in der Umgebung ausgelöst wird.
5 Regeneration des Vitamin E-Moleküls durch Vitamin C (Ascorbinsäure).
Vitamin E liegt vorwiegend in Membranen vor und kann hier
seine Schutzfunktion optimal ausüben. Es bricht durch Bildung
eines relativ reaktionsträgen Tocopheroxyl-Radikals den Kettenreaktionsprozeß bei der Lipidperoxidation ab (s. Abb. 3). Aller-
12
Weizenkeimöl
Haselnuß
Sonnenblumenöl
Olivenöl
Butter
Maiskeimöl
Hering
Makrele
Distelöl
Walnuß
MUFS
g/100 g
Vitamin E
mg/100 g
65
6
63
9
3
53
7
3
75
40
215
25
50
13
2
31
1
1
35
6
Beurteilung
des Fettsäure/
Vitamin EVerhältnisses
+++++
++
++
+
0
0
–
–
–
––
Tabelle 1:
Der Gehalt an mehrfach
ungesättigten Fettsäuren
(MUFS) und damit
die Anzahl an Doppelbindungen korreliert
nicht zwangsläufig mit
der Vitamin EKonzentration:
Walnüsse haben ein
Vitamin E-Defizit (– –),
während Weizenkeimöl
einen großen Vitamin EÜberschuß aufweist
Vorkommen und Bedarf
Für die Versorgung mit Vitamin E beim Menschen sind pflanzliche Öle von zentraler Bedeutung. Bei der Beurteilung des
Vitamin E-Gehaltes verschiedener Nahrungsmittel muß jedoch
das Verhältnis von Vitamin E zu den mehrfach ungesättigten
Fettsäuren (MUFS) berücksichtigt werden, um eine antioxidative
Imbalance zu verhindern. Denn Vitamin E ist für den Schutz
der mehrfach ungesättigten Fettsäuren essentiell. Je mehr
Es gibt nur wenige
Lebensmittel,
die einen
Vitamin E-Überschuß aufweisen
13
MUFS ein Nahrungsmittel enthält, desto mehr Vitamin E muß
es bereitstellen, damit die Bilanz ausgeglichen ist (ca. 0,5 mg
Vitamin E pro g MUFS). Wie die Betrachtung einzelner Nahrungsmittel zeigt (s. Tab. 1), ist dies nicht per se gewährleistet.
Die beste Quelle für Vitamin E stellt Weizenkeimöl dar, das
bei uns jedoch – auch aufgrund des hohen Preises – keine
sehr große Verbreitung hat.
Je Gramm ungesättigte Fettsäuren
werden mindestens
0,5 mg Vitamin E
benötigt
Nach Angaben der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE)
sollen bei einer geschätzten Zufuhr von 14 bis 19 g MUFS pro
Tag je Gramm 0,5 mg Vitamin E zugeführt werden*. Einen
Sicherheitszuschlag eingerechnet, ergibt sich eine wünschenswerte Zufuhr von 12 mg Vitamin E täglich. Bei dieser Empfehlung dürfte aber die Zufuhr eine Menge von 24 g MUFS pro
Tag nicht überschreiten – sonst könnte die Bilanz unausgeglichen werden. Da Vitamin E so gut wie gar nicht gespeichert
werden kann, ist es erforderlich, daß die Zufuhr kontinuierlich
erfolgt und nicht von Tag zu Tag starken Schwankungen unterworfen ist.
Die empfohlene
Vitamin E-Zufuhr
wird von großen
Teilen der Bevölkerung nicht erreicht
Generell wird in Deutschland bei gemischter Ernährung eher
zu wenig Vitamin E aufgenommen. Eine aus den Empfehlungen resultierende Bedarfsdeckung wurde nach den Untersuchungen der VERA-Studie in 43 Prozent der Fälle nicht erreicht.
Dabei sind in diesen Untersuchungen die bekannten Risikogruppen mit erhöhtem Bedarf nicht einmal berücksichtigt.
Die Plasma
Vitamin E-Werte
müssen auf die
Gesamtlipide bezogen werden
*Die DGE wird im Laufe
des Jahres 2000 neue Empfehlungen herausgeben.
14
In vielen Fällen muß eher mit einer marginalen Bedarfsdekkung an Vitamin E gerechnet werden. Ein solches marginales
Defizit kann beim Erwachsenen bestehen, ohne daß spezifische Mangelsymptome zu beobachten sind. Folgende Erkrankungen und Zustände können mit einem erhöhten Bedarf oder
einer verringerten Zufuhr an Vitamin E einhergehen:
Erkrankungen, bei denen verringerte Plasmaspiegel
ein Vitamin E-Defizit deutlich zeigen
◆ Enteropathien
◆ Hämolytische Anämien
Faktoren oder Erkrankungen, bei denen ein
gesteigerter Vitamin E-Bedarf besteht
◆ Rauchen
◆ Chronischer Alkoholabusus
◆ Verbrennungen
◆ Zustand nach Polytraumen und schweren Operationen
◆ Ungünstige LDL/HDL-Quotienten
Risikogruppen
Erkrankungen, bei denen pathogenetisch freie
Radikale von Bedeutung sind und daher eine gute
Vitamin E-Versorgung sinnvoll ist
◆ Chronische Arthritis
◆ Katarakt
◆ Makuladegeneration
◆ Lokale Ischämien wie z.B. venöse Ulcera u.a.
Zur Beurteilung des Vitamin E-Status kann die Plasmakonzentration herangezogen werden (s. Tab. 2). Da aber die Vitamin
E-Spiegel im Plasma mit den Lipiden korrelieren, hat es sich als
notwendig erwiesen, die Vitamin E-Werte auf Gesamtlipide
zu beziehen. Daraus ergibt sich, daß von einem Vitamin EDefizit ausgegangen werden muß, wenn bei Erwachsenen ein
Wert von 0,8 mg/g Gesamtlipide und bei Kindern von 0,6 mg/g
Gesamtlipide unterschritten wird.
Erkrankungen, Zustände und Umweltfaktoren, bei
denen mit verstärkter Bildung von freien Radikalen
zu rechnen ist
◆ Diabetes mellitus
◆ Alterung
◆ Körperliche Schwerarbeit
◆ Luftverschmutzung
◆ Wundheilungsvorgänge
Ein manifester Mangel äußert sich beim Erwachsenen in einer
verringerten Lebensdauer der Erythrocyten und einer erhöhten
Empfindlichkeit gegenüber peroxidativ-induzierter Hämolyse.
Der Plasmaspiegel von Patienten mit Cholestase oder A-BetaLipoproteinämie liegt meist unter 0,1 mg /dl. Wer an Zöliakie,
Sprue, chronischer Pankreatitis, ulcerativer Colitis oder cysti-
15
Vitamin C
scher Fibrose erkrankt ist oder gastrektomiert ist, hat durch
schnittliche Werte zwischen 0,4 und 0,8 mg /g Gesamtlipide.
Die Bestimmung
des antioxidativen
Status und der
Lipide gibt Auskunft
über den
Versorgungsstatus
Der durchschnittliche Vitamin E-Plasmaspiegel bei hämolytischen Anämien liegt zwischen 0,8 und 1,2 mg/g Gesamtlipide.
Auch bei parenteraler Ernährung und bei der Gaucherschen
Speicherkrankheit kann die Vitamin E-Versorgung unzureichend sein.
Um sicher zu gehen, daß Ihr Patient ausreichend versorgt ist,
versuchen Sie, eine Analytik des antioxidativen Status und der
Lipide durchführen zu lassen. Sie können hierzu die Vitamine
E, C sowie Beta-Carotin bestimmen lassen. Auch eine Analyse
von Lipidperoxidationsprodukten ist möglich.
Tabelle 2:
Die mittleren, als normal
angesehenen PlasmaVitamin E-Spiegel
bei den verschiedenen
Altersgruppen
Altersgruppe
Tocopherol im Plasma
in mg/g Gesamtlipid
Erwachsene
Jugendliche
Kinder
Neugeborene
Frühgeborene
1,8
1,6 – 1,8
1,4 – 1,6
0,8 – 1,0
0,4 – 0,6
Vitamin C ist im eigentlichen Sinne kein echtes Antioxidans,
da es weder radikalische Kettenreaktionen unterbrechen kann,
noch dazu beiträgt, daß reaktive Sauerstoffverbindungen inaktiviert werden. Es stellt vielmehr ein essentielles wasserlösliches Redoxsystem dar, welches dazu beiträgt, daß im Zuge
des Radikalfangprozesses gebildete oxidierte Antioxidantien
wieder reduziert werden.
Exemplarisch ist dies für Vitamin E untersucht (s. Abb. 4). Aus
dem Zusammenspiel zwischen dem wasserlöslichen Vitamin
C, welches sowohl im Plasma als auch im wässrigen Kompartiment der Zelle, dem Cytoplasma, aktiv ist, wird deutlich, daß
neben einer ausreichenden Konzentration an lipidlöslichen
Antioxidantien also z.B. Vitamin E in der Membran auch eine
ausreichende Konzentration an Vitamin C für ein regelrechtes
Funktionieren des antioxidativen Netzwerkes eine unabdingbare Voraussetzung ist.
LOO ●
Vitamin C ist das
Bindeglied zwischen
dem lipidlöslichen
Vitamin E-Radikal
und endogenen,
antioxidativen Systemen im wässrigen
Kompartiment
Abbildung 4:
Synergismus von Vitamin
E und Vitamin C.
Vitamin E aus der Membran wird durch Vitamin
C regeneriert, das dadurch zum Radikal wird.
Im wässrigen Milieu der
Zelle findet die Regeneration des Vitamin C durch
z.B. das Glutathion-System (GSH-GSSG) statt
Es wird immer wieder behauptet, daß Vitamin E, wenn es im
Zuge des Radikalfangprozesses oxidiert wird, selbst die radikalische Kettenreaktion anstoßen könne. Dies ist grundsätzlich möglich und zwar ganz besonders dann, wenn keine reduzierenden Äquivalente, vor allem Vitamin C, vorhanden sind.
Untersuchungen aus jüngster Zeit zeigen jedoch, daß es zu
16
17
einem Anstieg des Vitamin E-Radikals erst dann kommt, wenn
das Vitamin C deutlich absinkt.
Die Gabe von Vitamin E sollte also immer gleichzeitig mit Vitamin
C erfolgen. Ebenso wie Vitamin C das Vitamin E-Radikal wieder
reduzieren kann, kann man eine solche Redoxeigenschaft auch
bei Beta-Carotin und evtl. anderen Carotinoiden beobachten.
Vorkommen und Bedarf
Vitamin C ist so
empfindlich gegenüber äußeren
Einflüssen wie Licht
oder Wärme, daß
sein Abbau als
Marker für das
Verhalten vieler
anderer Vitamine
angesehen wird
Genügt die offizielle
Empfehlung der
Vitamin C-Zufuhr
zur Prävention?
*Die DGE wird im Laufe
des Jahres 2000 neue Empfehlungen herausgeben.
18
Vitamin C ist in der Natur weit verbreitet. Für die menschliche
Ernährung stellen Gemüse, Obst und Kartoffeln die wichtigsten Quellen dar (s. Tab. 3). Allerdings ist Vitamin C sehr empfindlich: Durch Einwirkung von Luftsauerstoff wird es sehr
schnell zerstört. Dieser Prozeß wird durch Katalysatoren wie
z.B. Eisen und durch Wärme verstärkt. Ein Beispiel mag dies
verdeutlichen: Ein Apfel verliert unter guten Lagerbedingungen,
d.h. unter 3° C und hoher Luftfeuchtigkeit, nur ca. 0,2% Vitamin C pro Tag. Der gleiche Apfel – im warmen Wohnzimmer
gelagert – hat nach wenigen Tagen nahezu kein Vitamin C
mehr. Daher kommt der Sorgfalt bei der Lagerung und Zubereitung der Speisen große Bedeutung zu. Gerade bei der üblichen Gemeinschaftsverpflegung mit langen Warmhaltezeiten
sind die Verluste sehr groß. Andererseits wird heute eine Vielzahl von Lebensmitteln mit Vitamin C (Ascorbinsäure) angereichert. Dies geschieht meist nicht, um die Versorgung der
Menschen zu verbessern, sondern um das Lebensmittel haltbarer zu machen: Ein Apfelsaft wird z.B. schnell braun, was
der Zusatz von Vitamin C bei der Verarbeitung verhindert.
Gerade Fruchtsäfte tragen deshalb heute zu einem nicht unerheblichen Teil zur Versorgung bei.
Die DGE empfiehlt für Jugendliche und Erwachsene eine Zufuhr von 75 mg Vitamin C pro Tag*. Diese 75 mg reichen zweifellos aus, um bekannte Mangelerscheinungen wie Skorbut
zu verhindern. Eine optimale antioxidative Funktion setzt jedoch hohe Plasma- und Gewebekonzentrationen voraus, wozu
eine tägliche Aufnahme von mindestens 100 – 200 mg notwendig ist. Die VERA-Studie hat ergeben, daß die empfohlenen 75 mg Vitamin C pro Tag meist erreicht werden. Aller-
dings liegen die tatsächlichen Aufnahmen unter 100 mg: Nach
obigen Ausführungen zur optimalen antioxidativen Wirkung
wäre also auch bei der breiten Bevölkerung, besonders aber
bei Rauchern (s. unten), eine Zufuhrerhöhung wünschenswert.
Lebensmittel
(roh)
Paprika
Brokkoli
Grün-, Rosenkohl
Weiß-, Rot-, Blumenkohl
Kiwi
Orangen und Saft
Acerola
Hagebutten
Zitronen und Saft
Vitamin C
mg/100 g
140
110
80
50
100
50
1500
1250
50
Beurteilung
als Vitamin CQuelle
++++++
++++++
++++
+++
++
++
+
+
+
Risikogruppen
Marginale Zufuhr
◆ Senioren
Die Ernährung ist oft arm an frischem Obst und Gemüse.
Auch Senioren in stationären Einrichtungen haben oft einen
Vitamin C-Mangel: Neben Verlusten durch das Warmhalten von Speisen spielen sicher auch Faktoren wie Kauschwierigkeiten und Appetitlosigkeit eine große Rolle.
Tabelle 3:
Die Vitamin C- Gehalte
von Lebensmitteln, wie
sie in Nährwerttabellen
zu finden sind. Die
Angaben können nur
Richtwerte darstellen,
da der Gehalt von Anbau-, Transport-, Lagerund Verarbeitungsbedingungen abhängt.
Bei der Beurteilung von
Lebensmitteln als Quelle
für einen Nährstoff
müssen auch Verfügbarkeit und Gewohnheiten
berücksichtigt werden:
So sind rohe Acerola
zwar sehr Vitamin Creich, jedoch wird kaum
jemand große Mengen
davon essen
Die klassische
Risikogruppe für
Vitamin C-Mangel
sind heute nicht
mehr die Seefahrer
Erhöhter Bedarf
◆ Raucher
Es finden sich in dieser Gruppe regelmäßig erniedrigte Plasma Vitamin C-Werte, was wahrscheinlich auf einen erhöhten Verbrauch und damit Bedarf durch die gesteigerte Bildung freier Radikale zurückzuführen ist.
◆ Schwangere und Stillende
◆ Früh- und Neugeborene
◆ Während Antibiotikatherapie und unter Hämodialyse
19
Beta-Carotin
Beta-Carotin ist der
Hauptvertreter der
großen Familie der
Carotinoide
Beta-Carotin gehört zur Familie der Carotinoide, von denen
wir etwa 600 kennen und von denen 40 bisher in Lebensmitteln identifiziert wurden. Eine Reihe davon, unter ihnen als
Hauptvertreter das Beta-Carotin, weist sogenannte Provitamin
A-Aktivität auf, d.h. sie können im Organismus zu Vitamin A
verstoffwechselt werden. Das bedeutet aber, daß Wirkungen,
die dem Beta-Carotin und anderen Provitamin A-Carotinoiden
zugeschrieben werden, durchaus auch durch das im Stoffwechsel entstehende Vitamin A bedingt sein können. Eine Abgrenzung ist häufig schwierig, so daß in manchen Fällen nicht mit
letzter Sicherheit gesagt werden kann, wie die beobachteten
Wirkungen zustande gekommen sind.
Beta-Carotin kann
von reaktiven Sauerstoffverbindungen
aufgenommene
Energie in Form von
Wärme abgeben
Eine besondere Wirkungsweise, die durch Vitamin A selbst nicht
möglich ist, hat Beta-Carotin als Antioxidans: Es kann reaktive
Sauerstoffverbindungen und hier ganz besonders den Singulett-Sauerstoff abfangen. Dieses Abfangen geschieht, indem
Beta-Carotin die Energie des Singulett-Sauerstoffs aufnimmt
und in Form von Wärme abgibt:
O2 + Beta-Carotin ➜ Beta Carotin-Radikal
Beta-Carotin-Radikal ➜ Beta Carotin + Wärme
1
Beta-Carotin:
Wichtiges Element
des Schutzmechanismus der Haut
20
Damit ist erreicht, daß sich diese Energie nicht auf andere Verbindungen überträgt und damit freie Radikale produziert. Aus
diesem Prozeß – dem sogenannten Quenchen – geht BetaCarotin wieder als aktives Antioxidans hervor. Der SingulettSauerstoff kann sowohl im Stoffwechsel als auch durch ultraviolettes Licht in der Haut entstehen. Folglich kommt dem Hautschutz durch Beta-Carotin eine ganz besondere Bedeutung
zu. Eine ausreichende Konzentration von Beta-Carotin, möglicherweise aber auch von anderen Carotinoiden, in der Haut,
kann diese vor schädlichen Einwirkungen des Sonnenlichtes
schützen. Zu den UV-Schäden zählen ganz besonders die lokale Immunabwehr, aber möglicherweise auch Prozesse der
vorzeitigen lichtinduzierten Hautalterung, wie in kürzlich durchgeführten Untersuchungen beobachtet wurde.
Durch UV-Licht nimmt der Beta-Carotin-Gehalt der Haut sehr
schnell ab. Bereits wenige Tage nach intensiver Sonneneinstrahlung ist diese Abnahme in der Haut (insbesondere bei
empfindlicher Haut des Hauttyps I und II) und im Blut meßbar.
Da aber niedrige Blutwerte an Beta-Carotin auf Dauer das
Risiko für die Entwicklung verschiedener Krebsformen erhöhen, sollte auf eine ausreichende Zufuhr des Beta-Carotins besonders über die Ernährung geachtet werden. Es wird von einigen Dermatologen empfohlen, daß Menschen mit empfindlicher Haut vor Antritt des Urlaubs in der Sonne, besonders
wenn dieser in der Winterzeit stattfindet, für eine kurze Zeit
(6 – 8 Wochen) eine höhere Dosis Beta-Carotin (20 mg/Tag)
supplementieren. Hierdurch kann, wie verschiedene Untersuchungen gezeigt haben, tatsächlich die Haut geschützt werden. Dabei stellt sich aber die Frage, inwieweit eine solche
Dosis möglicherweise als Überdosis zu betrachten ist und ein
Risiko darstellt (s. Seite 28).
Hohe Beta-CarotinGehalte in der Haut
können diese vor
lichtinduzierten
Schäden schützen
Vorkommen und Bedarf
Der Anteil von Beta-Carotin in pflanzlichen Nahrungsmitteln
ist unterschiedlich groß. Die Gehalte liegen bei Früchten zwischen 2 und 10 mg/kg und bei Gemüse zwischen 20 und 60
mg/kg (s. Tab. 4). Geht man von einem Pro-Kopf-Verbrauch in
der Bundesrepublik von 75 kg Gemüse und 85 kg Obst pro
Jahr aus, so ergibt sich unter optimierten Bedingungen, ohne
Berücksichtigung von Zubereitungsverlusten, eine tägliche Zufuhr
von etwa 1,5 mg Beta-Carotin. Diese Berechnungen stimmen
mit US-amerikanischen Daten (von USDA und FDA) überein.
Beta-Carotin
kommt nur in
Gemüse und
Früchten vor
Die VERA-Studie zeigte für Deutschland eine mittlere Aufnahme von ca. 2 mg /Tag. Unberücksichtigt bleibt jedoch der Anteil an Beta-Carotin, der zu Vitamin A umgewandelt wird und
somit nicht für antioxidative Zwecke zur Verfügung steht.
Orientiert man sich an den epidemiologischen Studien, die außer den Beta-Carotin-Werten im Plasma auch die Ernährung
der Studienteilnehmer erfaßt haben, so läßt sich eine tägliche,
präventiv wirksame Dosis von 6 bis 8 mg berechnen. Dies entspricht in etwa auch der Forderung des US-amerikanischen
National Cancer Institute, das 5,7 mg pro Tag empfiehlt.
Die bekannte
präventive Dosis
ist weit höher als
die tatsächliche
Aufnahme
21
Die Bedeutung der Antioxidantien bei der
Entstehung von Erkrankungen
Tabelle 4:
Auch in Gemüse und
Früchten sind die BetaCarotin-Gehalte sehr
unterschiedlich
Früchte
(roh)
Beta-Carotin
mg/100 g
Orangen
Erdbeeren
Bananen
Pfirsiche
Kirschen
Honigmelonen
Holunderbeeren
Aprikosen
0,05
0,08
0,2
0,4
0,5
0,6
1,1
1,5
Gemüse
(roh)
Beta-Carotin
mg/100 g
Bohnen
Paprika
Tomaten
Endivie
Lauch
Feldsalat
Brokkoli
Karotten
0,3
0,6
0,8
2,0
2,0
3,9
2,5
7,0
Antioxidantien und Atherosklerose
Die Wirkung von Antioxidantien soll im folgenden an deren Einfluß auf die Pathogenese der Atherosklerose verdeutlicht werden. Eine modellhafte Darstellung der frühen Phasen der Entstehung der Atherosklerose ist in Abbildung 5 wiedergegeben.
Risikogruppen
◆ Personen mit schlechtem Ernährungsstatus, eingeschränkter Nahrungszufuhr, Störung der Beta-Carotin-Aufnahme
oder erhöhtem Bedarf (Malabsorption bzw. Maldigestion)
◆ Personen mit klassischen kardiovaskulären Risikofaktoren
(Nikotinabusus, Body-Mass-lndex > 30); besonders bei
Rauchern finden sich deutlich erniedrigte Plasma-BetaCarotin-Spiegel
Danach wird in den subendothelialen Raum einströmendes LDL
durch Singulett-Sauerstoff oder Hydroxylradikale oxidiert. Dies
bewirkt über die Freisetzung eines chemotaktischen Proteins
(MCP-1) einen verstärkten Einstrom von Monozyten. Andere
freie Radikale und Peroxide führen zu einer weiteren Oxidation
des LDL. Dieses kann von Makrophagen, die aus Monozyten
entstanden sind, nicht mehr über den normalen Weg (LDLRezeptor) aufgenommen werden. Die Bindungsdomäne des
Apo-B-Anteils der LDL-Partikel, die durch die Oxidation verändert ist, kann nicht mehr vom Oberflächen-LDL-Rezeptor des
Makrophagen erkannt werden. Dadurch kommt es zu einer
Aufnahme von LDL über den Scavenger-Rezeptor. Dieser kann
im Gegensatz zum LDL-Rezeptor nicht herunterreguliert werden: LDL strömt ungehindert ein, was zu einer Cholesterinüberladung des Makrophagen führt und letztlich in der Bildung von Schaumzellen resultiert. Diese wiederum können zur
22
Abbildung 5:
Modell der Bildung von
Schaumzellen, die zur
Schädigung des Endothels beitragen können.
Diese Vorgänge stellen
die frühe Phase der
Atheroskleroseentstehung
dar
Oxidative Prozesse
führen zu einer
CholesterinÜberladung von
Makrophagen
23
Endothelschädigung beitragen, was die frühesten Veränderungen bei der Atherosklerose erklärt.
Diese ersten Schritte in der Entstehung der Atherosklerose
können durch die Antioxidantien beeinflußt werden. Sie können die Oxidation der LDL im subendothelialen Raum unterdrücken. Wie resistent die LDL gegenüber der oxidativen
Modifizierung sind, hängt von der Konzentration der einzelnen Antioxidantien im Blut ab. Dies konnte besonders für BetaCarotin und Vitamin E gezeigt werden.
Epidemiologische Studien
Abbildung 6:
Korrelation zwischen
der aktuellen altersspezifischen KHKMortalität bei Männern
(mittlere Altersklasse)
aus 16 verschiedenen
Bevölkerungsgruppen
und der Vorhersage
der KHK-Mortalität,
errechnet aus den
Parametern Vitamin A
und E, diastolischer
Blutdruck und
Gesamtcholesterin
Quelle: Gey et al., 1989
Abbildung 7:
Das Nord-Süd-Gefälle
in der Inzidenz von KHK
und anderer Herzkrankheiten
Koronare
Herzkrankheiten
Andere
Herzkrankheiten
500
400
200 100
300
0
100 200 300 400 500 600
lnterventionsstudien
200
100
0
0
100
200
300
KHK- Mortalität vorhergesagt nach Modell
24
Diese Beobachtung deckt sich auch mit dem seit langem bekannten Nord-Süd-Gefälle in der KHK-Inzidenz (s. Abb. 7) und
der im Süden deutlich höheren Aufnahme v. a. von Beta-Carotin aus Gemüse und Früchten (s. Tab. 5) bzw. von Vitamin E
aus pflanzlichen Ölen.
Verschiedene epidemiologische Studien zeigen, daß zwischen
der KHK-Mortalität und der Plasmakonzentration der Vitamine A und E eine inverse Beziehung besteht. In einem Modell,
welches das KHK-Mortalitätsrisiko vorhersagt, zeigt sich für
die Variablen Vitamin A, E, diastolischer Blutdruck und Cholesterin eine Zuverlässigkeit mit hoher Signifikanz (r2 = 0,87). Die
alleinige Betrachtung des KHK-Risikos auf Grundlage des Gesamtcholesterins ergab eine im Vergleich dazu schwache Korrelation (r2 = 0,29). Mit diesem Modell der vier Variablen lassen sich die KHK-Risiken trotz landesspezifischer Unterschiede
mit hoher Wahrscheinlichkeit vorhersagen (s. Abb. 6). Obwohl
Vitamin E direkt hemmend auf die Entwicklung einer AtheroAktuelle KHK-Mortalität pro 100.000
Das KHK-Risiko
läßt sich aus den
Parametern
Vitamin A,
Vitamin E,
diastolischer Blutdruck und
Cholesterin mit
großer Wahrscheinlichkeit vorhersagen
sklerose wirkt, kann man nicht im Umkehrschluß postulieren,
daß ein Vitamin E-Mangel bevorzugt diese Erkrankung verursacht. Vielmehr bedeutet dies, daß eine unzureichende Zufuhr, eine unausgewogene Bilanz zwischen Peroxidation und
Vitamin E oder eine verminderte periphere Verfügbarkeit die
Entwicklung der Erkrankung mit begünstigen.
400
500
Es liegen einige Interventionsstudien vor, die sich mit der Frage der Wirkungsweise von Vitamin E in höheren Dosen auf
den Verlauf der Atherosklerose bzw. auf die Restenosierung
nach Ballon-Katheterisierung befaßt haben. Damit aber werden Wirkungsweisen des Vitamins geprüft, die im klassischen
Sinne als pharmakologisch zu betrachten sind.
25
Es liegen Studien
vor, die die sekundäre präventive
Wirkung von
Vitamin E bei
atherosklerotischen
Veränderungen
belegen
CLAS-Trial:
Deutlicher Rückgang der Stenoserate bei mehr als
200 mg Vitamin E
pro Tag
Die wichtigste dieser Studien ist die sogenannte CHAOS Studie, in der der Effekt einer Vitamin E-Gabe (zunächst 800 mg,
später 400 mg /Tag) auf den Verlauf der koronaren Herzkrankheit bei Hochrisikopatienten gegen Placebo geprüft wurde.
Der Behandlungszeitraum lag zwischen 3 und 950 Tagen. Das
Ergebnis war in zweierlei Hinsicht überraschend. Zum einen
nahm die Sterblichkeit an Myokardinfarkt in der behandelten
Gruppe signifikant ab. Eine Zunahme der Todesfälle war allerdings in den ersten sechs Behandlungsmonaten zu beobachten. Es muß die Frage gestellt werden, inwieweit hier nicht
schon so weit fortgeschrittene Erkrankungszustände bestanden haben, daß jede Intervention ohne Erfolg gewesen wäre.
Beta-Carotin und Lungenkrebs
Land
Gemüse
Kartoffeln
Obst
(Verzehrsangabe in g/Tag)
Die deutliche Abnahme der nicht tödlichen Infarktereignisse
scheint dagegen zu belegen, daß Vitamin E die Progression
der Erkrankung und damit auch die Zunahme der Stenosierung
zu hemmen scheint. Letzteres wird durch Studien gestützt,
die den Effekt von Vitamin E auf die Restenosierung nach Ballon-Katheterisierung untersuchten. Im sogenannten CLAS-Trial
zeigte sich ein deutlicher Rückgang der Stenoserate bei Vitamin E-Gaben von mehr als 200 mg /Tag, was im Sinne einer
Hemmung des üblicherweise progressiven Verlaufs der Stenosierung interpretiert werden kann.
Deutschland
Frankreich
Finnland
119 g
227 g
87 g
Mit diesen Untersuchungen ist also erstmals und eindrucksvoll gezeigt, daß Vitamin E im Sinne einer pharmakologischen
Intervention bei Patienten mit koronarer Herzkrankheit eingesetzt werden könnte. Zweifellos muß der Effekt auf die in der
CHAOS-Studie beobachtete Frühsterblichkeit näher untersucht
werden.
26
Epidemiologische Studien zeigen vor allem Zusammenhänge
zwischen Rauchen, Beta-Carotin-Blutspiegeln und Lungenkrebsrisiko auf. Hieraus kann jedoch kaum abgeleitet werden,
daß Beta-Carotin alleine Raucher vor Lungenkrebs schützen
kann. Vielmehr korreliert der Beta-Carotin-Blutspiegel eng mit
dem Verzehr von Obst und Gemüse, der im Ländervergleich
unterschiedlich ist (s. Tab.5).
87 g
151 g
171 g
100 g
171 g
80 g
Zwei große Studien sind der Frage nachgegangen, ob die epidemiologisch in vielen Untersuchungen beobachtete Korrelation zwischen dem Blutspiegel an Beta-Carotin und der Häufigkeit von Lungenkrebs bei Rauchern wie auch bei Nichtrauchern Ansatz für eine Intervention sein kann. Aus diesem Grunde wurde bei nahezu 30.000 freiwilligen Teilnehmern, die in
den meisten Fällen mehr als 25 Jahre stark geraucht hatten,
eine Placebo kontrollierte lnterventionsstudie durchgeführt. Im
einen Fall bestand sie aus einer Kombination von 20 mg BetaCarotin und 50 mg Vitamin E pro Tag, im anderen aus
30 mg Beta-Carotin und 25.000 IE Vitamin A, jeweils gegen
Placebo. Nachdem sich zum Abschluß der ersten Studie
(Finnlandstudie) zur großen Überraschung der Wissenschaftler gezeigt hatte, daß die mit Beta-Carotin supplementierte
Gruppe signifikant häufiger Lungenkrebs aufwies, wurde die
zweite laufende Studie hinsichtlich ihrer Entwicklung kontrolliert und vorzeitig abgebrochen, da sich hier ein nahezu identisches Ergebnis (Steigerung des Lungenkrebses) in der mit BetaCarotin und Vitamin A supplementierten Gruppe fand. Wenngleich eine Vielzahl von kritischen Beurteilungen den Wert dieser Studien in Frage gestellt haben, so zeigen diese doch zwei
für die Beurteilung der Effizienz und auch der Sicherheit des
Beta-Carotins wichtige Aspekte:
Tabelle 5:
Der mittlere tägliche
Verzehr von Gemüse,
Kartoffeln und Obst,
exemplarisch für die
Länder Deutschland,
Frankreich und Finnland.
Quelle: Winkler et al.,
1992
Der Zusammenhang
zwischen Versorgungsstatus mit
Antioxidantien und
Lungenkrebsrisiko
ist einer der interessantesten Ansätze
zur Prävention
27
◆ Jahrelanger Nikotinabusus läßt sich nicht durch Gabe einzelner Vitamine kompensieren.
◆ Das Risiko für die Entwicklung von Lungenkrebs scheint
sich bei Rauchern unter jahrelanger Einnahme von BetaCarotin in Mengen, die die physiologischen Dosen weit
überschreiten, zu erhöhen.
Die Beobachtung, daß Beta-Carotin alleine das Krebsrisiko nicht
mindern kann, scheint gegen die epidemiologische Evidenz
zu sprechen. Streng genommen hat die Epidemiologie jedoch
lediglich gezeigt, daß hohe Plasmawerte an Beta-Carotin mit
einem geringeren Risiko korrelieren. Diese hohen Plasmawerte
sind jedoch bei den untersuchten Gruppen durch eine spezielle Ernährungsweise (s. Tab. 5) und nicht wie in der Interventionsstudie durch eine Supplementierung mit Beta-Carotin zu erklären. Dies wird durch die Ergebnisse der Nachauswertung
bestätigt, die zeigen, daß die Probanden, die zu Beginn der Studie, also vor der Supplementierung, die höchsten Plasma-BetaCarotin-Werte aufwiesen, das geringste Risiko für die Entwicklung von Lungenkrebs hatten.
Oberstes Ziel muß
es sein, primäre
Risikofaktoren wie
Rauchen zu
eliminieren und
präventiv langfristig
den Versorgungsstatus mit
Antioxidantien zu
verbessern
28
In der Frage, inwieweit Raucher weiterhin Beta-Carotin supplementieren sollten, kann heute diesbezüglich keine Empfehlung mehr abgegeben werden. Vielmehr sollten Raucher versuchen, neben der obligatorischen Forderung, das Rauchen
einzustellen, den Anteil carotinoidreicher Obst- und Gemüsesorten steigern, um auf diese Weise hohe Beta-Carotin-Blutwerte zu bekommen. Auch der Konsum angereicherter Lebensmittel wie z.B. von Fruchtsäften kann durchaus noch empfohlen werden, solange die darin enthaltene Beta-Carotin-Dosis
die tägliche Gesamtzufuhr von 10 mg nicht übersteigt. Diese
Grenzwertdosis 10 mg, die auf einem internationalen Konsensusgespräch als sicherer Wert auf der Grundlage wissenschaftlicher Daten erarbeitet wurde, entspricht der durch Ernährung
maximal möglichen Beta-Carotin-Zufuhr. Eine solche Zufuhr
wurde in den epidemiologischen Studien mit dem geringsten
Risiko für die Entwicklung von Lungenkrebs assoziiert. Hinsichtlich der Frage einer vorübergehenden Einnahme höherer
Dosierungen Beta-Carotin (bis max. 30 mg /Tag über 2 – 3
Monate) kann nach derzeitigem Wissensstand davon ausgegangen, werden, daß diese keine negativen Auswirkungen hat.
Beta-Carotin und Colonkrebs
Es gilt als allgemein akzeptiert, daß die Zufuhr von Ballaststoffen aus Getreide sowie Gemüse die Entwicklung des Colonkrebses hemmt. Die Ursachen für diesen präventiven Effekt
werden einerseits in der positiven Auswirkung einzelner nichtverdaubarer „Fasern“ auf den Verdauungsvorgang und die
bakterielle Mikroflora gesehen.
Getreideballaststoffe können
vor Dickdarmkrebs
schützen
Andererseits sind Ballaststoffe, besonders wenn sie aus Gemüse stammen, immer mit Carotinoiden und meist mit BetaCarotin assoziiert. Durch die „bindende“ Wirkung mancher
Ballaststoffe auf diese fettlöslichen Verbindungen werden die
Carotinoide zum Teil der Resorption im oberen Dünndarm
entzogen und gelangen so in mehr oder weniger großer Konzentration in den Dickdarm. Hier werden sie durch die Mucosazellen aufgenommen und tragen zum Schutz der Zellen vor
Carcinogenen und freien Radikalen bei.
Beta-Carotin kann
sich in der
Dickdarmmucosa
anreichern und
stellt dort einen
Abwehrmechanismus
gegen Carcinogene
und freie Radikale
dar
Kürzlich durchgeführte Untersuchungen haben ergeben, daß
eine vorübergehende (10 Wochen) Supplementierung mit BetaCarotin zu einer Anreicherung in der Rektalmucosa führt.
Gleichzeitig konnte eine Abnahme carcinogen aktiver Enzyme
gemessen werden, was die präventive Wirkung erklären kann.
Carotinoide/Vitamin E und Makula-Degeneration
Seit einiger Zeit mehren sich Befunde, daß antioxidative Vitamine und hier besonders bestimmte Carotinoide und Vitamin
E das Auge vor der Entwicklung der adulten Makula-Degeneration (AMD) schützen können. Diese Erkrankung beruht auf
einem fortschreitenden Verlust der Funktion der Retina im
Bereich des schärfsten Sehens, der Makula-Lutea. Jenseits des
75. Lebensjahrs ist die AMD die häufigste Ursache für Erblindung. Da es bisher keine Therapie gibt, muß auf Intervention
gesetzt werden.
Es mehren sich
Hinweise darauf,
daß antioxidative
Vitamine vor
adulter MakulaDegeneration
schützen können
Die gelbe Färbung der Makula Lutea rührt von zwei Carotinoiden, Lutein und Zeaxanthin, her. Menschen mit einer hohen Zufuhr an diesen Carotinoiden weisen, wie epidemiolo-
29
Empfehlungen für die Praxis
Die Carotinoide
Lutein und
Zeaxanthin sowie
Vitamin E können
das Erkrankungsrisiko senken
Antioxidative
Vitamine können
den Abbau von
Photorezeptoren
hemmen
gische Untersuchungen zeigten, ein deutlich geringeres Risiko
für die Entwicklung der AMD auf. Auch eine hohe Zufuhr an
Vitamin E reduziert das Risiko. Die Ursache liegt darin, daß
diese Carotinoide zusammen mit dem Vitamin E die empfindlichen Photorezeptoren an unterschiedlicher Stelle schützen.
Carotinoide finden sich in Bereichen mit niedrigem, Vitamin E
kommt in Bereichen mit hohem Sauerstoffpartialdruck vor.
Damit werden die radikalfangenden Eigenschaften optimal
genutzt. Radikale entstehen immer dann, wenn UV Licht auf
die Photorezeptoren fällt und die dort befindlichen ungesättigten Fettsäuren oxidativ verändert. Wird die dadurch entstehende Kettenreaktion nicht unterbrochen, so kommt es zum
Abbau der Photorezeptoren. Die Abbauprodukte reichern sich
im Pigmentepithel an und führen hier nicht nur zu der bei
AMD zu beobachtenden Neovaskularisierung, sondern stellen
darüber hinaus auch wieder ein radikalgenerierendes Gewebe dar. Eine gute Versorgung mit Vitamin E und Carotinoiden
ist somit eine wichtige präventive Maßnahme gegen die Entwicklung der AMD. Vitamin E ist vor allem in pflanzlichen Ölen
zu finden, Spinat und andere tiefgrüne Blattgemüse liefern
reichlich Lutein und Zeaxanthin.
Vitamin E und rheumatoide Arthritis oder Osteoarthritis
Vitamin E in
höheren Dosen
zeigt therapeutischen Effekt bei
Osteoarthritis
30
Beim Hohenheimer Consensus Meeting wurde der Wert einer
Mono- oder adjuvanten Therapie mit Vitamin E bei rheumatoider Arthritis (RA) oder Osteoarthritis (OA) diskutiert. Mit
folgendem Ergebnis: Vitamin E weist in höheren Dosen einen
therapeutischen Effekt bei der OA auf. Es liegen klinische Studien vor, die einen positiven Effekt auf Symptome und objektive klinische Zeichen zeigen. Eine antiinflammatorische Wirkung des Vitamin E konnte bisher nur in vitro beobachtet werden. Weitere Studien sind nötig, um diesen Effekt in vivo zu
verifizieren. Zur Zeit wird empfohlen, einen Versuch mit einer
Vitamin E-Therapie zu unternehmen. Nebenwirkungen sind
bei Vitamin E im Gegensatz zu nichtsteroidalen Antirheumatika
(NSA) nicht zu erwarten.
Das Besondere an den antioxidativen Vitaminen, zu denen nach
neueren Erkenntnissen auch einige wasserlösliche Vitamine
gezählt werden müssen, ist es, daß sie wie ein Netzwerk untereinander verbunden sind. Es ist also, von speziellen Indikationen abgesehen, nicht sehr sinnvoll, nur ein einzelnes Vitamin zu supplementieren bzw. die Ernährung so auszurichten, daß z. B. über ständigen Genuß von Zitronen- oder
Karottensaft nur Vitamin C oder β-Carotin zugeführt werden.
Da wir darüber hinaus zu wenig darüber wissen, in welcher
Konzentration eine individuelle Bedarfsanpassung möglich ist,
erscheint es nach vorliegenden wissenschaftlichen Erkenntnissen durchaus sinnvoll, eine Multi-Mikronährstoff-Kur durch
entsprechende Ernährung (Steigerung der Obst- und Gemüsezufuhr, Reduzierung der Fleischzufuhr, sowie Ersatz tierischer
durch pflanzlicher Fette) durchzuführen oder aber bei Supplementen, solche Präparate zu wählen, die möglichst viele einzelne Mikronährstoffe, also Vitamine, Spurenelemente und
Mineralstoffe, enthalten.
Antioxidative
Vitamine sind wie
ein Netzwerk untereinander verbunden
Die allgemeinen Empfehlungen, die Zufuhr von vegetabilen
Nahrungsbestandteilen wegen des hohen Gehaltes an Carotinoiden, phenolischen Antioxidantien, Spurenelementen, B-Vitaminen und Ballaststoffen zu Lasten tierischer Produkte, und
hier v.a. tierischer Fette, zu erhöhen, muß jedoch differenziert
werden. Allein der Ersatz tierischer Fette durch pflanzliche Öle
reicht nicht aus. Die dadurch vermehrt zugeführten MUFS
(mehrfach ungesättigte Fettsäuren) entfalten nur dann ihre positiven Wirkungen, wenn sie durch eine erhöhte Menge an
Vitamin E gestützt werden. Wegen des hohen Gehaltes an
Carotinoiden muß auf den Verzehr von insbesondere tiefgrünen
und orangefarbenen Gemüse- und Obstsorten hingewiesen
werden. Die derzeit tägliche Aufnahme von etwa 120 g Gemüse pro Tag muß mindestens verdoppelt werden, um schützende Effekte wie in den Mittelmeerländern zu erreichen.
Vegetabile
Nahrungsbestandteile zu Lasten
tierischer Lebensmittel erhöhen
Die Ernährung so
gestalten, daß
eine optimale
Versorgung mit
allen Nährstoffen
gewährleistet ist.
Dem Obst- und
Gemüseverzehr
wird nach wie vor
größte Bedeutung
zugeschrieben
In der Praxis steht der präventive Einsatz der Antioxidantien im
Vordergrund. Im Hohenheimer Konsensusgespräch 1995 wurde versucht, die Empfehlung für antioxidative Vitamine unter
Berücksichtigung der jüngsten Erkenntnisse neu zu formulieren (s. Tab. 6). Grundlage der Beurteilung waren die „präventiven Plasmaspiegel“, die in großen Kollektiven (Baselstudie,
31
US Health Professionals Study, NHANES, MONICA-Projekt,
Edinburgh-Angina-Fallstudie) ermittelt wurden.
Tabelle 6:
Die von einem internationalen WissenschaftlerGremium empfohlenen
präventiven
Plasma-Spiegel der
antioxidativen Vitamine
Vitamin
präventive
Plasma-Konzentration
Alpha-Tocopherol (Vitamin E)
Ascorbinsäure (Vitamin C)
Beta-Carotin
> 30 µmol/ l*
> 50 µmol/ l*
> 0,4 µmol/ l*
*lipidkorrigiert auf 220 mg/dl Cholesterin und 110 mg/dl Triglyceride bzw.
Alpha-Tocopherol/Cholesterin 5,1– 5,2 µM/mM
Aus der Beziehung zwischen hohen Plasmawerten und geringerer Morbidität bzw. Mortalität an koronarer Herzkrankheit
und neoplastischen Erkrankungen kann angenommen werden,
daß die Plasmakonzentrationen den für die Prävention dieser
Erkrankungen notwendigen individuellen Versorgungszustand
hinreichend widerspiegeln. Werte, die 15 bis 20% unter den
präventiven Schwellenwerten liegen, sind mit einer statistischen
Verdopplung des Risikos assoziiert.
Um die präventiven Plasma-Spiegel zu erreichen, müssen im
Mittel täglich zugeführt werden:
◆ Vitamin E (15 bis 30 mg)
sind z.B. enthalten in 10 bis 15 ml Weizenkeimöl
◆ Vitamin C (75 bis 150 mg)
sind z.B. enthalten in 100 g Paprika
oder 200 g Erdbeeren
oder 300 g Orangen
◆ Beta-Carotin (2 bis 4 mg)
sind z.B. enthalten in 100 g Feldsalat
oder 200 g Paprika
oder 300 g Tomaten
32
Es können nur Bereiche angegeben werden, da die Reaktionen der Plasmakonzentration auf eine gegebene Zufuhr individuell variieren und breiter angelegte Studien über Zufuhr und
resultierende Plasmaspiegel fehlen.
Zusätzliche biochemische und funktionelle Meßgrößen des antioxidativen Systems bleiben zu erarbeiten, um insbesondere
Risikogruppen mit erhöhtem Bedarf definieren zu können.
Obwohl für Vitamin E und C keine Berichte vorliegen, die für
hohe Dosen (Vitamin E > 600 I.E./Tag, Vitamin C > 1g/Tag)
unerwünschte Nebenwirkungen zeigen, sollten wegen fehlender präventiver Langzeitstudien Dosierungen von Vitamin E
≥ 400 I. E./Tag und von Vitamin C ≥ 1g/ Tag über längere Zeit
vermieden werden. In großen mehrere Jahre dauernden epidemiologischen Studien hat sich eine tägliche Dosis von
β-Carotin ≤ 10 mg als unbedenklich erwiesen. Weitere Forschung ist jedoch notwendig, um die Sicherheit höherer Dosierungen in Kombinations- und Einzelpräparaten über längere Zeit in unterschiedlichen Altersklassen zu evaluieren.
Lebhaft diskutiert wurde über einen Bericht, nach dem Vitamin C in hoher Dosierung DNA Schäden verursachen könne.
Man hatte bei freiwilligen Probanden nach Gabe von 500 mg
Vitamin C über einen Zeitraum von 12 Wochen beobachtet,
daß es zu oxidativen Veränderungen an der DNA kam. Diese
waren jedoch von einem Rückgang anderer oxidativer Veränderungen der DNA, die wissenschaftlich als weitaus kritischer
eingestuft werden, begleitet. Das Ergebnis kann deshalb lediglich Anlaß dazu geben, darüber nachzudenken, ob nicht
die isolierte Gabe einzelner Vitamine dem Gedanken des
antioxidativen Netzwerkes zuwider läuft.
Angereicherte Lebensmittel und /oder Supplemente sind dann
indiziert, wenn sich eine gezielte Ernährung nicht dauerhaft
realisieren läßt. Eine Steigerung der Antioxidantienzufuhr stellt
keine Kompensationsmaßnahme für einen ungesunden Lebenswandel dar. Die Erhöhung der Zufuhr bei Gesunden wie
auch bei Risikogruppen stellt nur dann eine echte präventive
Maßnahme dar, wenn gleichzeitig eine Minderung der
prooxidativen Risikofaktoren verwirklicht wird.
Dosierungen von
Vitamin E ≥ 400 I. E./
Tag und von Vitamin
C ≥ 1 g /Tag sollten
über längere Zeit
vermieden werden.
Eine tägliche Dosis
von ≤ 10 mg
β -Carotin ist unbedenklich
Isolierte Gaben
einzelner Vitamine
könnten bedenklich sein
Mit erhöhter Antioxidantienzufuhr
läßt sich ein
ungesunder Lebenswandel nicht
kompensieren
33
Anhang
Literatur
1 Biesalski, H.-K.: Beta-Carotin und Krebs. VitaMinSpur, Suppl 7, 1–32,1991
2 Biesalski, H.-K.: Antioxidative Vitamine und Rauchen.
Akt. Ernährungsmedizin 16, 269–279, 1991
3 Biesalski, H.-K. et al.: Hohenheimer Konsensusgespräch: Antioxidative
Vitamine in der Prävention. Deutsches Ärzteblatt 92, 1316 –1324, 1995
4 Esterbauer, H., Striegel, G., Puhl, H., Oberefther, M.: The role of vitamin E
and carotinoids in preventing oxidation of low density lipoproteins.
Ann. N. Y. Acad. Sci. 570, 254–267, 1989
5 Gaziano, J.M., Mauson, J.E.: Dietary antioxidants and cardiovascular disease.
Ann. N. Y. Acad. Sci. 669, 249 –259, 1992
6 Gey, K.F., Puska, P., Jordan, P., Moser, U.K.: Inverse correlation between
plasma vitamin E and mortality from ischemic heart disease in cross cultural
epidemiology. Am. J. Clin. Nutr. 7, 1987
7 Gey, K.F., Puska, P.: Plasma vitamin E and A inversely correlated to mortality
from IHD in cross cultural epidemiology.
Ann. N. Y. Acad. Sci. 570, 254–282, 1989
8 Heseker, H., Schneider, R., Moek, K.J.: Vitaminversorgung Erwachsener in
der BRD. VERA-Schriftenreihe Bd. IV, Wiss. Fachverlag Fleck, 1992
9 Luc, G., Fruchart, J.: Oxidation of lipoproteins and atherosclerosis.
Am. J. Clin. Nutr. 53, 206S –209S, 1991
10 Palozza, P., Krinaki, N.L.: The inhibition of radical induced peroxidation of
microsomal lipids by both alpha-tocopherol and betacarotene.
Free Radical Biol. Med. 11, 407– 441, 1991
Aktuelle Erkenntnisse zur Ernährungsmedizin und speziell zu antioxidativen Vitaminen finden sich in:
11 Biesalski, H.-K., Fürst, P., Kasper, H., Kluthe, R., Pölert, W., Puchstein, C.,
Stähelin, H.: Ernährungsmedizin. Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York,
1995, überarbeitete Neuauflage erscheint Ende 1998
12 Biesalski, H.-K., Schrezenmeir, J., Weber, P., Weiß, H.: Vitamine.
Georg Thieme Verlag, Stuttgart, New York, 1997
13 Biesalski, H.-K., Grimm, P.: Taschenatlas Ernährung: Georg Thieme Verlag,
Stuttgart, New York, erscheint im Oktober 1998
14 Biesalski, H.-K.: Vitamine. TRIAS Thieme Hippokrates Enke, Stuttgart, 1996
34
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