Vitamine

Übersicht

Physiologie

Definition

  • Vitamine sind organische, niedermolekulare Verbindungen mit katalytischer oder regulatorischer Funktion für den Stoffwechsel des menschlichen Körpers, die in niedriger Dosis (µg- oder mg-Bereich) physiologisch aktiv sind, von ihm selbst nicht oder unter bestimmten äußeren Bedingungen (z.B. Mangel an UV-Licht) nur unzureichend produziert werden können und ihm deshalb von außen, in der Regel mit der Nahrung, zugeführt werden müssen.

Aufgaben

  • Vitamine dienen im Körper als Coenzyme bei katalytischen Prozessen oder sie sind als Prohormone an Steuerungsvorgängen beteiligt.
  • Sie besitzen keine Bedeutung als Baustoffe oder Energieträger.

Einteilung

Bemerkungen

  • Da der Körper Vitamine nicht oder zumindest teilweise nicht ausreichend bilden kann, müssen sie dem Organismus als "fertige" Vitamine oder in Form ihrer Vorstufen, den Provitaminen, zugeführt werden.
  • Dies erfolgt praktisch ausschließlich mit der Nahrung.
    • Zwar können einige Vitamine (Vitamin B12, Vitamin K und Biotin) auch von Darmbakterien synthetisiert und in resorbierbarer Form in den Darm abgegeben werden, allerdings erfolgt dies zumeist in einem Bereich hinter den wichtigen Resorptionsarealen für diese Vitamine, so dass sie nicht mehr in größerem Umfang aufgenommen werden.
  • Die Standardisierung vitaminhaltiger Präparate war zunächst nur durch Tierversuche möglich. Geeignete Versuchstiere wurden mit einer Kost ernährt, die alle Vitamine bis auf das eine, auf das geprüft werden sollte, in ausreichender Menge enthielt. Es konnte dann bestimmt werden:
    • Welche Menge des fraglichen Vitamins zu dieser Nahrung hinzugefügt werden muss, um Mangelsymptome zu verhindern (Erhaltungsdosis).
    • Welche Dosis nach Ausbruch der Mangelsymptome benötigt wird, um diese wieder zum Verschwinden zu bringen (kurative Dosis).
  • Seit die chemische Konstitution der Vitamine aufgeklärt ist, werden sie gewichtsmäßig dosiert, die alte Dosierung nach Internationalen Einheiten ist somit obsolet.

Vitamingehalt typischer Nahrungsmittel

  • Der Bedarf mit Vitaminen und Spurenelementen kann, anders lautenden Angaben zum Trotz, durchaus mit einer gesunden Ernährung gedeckt werden.
  • Leider sind die Vitamin nicht in allen Nahrungsmitteln gleich verteilt, so dass manche Nahrungsmittel z.B. ein Vitamin gar nicht und ein anderes in weit höherer Dosis als nötig enthalten.
  • Darüber hinaus schwankt der Vitamingehalt in den Nahrungsmitteln je nach Produktionsbedingungen, Lagerung und Zubereitung stark. So werden beim Kochen einige Vitamine (z.B. Folsäure und Ascorbinsäure) weitgehend zerstört.
    • In Kartoffeln sinkt etwa der Vitamin-C-Gehalt während 12 Monaten Lagerung um bis zu 80 %.
  • Dennoch ist es möglich für praktisch alle Vitamine gewisse Nahrungsmittel zu benennen, die vergleichsweise viel von diesem Vitamin enthalten:
    Nahrungsmittelgruppe Vitamine, die in größerer Menge enthalten sind
    Fleisch, Geflügel, Fisch, Bohnen Vitamin B1, Vitamin B2, Vitamin B6, Vitamin B12, Biotin, Niacin, Pantothensäure
    Milch und Milchprodukte Vitamin A, Vitamin D, Vitamin B2, Vitamin B6, Vitamin B12
    Getreide und Getreideprodukte Vitamin B1, Vitamin B2, Vitamin B6, Biotin, Folsäure, Niacin, Pantothensäure
    Obst und Gemüse (Pro-)Vitamin A, Vitamin K, Vitamin C, Vitamin B2, Folsäure (außerdem Flavonoide etc.)
    Fett, Öle Vitamin A, Vitamin E
    • Bei Fleisch ist v.a. die Leber eine gute Quelle für Vitamin A, Vitamin D, Vitamin E, Vitamin B12 und Folsäure, allerdings enthält sie u.U. auch die höchsten Konzentrationen vieler unerwünschter Substanzen (Tierarzneimittel etc.)...
  • Genauere Werte zum Vitamingehalt bestimmter Lebensmittel findet man häufig in Nährwerttabellen. Die dort angegebenen Werte sind jedoch meist zu hoch, da sie die oben bereits erwähnten Verluste während der Lagerung und Zubereitung nicht enthalten. Auch die anderen bereits aufgeführten Parameter beeinflussen den tatsächlichen Vitamingehalt meist negativ.
    • Es hat sich als relativ realistisch erwiesen, die in den Tabellen angegebenen Vitaminmengen um mindestens 10 - 25 % nach unten zu korrigieren. Bei bestimmten Nahrungsmitteln sind auch deutlich extremere Abweichungen möglich.
    • Bei älteren Nährwerttabellen kommen evtl. Abweichungen vom tatsächlichen zum angegebenen Wert hinzu, die sich aus veralteter, fehlerhafter Analytik ergeben haben. So konnte früher z.B. β-Carotin nicht immer sauber von anderen Carotinoiden getrennt werden, so dass hier deutlich zu hohe β-Carotin-Angaben vorkommen können.
  • Es ist zudem zu beachten, dass analytisch nachweisbare Mengen eines Vitamins nicht mit den tatsächlich bioverfügbaren Mengen übereinstimmen müssen.
    • Neben einer verringerten Vitaminaufnahme aus dem Darm aufgrund von z.B. Erkrankungen des Magen-Darm-Traktes, sind auch in der Nahrung selbst verschiedene die Resorption beeinflussende Faktoren zu berücksichtigen.
      • So kann Vitamin B6 an einen Zucker gebunden sein, von dem es im Darm nicht abgespalten und somit auch nicht resorbiert werden kann.
      • β-Carotin kann aus rohen Karotten praktisch nicht resorbiert werden; Vitamin B1, Vitamin B12 und Niacin sind in vielen Nahrungsmitteln ebenfalls nur schlecht bioverfügbar.

Zusätzliche Vitamingabe

  • Einige Komponenten lassen sich häufig nicht ausreichend durch die Nahrung zu sich nehmen, hier kann eine Supplementation sinnvoll sein.
  • Die Supplementation folgender Stoffe konnte bislang nicht durch klinische Studien als positiv bewertet werden:
  • Für Vitamin C zeigen allerdings einige Querschnittstudien eine höhere Krankheitsinzidenz bei niedrigen Vitamin-C-Konzentrationen.
  • Bei stark einseitiger Ernährung, kann eine Nahrungsergänzung mit anderen als den vorgenannten Vitaminen erforderlich werden. So sollten strenge Veganer Vitamin B12 und von Zeit zu Zeit auch Vitamin A zu sich nehmen, letzteres da ein vollständiger Ersatz dieses Vitamins durch Provitamin A nicht absolut gesichert ist.
  • Bei sehr fettarmer Kost kann die zusätzliche Versorgung mit dem v.a. in pflanzlichen Ölen vorkommenden Vitamin E sinnvoll werden.
    • Pflanzenkeime enthalten grundsätzlich größere Mengen an Vitamin B1, Vitamin B2 und Niacin, sowie häufig auch Vitamin E.

Empfohlene Mehrzufuhr von Vitaminen bei Schwangeren (ab 4. Monat) und während der Stillperiode

Vitamin Steigerung in %
Schwangere Stillende
Retinol 38 125
Vitamin D 100 100
Vitamin E 17 42
Thiamin 25 42
Riboflavin 20 53
Niacin 13 33
Vitamin B6 63 38
Folsäure 100 53
Cobalamin 33 33
Vitamin C 33 67

Indikationen und Dosierung

  • Über den täglichen Bedarf der verschiedenen Vitamine gibt es z.T. sehr unterschiedliche Angaben. Dies liegt nicht zuletzt daran, dass Mangelsymptome erst nach langer Zeit sichtbar werden, oder nicht bekannt sind. Ein gewisser Einfluss der Vitamin-Präparate-Hersteller auf die jeweiligen länderspezifischen Empfehlungen ist jedoch ebenfalls nicht von der Hand zu weisen...
  • Grundsätzlich lassen sich aus den verschiedenen Aufnahme- und Speichermechanismen bzw. -fähigkeiten für die einzelnen Vitamine Rückschlüsse auf die Verfügbarkeit der einzelnen Vitamine während der Evolution ziehen. Seltenere Vitamine werden meist besser, z.T. sogar über eigene spezifische Resorptionsmechanismen, aufgenommen und/oder besser gespeichert.
  • Geht man von dieser evolutionären Adaption an die normale Vitaminversorgung aus, so bedeutet dies im Umkehrschluss, dass eine durch Nahrungsergänzungsmittel über das normale Maß hinaus gesteigerte Vitaminversorgung keine zusätzlichen positiven Effekte haben muss, ja sogar schädlich sein kann.
  • Der "physiologische Bereich" der Vitaminzufuhr, also der, in dem der tatsächliche Vitaminbedarf als gedeckt anzusehen ist, sollte daher von einem "pharmakologischen Bereich" abgegrenzt werden, in dem man - tatsächliche oder  vermutete - therapeutische Effekte des Vitamins ausnutzen möchte.
  • Hierbei sollte man davon ausgehen, dass  die Mechanismen hinter den pharmakologischen Effekten nicht unbedingt denen der physiologischen Wirkungen entsprechen.
    • So gibt man etwa zur Prophylaxe gibt bis zum Dreifachen, bei manifestem Mangel bis zum Zehnfachen des normalen Tagesbedarfs.
    • Einzelne Vitamine, insbesondere Vitamin C und Vitamin E, ferner Provitamin A, werden auch in wesentlich höherer Dosierung ("Megadosen") angewandt.
      • Dieses Vorgehen beruht auf der Vorstellung, dass durch den hochdosierten Einsatz von antioxidativ wirkenden Stoffen den Folgen einer verstärkten Radikalbildung vorgebeugt werden kann.
      • Voraussetzung für den hochdosierten Einsatz von Vitaminen als Radikalfänger ist allerdings eine große therapeutische Breite. Diese ist bei den genannten Stoffen, nicht aber bei Vitamin A selbst, gegeben.
  • Der tägliche Vitaminbedarf kann über das Maß der für einen normalen Erwachsenen geltenden Empfehlung erhöht sein, so z.B. bei Schwangeren und Stillenden (s.o.), Rauchern, Kranken oder Senioren.
    • Eine Substitution ist auch zu überlegen, wenn z.B. die Vitaminresorption vermindert ist [z.B. durch fehlenden intrinsic-factor (bei Vitamin B12) oder Behandlung mit Breitbandantibiotika, die die Darmflora zerstören] oder, z.B. bei Niereninsuffizienz, die Aktivierung von Vitamin D gestört ist.
  • Es lässt sich somit zusammenfassen: Wenn keine ausreichende Vitaminversorgung über die Nahrung stattfinden kann, so ist eine eine zusätzliche Vitamingabe durchaus sinnvoll. Abzulehnen sind extreme Vitaminsubstitutionen, da hier evtl. der entstehende Schaden den Nutzen übertreffen kann.

Hypervitaminosen

  • Die Überdosierung der fettlöslichen Vitamine, vor allem von Vitamin A und Vitamin D, steht im Verdacht schwere Gesundheitsschäden hervorrufen zu können, während für Überdosierungen der meisten wasserlöslichen Vitamine (bei normaler Nierenfunktion) praktisch keine nachteiligen Folgen zu erwarten sind.

Vitaminmangel

Allgemeines

  • Beim gesunden Erwachsenen tritt, da die benötigten Vitaminmengen sehr klein sind, ein Vitamindefizit prinzipiell selten auf, wird aber durch Rauchen, Alkoholabusus, Fehlernährung bzw. falsche Nahrungszubereitung begünstigt.
  • Am häufigsten besteht ein Mangel an Retinol (Vitamin A), Calciferolen (Vitamin D), Thiamin (Vitamin B1), Pyridoxin (Vitamin B6) und Folsäure.
  • Eine unzureichende Aufnahme von Vitaminen führt zu einer Unterversorgung. Die Speicherfähigkeit des Körpers für das jeweilige Vitamin bestimmt, wie schnell eine unzureichende Vitaminversorgung manifest wird.
    • So reicht die im Körper gespeicherte Menge an Vitamin B1 z.B. nur für 4 bis 10 Tage, während die von Vitamin B12 etwa 3 bis 5 Jahre ausreicht.

Einteilung

  • Entsprechend ihrer Ausprägung wird eine Vitaminmangelversorgung in sechs Stadien unterteilt. Die Übergänge zwischen den einzelnen Stadien sind fließend:
    • Stadium 1 und 2
      • In diesen beiden Stadien liegt nur ein geringfügiges Unterschreiten der erforderlichen Vitaminzufuhr vor. Sie äußern sich in der Abnahme der Vitaminkonzentration im Körper, sind ansonsten aber asymptomatisch.
    • Stadium 3
      • Im Stadium 3 kommt es zu einer Funktionsstörung von Enzymen, deren Aktivität von dem entsprechenden Vitamin abhängig ist (suboptimale Vitaminversorgung)
    • Stadium 4
      • Stadium 4 ist durch uncharakteristische Mangelsymptome gekennzeichnet, die sich in einer eingeschränkten körperlichen und geistigen Leistungsfähigkeit äußern.
    • Stadium 5 (Hypovitaminose)
      • Eine noch stärkere Mangelversorgung als in Stadium 4 führt nun zu meist charakteristischen Krankheitssymptome, die durch Zufuhr des betreffenden Vitamins vollständig wieder beseitigt werden können.
    • Stadium 6 (Avitaminose)
      • Bei der Avitaminose handelt es sich um das Endstadium eines schweren Vitaminmangels.
      • Aufgetretene Schäden können irreversibel sein (z.B. Erblindung bei anhaltendem Vitamin-A-Mangel).

Bestimmung des Vitaminstatus

  • Wie erwähnt sind die Stadien 1 und 2 des Vitaminmangels ohne Symptome.
  • Um sie dennoch erfassen zu können, ist die Bestimmung der individuellen Vitaminversorgung des Organismus erforderlich.
  • Diese erfolgt durch den Nachweis verschiedener Vitamine und/oder deren Metaboliten im Plasma, bestimmten Zellen (z.B. Erythrozyten) oder Harn.

Geschichtliches

  • 1896 stellte der niederländische Arzt Christian Eijkman fest, dass ein wässriger Extrakt aus Reiskleie die Krankheit Beri-Beri heilen konnte. Beri-Beri war kurz zuvor - und kurz nachdem man dort vermehrt Reisschälmaschinen eingeführt hatte - in Japan und auf Java aufgetreten.
  • 1911 konnte der polnische Chemiker Casimir Funk aus diesem Extrakt die wirksame Verbindung isolieren. Er bezeichnete sie als "Beri-Beri-Vitamin", wobei er den Begriff "Vitamin" aus "vita" (lat. Leben) und "Amin" (im weitesten Sinne eine organische stickstoffhaltige Verbindung) zusammensetzte.
    • Die Bezeichnung "Vitamin" wurde in den Folgejahren auch auf weitere (anscheinend) lebensnotwendige, natürliche Verbindungen übertragen - unabhängig davon, ob sie Stickstoff enthielten oder nicht (z.B. Vitamin A, C, D und E).
  • 1926 wurde dieses "Beri-Beri-Vitamin" erstmals rein synthetisiert, die gewonnene Verbindung wurde als Vitamin B oder Thiamin bezeichnet.
    • Bereits kurze Zeit später fand man ähnliche stickstoffhaltige Faktoren mit Vitamincharakter, die man nun durchindizierte (Vitamin B2, B3, B4 etc.).
    • Heute werden nur noch die Bezeichnungen Vitamin B1, B2, B6 und B12 verwendet. Die Bezeichnungen Vitamin B3 für Niacin, Vitamin B5 für Pantothensäure, Vitamin B7 für Biotin und Vitamin B9 für Folsäure haben sich nicht durchgesetzt. Die Vitamine B4, B8, B10, B11, B13, B14, B15 und B17 erwiesen sich später allesamt als Pseudovitamine.
  • Zahlreiche weitere Vitamine und Pseudovitamine wurden bis 1941 mit anderen Buchstaben des Alphabets belegt. Bis heute überlebt haben nur die 13 Vitamine A, C, D, E und K, sowie die oben aufgeführten 8 Vertreter der B-Gruppe.
  • 1941 beschloss man keine weiteren "Vitamine" mehr zu benennen. Verbindungen, die nach 1941 entdeckt wurden, werden daher, auch wenn sie der obigen Definition entsprechen, nicht als "Vitamine" bezeichnet.
    • Als Beispiel für solche "Nicht-Vitamin-Vitamine" seien die Bestandteile des makulären Pigments, die beiden Carotinoide Lutin und Zeaxanthin genannt.

Chemie

Bemerkungen

  • Vitamine sind chemisch sehr heterogene Verbindungen:
    • Vitamin A ist ein Diterpen.
    • Vitamine der B-Gruppe enthalten alle Stickstoff, womit die strukturellen Ähnlichkeiten aber bereits erschöpft sind.
    • Vitamin C ist ein oxidierter Zucker.
    • Vitamin D besteht zwei verschiedenen Seco-Steroiden, nämlich Ergocalciferol (Vitamin D2) und Colecalceferol (Vitamin D3) mit gleicher physiologischer Wirkung.
    • Vitamin E besteht aus verschiedenen Hydrochinon-Derivaten mit terpenoider Seitenkette. Die biologische Aktivität der einzelnen Verbindungen ist nicht identisch.
    • Vitamin K besteht aus verschiedenen alkylsubstituierten Naphthochinonen, nämlich Phyllochinon (Vitamin K1), Menachinon (Vitamin K2) und drei weiteren Verbindungen (Vitamine K3 bis K5) mit gleicher physiologischer Wirkung.

Stereochemie

  • Die Stereochemie der Vitamine ist insofern von Bedeutung, als die von ihnen beeinflussten biochemischen Vorgänge im Körper allesamt durch chirale Enzyme katalysiert werden und somit unterschiedliche Enantiomere auch unterschiedliche Effekte haben.
  • Sechs der zu den Vitaminen gehörenden Verbindungen sind achiral, acht sind chiral. Die Vitamine B2, B12, Biotin, Panthotensäure, C, D, E und K1 besitzen mehr als ein Chiralitätszentrum.
    • Da die Vitamine K2 und K3 achiral sind, ist Vitamin K also sowohl chiral als auch achiral.
    • Auch die nicht chiralen Vitamine sind in ihrer Wirkform im Organismus chiral, da sie als Coenzyme als Bestandteil chiraler Verbindungen auftreten.

Natürliche vs. synthetische Vitamine

  • Die Herkunft der Vitamine ist egal, sofern es sich um isolierte Substanzen handelt: Vitamin C aus biologisch angebauten Acerolakirschen Südtirols ist genau so wirksam wie Vitamin C aus der großtechnischen Synthese der chemischen Industrie, denn Ascorbinsäure ist Ascorbinsäure und bleibt Ascorbinsäure.
  • Im Falle der Folsäure ist die synthetisch hergestellte Folsäure sogar etwa doppelt so wirksam wie natürlich in der Nahrung vorkommende, da letztere dort in Form von Oligo- oder Poly-Glutamaten vorliegt, während erstere eben schlicht isoliert vorliegende Folsäure ist.
 

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