Basiswissen Ernährung (Folge 5): Vitamin A für Augen, Knochen und Immunsystem

Bereits im Jahr 1500 v. Chr. wurde in China die Wirkung von Honig und Leber zur Behandlung der Nachtblindheit erkannt. Bis zum Jahr 1913, als McCollum und Davis das fettlösliche Vitamin A und seine Bedeutung als antixerophthalmischen Faktor beschrieben, gab es noch viele Befunde über die Wirkung der Leber, den Hauptspeicherort von Vitamin A. Der Begriff "Vitamin A" umfasst die Verbindungen Retinol und Retinylester – sie verfügen über alle Wirkungen des Vitamins, wohingegen den Retinoiden (Retinsäure und ihre synthetischen Derivate) die vollständige Vitamin-A-Wirksamkeit fehlt [1].

Vitamin A kommt sowohl in pflanzlichen als auch in tierischen Lebensmitteln vor. In Pflanzen liegt es als Provitamin (Carotin) vor. Bei gemischter Kost wird die Vitamin-A-Versorgung jedoch hauptsächlich über Retinylester aus tierischen Produkten gedeckt, die nur geringfügige Mengen an Betacarotin enthalten. Hauptquelle ist die Leber, deren Vitamin-A-Gehalt in Abhängigkeit von der jeweiligen Tierspezies zwischen 10 und 70 mg/100 g variiert (Tab. 1), daneben führen Gemüse mit hohem Betacarotingehalt wie Karotten, Spinat oder Grünkohl [2, 3] das Vitamin zu.

Die zugeführten Vitamin-A-Verbindungen werden im Darm in Retinol umgewandelt oder gespalten. Die Resorptionsrate von Retinol hängt von Art und Menge des mit der Nahrung aufgenommenen Fettes ab, im Durchschnitt beträgt sie 75%. Um zu den Wirkorten des Vitamins bzw. zum Hauptspeicher, der Leber, zu gelangen, wird Retinol erneut verestert. In der Leber wird es entweder in den Stellatumzellen im Langzeitspeicher oder in den Hepatozyten, dem Kurzzeitspeicher, gelagert [1]. Desweiteren werden Retinylester auch in anderen von Vitamin A abhängigen Geweben wie Lunge, Respirationsschleimhaut, Auge, Gastrointestinalschleimhaut u. a. gespeichert [3]. Wird kein Vitamin A zugeführt, reichen die Vitamin-A-Speicher in der Leber beim Neugeborenen ein bis drei Wochen, bei Erwachsenen bis zu einem Jahr.

Funktionen von Vitamin A Vitamin A kann keine einheitliche Funktionsweise zugeschrieben werden. Im Organismus kommen verschiedene Derivate mit unterschiedlichen funktionellen Wirkungen vor [4]. Der Vitamin-A-Alkohol Retinol ist im Organismus die Transportform, die einer strengen homöostatischen Regulation unterliegt und auch Zwischenprodukt im Metabolismus ist [3, 4]. Es wird vermutet, dass die Verbindung an der Spermatogenese sowie am Aufbau der Plazenta beteiligt ist [3, 5]. Das Aldehyd Retinal ist am Sehvorgang beteiligt: Zusammen mit Opsin bildet es das lichtempfindliche Pigment Rhodopsin, das in den Stäbchenzellen der Netzhaut enthalten ist. Dadurch ist es dem Auge möglich, zwischen hell und dunkel zu unterscheiden [5]. Retinsäure in cis-trans-Form reguliert die Proliferation und Differenzierung und damit auch die Funktion verschiedener Gewebe wie dem Respirationsepithel, der Darmmucosa, der Haut, diverser Tumorzellen, embryonaler Zellen sowie der Testosteronproduktion [4, 5]. Auf diverse Tumorpromotoren wirkt Retinsäuren zudem inhibierend. Daneben ist Vit–amin A bei der Knochenentwicklung und für das Immunsystem von Bedeutung [5].

Vitamin-A-Mangel und die Folgen In westlichen Industriestaaten liegt die Vitamin-A-Versorgung in der Regel oberhalb der Empfehlungen [4]. Doch ein marginaler Mangel kann zum einen beim Gesunden durch unzureichende Zufuhr, z. B. bei vollständigem Verzicht auf tierische Produkte, und zum anderen durch verschiedene Erkrankungen zustande kommen. Dabei handelt es sich entweder um Erkrankungen, die die Resorption des Vitamins beeinflussen oder aber mit einem erhöhten Vitamin-A-Verbrauch einher–gehen. Ein marginaler Mangel ist vor allem bei Kleinkindern, bei chronischem Alkoholkonsum und konsumierenden Erkrankungen zu beobachten, da diese Personen nur über geringe Leberspeicher verfügen. Desweiteren können Infektionskrankheiten wie Masern und rezidivierende Infekte die Entwicklung eines Vitamin-A-Defizits begünstigen [2].

Weltweit leiden nach Angaben der FAO (Food and Agricultural Organization) etwa 14 Mio. Kinder im Alter unter fünf Jahren an einem Vitamin-A-Mangel. Er stellt eine der Hauptursachen für die Kindersterblichkeit in Entwicklungsländern dar: Jährlich erblinden bis zu 500.000 Kinder, wovon 60% wenige Monate später sterben [3, 4].

Ehe ein Vitamin-A-Mangel manifestiert werden kann, treten bereits Veränderungen an Sinnesorganen und Schleimhäuten oder Wachstumsstörungen auf. Diese haben jedoch eine unspezifische Symptomatik, die keinen konkreten Hinweis auf ein Vitamin-A-Defizit gibt [1]. Auch besteht nicht die Möglichkeit einer klinisch-chemischen Diagnostik, da Vitamin A im Blut – selbst wenn die Leberspeicher nahezu entleert sind – noch homöostatisch reguliert wird.

Nachtblindheit ist die erste subjektiv wahrnehmbare Veränderung bei einem Vitamin-A-Mangel. Diese kann zusammen mit oder nach der Entwicklung einer Plattenepithelmetaplasie der Respirationsschleimhäute einhergehen. Bei einem ausgeprägten Vitamin-A-Mangel treten zunächst gelblich verhornte Bitot-Flecken an der Augenbindehaut im Rahmen einer Xerophtalmie auf. Mit ihr ist ebenso die Austrocknung der Tränendrüsen und Augenbindehaut verbunden; Darauf folgt eine Keratomalazie (Geschwürbildung der Hornhaut), die zur völligen Zerstörung des vorderen Augenabschnitts und letztlich zur Erblindung führt. Parallel dazu kommt es zu einer erhöhten Infektanfälligkeit, die sich vor allem auf den Respirationstrakt auswirkt; so können Infektionen, die normalerweise weniger schwerwiegend verlaufen, zum Tod führen [3] (Tab. 2).

Vitamin-A-Intoxikation und die Folgen Zu einer akuten Vitamin-A-Intoxikation kann es nach dem Verzehr von Fisch- oder Seehund–leber kommen [5] (Tab. 3). Ebenso ist dies infolge einer Psoriasisbehandlung möglich. Nach einer Aufnahme von etwa 1 Mio. IE Vitamin A treten Symptome wie Kopfschmerzen, Schwindel, Benommenheit und Erbrechen auf. Bei einer exzessiven Zufuhr von 3,5 Mio. IE über 21 Tage hinweg treten neben einer Reihe von Allgemeinsymptomen zudem noch eine komplette Alopezie, eine Hepatosplenomegalie, eine toxische Hepatitis sowie eine Hyperkalzämie auf. Wird die Vitamin-A-Zufuhr wieder reduziert, so bilden sich diese Symptome innerhalb von fünf bis 30 Tagen wieder zurück. Bei Kindern liegt die akut toxische Dosis zwischen 300.000 und 900.000 IE Vitamin A. Als Symptome werden bei ihnen Kopfschmerzen, Vorwölbung der Fontanellen, Benommenheit, Appetitverlust und Schwindel beschrieben [1, 2].

Eine chronische Vitamin-A-Intoxikation kommt in der Regel durch Supplementierung zustande. Dabei treten Hautveränderungen, Gelbsucht, eine Vergrößerung der Leber, die sich bis zur Zirrhose weiterentwickeln kann sowie schmerzhafte Skelettveränderungen (Exostosen) auf. Säuglinge sollten Mengen von über 3 mg Vitamin A pro Tag (10.000 IE) nur unter ärztlicher Überwachung und klarer Indikationsstellung erhalten, da es sonst zu Wachstumsstörungen kommen kann. Diese können auch bei Kindern bei einer chronischen Zufuhr von 5 mg Vitamin A am Tag auftreten [3]. Desweiteren kann es bei Kindern zu Appetitverlust, Austrocknung der Haut, Haarausfall, Knochenschmerzen, Hepatomegalien, Hirndrucksymptomatik, Hyperostosen u.a. kommen. Diese Symptome können auch bei Erwachsenen auftreten, doch sind sie meist weniger stark ausgeprägt. Darüber hinaus kommt es bei Frauen zu Zwischenblutungen [1, 2].

Empfehlung und tatsächliche Vitamin-A-Zufuhr Laut den aktuellen Referenzwerten für die Nährstoffzufuhr der DGE wird Männern eine tägliche Vitamin-A-Zufuhr von 1 mg Retinol-Äquivalent und Frauen von 0,8 mg Retinol-Äquivalent empfohlen (s. Kasten "Rechengrößen" und Tab. 4). Schwangeren wird empfohlen, die Zufuhr aufgrund eines erhöhten Bedarfs um ein Drittel auf 1,1 mg Retinol-Äquivalent zu erhöhen, da das Vitamin von großer Bedeutung für die Lungenentwicklung und -reifung im zweiten und dritten Trimenon ist [3, 5]. Dennoch sollten Frauen mit Kinderwunsch und im ersten Schwangerschaftsdrittel keine Leber verzehren, da diese in Abhängigkeit von der Fütterung sehr hohe Retinolmengen enthalten kann. Die teratogene Wirkung von Vitamin A aus der Nahrung ist zwar umstritten, doch Erkenntnisse aus der pharmakologischen Anwendung von Retinsäure und einiger ihrer synthetischen Derivate, z. B. zur Therapie von schweren Akneformen oder erblicher Xeroderma pigmentosa, weisen darauf hin, dass es zum so genannten Retinoidsyndrom oder zu Aborten kommen kann [3, 4, 5].

Tatsächlich nehmen in Deutschland Männer 1,8 mg Retinol-Äquivalent pro Tag und Frauen 1,5 mg Retinol-Äquivalent am Tag auf. Somit liegt die tägliche Zufuhrmenge bei einem überwiegenden Teil der Bevölkerung über den DGE-Empfehlungen. Vitamin-A-Hauptquellen sind Wurstwaren, Milchprodukte sowie Blattgemüse. Die Vitamin-A-Versorgung stellt folglich kein Ernährungsproblem in Deutschland dar. Auch die maximal empfohlene Betacarotinzufuhr von 15 mg/d wird nicht überschritten [6].

Vitamin-A-Vorstufe Carotinoide Die Gruppe der Carotinoide, die zu den sekundären Pflanzenstoffen gehört, umfasst mehr als 500 Verbindungen, die ausschließlich im Pflanzenreich vorkommen. Es handelt sich dabei um Tetraterpene, die aus acht Iso–pren-Einheiten symmetrisch aufgebaut sind. Bedingt durch die langen Kohlenwasserstoffketten mit vielen konjugierten Doppelbindungen, sind Carotinoide lipidlöslich und farbig [4]. In der Nahrung kommen lediglich 40 Carotinoide vor, wovon Alpha- und Betacarotin, Zeaxanthin, Lutein, Lycopin und Cryptoxanthin von größter Bedeutung sind. Diese sind vor allem in intensiv gefärbten gelben und orangfarbenen sowie in tiefgrünen Früchten und Gemüsen enthalten (Tab. 5). Es muss jedoch berücksichtigt werden, dass Tabellenwerte nur Anhaltspunkte für die tatsächliche Menge und die Verfügbarkeit geben können. Beispielsweise kann Betacarotin aus Möhren nur geringfügig resorbiert werden; die äußeren Blätter von Kohl enthalten wesentlich größere Mengen an Lutein und Betacarotin.

Allgemein gilt: Carotinoide können ausschließlich zusammen mit Fett resorbiert werden, daher können über verarbeitete Nahrungsmittel wie gekochte Möhren oder Tomatensoße Carotinoide besser aufgenommen werden als über Rohprodukte. In Abhängigkeit des jeweiligen Carotinoids beträgt die Resorptionsrate 50 bis 70%. Besteht eine Fettresorptionsstörung oder werden unverdauliche Lipide wie etwa Sucrosepolyester verzehrt, die als kalorienneutrale Fette bei der Herstellung von Kartoffelchips eingesetzt werden, so ist die Aufnahme stark eingeschränkt. Auch beeinflussen sich die einzelnen Carotinoide gegenseitig in ihrer Resorption. Weiterhin muss beachtet werden, dass sich Genussmittel wie Alkohol oder Tabakprodukte, aber auch mittelkettige Fettsäuren negativ auf die Resorption auswirken [5].

Funktion der Carotinoide Etwa 50 aller bekannten Carotinoide weisen eine Provitamin-A-Aktivität auf; dazu sind beispielsweise Alpha- und Beta–carotin sowie Cryptoxanthin zu zählen. In Abhängigkeit vom jeweiligen Vitamin-A-Status werden die Provitamine in Vitamin A umgewandelt. Etwa 17% des aufgenommenen Betacarotins wird zu Vitamin A metabolisiert; bei einem Carotinoidgemisch sind es dagegen nur 7% [3]. Sinkt die Vitamin-A-Aufnahme, so wird mehr Betacarotin zu Vitamin A umgewandelt.

Desweiteren können Carotinoide Singulettsauerstoff deaktivieren und sind als Antioxidanzien wirksam. Ebenso können Gene aktiviert werden, die die Produktion von feinen Verbindungskanälen, den sogenannten "gap junctions" steuern und so eine Kommunikation zwischen den Zellen ermöglichen. Kanzerogene Substanzen können den Signalaustausch zwischen den Zellen schädigen, so dass nur eine geringe interzelluläre Kommunikation zwischen den Zellen möglich ist. Es wird aber vermutet, dass durch Carotinoide die Umwandlung von geschädigten Zellen in tatsächliche Krebszellen unterbunden wird, indem regulierende Signale von gesunden zu kranken Zellen über funktionsfähige "gap junctions" fließen können. Aber auch zwischen gesunden Zellen können Carotinoide die Zellkommunikation verbessern und eine abnorme Zellteilung inhibieren sowie einen effektiven Zell-Repair-Mechanismus ermöglichen. Desweiteren können sie durch Beeinflussung der enzymatische Aktivität der Lipooxygenase das Zellwachstum und das Immunsystem beeinflussen. So können Carotinoide den menschlichen Organismus vor oxidativen Schädigungen schützen und damit zur Prävention von einer Vielzahl von degenerativen Erkrankungen wie Arteriosklerose und Krebs – vor allem im Atmungs- und Intestinaltraktes – beitragen [5].

Zufuhrempfehlung und Bedarfsdeckung Die Zufuhr an Carotinoiden lässt sich nur schwer abschätzen, sie ist sowohl regionalen als auch saisonalen Schwankungen unterworfen. Ausgehend von einem jährlichen Pro-Kopf-Verzehr von 75 kg Gemüse und 85 kg Obst ergibt sich für den Bundesbürger eine tägliche Beta–carotinzufuhr von ca. 1 mg durch Gemüse und maximal 0,5 mg durch Obst, ohne dass dabei Zubereitungsverluste beachtet sind; die Aufnahme an Gesamtcarotinoiden beträgt etwa 6 mg/d [1, 5].

Über die notwendige Höhe der Aufnahme von Betacarotin und anderen Carotinoiden sind sich die Wissenschaftler bislang nicht einig. In Anlehnung an epidemiologische Studien beträgt die tägliche präventive Dosierung, die mit der geringsten Krebsmorbidität verbunden ist, 2 bis 4 mg Betacarotin. Zu den Risikogruppen, die nicht ausreichend mit Carotinoiden versorgt werden, gehören Personen mit schlechtem Ernährungsstatus, eingeschränkter Nahrungszufuhr, Störungen mit der Fettverdauung sowie mit klassischen kardiovaskulären Risikofaktoren wie Rauchen [5]. Ebenso sollten Schwangere und Personen mit chronischen Infekten auf eine optimale Versorgung achten [1].

Weitere epidemiologische Studien zeigten, dass sich eine tägliche Aufnahme von bis zu 10 mg Betacarotin über die Nahrung als unbedenklich erwies – es wurden keine toxischen oder teratogenen Effekte festgestellt [3, 5]. Höhere Carotindosen, also mehr als 20 mg pro Tag müssen laut zweier Interventionsstudien bei starken Rauchern in Frage gestellt werden, da diese mit einem erhöhten Lungenkrebsrisiko assoziiert sind. Weiterer Forschungsaufwand ist notwendig, um die Sicherheit höherer Dosierungen in Kombinations- und Einzelpräparaten, die längerfristig verabreicht werden, für unterschiedliche Altersklassen bewerten zu können [3].

Katja Aue, Kiel