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Ernährungswissenschaft: Gesünder leben mit functional food?

Noch ist unklar, ob manche Lebensmittel dank Mikronährstoffen Krankheiten vorbeugen können oder im Gegenteil schädlich wirken. So genannte Biomarker sollen nun sichere Indizien für die Effektivität von nutraceuticals liefern.


Zu viel Fett, zu viel Zucker, Alkohol und andere belastende Stoffe, die Liste unserer Ernährungssünden ist umfangreich und auch schon lang bekannt. Genuss beim Essen bedeutet meist auch Reue. Solchen schädlichen Bestandteilen der Nahrung galt bisher unser Interesse als Ernährungswissenschaftler, doch endlich können wir der Lebensmittelindustrie auch gesundheitsfördernde Substanzen nennen. Als nutraceuticals in functional food erobern sie bereits die Regale. Damit gesellen sich zu den klassischen Vitaminen beispielsweise Bakterienkulturen und spezielle Pflanzenhormone, die das Immunsystem stärken oder gar Krebs verhindern sollen.

Diese Entwicklung ist auch den Technologen zu verdanken, denen es immer besser gelingt, solche Nährstoffe zu isolieren und in ein Lebensmittel einzubinden, sei es in einen Müsliriegel oder ein Joghurt-Getränk. Zumindest ein Motiv ist klar: Der Industrie eröffnet sich hier ein Milliardenmarkt. Doch leider stützen sich die bisherigen Produkte allzu oft auf die Ergebnisse weniger, teilweise ungeprüfter Studien. Für viele der ausgelobten Inhaltsstoffe und damit aufgewerteten Lebensmittel lässt sich derzeit aber weder ein Nutzen garantieren noch ein Schaden ausschließen.

Mikronährstoffe sind keine neue Erfindung (siehe Glossar). Vitamine, Minerale, Spurenelemente sorgen bekanntermaßen für den ordnungsgemäßen Ablauf des Stoffwechsels, der Zell- und Organfunktionen. Ihre Bedeutung erkannten Mediziner meist an Krankheitsbildern, die beim Mangel oder Überschuss eines solchen Nährstoffs entstehen.

Ein bekanntes Beispiel dafür ist der Skorbut, eine Folge von Vitamin-C-Mangel. Vor allem Seeleute litten unter den typischen Symptomen wie Zahnausfall, Blutungen in Gelenken und allgemeiner Schwäche, verursacht durch eine Störung der Bindegewebssynthese. In der englischen Marine wurden ab 1760 zur Vorbeugung Zitronen mitgeführt. Schon 10 bis 30 Milligramm Vitamin C pro Tag helfen, die Mangelerscheinungen zu beheben. Doch wird die Zufuhr auf 100 Milligramm oder mehr gesteigert, beispielsweise durch Verzehr entsprechender Mengen Paprika, Zitrusfrüchte, Kresse oder Broccoli, fehlt ein sofort sichtbarer Effekt. Nur gezielte statistische Erhebungen an einer großen Zahl von Personen, so genannte epidemiologische Studien, bestätigten, was die Naturmedizin schon seit Jahrhunderten propagiert: Reichlicher Verzehr der genannten Lebensmittel verringert das Risiko verschiedener Krebserkrankungen sowie das für Arteriosklerose und Grauen Star.

Diese Situation ist typisch für Mikronährstoffe: Ihr ausgeprägter Mangel lässt sich an Krankheitsbildern leicht festmachen und die Symptome werden schon mit einer ausgewogenen Ernährung beheoben; eine darüber hinaus gesteigerte Zufuhr durch Ernährung oder Präparate zeigt aber keinen weiteren unmittelbar auffälligen Effekt. Außerdem fällt es schwer, einen nur leichten Mangel zu diagnostizieren, auch wenn er langfristig durchaus schädliche Folgen haben kann.

Ein typisches Beispiel ist der Vitamin-A-Mangel. In seiner ausgeprägten Form führt er zunächst zu Nachtblindheit, zu Veränderungen der Bindehaut, letztendlich zur Erblindung (jährlich sind davon fünf Millionen Kinder in Entwicklungsländern betroffen). Eine nur leichte, aber beständige Unterversorgung stört meist unbemerkt die Entwicklung der Atemwegsschleimhäute. Die Folgen sind eine verstärkte Schleimbildung, der Verlust von Flimmerhaaren und damit eine Störung der Reinigungsfunktion, schließlich eine deutlich gesteigerte Infektanfälligkeit der Atemwege und der Lunge.

Erst Zell- und Molekularbiologie ermöglichten seit den siebziger Jahren gezielte Studien, die das Potenzial von Vitaminen und Co. bekräftigen. Eindeutige Indikatoren, die einen Nutzen oder gar Schaden bei täglicher Einnahme belegen, werden aber erst jetzt entwickelt.

Wie komplex das Gebiet ist, lässt sich beispielhaft an dem gelben Farbstoff vieler Gemüse, Beta-Carotin, belegen. 1981 konstatierte der britische Wissenschaftler Sir Richard Peto aufgrund einer Auswertung von Tierexperimenten, Zellkulturstudien und epidemiologischen Untersuchungen, dass diese Substanz Krebs vorbeuge. Weitere Erhebungen bestätigten, dass Menschen, in deren Blut sich hohe Konzentrationen dieses Provitamins befanden, signifikant seltener an Krebs, besonders der Lunge, erkrankten, als solche mit niedrigen Blutwerten. Raucher wiederum haben meist niedrigere Beta-Carotin-Werte als Nichtraucher.

Es lag nahe, eine einfache Dosis-Wirkung-Beziehung anzunehmen, nach dem Motto: je höher der Beta-Carotin-Wert, desto geringer das Krebsrisiko. In einer finnischen und einer amerikanischen Studie wurde starken Rauchern zwischen 1988 und 1994 vier bis fünf Jahre lang täglich 20 beziehungsweise 30 Milligramm des Provitamins verabreicht. Zum Vergleich: Bei normaler Ernährung nehmen wir täglich maximal 10 Milligramm zu uns. Das Ergebnis überraschte, denn in den behandelten Gruppen erkrankten nicht weniger, sondern mehr Raucher an Lungenkrebs.

Mikronährstoffe werden oft vorschnell bejubelt

Es wäre nun freilich falsch, die Hypothese umzukehren und Beta-Carotin als krebsfördernd zu brandmarken. Vielmehr sollten verschiedene Lehren gezogen werden. Vor allem: Es ist blauäugig anzunehmen, dass ein nutraceutical oder ein functional food den Effekt einer jahrelangen ungesunden Lebensweise kompensieren könnte. Wer solches hofft oder gar anderen verspricht, überfrachtet die realen Möglichkeiten der Mikronährstoffe. Zum Zweiten greift eine Dosis-Wirkungs-Beziehung, wie sie Pharmakologen normalerweise ansetzen, meist zu kurz. Besonders dann, wenn die verabreichten Dosierungen weit über die Grenzen hinausgehen, die mit einer normalen Ernährung erreichbar wären, können völlig neue Effekte auftreten.

Das Beispiel zeigt auch, wie leicht sich Ursache und Wirkung verwechseln lassen. Der jeweilige Beta-Carotin-Blutwert ergab sich aufgrund des Verzehrs von gelbem Gemüse. Die Mediziner hatten also den "Marker" einer – wahrscheinlich Lungenkrebs vorbeugenden – Ernährungsweise zum therapeutischen Prinzip erhoben. Zudem verfälschten die damals verfügbaren Nachweismethoden das Bild: Nur Beta-Carotin wurde analysiert, weil es zum damaligen Zeitpunkt schon sehr gut untersucht und durch Tests nachzuweisen war.

Das Problem stellt sich heute immer dringender, denn ständig werden neue Mikronährstoffe identifiziert und aufgrund von Zell- und Tierversuchen oder epidemiologischen Studien vorschnell bejubelt. Solange die aufgenommene Menge, die auch bei ausgewogener Ernährung erreichbaren Werte nicht übersteigt, dürfte die Aufnahme ohne Risiko sein. Doch nutzt sie dann überhaupt? Welche Folgen werden aber angereicherte Lebensmittel haben? Eine Lösung könnte das Konzept der "Biomarker" bieten, das ursprünglich von der Toxikologie entwickelt worden ist, um die Effekte von Schadstoffen zu prüfen.

Ein solcher Biomarker sollte ohne größere Eingriffe in Blut, Urin, Haut, Tränenflüssigkeit oder Muttermilch nachzuweisen sein, damit eine Wirkungskontrolle und Verträglichkeitsprüfung bei lang dauernder, täglicher Einnahme möglich ist. Anders als Marker in der klinischen Medizin sollen diese Substanzen keine Heilung, sondern die Verhinderung einer Krankheit anzeigen. Dazu muss bekannt sein, wie der jeweilige Marker mit dem Krankheitsgeschehen verbunden ist. Allerdings wird es kaum gelingen, für jeden Mikronährstoff einen solchen Indikator auszumachen. Auch dürfte für eine Erkrankung ein Mix von mehreren erforderlich sein.

Insbesondere Nährstoffe, die der Entwicklung von Krebs entgegenwirken, stehen im öffentlichen Interesse, entsprechende Biomarker sind dringend gesucht. Eine seit einigen Jahren diskutierte Ursache dieser Erkrankung – aber beispielsweise auch von Arteriosklerose und Alzheimer – sind freie Radikale. Sie entstehen zum einen infolge äußerer Belastungen des Organismus wie ultraviolettem Licht oder Zigarettenrauch, zum anderen aber auch bei normalen Vorgängen wie der Zellatmung. Diesen Molekülen fehlt ein Elektron, um einen energetisch günstigen Zustand zu erreichen. Indem sie es quasi von anderen Verbindungen rauben, zerstören sie deren Zusammenhalt und erzeugen weitere freie Radikale. Bei dieser Kaskade werden diverse Komponenten einer Zelle attackiert und geschädigt, sofern die zelleigene Abwehr nicht greift.

So können aus ungesättigten Fett-säuren – den so genannten Lipiden – der Zellmembran zunächst Radikale werden, die dann oxidieren (Lipidperoxidation). Im Zuge der weiteren Kas-kade vernetzen Lipide. Störungen der Membranfunktion, des Ionenflusses oder Schäden an Rezeptoren sind die Folge. Der wichtigste Schutz davor ist das fettlösliche Vitamin E, das zwischen den Lipiden in der Membran sitzend, die fortschreitende Lipidperoxidation unterbrechen kann.

Die menschliche Erbsubstanz als Biomarker

Auch Beta-Carotin ist ein wichtiges "Antioxidans"; es wird von Pflanzen als Farbstoff gebildet, um sie vor den durch UV-Licht gebildeten freien Radikalen zu schützen. Seine radikalfangende Wirkung lässt sich neuerdings mit dem Biomarker ODC dokumentieren. Die "Ornithindecarboxylase" ist ein Enzym, das bei der Krebsentstehung eine wichtige Rolle spielt, da es das Wachstum von Zellen kontrolliert. Wir haben kürzlich zeigen können, dass mit der UVA-Bestrahlung menschlicher Hautzellen nicht nur eine Zunahme freier Radikale einhergeht, sondern auch die Aktivität von ODC steigt. Behandelt man die Zellen aber zuvor mit Beta-Carotin, so bleibt dieser Effekt aus. Wir deuten dies als Schutzeffekt des Mikronährstoffs vor ultraviolettem Licht. Diese Wirkung des Vitamins auf den ODC-Spiegel wurde überdies schon in Dickdarmpolypen und bei chronischen Entzündungen der Magenschleimhaut nachgewiesen. Die ODC-Aktivität könnte also ein geeigneter Biomarker für die präventive Wirkung von Beta-Carotin sein.

Ein weiterer viel versprechender Indikator sind Abschnitte der Erbsubstanz (DNA), die durch freie Radikale oxidiert wurden; nach heutigem Kenntnisstand trifft das vor allem die Base Guanin, die zum 8-oxo-Guanin wird. Wird die oxidierte DNA dann für eine Zellteilung vervielfältigt, tragen ihre Kopien am Pendant der geschädigten Stelle mitunter irrtümlich Thymin. Kommen mehrere solcher Fehler zusammen, kann Krebs entstehen. Normalerweise helfen aber sehr wirksame Reparaturmechanismen gegen solche oxidativen Veränderungen.

Ob Mikronährstoffe wie die Vitamine E und C, Carotinoide und Flavonoide das Entstehen freier Radikale eindämmen oder sogar ganz verhindern können, lässt sich insbesondere am Spiegel von 8-oxo-Guanin im Blut oder Urin als Biomarker prüfen (es wird bei der Reparatur der DNA herausgetrennt und aus der Zelle ausgeschieden). Studien mit freiwilligen Probanden ergaben in der Tat nach einer zwölfwöchigen Einnahme von 500 Milligramm Vitamin C eine abnehmende Konzentration dieses Biomarkers. Gleichzeitig wurde jedoch beobachtet, dass die Oxidation einer anderen Base, des Adenins, anstieg, dieser Befund wird aber noch diskutiert.

Ein weiteres Verfahren, DNA-Schäden zu ermitteln, ist die Bestimmung so genannter Mikrokerne (Mikronuklei) in Lymphocyten, einer für die Immunabwehr wichtigen Klasse weißer Blutkörperchen. Wenn eine Zelle DNA-Schäden nicht zu reparieren vermag, schneidet sie diese Abschnitte aus dem Strang der Erbsubstanz heraus und schleust sie als Mikrokerne während der Teilung aus dem Zellkern. Bei Rauchern ist ihre Anzahl in sich teilenden Blutzellen doppelt so hoch wie bei Nichtrauchern, ein Beleg für Schäden an der Erbsubstanz und damit für ein höheres Krebsrisiko. In einer Pilotstudie konnten wir beobachten, dass die tägliche Einnahme von 1000 Milligramm Vitamin C und 330 Milligramm Vitamin E tatsächlich mit einem Rückgang der Mikrokerne zumindest in Lymphocyten von Rauchern einherging. Daraus lässt sich – mit gebotener Vorsicht – ein antioxidativer und damit möglicherweise Krebs hemmender Effekt ableiten. Dies bedeutet, wie schon gesagt, keinesfalls, dass durch die Einnahme von Vitaminen das erhöhte Krebsrisiko bei Rauchern kompensiert werden könnte. Nach Absetzen der Supplemente ging die Zahl der Mikronuklei auch sofort wieder in die Höhe. Es ist völlig unsicher, ob eine längere Zufuhr tatsächlich einen dauerhaften Schutz darstellt oder nicht vielleicht sogar einen Schaden bewirkt, wie dies bei Beta-Carotin der Fall war. Der beste Schutz vor den Folgen des Rauchens dürfte langfristig das Nichtrauchen sein, wie die niedrige Konzentration an Mikronuklei in dieser Gruppe zeigt.

Leben Fischesser länger?

Die Suche nach geeigneten Biomarkern für Langzeitstudien wird durch ein Phänomen noch komplexer, dass auch den Pharmazeuten allerlei Kopfzerbrechen bereitet: So wie ein Medikament nicht bei allen Menschen gleich anschlägt, wirken auch nutraceuticals verschieden. Dieser Umstand wird von Ernährungsforschern viel zu wenig beachtet. Beispielsweise gelten die im Fett von Meeresfischen reichlich vorkommenden Omega-3-Fettsäuren allgemein als probates Mittel, Verengungen der Herzkranzgefäße vorzubeugen. Der Grund für diese Annahme: Eskimos, die sich überwiegend von Fisch ernähren, erkranken deutlich seltener daran. Allerdings lässt sich bis heute nicht ausschließen, dass lediglich die genetische Ausstattung eben dieser Menschengruppe Besonderheiten aufweist, die ihr zum Vorteil gereichen.

Die Rede ist von so genannten genetischen Polymorphismen (nach dem griechischen polymorphos für "vielgestaltig"). Das sind minimale Varianten im Aufbau der Gene, die bei einem kleinen Prozentsatz der Bevölkerung vorkommen und dort dafür sorgen, dass die nach diesen Blaupausen in den Zellen produzierten Proteine von Mensch zu Mensch leicht variieren. Diese Ausprägung "biochemischer Individualität" erklärt auch, warum manche Menschen bei einer cholesterinreichen Ernährung ein höheres Risiko für koronare Herzerkrankungen haben, andere aber nicht.

Die Extraportion Folsäure nutzt nicht jedem

Solche Polymorphismen beeinflussen fraglos auch die Wirksamkeit von Vitaminen und anderen nutraceuticals. So sind manche Enzyme, die freie Radikale abfangen, nur aktiv, wenn Selen als Kofaktor zugegen ist. Der Mehrheit der Bevölkerung reicht die normale Ernährung zur Versorgung mit diesem Spurenelement aus. Genetisch bedingt arbeitet das Enzym aber bei manchen Menschen erst bei deutlich höheren Selen-Konzentrationen, eine Extragabe könnte bei ihnen Krebserkrankungen der Atemwege und des Verdauungstraktes vorbeugen.

Ein zweites eindrucksvolles Beispiel für genetischen Polymorphismus betrifft das Vitamin Folsäure, das vor allem in Fleisch und Getreideprodukten vorkommt. Es steht im Ruf, das Risiko für Arteriosklerose zu senken, da es in einen wichtigen und im Körper allgegenwärtigen Prozess eingreift. Viele lebenswichtige Vorgänge erfordern nämlich das Übertragen einer Methyl-Gruppe (CH3) von der Aminosäure Methionin auf ein anderes Molekül, dabei entsteht unter anderem Homocystein. Diese Verbindung fördert vermutlich Entzündungsreaktionen an den Gefäßwandzellen.

Überdies begünstigt sie wahrscheinlich die Bildung freier Radikale in der Zelle und trägt damit zu Zellveränderungen bei, die Arteriosklerose hervorbringen. Mit Hilfe der wasserlöslichen B-Vitamine Folsäure, B12 und B6 wird Homocystein wieder zu Methionin regeneriert und so der Spiegel dieser schädlichen Verbindung im Blut niedrig gehalten. An der Regeneration ist auch ein Enzym beteiligt, das einen Zwischenschritt in dem Reaktionszyklus der Folsäure katalysiert, die Methylentetrahydrofolatreduktase, kurz MTHFR. Bei einem kleinen Teil der Bevölkerung kann im zugehörigen Gen an einer bestimmten Position die Base Cytosin gegen Thymin ausgetauscht sein. Das Ergebnis ist ein Enzym mit schwächerer Aktivität. Menschen dieses Genotyps müssen deshalb mehr Folsäure zu sich nehmen, um ihren Homocystein-Spiegel auf normale Werte zu senken. Bei der Mehrheit der Bevölkerung genügt allerdings eine normale Zufuhr im Rahmen einer ausgewogenen Mischkost. Homocystein scheint somit ein viel versprechender Biomarker, der eine Reaktion auf die Zufuhr des Wirkstoffs Folsäure dokumentiert und dabei die individuelle Sensitivität anzeigt.

Im Rahmen des Human-Genom-Projekts sowie privatwirtschaftlicher Forschung werden derzeit sämtliche Gene des Menschen entziffert und auf ihre Funktionen hin geprüft. Variabilitäten in der genauen Basenabfolge eines Gens können Aufschluss über Krankheitsrisiken und Polymorphismen geben. Gelingt es, diese Informationen mit dem Wissen über die Zusammenhänge von Ernährung und Lebensstil zu verbinden, werden Ärzte eines Tages individuelle Ernährungsempfehlungen geben können, die im günstigsten Fall anhand von Biomarkern überprüfbar sind.

Gerade im gezielten Einsatz von Mikronährstoffen bei Risikogruppen liegt meines Erachtens das eigentliche Potenzial und die Zukunft von nutraceuticals. Solange die Industrie aber nur deren positive Eigenschaften proklamiert und auf eine gezielte Verträglichkeitsprüfung verzichtet, bleibt bei hoher Dosierung und Langzeitanwendung leider ein ungeklärtes Risiko.

Literaturhinweise


The Cholesterol ? Lowering Action of Plant Stanol Esters. Von T. T. Nguyen. The Journal of Nutrition, Bd. 129, S. 2109 (1999).

GSF ? Mensch + Umwelt Spezial. Vom Forschungszentrum für Umwelt & Gesundheit (Hg.), 2000.

Taschenatlas der Ernährung. Von H. K. Biesalski und Peter Grimm; Georg Thieme Verlag, 1999.


Gesünder leben dank Lebendkulturen?


Eine "probiotische", das heißt lebensfördernde, Wirkung wird gern Bakterienkulturen in Joghurt-Produkten zugesprochen. Zwar gibt es Hinweise aus Zellkultur- und klinischen Studien, dass solche Probiotika die Abwehrfunktion des Darmes verbessern und auch sonst einige förderliche Reaktionen auslösen, es fehlen jedoch Bestätigungen aus weiteren klinischen Studien. Die wären aber erforderlich, nicht zuletzt um die positiven Wirkungen zu belegen, obwohl probiotische Bakterienstämme an der Darmschleimhaut normalerweise nicht verbleiben und ihre Zahl im Verhältnis zu den dort vorhandenen Bakterien um einen Faktor 1000 bis 10000 geringer ist. Es fehlen aber auch Untersuchungen über eventuelle Risiken bei wiederholter Einnahme. Was geschähe, wenn diese Stämme dauerhaft ansässig würden? Können nutraceuticals die Bakterien in ihrem Wachstum beeinflussen? Probiotika gehören zu Stämmen, mit denen der Mensch schon lange Kontakt hat, sie gelten deshalb als harmlos. Doch dieses Urteil bedarf bei langfristiger Darreichung einer erneuten Prüfung ? zumal die möglichen Wechselwirkungen von Probiotika mit den diversen nutraceuticals noch völlig unbekannt sind.

Tabelle: Krebs verhindernde Lebensmittel und Inhaltsstoffe

Tabelle


Aus: Spektrum der Wissenschaft 12 / 2000, Seite 82
© Spektrum der Wissenschaft Verlagsgesellschaft mbH
12 / 2000

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft 12 / 2000

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