Die Wirksamkeit von Carotinoiden

Ein Überblick

Von VERIS Research, Düsseldorf

Freie Radikale

Im hier vorliegenden VERIS Research Summary werden aktuelle Forschungsergebnisse diskutiert, die die Rolle der Carotinoide in der Prävention solcher Krankheiten darstellen, die mit Schäden durch freie Radikale in Verbindung gebracht worden sind. Dazu gehören z.B. Krebs, koronare Herzkrankheit, Katarakt und altersabhängige Makuladegeneration.

Funktionen von Carotinoiden

Carotinoide haben weiterhin eine Reihe von Eigenschaften, die unabhängig von ihrer potentiellen Rolle als Vitamin-A-Vorstufe sind. Carotinoide desaktivieren sehr effektiv Singulett-Sauerstoff, eine angeregte, reaktive Form von Sauerstoff. Von allen untersuchten Carotinoiden kann Lycopin, das Carotinoid in Tomaten, Singulett-Sauerstoff am effektivsten desaktivieren. Des weiteren können Carotinoide in Radikalkettenreaktionen eingreifen und auf diese Weise den Körpers vor Angriffen durch freie Radikale schützen [7].
Carotinoide können auch als Modulatoren des Immunsystems wirken. In kürzlich durchgeführten Studien wurden durch Supplementierung mit b-Carotin einige Parameter der Immunreaktion bei älteren Männern [8] und gesunden männlichen Nichtrauchern stimuliert [9].
Weiterhin schützen Carotinoide die Haut vor Rötung und Schäden durch UV-Licht. In einer Studie an erwachsenen Frauen schützte die orale Gabe
von b-Carotin in Kombination mit topisch applizierten Sonnenschutzmitteln wirksamer vor den schädlichen Folgen durch UV-Licht-Exposition als das Sonnenschutzmittel allein [10]. In einer Untersuchung an erwachsenen Männern schützte die Supplementierung mit b-Carotin auch vor einer durch UV-Bestrahlung hervorgerufenen Unterdrückung der Immunreaktion [11].
Lutein und Zeaxanthin sind die einzigen Carotinoide, die in Makula und Retina im Auge vorkommen. Man nimmt an, daß diese Carotinoide z.B. als Filter für blaues Licht in Makula und Retina wirken und/oder Singulett-Sauerstoff in diesem stark sauerstoff- und lichtexponierten Gewebe desaktivieren. Auf diese Weise können Lutein und Zeaxanthin die empfindlichen Photorezeptorzellen vor Schäden schützen [7].
Einige Carotinoide (z.B. Lycopin und b-Carotin) können die Kommunikation zwischen Zellen verbessern. Zellen sind mit ihren Nachbarzellen durch kleine Kanäle verbunden, über die sie gegenseitig Botenstoffe austauschen können. Dies ist eine Möglichkeit, Wachstum und Teilungsraten von Zellen zu kontollieren. Bei Tumorzellen ist diese Form der Wachstumskontrolle häufig gestört, kann aber durch Carotinoide wieder so verbessert werden, daß sich Wachstums- und Teilungsraten normalisieren [7, 12]. Einige Carotinoide werden mit einem reduzierten Risiko für verschiedene Krebserkrankungen in Verbindung gebracht:

• Lycopin mit Prostatakrebs;
• Lutein, Zeaxanthin, a-Carotin und b-Carotin mit Lungenkrebs;
• b-Cryptoxanthin mit Gebärmutterkrebs und
• b-Carotin mit Krebserkrankungen im Mundbereich [13].

Resorption und Transport

Ballaststoffe aus der Nahrung können die Resorption von Carotinoiden hemmen, gleichzeitig beeinflußt auch die Matrix, in die die Carotinoide im Lebensmittel eingebunden sind, die Resorptionsrate. Eine Studie an erwachsenen Frauen zeigte, daß die durchschnittlichen b-Carotinkonzentrationen im Serum bei den Testpersonen, die 12 mg b-Carotin täglich über 6 Wochen aus Supplementen, Karotten bzw. Karottensaft einnahmen, signifikant anstiegen, wobei der Anstieg bei der Gruppe, die Supplemente erhielt, am größten war [14]. In einer Untersuchung an indonesischen Frauen wurde der Vitamin-A-Status durch eine b-Carotin-haltige Waffel verbessert, nicht jedoch durch die Aufnahme der gleichen Menge b-Carotin aus dunkelgrünen Blattgemüsen [15].
Nach der Resorption werden Carotinoide und Vitamin A in der Dünndarmschleimhaut zusammen mit resorbierten Nahrungsfetten in Chylomikronen inkorporiert, über Lymphsystem und Blutkreislauf zur Leber transportiert und in die Leber aufgenommen. Im Blutkreislauf werden Carotinoide mit den verschiedenen Lipoproteinen (z.B. LDL) transportiert. Hauptspeichergewebe für Carotinoide im Körper sind Leber und Fettgewebe. Carotinoide kommen aber auch in der Lunge und in anderen Geweben wie dem Corpus luteum (Gelbkörper), Nebennieren, Prostata und, wie schon erwähnt, in Retina und Makula im Auge vor [7].

Quellen

Gemischte natürliche Carotinoide aus der Alge Dunaliella salina in Supplementform enthalten eine Vielzahl von Carotinoiden, wie sie auch auf natürliche Weise in Obst und Gemüse vorkommen; Supplemente auf der Basis von synthetisch hergestelltem b-Carotin enthalten dagegen nur b-Carotin. Das b-Carotin aus der Alge D. salina besteht zu etwa gleichen Teilen aus dem all-trans- und dem 9-cis-Isomer; synthetisches b-Carotin nur aus dem all-trans-Isomer. Bei gesunden Testpersonen waren die Konzentrationen von Produkten der Lipidperoxidation im Serum bei den Personen, die mit synthetischem b-Carotin supplementiert wurden, höher als bei den Personen, die ein Gemisch von b-Carotin und anderen Carotinoiden aus natürlichen Quellen erhielten [17]. Ergebnisse einer anderen Studie an gesunden Testpersonen zeigten eine bevorzugte Aufnahme von Lutein und Zeaxanthin im Vergleich zu all-trans-b-Carotin nach einer Einmaldosis der Kombination natürlicher Carotinoide [18].

Zufuhr/Bedarf

Da es immer mehr Hinweise auf die vorbeugend schützende Wirkung von Carotinoiden für die menschliche Gesundheit gibt, könnte man eine spezifische empfohlene Zufuhrmenge für Carotinoide neben der für Vitamin A in Erwägung ziehen. Auf der Basis von Richtlinien der US-Behörden für eine optimale Aufnahme von Obst und Gemüse zur Prävention chronischer Erkrankungen wird eine tägliche Zufuhr von 6 mg b-Carotin als empfehlenswert angesehen. Von der Alliance of Aging, einer US-amerikanischen Bürgerorganisation, wird eine tägliche b-Carotinzufuhr von 10 bis 30 mg für eine optimale Gesundheit empfohlen. Nach der Deutschen Gesellschaft für Ernährung können die in epidemiologischen Studien für protektiv erkannten b-Carotinkonzentrationen im Blut mit einer
durchschnittlichen b-Carotinzufuhr von 2 mg/Tag erreicht werden [69]. Im "Hohenheimer Konsensgespräch" haben führende europäische Wissenschaftler eine tägliche Aufnahme von 2 bis 4 mg b-Carotin für Erwachsene, die keinem besonderen oxidativen Streß unterliegen, zur Optimierung der b-Carotinkonzentrationen im Blut empfohlen [70].
Bis jetzt weist die Mehrzahl der Forschungsergebnisse darauf hin, daß Personen mit geringer Carotinoidzufuhr oder niedrigen Carotinoidkonzentrationen im Blut ein erhöhtes Risiko für die Entstehung einer Reihe von degenerativen Erkrankungen haben. In epidemiologischen Studien hatten Personen mit hoher Aufnahme von carotinoidreichem Obst und Gemüse bzw. Personen mit hohen Carotinoidkonzentrationen im Blut durchgängig ein reduziertes Erkrankungsrisiko [20].

Krebs

Epidemiologische Untersuchungen
In einer Studie zu Risikofaktoren für Gebärmutterhalskrebs waren die b-Carotinkonzentrationen im Blut bei Personen mit Krebs niedriger als bei gesunden Kontrollpersonen [21]. In einer weiteren Studie zu Gebärmutterhalskrebs waren die Konzentrationen von Gesamtcarotinoiden, b-Cryptoxanthin und a-Carotin im Serum bei Patienten mit Krebs ebenfalls niedriger als bei Kontrollpersonen [22]. Dagegen wurde zwischen den Carotinoidkonzentrationen im Serum und dem Risiko, an Eierstockkrebs zu erkranken, kein Zusammenhang festgestellt [23]. Eine hohe b-Carotinzufuhr mit der Nahrung korrelierte mit einem niedrigeren Risiko für Krebs der Gebärmutterschleimhaut [24]. Bei einer Gruppe von Frauen mit Brustkrebs nach den Wechseljahren waren die b-Carotinkonzentrationen im Blut niedriger als bei gesunden Kontrollpersonen [25], und in einer anderen Studie korrelierte die b-Carotinzufuhr mit der Nahrung invers mit dem Brustkrebsrisiko [26]. Bei Patienten mit Krebs epithelialer Gewebe waren die b-Carotin- und Vitamin-A-Konzentrationen im Serum niedriger als bei der Kontrollgruppe [27].
Ein erhöhter Verzehr von Obst und Gemüse korrelierte mit einem geringeren Risiko für Krebserkrankungen im Mund und im Rachenraum [28]. Eine erhöhte b-Carotinaufnahme wurde mit einem niedrigeren Risiko für die Entwicklung von Zweit- bzw. Sekundärtumoren bei Patienten mit Krebs in Mundhöhle, Rachen oder Speiseröhre in Verbindung gebracht [29]. In einer weiteren Studie war das Magenkrebsrisiko bei hoher Carotinoidzufuhr geringer [30]. Der Verzehr von Tomaten, der Hauptquelle in der menschlichen Ernährung für Lycopin, war bei Patienten mit Krebs des Verdauungstraktes niedriger als bei Personen der Kontrollgruppe [31].
In einer Studie zur Korrelation von b-Carotinkonzentrationen im Serum und dem Risiko für Magen-, Darm-, Blasen- und Lungenkrebs war das Lungenkrebsrisiko bei Männern mit b-Carotinkonzentrationen im untersten Quintil höher [32]. Die b-Carotinkonzentrationen im Blut waren auch bei einer Gruppe von Patienten mit Lungen- und Magenkrebs niedriger als bei Kontrollpersonen [33]. In einer Untersuchung zu Krebserkrankungen an neun verschiedenen Organen korrelierten hohe b-Carotinkonzentrationen im Serum mit einem niedrigen Risiko für Lungenkrebs [34].
In einer Reihe von Studien wurde die Beziehung zwischen Carotinoidkonzentrationen im Blut und dem Lungenkrebsrisiko untersucht. In einer Studie korrelierte eine gesteigerte Carotinzufuhr mit der Nahrung mit einem niedrigeren Lungenkrebsrisiko [35]. In einer weiteren Studie wurde eine dosisabhängige inverse Beziehung zwischen der Aufnahme von a-Carotin, b-Carotin und Lutein und dem Lungenkrebsrisiko festgestellt [36]. Bei Patienten mit Lungenkrebs waren die b-Carotinkonzentrationen im Serum niedriger als in der Kontrollgruppe [37]. Bei Nichtrauchern zeigt sich eine inverse Korrelation zwischen der b-Carotinzufuhr mit der Nahrung und dem Lungenkrebsrisiko, die inverse Beziehung war jedoch für die gesamte Carotinoidaufnahme stärker als für b-Carotin allein [38]. In weiteren Untersuchungen wurde die b-Carotinzufuhr mit der Nahrung mit einem niedrigen Lungenkrebsrisiko in Zusammenhang gebracht [39], und die Gesamtcarotinoid- und b-Carotinkonzentrationen im Serum waren bei den Lungenkrebspatienten niedriger [40].
Das Lungenkrebsrisiko war bei Männern im untersten Quintil der b-Carotinkonzentrationen im Serum und der niedrigsten Zufuhr mit der Nahrung erhöht [41, 42], und die Carotinoidkonzentrationen im Serum waren bei einer Gruppe von Patienten mit Lungenkrebs niedriger [43]. Ein erhöhter Verzehr von carotinoidreichem Obst und Gemüse korrelierte mit einem verminderten Lungenkrebsrisiko [44, 45]. Im Gegensatz dazu fand sich in einer anderen Studie kein Zusammenhang zwischen der Carotinoidzufuhr mit der Nahrung und dem Lungenkrebsrisiko [46]. Bei einer Gruppe von Nichtrauchern korrelierte eine erhöhte Carotinoidzufuhr mit einem verminderten Lungenkrebsrisiko [47]. Eine weitere Untersuchung zeigte einen Zusammenhang zwischen einer niedrigen Zufuhr von Obst und Gemüse, a-Carotin, b-Carotin und Lutein-Zeaxanthin und einem erhöhten Lungenkrebsrisiko [48].
Ein niedrigeres Risiko für Prostatakrebs korrelierte nur mit hohem Verzehr lycopinreicher Lebensmittel (Tomatensauce, Tomaten und Pizza); es fand sich kein Zusammenhang zum Verzehr von Lebensmitteln, die reich an anderen Carotinoiden waren [49]. In zwei Studien, in denen die Beziehung zwischen Carotinoidserumkonzentrationen und dem Risiko für Krebs an verschiedenen Organen untersucht wurde, waren die b-Carotinkonzentrationen im Serum bei Krebspatienten niedriger [50], und niedrige Carotinoidkonzentrationen im Plasma wurden mit einem erhöhten Risiko für Lungen- und Darmkrebs in Verbindung gebracht [51].

Interventionsstudien

In der Linxian-Studie, einer Interventionsstudie an fast 30000 Erwachsenen mit suboptimaler Vitamin- und Mineralstoffversorgung in China, wurde der Zusammenhang zwischen der Substitution mit verschiedenen Vitamin- und Spurenelementkombinationen und der Krebssterblichkeit untersucht. In der mit einer Kombination aus b-Carotin, Vitamin E und Selen supplementierten Gruppe war das Krebsrisiko 13% niedriger als in der Placebogruppe [52]. In einer klinischen Untersuchung in den USA an 864 Personen, denen bei Studienbeginn bereits ein kolorektales Adenom entfernt worden war, führte eine Supplementierung mit b-Carotin, Vitamin C, Vitamin E oder einer Kombination aller drei im Vergleich zur Placebogruppe nicht zu einer Abnahme der Häufigkeit von neuen Adenomen über den Zeitraum von vier Jahren. Diese Ergebnisse stehen im Widerspruch zu denen von epidemiologischen Studien, nach denen ein erhöhter Antioxidantienstatus anscheinend das Risiko für invasive Tumoren des Colon und Rectum vermindert. Möglicherweise ist das auf Effekte von Antioxidantien auf die Entwicklung von Adenomen zu Karzinomen zurückzuführen, während in den vorliegenden Studien nur die Neuentstehung von Adenomen untersucht wurde [53].
In einer Untersuchung in Finnland an fast 30000 männlichen Rauchern im Alter von 50 bis 69 Jahren (ATBC-Studie) war die Lungenkrebshäufigkeit bei der Gruppe, die über 5 bis 8 Jahre täglich mit 20 mg synthetischem b-Carotin supplementiert wurde, um 18 Prozent höher als in der Gruppe, die ein Placebo erhielt [54]. In einer Studie in den USA an über 18000 Personen mit einem hohen Lungenkrebsrisiko (Raucher, ehemalige Raucher und Asbestarbeiter, CARET Study) war das Lungenkrebsrisiko bei der Gruppe, die täglich mit 30 mg synthetischem b-Carotin plus 25000 Internationale Einheiten (I.E.) Vitamin A über einen Zeitraum von vier Jahren supplementiert wurde, im Vergleich zur Placebogruppe um 28 Prozent höher [55].
Nach Ergebnissen einer Studie an über 22000 männlichen Ärzten im Alter von 40 bis 84 Jahren (Physicians Health Study) war die Häufigkeit von Krebserkrankungen bei den Personen, die über 12 Jahre jeden zweiten Tag 50 mg synthetisches b-Carotin erhielten, nicht signifikant von der Placebogruppe verschieden [56]. Dagegen war bei der Teilgruppe mit bei Studienbeginn niedrigen b-Carotinkonzentrationen im Plasma das Prostatakrebsrisiko in der b-Carotinsupplementierten Gruppe um 36% niedriger als in der Placebogruppe [57].
In Interventionsstudien an Patienten mit oraler Leukoplakie (präkanzeröse Schädigungen der Mundhöhle) wurde festgestellt, daß b-Carotin, allein oder in Kombination mit anderen Antioxidantien verabreicht, einen Rückgang der Schädigungen bewirkt. Diese positiven Effekte waren bei Rauchern stärker ausgeprägt [58].

Koronare Herzerkrankungen

Im Rahmen der Physicians Health Study (s.o.) wurde an über 300 Ärzten, die in der Anamnese eine stabile Angina pectoris bzw. eine Behandlung wie z.B. eine Bypass-Operation oder eine Ballondilatation hatten, der Einfluß der b-Carotinsupplementierung (50 mg jeden 2. Tag) auf das Risiko für schwerwiegende kardiale ischämische Ereignisse untersucht. Dabei war das Risiko in der b-Carotinsupplementierten Gruppe um 51% niedriger als in der Placebogruppe; dieser protektive Effekt war ab dem zweiten Jahr der b-Carotinsupplementierung zu beobachten [60].
In verschiedenen großen epidemiologischen Untersuchungen korrelierten erhöhte Carotinoidkonzentrationen im Blut mit einem reduzierten Risiko für koronare Herzerkrankungen. Eine Untersuchung an Männern mit Hyperlipoproteinämie Typ IIa in den USA ergab eine inverse Beziehung zwischen den Carotinoidkonzentrationen im Serum und dem Risiko für koronare Herzerkrankungen [61]. Nach Ergebnissen einer großen prospektiven Studie an fast 3000 Männern mittleren Alters in der Schweiz hatten die Personen mit den niedrigsten Carotinoidkonzentrationen im Plasma ein erhöhtes Risiko, an koronaren Herzerkrankungen zu sterben [62].
In einer im Anschluß an die Nurses Health Study (Teilnehmerinnen: über 87000 gesunde Frauen in den USA) durchgeführten Untersuchung bei den Frauen ohne bisherige Diagnose von kardiovaskulären Erkrankungen hatten die Frauen mit der höchsten b-Carotinzufuhr mit der Nahrung ein 22 Prozent niedrigeres Risiko für koronare Herzerkrankungen im Vergleich zu den Frauen mit der niedrigsten b-Carotinzufuhr. Auch in der entsprechenden Studie an fast 40000 Männern (Health Professionals Follow-Up Study) korrelierte eine hohe b-Carotinaufnahme mit der Nahrung mit einem niedrigeren Risiko für koronare Herzkrankheiten bei Rauchern und ehemaligen Rauchern [60].
In einer Studie an über 5000 Erwachsenen in Finnland, bei denen zu Studienbeginn keinerlei Herzerkrankungen festgestellt worden waren, korrelierte bei Frauen eine hohe Carotinoid- und Vitamin-E-Aufnahme mit der Nahrung mit einem deutlich niedrigeren Risiko, an koronaren Herzerkrankungen zu sterben. Bei Männern wurde dieser Zusammenhang nur für die Vitamin-E-Aufnahme, nicht jedoch für die kombinierte Aufnahme von Vitamin E, b-Carotin und Vitamin C beobachtet [63].

Katarakt und altersabhängige Makuladegeneration

In einer Fall-Kontroll-Studie in den USA wurde gezeigt, daß die Wahrscheinlichkeit, an altersabhängiger Makuladegeneration zu erkranken, für Personen mit sehr niedrigen Lycopinserumkonzentrationen doppelt so groß war wie für alle anderen Personen [66]. In einer multizentrischen Fall-Kontroll-Studie in den USA hatten Personen mit der höchsten Carotinoidaufnahme mit der Nahrung ein 43% niedrigeres Risiko für altersabhängige Makuladegeneration im Vergleich zu Personen mit der niedrigsten Carotinoidaufnahme. Diese Beziehung war für luteinreiche Gemüse am stärksten ausgeprägt [67].
In einer Doppelblindstudie zum Zusammenhang zwischen der Supplementierung mit Antioxidantien (täglich 36 mg b-Carotin, 750 mg Vitamin C, 200 I.E. Vitamin E und 50 mg Selen) und dem Fortschreiten einer altersabhängigen Makuladegeneration stabilisierte sich bei der supplementierten Gruppe die Sehschärfe in die Ferne über 18 Monate, nahm jedoch in der Placebogruppe ab [68].

Zusammenfassung

Auf der Basis der heute bekannten Forschungsergebnisse empfehlen Wissenschaftler, die Zufuhr von Carotinoiden und anderen Antioxidantien zu erhöhen, um einen adäquaten Schutz vor umweltbedingtem Streß zu gewährleisten. Literatur

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