Wirkstoff: Ascorbinsäure

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Wirkungsmechanismus

Das Vitamin C spielt im Organismus eine wichtige Rolle als Antioxidans bei durch freie Radikale mediierten oxidativen Prozessen. Als reduzierendes Agens ist es aber auch in der Lage, redoxaktive Metalle wie Kupfer oder Eisen zu reduzieren und somit deren prooxidativen Eigenschaften zu erhöhen. Somit wirkt das Vitamin C im Organismus sowohl als Anti- wie auch als Prooxidans. Kleine Ascorbinsäuremengen gelten als Prooxidantien, grosse Ascorbinsäuremengen haben eine antioxidative Wirkung (Buettner 1996a). Das Vitamin C ist in der Lage, beim Vorhandensein von Eisenionen und Sauerstoff, Oxidationsreaktionen zu fördern. Bei diesen Reaktionen entstehen Dehydroascorbinsäure und Fe²⁺. Das Fe²⁺ wird beim Vorhandensein von Sauerstoff zu Fe³⁺ oxidiert, gleichzeitig entstehen Hydroxyl-Radikale, welche einen cytotoxischen Effekt aufweisen (Lozinsky 2002a; Pohanka 2012a).

Trotz intensiver Forschung sind die Effekte der Ascorbinsäure beim oxidativen Stress noch nicht völlig klar. Obwohl das Beseitigen von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) als Hauptfunktion des Vitamin C gilt, ist es noch in andere Mechanismen im Körper involviert. Zum Beispiel trägt es zur Aufrechterhaltung des Vitamin E in den Zellen bei. Vitamin E schützt als Antioxidans die Membranen vor Lipidperoxidation, indem es freie Sauerstoffradikale einfängt und selbst zum Radikal wird. Die Ascorbinsäure ist in der Lage, die Radikalform des Vitamin E wieder zu reduzieren, und somit das Vitamin E zu reaktivieren (Schneider 2003a; Huang 2003a).

Neben seiner anti- und prooxidativen Wirkung ist das Vitamin C auch bei anabolen Prozessen beteiligt. Die Aminosäuren Prolin und Lysin werden unter Beteiligung der Ascorbinsäure hydroxyliert. Abnormalitäten bei der Hydroxylierung dieser Aminosäuren führen zu einem tieferen Molekulargewicht der Aminosäuren und zu einer verminderten Qualität des exprimierten Kollagens und der Knochen (Li 2007b; Hara 2009a).

Das Vitamin C ist auch bei anderen Hydroxylierungsreaktionen im Körper beteiligt, welche der Hormon- und Neurotransmittersynthese dienen, da viele Mono- und Dioxigenasen Ascorbinsäure-abhängig sind. Unter anderem auch die Dopamin-β-Hydroxylase (Englard 1986a), die Propylhydrolase, die Asparaginylhydrolase und die zwei humanen DNA-Dioxigenasen ABH2 und ABH3, welche DNA-Reparatur-Enzyme sind (Hewitson 2003a; Sedgwick 2004a; Myllyharju 2004a).

Vitamin C hat ebenfalls einen Einfluss auf das Immunsystem (Fraser 1980a). Verschiedene in vivo-Studien konnten einen Effekt auf die T-Zellen-Proliferation und die Cytokinsekretion aufzeigen. In vitro konnte nach der Behandlung von menschlichen dendritischen Zellen eine verringerte Aktivierung der Monocytenpopulation und somit geringere IL-6 und TNFα-Konzentrationen festgestellt werden (Tan 2005a). Diese Beobachtung lässt auf einen antiinflammatorischen Effekt des Vitamin C schliessen. In vivo konnte eine erhöhte Proliferationsfähigkeit der T-Zellen nach der p.o. Verabreichung von Vitamin C-Megadosen bei jungen Menschen festgestellt werden (Anderson 1980b). Mit Vitamin C behandelte Maus-T-Zellen zeigten in vitro ebenfalls eine verbesserte Proliferation (Noh 2005a). Da alle oben genannten Experimente in vivo durchgeführt wurden, jedoch eine T-Zell-Aktivierung ex vivo durchgeführt wurde, lässt sich nicht erklären, ob das Vitamin C einen direkten Effekt auf die T-Zellen hat, oder ob es die T-Zell-Antwort indirekt über andere Komponenten der Mikroumgebung beeinflusst (Maeng 2009a). Zu den Mechanismen, welche die Immunantwort durch das Vitamin beeinflussen, ist bislang bekannt, dass aktivierte T-Lymphozyten vermehrt Dehydroascorbinsäure über die GLUT1- und GLUT3-Transporter akkumulieren, da diese aufreguliert werden (Maeng 2009a). Die genauen Mechanismen und Zusammenhänge, welche die Ascorbinsäure auf das Immunsystem ausübt, sind noch nicht bekannt (Tan 2005a).

Mitochondrien

In vivo Studien belegen, dass die Vitamin C-Konzentration in Säugetiermitochondrien durch den Vitamin C-Gehalt der Nahrung beeinflusst werden kann (Li 2001b; Ramanathan 2003a; Ingebretsen 1982a). Das Vitamin wird als Dehydroascorbinsäure in die Mitochondrien aufgenommen und zu Ascorbinsäure reduziert, da nur diese in der Lage ist, als Radikalfänger zu dienen (Li 2001b). Das Aufrechterhalten der intramitochndrialen Ascorbinsäurekonzentration scheint einen antiapoptotischen Effekt zu haben, da diese erhöhte ROS-Spiegel verhindert (Gruss-Fischer 2002a; Lee 2007a; KC 2005a). Eine Vitamin C-Dosis-abhängige ROS-Reduktion konnte in vitro mit menschlichen Endothelzellen bei Hypoxie- und Reperfusions-Versuchen gezeigt werden (Dhar-Mascareo 2005a).

Antivirale Wirkung

Verschiedene Studien zeigen einen antiviralen Effekt des Vitamin C in vivo (Li 2006d; Gorton 1999a; Sasazuki 2006a). In vitro konnte ein inhibierender Effekt auf die Multiplikation von Herpes-, Influenza- und Polioviren durch das Vitamin C aufgezeigt werden (Furuya 2008a; Brinkevich 2012a; Furuya 2008a). Dabei hatte die Dehydroascorbinsäure, welche keine reduzierenden Eigenschaften besitzt, eine höhere antivirale Aktivität als die Ascorbinsäure. Daraus lässt sich schliessen, dass die antivirale Aktivität nicht auf die antioxidativen Mechanismen des Vitamins basiert (Furuya 2008a). Ausserdem konnte gezeigt werden, dass die Dehydroascorbinsäure an Proteine wie Albumin durch Ionenbindungen haftet (Lozinsky 2002a), Lysin-Reste modifiziert (Slight 1990a) und Kinasen und andere Enzyme hemmt (Fiorani 2000a; Neault 2001a; Carcamo 2004a). Jedoch ist nicht bekannt, ob diese Mechanismen ebenfalls zur antiviralen Aktivität des Vitamins beitragen (Furuya 2008a).

Neoplasien

In vitro konnte durch die prooxidative Wirkung des Vitamin C ein cytotoxischer Effekt auf Krebszellen festgestellt werden, der auf die Produktion von Wasserstoffperoxid basiert (Chen 2005a; Chen 2008a). Die Effekte von hoch konzentriertem Vitamin C in vivo auf Krebszellen sind noch Gegenstand der Forschung.

Sepsis

Der Einsatz von parenteral verabreichtem Vitamin C als Adjuvants bei der Sepsistherapie wird zurzeit erforscht. Eine Sepsis führt zur Vitamin C-Depletion, einer exzessiven Proteinnitrierung in mikrovaskulären Endothelzellen und mikrovaskulären Dysfunktionen und somit zu Vasodilatation, Endothel-Barriere-Dysfunktionen und disseminierter intravasaler Koagulopathie (DIC) (Wilson 2013a). Eine parenterale Verabreichung von Ascorbinsäure konnte in Tier-Sepsis-Modellen die oben erwähnten pathologischen Veränderungen vermindern (Long 2003a; Armour 2001a; Wu 2004a; Wu 2003a). Dies wird unter anderem durch die Beeinflussung der Stickstoffoxid-Produktion der Endothelzellen erzielt, via Stabilisierung des BH4 (ein Cofaktor der Endothel-Stickstoffoxid-Synthetasen) durch die Ascorbinsäure. Ausserdem ist die Ascorbinsäure an der Phosphorylierung der Endothelstickstoffoxid-Synthetasen beteiligt (Heller 2001a; Ladurner 2012a).

Zelldifferenzierung

Verschiedene in vitro-Studien zeigen eine Stimulierung der Differenzierung von verschiedenen Zelllinien durch das Vitamin C. Unter anderem wurde diese Beobachtung bei Myoblasten, Chondrozyten, Osteoblasten und Adipozyten gemacht (Nandan 1990a; Gerstenfeld 1991a; Cuaranta-Monroy 2014a). Diese mediierende Wirkung wird der Synthese der kollagenen extrazellulären Matrix zugeschrieben, welche durch das Vitamin C beeinflusst wird. Bei der Osteoblastendifferenzierung konnte gezeigt werden, dass das Vitamin C die Differenzierung durch das Fördern der Translokation des Transkriptionsfaktors Nrf1, welcher an ein auf Antioxidantien reagierendes Element binden kann, mediiert. Dies lässt darauf schliessen, dass die Wirkung des Vitamins durch den Redox-Status der Zelle bestimmt wird (Xing 2007a).

Hormon- und Neurotransmittersynthese

In bovinen Granulosazellen dient das Vitamin C als Co-Substrat der Dopamin-β-Monooxygenase, der Biosynthese von Norepinephrinen (Dhariwal 1991a). Als reduzierendes Agens ist es an der Synthese von Aldosteron und Oxytocin beteiligt (Yanagibashi 1990a; Luck 1988a; Luck 1987a).

Eisenaufnahme

Die Ascorbinsäure steigert die diätetische Eisenaufnahme und spielt somit eine Rolle im Eisenmetabolismus. Jedoch scheint die Funktion der Ascorbinsäure in dieser Hinsicht sehr komplex zu sein. Die genauen Mechanismen dieser Funktion sind noch nicht bekannt. Es wird angenommen, dass die Wirkungsweise des Vitamins auf intrazellulären reduktiven Mechanismen basiert (Lane 2013a).

Hypovitaminose

Ein Vitamin C-Mangel manifestiert sich durch Alterationen bei der Kollagenproduktion, einer Fragilität der Kapillaren, peridontale Erkrankungen und Knochenmalformationen. Dieser Symptomkomplex wird als Skorbut bezeichnet. Obwohl Wiederkäuer in der Lage sind Vitamin C endogen zu synthetisieren, wurde bereits von Fällen berichtet, in denen Kälber, welche zu wenig Milch erhielten, Symptome wie orale mukosale Läsionen, Allopezie, Dermatitis und schlechtes Wachstum aufwiesen (Toutain 1997c). Diese Beobachtung lässt darauf schliessen, dass das Kalb in den ersten 2 - 3 Lebenswochen noch nicht in der Lage ist, genügend Vitamin C zu synthetisieren, und es deswegen auf die Vitamin C-Aufnahme von ca. 2 - 2,5 mg/kg über die Milch angewiesen ist (Toutain 1997c; Fettman 2001b). Meerschweinchen, Primaten, Menschen, Fledermäuse und einige Exoten sind nicht in der Lage, Vitamin C zu synthetisieren. Sie entwickeln, wenn sie vitaminarm ernährt werden, Zeichen von Skorbut, wie zum Beispiel: Gewichtsverlust, Hämorrhagien, Anämie, Gingivitis und abnormes Knochenwachstum (Fettman 2001b; Linster 2007a; Nishikimi 1994a; Nandi 1997a; Englard 1986a).

Vitamin C-Status

Um den Vitaminstatus zu bestimmen, kann die biologische Antwort auf eine Supplementierung bei einer Hypovitaminose (d.h. verschwinden der Symptome) beobachtet werden. Ausserdem können die Vitaminkonzentration im Serum, den Leukozyten oder in der Leber gemessen werden. Ebenfalls kann eine Messung der Ausscheidung über den Harn nach einem Loading-Test verwendet werden (Masuyama 2014a). Jedoch muss erwähnt werden, dass die Vitamin C-Konzentrationen individuell variieren, je nach Alter, Wachstum und Gesundheitszustand des Tieres (Matsui 2007a). Es ist zu beachten, dass die Vitamin C-Konzentration von Plasmaproben auch bei -30 Grad Celsius bereits innerhalb von drei Tagen abnimmt (Matsui 2007a).

Vitamin C-Bedarf

Der Vitamin C-Bedarf variiert, je nachdem ob es sich um eine Spezies handelt, welche das Vitamin selber synthetisieren kann oder nicht. Stress, Krankheit und eine erhöhte Leistung können den Vitaminbedarf erhöhen. Andere Bestandteile der Ernährung wie zum Beispiel die Vitamine A und E, Selen, schwefelhaltige Aminosäuren sowie Metalionen können die oxidativen Prozesse und somit den Vitamin C-Bedarf erhöhen (Fettman 2001b).

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