Vitamin E ist ein Sammelbegriff für alle fettlöslichen Substanzen mit meistantioxidativen Wirkungen, die die biologische Aktivität von (RRR)-α-Tocopherol aufweisen;[1] damit handelt es sich um Vitamere. Zu den Vitamin-E-Formen zählen die sogenannten Tocopherole undTocotrienole (abgeleitet von denaltgriechischen Wörternτόκοςtókos „Geburt, Nachkommen“ undφέρεινphérein „tragen, bringen“). Es kommen acht verschiedene Formen vor.[2]
Vitamin E ist Bestandteil aller Membranen tierischer Zellen, wird jedoch nur von photosynthetisch aktiven Organismen wie Pflanzen undCyanobakterien gebildet. Häufig wird der Begriff Vitamin E allein für α-Tocopherol, die am besten erforschte Form von Vitamin E, verwendet.
Vitamin E wurde als „Fruchtbarkeits-Vitamin“ entdeckt und als „Fortpflanzungsvitamin“[3] sowie als „Antisterilitätsvitamin“ beschrieben.[4]Herbert M. Evans undKatherine S. Bishop wiesen 1922 als erste auf einen bis dahin unbekannten fettlöslichen Faktor hin, der für die Reproduktion von Ratten notwendig war.[5] Hierbei machten sie die Beobachtung, dass Ratten bei einer Diät ausKasein,Maisstärke,Schmalz,Milchfett und Salzen – angereichert mit ausreichenden Mengen anVitamin A (in Form vonLebertran),Vitamin B (Backhefe) undVitamin C (Orangensaft) – sich nicht mehr fortpflanzen konnten.[6] Bei Gabe vonSalat konnte dieser Zustand wieder aufgehoben werden. In den Folgejahren wurde dieser Faktor in Form von α-Tocopherol[2] vor allem ausWeizenkeimöl, Hafer und Mais isoliert, als Vitamin erkannt und aufgrund der bereits bekanntenVitamine A,B,C undD nun erstmals durch den Biochemiker Barnett Sure als Vitamin „E“ bezeichnet.[7]
Die antioxidative Wirkung wurde durch Harold S. Olcott und Oliver H. Emerson (Gladys Anderson Emersons Ehemann) 1937 beschrieben.[1][8] 1938 wurde dieStruktur von Vitamin E (hier α-Tocopherol) von Erhard Fernholz aufgeklärt, zudem kam es im gleichen Jahr zur erstenchemischen Synthese durchPaul Karrer. Vertreter der ebenfalls zu den Vitamin-E-Formen zählenden Tocotrienole wurden gegen Ende der 1950er Jahre beschrieben und durch die Arbeiten von J. Bunyan und Mitarbeitern 1961[9] isoliert.[10]
Die Grundstruktur aller Vitamin-E-Formen bildet ein an Position 6 hydroxylierterChromanring, dessenMethylierung diese in eine α-, β-, γ- oder δ-Form unterteilt. Durch unterschiedlich gesättigte Seitenketten werden wieder vier Familien unterschieden, nämlich die
Tocopherole mit einer gesättigten Seitenkette und die
Tocotrienole (T3) mit einer dreifach ungesättigten Seitenkette.
Die C2-Position am Chromanring sowie die C4'- und C8'-Positionen der Phythylseitenkette bei Tocopherol sindchiral, es sind damit achtStereoisomere möglich. Tocopherole liegen natürlicherseits ausschließlich in einer (RRR)-Konfiguration vor.[2] Die natürlich vorkommende (RRR)-Form von Vitamin E wurde auch alsD-Form bezeichnet (D-α-Tocopherol). Die synthetisch hergestellte Form bildet ein Gemisch aus acht Stereoisomeren (all-rac), sie wurde ehemalsDL-Form genannt (DL-α-Tocopherol). Im Handel sind fernerEster alsAcetate,Succinate oderNicotinate beziehbar.[2]
Reduktion eines Fettsäureradikals durch α-Tocopherol. R1 steht für den unverzweigtenAlkylrest der Fettsäure.
Eine seiner wichtigsten Funktionen ist die eines lipidlöslichenAntioxidans,[11] das in der Lage ist, mehrfach ungesättigte Fettsäuren in Membranlipiden, Lipoproteinen und Depotfett vor einer Zerstörung durchOxidation (Lipidperoxidation) zu schützen.Freie Radikale würden die Doppelbindungen der Fettsäuren der Zell- und Organellmembranen angreifen. Tocopherol wirkt als Radikalfänger, indem es selbst zu einem reaktionsträgen, damesomeriestabilisierten Radikal wird. Das Tocopherol-Radikal wird dann unter Bildung einesAscorbatradikals reduziert. Das Ascorbatradikal wird mit Hilfe vonGlutathion (GSH) regeneriert. Dabei werden zwei Monomere (GSH) zu einem Dimer (GSSG) oxidiert.
Vitamin E hat Funktionen in der Steuerung der Keimdrüsen und wird daher auch als Antisterilitätsvitamin bezeichnet.
Der menschliche Körper kann am besten (RRR)-α-Tocopherol speichern und transportieren. Der Grund hierfür: Das in der Leber befindliche α-Tocopherol-Transfer-Protein (α-TTP), welches für den Transport des Vitamin E viaVLDL in den Blutkreislauf verantwortlich ist, hat die höchste Affinität zum natürlichen α-Tocopherol. Durch die Speicherkapazität kann eine einmalige Gabe für längere Zeit wirken. Das im Wesentlichen in Sojaprodukten vorkommende γ-Tocopherol zeigt eine geringere Aktivität. Neuerdings wird aber diskutiert, ob diesem eine besondere Rolle zugeschrieben werden muss.[12] In humanemLDL, einemLipoprotein, sind α-Tocopherol und in geringer Konzentration auch γ-Tocopherol vorhanden.
Die biologische Aktivität unterscheidet sich unter den Vitameren. Bezogen auf α-Tocopherol (100 %) weist β-Tocopherol 50 %, γ-Tocopherol 10 %, δ-Tocopherol 3 %, α-Tocotrienol 30 % und β-Tocotrienol 5 % der Aktivität auf.[13]
1 mg α-Tocopherol entsprechen 2,32 µmol.[2] Angaben über den Vitamin-E-Bedarf und die biologische Wirksamkeit werden in mgRRR-α-Tocopherol-Äquivalente (auch α-TE oder TÄ) angegeben, was eine Umrechnung der Tocotrienol- und Tocopherole-Vitamere erleichtert.
für δ-Tocotrienol existiert keine offizielle Umrechnung
Für die (RRR)-α-Tocopherol-Ester gilt: 1 mg α-TE entsprechen 1,10 mg α-Tocopherylacetat oder 1,23 mg α-Tocopherylsuccinat. Beim synthetischenall-rac-α-Tocopherol gilt der Umrechnungsfaktor 1 mg α-TE = 1,35 mg all-rac-α-Tocopherol.[2]
Die Angabe der aTE korreliert nicht mit der antioxidativen Wirkung. Im Gegenteil zeigen Tocotrienole sowie generell γ- und δ-Isomere eine wesentlich höhere antioxidative Aktivität. Bei Tocotrienolen wurde eine um 40-fach höhere antioxidative Schutzwirkung gegen Lipid-Peroxidation an Zellmembranen nachgewiesen.[15]
Synthetische Erzeugnisse mit Vitamin-E-Wirkung haben im Vergleich zu natürlichem Vitamin E eine reduzierte Wirkung, da sie aus Gemischen („all-RAC“) verschiedener Isomere im Aufbau des Phytyl-Restes bestehen.
Die älteren IE (bzw. USP-Units) basierten auf der relativen Vitamin-E-Aktivität von all-rac-α-Tocopherylacetat (1,49) und sollen nicht mehr verwendet werden.
Die biologische Aktivität der synthetischen all-rac-α-Tocopherol-Isomere ist geringer als die der natürlichen Form.[2] Bezogen auf (RRR)-α-Tocopherol liegt sie wie folgt:RRS bei 90 %,RSS bei 73 %,RSR bei 57 %,SRS bei 37 %,SRR bei 31 % undSSR bei 21 %.
In tierischen Nahrungsmitteln liegen die Vitamin-E-Gehalte erheblich niedriger als die pflanzlicher Nahrungsmittel. Besonders hohe Gehalte an Vitamin E weisenpflanzliche Öle auf, in der Regel überwiegt der Anteil von α-Tocopherol.[2] Dagegen dominiert inSojaöl γ-Tocopherol. Je mehrungesättigte Fettsäuren in den Ölen enthalten ist, desto mehr Vitamin E kommt darin vor.Raffination dieser Öle kann zu starken Verlusten (bis zu etwa 40 %) an Vitamin E führen.
Gemüse enthält im Vergleich zu den Ölen wenig Vitamin E, allgemein kommen in grünen Pflanzenteilen abhängig von der Menge anChloroplasten viel α-Tocopherol vor. Daneben findet man es auch in anderen, „gelben“ Pflanzenteilen wieWurzeln oderFrüchten, dort korreliert es mit dem Gehalt anChromoplasten (überwiegend als γ-Tocopherol).[2] Eine weitere Vitamin E-Quelle sindGetreide und Getreideprodukte.[2] BeimWeizenkorn wird das enthaltene Vitamin E während der Keimung verbraucht.[16] Abhängig von der Schicht des Weizenkorns liegen unterschiedliche Vitamere vor.
Vitamin E wird nur in Pflanzen aufgebaut, die Biosynthese startet ausHomogentisinsäure sowie Phytylpyrophosphat größtenteils in denPlastiden.[17]
Vitamin E wird auch synthetisch (u. a. vonBASF,E. Merck (India) undDSM Nutritional Products) als einracemisches Gemisch hergestellt. Synthetisches Tocopherol ist jedoch relativ instabil und wird daher meist noch mit einer Acetyl-Gruppe versehen (siehe auchdl-α-Tocopherylacetat). Dieses besitzt keine antioxidativen Eigenschaften.[12] Es kann aber im Körper im Umfang von bis zu 50 % in natürliches Vitamin E umgewandelt werden.
In der EU darf inNahrungsergänzungsmittel Vitamin E in Form vonD-α-Tocopherol, dl-α-Tocopherol,D-α-Tocopherylacetat, dl-α-Tocopherylacetat,D-α-Tocopherylsäuresuccinat, gemischten Tocopherolen (α, ß, γ, δ) sowie Tocotrienol-Tocopherol zugegeben werden.[18]
Vitamin E ist relativ stabil gegen Hitze. Selbst nach mehrstündigem Erhitzen auf bis zu 180 °C (etwa beim Frittieren) blieben die Verluste im Bereich von 15 %−60 %. Alle acht Vitamin-E-Vitamere haben dabei einen deutlich positiven Einfluss gegen die Entstehung unerwünschter Oxidationsprodukte. Je niedriger die Temperatur und je kürzer die Erhitzung, desto mehr Vitamin E wird erhalten.[19]
Der Mindestbedarf beträgt 4 mg/d, zuzüglich etwa 0,4 mg pro Gramm Zufuhr an mehrfach ungesättigtenFettsäuren.[12] Um die von verschiedenen Autoren als protektiv angesehenen Plasmaspiegel zu erreichen, ist eine Zufuhr von 20 bis 35 mg/d erforderlich. Aufgrund der geringen Toxizität[12][20] werden teilweise Dosierungen von 268 mg/d empfohlen.[21] Der Plasmaspiegel sollte oberhalb von 30 µmol/l liegen (bei einem Cholesterinwert von 220 mg/dl).[22]
Mangelerscheinungen beim Menschen sind heutzutage in Europa sehr selten, da Tocopherol sehr gut in der Leber und im Fettgewebe gespeichert werden kann. Nachgewiesene Mangelerscheinungen treten meist nur im Zusammenhang mit Krankheiten wie z. B. einerexokrinen Pankreasinsuffizienz[23] oder einer Verminderung des Gallenflusses[24] auf, bei denen gleichzeitig die Aufnahme von Fetten gestört ist.
Genauso wie die fettlöslichen VitamineVitamin A,Vitamin D undVitamin K werden (RRR)-α-Tocopherol und die (2R)-Stereoisomere [(RSR)-, (RRS)- und (RSS)-α-Tocopherol] im Fettgewebe bzw.Blutplasma des Körpers angereichert. Die synthetisch hergestellten (2S)-Stereoisomere [(SRR)-, (SSR)-, (SRS)- und (SSS)-α-Tocopherol] werden hingegen nicht im Blutplasma gespeichert.[25][26]
2003 hatte dieEuropäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) 300 mg (~450IE) pro Tag α-Tocopheroläquivalente als tolerierbare Höchstaufnahmemenge (Tolerable Upper Intake Level, UL) definiert und für Kinder altersabhängig eine UL von zwischen 100 und 260 mg pro Tag abgeleitet.[25][27] In den nachfolgenden Jahren wurden gesundheitlich schädliche Effekte in Interventionsstudien bei der Supplementation von Vitamin E beobachtet, auch bei hohen Dosierungen nach Selbstmedikation. Daher hat das BfR auf Basis der sogenannten akzeptablen täglichen Aufnahmemenge (Acceptable Daily Intake, ADI) bei 0,15–2 mg/kg Körpergewicht neue Grenzen für eine akzeptable Tagesaufnahmemenge festgelegt. Bei einem Referenzkörpergewicht für Erwachsene von 70 kg entspricht diese 105–140 mg Vitamin E.[27] Jugendliche der Altersgruppe der 15- bis 17-Jährigen haben ein Referenzgewicht von 61,3 kg, wodurch die tägliche Aufnahme von 92–123 mg Vitamin E als akzeptabel bewertet wird.
In dreiMeta-Analysen, die allerdings Gegenstimmen fanden,[28][29][30] wurde für Dosierungen > 400 IE eine erhöhte Sterblichkeit (alle Ursachen) gefunden.[31][32][33] Diemittlere letale Dosis (LD50) des α-Tocopherol liegt bei >2000 mg pro kg Körpergewicht; getestet an Mäusen, Ratten und Kaninchen.[25] Eine Vitamin E-Supplementierung über 12 Wochen von 1000 IU (RRR)-α-Tocopherol kann zu einemVitamin-K-Mangel führen.[34]
Das BfR schlägt fürNahrungsergänzungsmittel eine Höchstmenge von 30 mg pro Tag vor, warnt aber davor, dass bei Männern ab 55 Jahren bei einer unkontrollierten Supplementierung das Risiko für Prostatakrebs erhöht werden kann.[27]
In hohen Dosen kann Vitamin E zu Blutungen führen.[18]
Vitamin E verstärkt durch seineProstaglandin-Interaktion die Wirkung vonAntikoagulanzien (Gerinnungshemmer), deshalb muss bei (chronischer)[35] Anwendung oraler Antikoagulanzien die Therapie sorgfältig überwacht werden, um ein erhöhtesBlutungsrisiko zu vermeiden.[36]
Zudem sollen Patienten auf Vitamin E bzw. allgemein Antioxidanzien verzichten, wenn dieseStatine undNiacin einnehmen. Tägliche hohe Dosen an Vitamin E (≥ 300 I.E.) wechselwirken mitCyclosporin A, was dessen immunsuppressive Wirkung beeinträchtigen kann.
Es liegen aber keine Hinweise auf klinisch relevante Wechselwirkungen zwischen in Lebensmitteln enthaltenem und über die Nahrung aufgenommenem Vitamin E und Arzneistoffen vor.[35]
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