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Carotinoide
Was sind Carotinoide?
Wie die Polyphenole zählen auch die Carotinoide zur grossen Gruppe der sekundären Pflanzenstoffe. Sie sind an der Photosynthese beteiligt und dienen pflanzlichen Organismen zum Schutz gegen Frassfeinde, photooxidative Schäden oder oxidativen Stress. Zudem verleihen sie vielen Pflanzen, Gemüsen und Früchten ihre grüne, gelbe bis rötliche Farbe. Aber auch Vögel oder Schalentiere können ihre charakteristische Farbe von Carotinoiden bekommen, wenn sie diese mit der Nahrung aufnehmen.
Chemische Struktur
Ihre chemische Struktur ist gekennzeichnet durch lange Ketten von regelmässig angeordneten Kohlenstoff-Doppelbindungen mit oder ohne ringförmige Endgruppen (azyklisch/zyklisch).
Enthalten die zyklischen Carotinoide an den «Enden» dieselbe Ringstruktur wie Retinol (= Vitamin A), so können sie im Körper zu Vitamin A gespalten werden.
Provitamin-A-Carotinoide: können vom Körper in Vitamin A umgewandelt werden
- Beta-Carotin
- Alpha-Carotin
- Gamma-Carotin
- Cryptoxanthin
Das wichtigste Vorläufermolekül für Vitamin A ist zweifelsohne Beta-Carotin. Es kann durch das Enzym Beta-Carotene Monooxygenase 1 in zwei Vitamin-A-Moleküle umgewandelt werden.
Die anderen bekannten Vitamin-A-Vorläufer Alpha-Carotin, Gamma-Carotin und Cryptoxanthin liefern hingegen nur 1 Molekül Vitamin A. Alle diese Provitamin-A-Carotinoide können so zur Deckung des Vitamin-A-Bedarfs beitragen.
Natürliche Carotinoid-Quellen
Karotten, Süsskartoffeln, Kürbis, rote Paprika, Grünkohl, Spinat, Feldsalat sowie Honigmelone, Aprikosen und Mango sind besonders reich an Beta-Carotin. Dunkelgrünes Blattgemüse wie Spinat oder Grünkohl enthält v. a. Lutein und Tomaten sind gute Lycopin-Lieferanten.
Die Umwandlung von Carotinoiden in Vitamin A (Retinol)
Wie bereits erwähnt, gibt es Carotinoide, welche im Körper in Vitamin A (Retinol) umgewandelt werden können – allerdings nur bei Bedarf. Eine Vitamin-A-Überdosierung durch die Zufuhr von Carotinoiden ist nicht möglich.
Genetische Polymorphismen reduzieren die Umwandlungsrate
Die Umwandlungsrate ist nicht nur von der Zufuhrmenge und der Bedarfssituation abhängig, sondern auch noch von anderen Faktoren. Genetische Polymorphismen können die Enzymaktivität der Monooxygenase 1 (BCMO1), welche Beta-Carotin zu Retinol umwandelt, bis zu 60 % reduzieren.
Personen mit dieser Genvariante können Beta-Carotin also nicht gleich effizient in Vitamin A umwandeln – und diese Genvarianten sind nicht selten! Untersuchungen gehen davon aus, dass bis zu 40 % der Bevölkerung davon betroffen sind.1
Bei hoher Carotinoid-Zufuhr zeigen Träger der entsprechenden Allele also nicht eine gleich effiziente Umwandlung in Vitamin A und dadurch auch andere Verteilmuster der Carotinoide im ganzen Körper.1
So kann die Vitamin-A-Versorgung bei sich vorwiegend pflanzlich ernährenden Personen unzureichend sein, wenn denn auch noch ein Gen-Polymorphismus vorliegt. In welchem Ausmass dies für Erkrankungen, die mit Carotinoiden in Verbindung gebracht werden, eine Rolle spielt, ist Gegenstand aktueller Forschung.
Vitamin A und Carotinoide in Nahrungsergänzungsmitteln
Gemäss Lebensmittelgesetz ist in Nahrungsergänzungsmitteln nur Provitamin A in Form von Beta-Carotin zugelassen – die Zugabe von Vitamin A (Retinol) ist nicht mehr zulässig.
Der Hauptgrund für das Verbot ist sicher seine potenziell teratogene Wirkung in hohen Dosierungen.
In der Schwangerschaft sollten deshalb nicht mehr als 10’000 IE Vitamin A (= 3000 µg Vitamin A) pro Tag eingenommen werden.
Carotinoide: wichtige Funktionen in verschiedenen Teilen des Körpers
Man weiss, dass sich Carotinoide in unterschiedlichem Ausmass in verschiedenen Körpergeweben anreichern und dort wichtige Funktionen ausüben.
Augen
In der Macula lutea (der gelbe Fleck als Ort des schärfsten Sehens), einem Teil der Netzhaut der Augen, finden sich v. a. hohe Mengen an Lutein und Zeaxanthin. Sie schützen das Auge vor Sonnenstrahlen und vor kurzwelligem, energiereichem blauem Licht. So erscheint es naheliegend, dass eine Formulierung mit Lutein und Zeaxanthin – in Kombination mit weiteren Antioxidantien (Vitamin C und E, Kupfer, Zink) – für die Augen hilfreich sein kann.
Studie zeigt Verbesserung der Sehfunktion
In der gross angelegten AREDS2-Studie konnte bei einer 12-monatigen Supplementierung dieser Mikronährstoffe eine Verbesserung der Sehfunktion und eine Verlangsamung der altersbedingten Makuladegeneration (AMD) gezeigt werden, sowohl primärpräventiv als auch bei bereits an AMD erkrankten, v. a. älteren Personen.
Auch nach einer Nachbeobachtungszeit von 10 Jahren konnten die langfristigen Vorteile für die Augen bestätigt werden.2 Das Lungenkrebsrisiko war mit dieser Kombination entgegen früheren Erkenntnissen mit synthetischem Beta-Carotin nicht erhöht.
Gehirn
Höhere Konzentrationen dieser beiden Carotinoide Lutein und Zeaxanthin finden sich – zusätzlich zu Beta-Carotin – auch im Hirn. Es wurden bereits vielversprechende Studien zur Anwendung von Carotinoiden im Bereich Kognition durchgeführt.3
Haut
In der Haut finden sich v. a. hohe Konzentrationen an Beta-Carotin, Lycopin und Astaxanthin. Es ist bekannt, dass sich Carotinoide in der Haut anreichern. Neben den photoprotektiven und antioxidativen Effekten im Bereich einer verzögerten/verlangsamten Hautalterung wird auch der therapeutische Einsatz bei der Behandlung von Photodermatosen (z. B. diverse Protoporphyrien) diskutiert.4
Weiter deuten viele Studien auf eine Reduktion der Krebsinzidenz (v. a. Prostata- und Brustkrebs) durch verschiedene Carotinoide und auch auf Verbesserungen von kardiovaskulären Risikofaktoren (Blutfette, Inzidenz von Diabetes mellitus Typ 2, Blutdruck) hin.
Fazit
Supplementierungsstudien mit Carotinoiden zeigen ebenso wie zahlreiche Korrelationsstudien in vielen Fällen positive Effekte. Vermehrt werden auch Kombinationen von Carotinoiden untersucht. Mit zunehmender Studienlage werden Carotinoide künftig im Bereich der Nahrungsergänzungsmittel so wohl an Bedeutung gewinnen.
Literatur
1 Feigl B et al. The relationship between BCMO1 gene variants and macular pigment optical density in persons with and without age-related macular degeneration. PLoS One 2014;9(2):e89069.
2Chew EY et al. Long-term Outcomes of Adding Lutein/Zeaxanthin and ω-3 Fatty Acids to the AREDS Supplements on Age-Related Macular Degeneration Progression: AREDS2 Report 28. JAMA Ophthalmol. 2022;140(7):692-698.
3 García-Romera MC. Effect of macular pigment carotenoids on cognitive functions: A systematic review. Physiol Behav 2022;254:113891.
4Meinke MC, Friedrich A, Tscherch K, Haag SF, Darvin ME, Vollert H, Groth N, Lademann J, Rohn S. Influence of dietary carotenoids on radical scavenging capacity of the skin and skin lipids. Eur J Pharm Biopharm. 2013 Jun;84(2):365-73. doi: 10.1016/j.ejpb.2012.11.012. Epub 2012 Dec 13. PMID: 23246796.
4Miller V et al. Fruit, vegetable, and legume intake, and cardiovascular disease and deaths in 18 countries (PURE): a prospective cohort study. Lancet 2017;390(10107):2037-2049.
Weiterführende Literatur:
Meléndez-Martinez AJ. An overview of carotenoids, apocarotenoids, and vitamin A in agro-food, nutrition, health, and disease. Mol Nutr Food Res 2019;63:1801045.
Rodriguez-Conception M et al. A global perspective on carotenoids: Metabolism, biotechnology, and benefits for nutrition and health. Prog Lipid Res 2018;70:62-93.
Inoue T et al. Effect of Lycopene Intake on the Fasting Blood Glucose Level: A Systematic Review with Meta-Analysis. Nutrients 2022;15(1):122.
Bohn T et al. Host-related factors explaining interindividual variability of carotenoid bioavailability and tissue concentrations in humans. Mol Nutr Food Res 2017;61(6):1600685.
Saini RK et al. Carotenoids: Dietary Sources, Extraction, Encapsulation, Bioavailability, and Health Benefits-A Review of Recent Advancements. Antioxidants (Basel) 2022;11(4):795.