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Vitamine und Co - Sind Nahrungsergänzungsmittel für Kinder sinnvoll?

Rumms! Scheppernd fliegt die Haustür ins Schloss, und – Klatsch! – kurz darauf landet der Schulranzen achtlos fortgeschleudert unter der Garderobe. Es ist kurz nach 3* und Lena ist aus der Schule zurück. “Nanu, Lena, was ist denn mit dir los?”, tönt Mutters Stimme aus der Küche.


“Ach, nichts, ich bin nur wieder total müde… und am Mittwoch haben wir schon wieder einen Mathetest. Noch mehr zu lernen. Dabei würde ich heute doch gerne mit Elli spielen…”


Die Mutter kommt mit einem Teller voll frisch aufgeschnittenem Gemüse aus der Küche. “Nun setz dich doch erstmal, atme durch und nimm einen Imbiss. Hinterher gibt es auch dein feines Vitamin-Gummibärchen. Und den Mathetest schaffen wir dann auch…”


Lena bekommt von ihrer Mutter Nahrungsergänzungsmittel. Laut zwei grossen deutschen Studien, DONALD und EsKiMo, könnte jedes zehnte Kind eine solche Szene kennen. Denn diese Zahl haben die Wissenschafttler ermittelt: Jedes zehnte Kind nimmt Nahrungsergänzungsmittel ein. In Deutschland. Und warum nicht auch in der Schweiz?

Der Markt für Vitamintabletten und eine wahre Vielfalt anderer Nahrungsergänzungsmittel erscheint hierzulande nämlich ähnlich gewaltig wie drüben im “grossen Kanton”. Da fehlen auch spezielle Produkte für den Nachwuchs in “kindgerecht” bunter Erscheinung natürlich nicht. Wie zum Beispiel Lenas Vitamine in Gummibärchen-Form.

Aber: Sind Nahrungsergänzungsmittel für Kinder wirklich notwendig?

Was können Nahrungsergänzungsmittel eigentlich?

Eine vollständige Liste von Nährstoffen in Nahrungsergänzungsmitteln für Kinder wäre überaus lang, weshalb ich einige gängige Beispiele herausgesucht habe.

Vitamine

Vitamine sind (relativ) kleine organische Moleküle, die der menschliche Körper nicht selbst herstellen kann, aber für seine Funktion unbedingt braucht. Deshalb müssen wir diese Stoffe mit der Nahrung aufnehmen.

Etwas aus dem Rahmen fällt dabei das sogenannte Vitamin D (exakt: D3), auf biochemisch “Cholecalciferol”. Das kann der Körper zwar selbst herstellen, benötigt dazu aber Energie aus Sonnenlicht, genauer aus UV-B-Strahlen. Da diese Energie – wie die anderen Vitamine – von aussen kommen muss, hat auch das Cholecalciferol einen Vitamin-Namen erhalten.

Genaueres zu den Aufgaben der einzelnen Vitamine erfahrt ihr im Artikel über die 13 Stoffe für ein Leben.

Für Kinder hat Vitamin D eine besondere Bedeutung. Denn daraus stellt der Körper ein Hormon her, welches den Einbau von Calcium in die Knochensubstanz reguliert. Und das ist ein unheimlich wichtiger Vorgang beim Wachstum. Vitamin-D-Mangel kann bei Kindern zu Knochenwachstumsstörungen führen, die allgemein als Rachitis bekannt sind.

DHA (Docosahexaensäure)

DHA ist eine Carbonsäure, die zu den sogenannten Omega-3-Fettsäuren zählt und ein wichtiger Baustein für die Aussenhaut (Membran) von Zellen – insbesondere Nervenzellen – ist. Deshalb wird DHA als wichtig für die Entwicklung von Gehirn und Netzhaut der Augen angesehen. Natürlich kommt diese Fettsäure in fettem Seefisch (z.B. Lachs, Hering) und in Muttermilch (nicht in Kuhmilch!) vor.

Jod

Ionen des Elements Jod (auf chemisch “Iod”) sind unverzichtbares Baumaterial für Schilddrüsenhormone, die wiederum den Energiehaushalt des Körpers und das Wachstum regulieren. Bei Jodmangel kann die Schilddrüse nicht genügend Hormone herstellen, was in früher Kindheit zu Entwicklungsstörungen führen kann (im Extremfall zum “Kretinismus”). Genaueres dazu erfahrt ihr im Artikel zum Jod.

Natürlich kommt Jod in für den Menschen brauchbaren Verbindungen in Seefisch und Meeresfrüchten vor. Zudem wird es unserem Speisesalz zugesetzt und gelangt über Tierfutter in Milch und Eier.

Calcium

Oder Kalzium, wie die neue deutsche Rechtschreibung es verlangt. Ein weiteres chemisches Element, dessen Ionen für den menschlichen Körper von Interesse sind. Calcium-Ionen werden vor allem für den Aufbau der Knochensubstanz, welcher wiederum vom Hormon aus Vitamin D reguliert wird, benötigt. Ohne Calcium nützt also die beste Vitamin-D-Versorgung nichts, so wie Calcium ohne Vitamin D wertlos ist. Calcium ist für ein gesundes Wachstum also unverzichtbar, weshalb Kinder ein Vielfaches mehr an Calcium aus der Nahrung aufnehmen können als Erwachsene.

Natürlich kommt Calcium vor allem in Samen und Milchprodukte (vor allem Käse!), aber auch in Blattgemüse und Feigen vor.

Zink

Ionen des chemischen Elements und Metalls Zink sind Bestandteil von einer Vielzahl von Enzymen, die verschiedene Aufgaben im Stoffwechsel übernehmen. Ausserdem reguliert es das Immunsystem – und es gibt Hinweise darauf, dass Zink die geistige Leistungsfähigkeit und Gesundheit fördere. Aber eben: Hinweise. Da ist noch ziemlich viel Forschungsarbeit zu tun. Zumal Zink zu den Stoffen gehört, die in zu grosser Menge schnell gesundheitsschädlich werden.

Zink kommt natürlich vor allem in rotem Fleisch, Hülsenfrüchten, Käse, Pilzen, Meeresfrüchten, Baumnüssen (Walnüssen) und anderen Samen vor.

Eisen

Eisen-Ionen sind zentraler Bestandteil des roten Blutfarbstoffs und werden somit für den Sauerstofftransport benötigt. Ausserdem kommen sie in verschiedenen Enzymen zum Einsatz. Genaueres erfahrt ihr im Artikel zum Eisen in der Ernährung.

Natürlich kommt für den Menschen nutzbares Eisen vor allem in Fleisch vor. Das darin auftretende Häm-Eisen kann der menschliche Körper um Vieles leichter aufnehmen als das in Pflanzen enthaltene Eisen.

Magnesium

Die Ionen des Magnesiums sind nicht nur Bestandteil von einer Vielzahl von Enzymen, sondern tragen auch entscheidend zur Funktion von Muskel- und Nervenzellen bei. So zeigt sich ein Magnesiummangel durch Ruhelosigkeit, Nervosität, Reizbarkeit, Konzentrationsstörungen, Müdigkeit bis hin zu Herzrhythmusstörungen oder Muskelkrämpfen.

Natürlich kommt Magnesium in vielen Lebensmitteln vor, z.B. in Vollkornprodukten, Mineralwasser, hartem Leitungswasser, Samen, Gemüse und Milchprodukten vor.

Aber sind unsere Kinder ohne Nahrungsergänzungsmittel so schlecht damit versorgt?

Nein! In den Studien DONALD und EsKiMo wurde nicht nur untersucht, wie viele Kinder Nahrungsergänzungsmittel einnehmen, sondern auch, wie gut sie unabhängig davon mit Nährstoffen versorgt sind. Das Ergebnis: Die Versorgung der Kinder in Deutschland ist auch ohne Nahrungsergänzungsmittel allgemein gut. Das wird für die Schweiz – ein angrenzendes Industrieland mit vergleichbar vielfältigem Nahrungsangebot – genauso gelten.

Es gibt dabei einige wenige Ausnahmen wie Vitamin D und Folsäure. In den Bergregionen der Schweiz war zudem lange die Jodversorgung schwierig. Heute ist jedoch auch die durch jodiertes Speisesalz gewährleistet.

Zudem sagt das Niedersächsische Landesamt für Verbraucherschutz und Lebensmittelsicherheit (LAVES):


Der Nutzen des Verzehrs von mehr pflanzlichen Lebensmitteln wie Obst, Gemüse, Vollkornprodukten und Kartoffeln und weniger Süßigkeiten und Limonade in der Ernährung kombiniert mit mehr Aktivitäten im Freien ist ausreichend belegt für die Entwicklung von Körper und Gehirn bei Kindern.


Und auf die gezielte Zufuhr der wenigen Nährstoffe, für die wirklich Bedarf bestehen mag, sind viele Nahrungsergänzungsmittel für Kinder gar nicht ausgelegt: Von vier wahllos herausgegriffenen Vitamin-Produkten speziell für Kinder enthält nur eines Folsäure, und nur zwei Vitamin D.

Und selbst wenn diese “besonders wichtigen” Vitamine darin wären, sagt doch das LAVES weiter:


Für Nahrungsergänzungsmittel fehlt dieser Nachweis.


Gemeint ist ein Beleg eines Nutzens von Nahrungsergänzungsmitteln für die Entwicklung von Kindern.

Ausnahmen: Erkrankungen, Erbkrankheiten, besondere Ernährungsweisen

Anders mag die Versorgungslage jedoch bei bestimmten Vorerkrankungen, genetisch bedingten Stoffwechseldefekten oder Ernährungs-/Lebensweisen wie einer veganen Ernährung aussehen. Dann kann der Kinderarzt eine allfällige Mangelversorgung in einer Blutuntersuchung (und nur so!) feststellen und bei Bedarf ganz gezielt Präparate verordnen, die das Benötigte (und nur das!*) enthalten.

*Immer mal wieder geistern Geräte für “unblutige” Messungen a la “Bioscan” durch das Netz und Gesundheitseinrichtungen sogar bis hin zu Apotheken und Arztpraxen. Aber wenn die wirklich funktionieren würden, wären aufwändige Bluttests längst überholt. So wundert es nicht, dass sie es nicht tun, wie Kinderarzt Professor Dorsch und die Redaktion des ARD wiederholt festgestellt haben.

**Meine Ansicht als Chemikerin zu Eingriffen in die Chemie unseres Körpers ist: So viel wie nötig, so wenig wie möglich. Das gilt nicht nur für die Menge, sondern auch für die Auswahl eingesetzter Stoffe. Und da alles – von jeder Herkunft – gleichermassen Chemie ist, ebenso für Naturstoffe wie für Laborprodukte.

Können Nahrungsergänzungsmittel für Kinder gefährlich sein?

Nahrungsergänzungsmittel für Kinder sind in den allermeisten Fällen überflüssig. Aber können sie auch gefährlich werden? Vitamine sind doch Naturstoffe und darüber hinaus unverzichtbar für die Gesundheit…

Chemie ist überall und oft zu viel

Bei dieser Frage sitzen viele schnell einmal mehr der unsinnigen Einteilung in “natürlich” und “synthetisch” auf. Dabei ist die Chemie immer dieselbe, ob sie nun in der Natur von Lebewesen oder im Labor hergestellt wird. Somit sind auch die Bestandteile von Nahrungsergänzungsmitteln auf die gleiche Weise zu betrachten wie natürliche, synthetische oder teilsynthetische Medikamente oder Lebensmittelbestandteile und -zusätze. Das tun Verbraucherzentralen auch:

Das Ärzteblatt schreibt: Zwischen Dezember 2017 und Januar 2018 haben Verbraucherzentralen in Deutschland 26 Nahrungsergänzungsmittel für Kinder untersucht: Bei 85% war mindestens ein “Wirkstoff” für 4- bis 7-Jährige über dem Referenzwert der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) dosiert. Zusätzlich lagen 50% der Präparate über den Referenzwerten des Deutschen Bundesamtes für Risikobewertung (BfR) für 15-Jährige, 20% an deren Grenzen.

Insbesondere die fettlöslichen Vitamine wie A und D, die der Körper nicht einfach wieder ausscheiden kann, reichern sich an und können zu Gesundheitsproblemen, in Extremfällen zu regelrechten Vergiftungen führen. Auch verschiedene sogenannte Spurenelemente, wie das oben erwähnte Zink, haben in grösseren Mengen gesundheitsschädliche Wirkungen.

Verharmlosung bzw. Irreführung durch Darreichung als Naschereien

Selbst wenn die angebotene Dosis bzw. Dosierungsanleitung im Rahmen der Empfehlungen liegt, lädt die Aufmachung verschiedener Präparate in Gummibärchenform oder mit Comic-Motiven auf der Verpackung besonders jüngere Kinder regelrecht zum “Naschen” ein. Ein wenig Unachtsamkeit oder Nachgiebigkeit gegenüber Quengeln und die Gefahr der Überdosierung ist gross.

Und die natürlichen Extrakte von exotischen “Superpflanzen”?

Die bisherigen Abschnitte drehen sich vornehmlich um die herkömmlichen “Vitaminpräparate” mit meist wohlbekannter Nährstoffsammlung. Aber auf dem riesigen Nahrungsergänzungsmittel-Markt tauchen immer wieder Präparate mit “neuen”, oft exotischen Pflanzen (und Tieren?) mit angeblichen “Superkräften” – oft aus der “Volksheilkunde” exotischer Völker – auf.

Hier gilt um so mehr, was ich oben schrieb: Die Chemie ist immer die gleiche, egal woher sie kommt. Und gerade Pflanzen verstehen sich darauf, einen ganzen Cocktail an wirksamen Chemikalien zu produzieren – um Bestäuber/Saatgutverteiler anzulocken oder sich zu verteidigen…

Wissenschaftlich oder Schall und Rauch?

Dementsprechend aufwändig ist es, belastbare wissenschaftliche Studien zu Wirksamkeit und Nebenwirkungen solcher Präparate zu erstellen. So wundert es nicht, dass es belastbare Studien oftmals gar nicht gibt – obwohl in der Werbung für viele Mittel anderes behauptet wird. Denn vieles, was als “wissenschaftlich” beworben wird, ist am Ende gar nicht aussagekräftig.

Aber wie könnt ihr feststellen, ob die Werbung nun Schall und Rauch ist oder wirklich aussagekräftige Forschung hinter einem Produkt steckt? Die Website “Klartext Nahrungsergänzung” der Verbraucherzentrale in Deutschland gibt euch alles an die Hand, was ihr wissen müsst, um eine aussagekräftige Studie zu erkennen.

Neuartige Lebensmittel und die umgangene Zulassungspflicht

Dazu kommt: Viele “neuartige” Präparate – im Klartext solche, die vor dem 15.5.1997 in der EU und der Schweiz noch nicht in nennenswerten Mengen verzehrt worden sind, gelten als “neuartige Lebensmittel” und dürfen nur nach Zulassung durch die Europäische Kommission bzw. das Schweizerische Bundesamt für Lebensmittelsicherheit und Veterinärwesen (BLV) in den Verkehr gebracht werden.

Nun hat die ARD aber erst kürzlich vorgeführt, dass die behördliche Kontrolle bei der Anmeldung von neuen Nahrungsergänzungsmitteln, die unter anderem auch das sicherstellen soll, in Deutschland nicht so funktioniert, wie sie sollte.

Die Folge: Im “Grossen Kanton” sind unter Umständen auch Nahrungsergänzungsmittel mit “neuartigen Lebensmitteln” ohne Zulassung erhältlich. Sei es nun im Laden um die Ecke, über Multi-Level-Marketing oder über mehr oder weniger zwielichtige Webshops.

Wenn letztere ihre Produkte zudem aus dem fernen Osten oder anderen exotischen Gegenden beziehen, besteht zudem die Gefahr von Verunreinigungen mit Stoffen, die da gar nicht hineingehören. Denn die Herstellungsstandards sind in vielen dieser Schwellenländer längst nicht so hoch wie hier in Mitteleuropa.

Das alles zusammen sind genügend Gründe, neuartigen pflanzlichen (und tierischen) “Super”-Produkten besonders skeptisch zu begegnen und sich in Ruhe und genau darüber kundig zu machen, bevor ihr sie kauft oder anwendet.

Fazit

Studien zeigen: Kinder sind in Mitteleuropa gut mit Nährstoffen (abzüglich weniger Ausnahmen) versorgt.
Studien zeigen hingegen nicht, dass Nahrungsergänzungsmittel die Entwicklung von Kindern verbessern würden.

Daraus folgt: Nahrungsergänzungsmittel für Kinder sind in der Regel überflüssig. Und in Extremfällen können sie sogar ungesund sein. Besonders bei exotischen Produkten und “neuartigen Lebensmitteln” rate ich dahingehend zu Vorsicht.

Wenn tatsächlich Verdacht auf einen Nährstoffmangel besteht, verschafft der Kinderarzt mit einer Blutuntersuchung Klarheit und kann bei Bedarf etwas Gezieltes verordnen, um den Mangel zu beheben.

Letztlich könnt ihr aber auch ohne Arzt einiges für die Nährstoffversorgung und Gesundheit eurer Kinder tun. Sorgt für:

  • eine ausgewogene Ernährung
  • genügend Gelegenheit, draussen aktiv zu werden
  • das Aufspüren und Beseitigen bzw. Minimieren von Ursachen für Alltagsstress!

Letzteres ist in meinen Augen für die gesunde Entwicklung von Kindern viel massgeblicher – und effektiver – als der Versuch, Alltagsstress und Leistungsdruck mit Nahrungsergänzungsmitteln auszugleichen.

Vitamine - Schlagwort Nummer 1 in Sachen gesunde Ernährung

Was sind Vitamine? Warum sind Vitamine fett- oder wasserlöslich? Wozu brauchen wir die Vitamine? Warum muss der Mensch Vitamine aufnehmen und wo findet er sie? Kann man zu viele Vitamine haben?

Wer kennt sie nicht, die Aufforderungen wohlmeinender Mütter, wir mögen unser Gemüse und den Salat essen, mit allen Vitaminen, die darin seien? Die zahllosen Fernseh-Werbespots von Herstellern, die ihren Produkten mit dem Unterstreichen eines fantastischen Vitamingehalts einen gesunden Anstrich zu geben suchen?

Wer hat sich hingegen schon gefragt, was das für Stoffe sind, die da so eifrig beworben werden und warum und wozu wir sie eigentlich brauchen? Dieser Artikel soll eine Übersicht über die Vitamine geben, die der Mensch zum Leben benötigt (auch Tiere brauchen Vitamine, aber nicht unbedingt die gleichen wie der Mensch). Dabei liegt der Schwerpunkt jedoch nicht wie auf vielen anderen Seiten bei Tagesbedarf und Mangelsymptomen, sondern auf den Aufgaben der einzelnen Vitamine im Organismus und den Eigenschaften, nach welchen man diese vielfältigen Moleküle ordnet.

Was sind Vitamine?

Vitamine und andere Nahrungsergänzungsmittel liegen hoch im Trend. Die Regale in Supermärkten und Drogerien sind voll davon, und mein Hausarzt hat eine besondere Vorliebe für Vitamin C zur begleitenden Therapie von fast allem. In der Kosmetik-Branche wird Vitamin A als Jungbrunnen für die Haut gehandelt. Aber welche Wunderstoffe verbergen sich hinter diesen kaum aussagekräftigen Buchstabenkürzeln?

Vitamine sind kleine organische Moleküle, die für höhere Tiere (dazu gehört auch der Mensch!) lebenswichtig sind, und die diese Organismen nicht selbst herstellen können.

Der Name rührt übrigens daher, dass man früher irrtümlicherweise alle Vitamine für Amine (eine Stoffklasse, deren Mitglieder mit dem Ammoniak verwandte Stickstoff-Atomgruppen enthalten) hielt und entsprechend aus lat.: vita (Leben) und Amin ein Kunstwort als Bezeichnung schuf.

Und das war es dann auch mit den Gemeinsamkeiten der Vitamine. Tatsächlich verbirgt sich hinter diesem Namen eine Vielzahl verschiedener Stoffe mit ebenso verschiedenen Funktionen.

Welche Vitamine gibt es?

Der menschliche Organismus braucht im Wesentlichen 13 verschiedene Stoffe, die er nicht selbst herstellen kann. Sie alle sind unter verschiedenen Namen und Kürzeln auf Verpackungen von Lebensmitteln oder Vitamin-Präparaten anzutreffen – und natürlich auch in deren Inhalt. Diese 13 Stoffe werden in wasserlösliche und fettlösliche Vitamine eingeteilt.

 

Vitamin A Retinol E 160a (beta-Carotin) fettlöslich
Vitamin B1 Thiamin wasserlöslich
Vitamin B2 Riboflavin E 101 wasserlöslich
Vitamin B3 Niacin wasserlöslich
Vitamin B5 Pantothensäure wasserlöslich
Vitamin B6 Pyridoxin wasserlöslich
Vitamin B7, H Biotin wasserlöslich
Vitamin B9 Folsäure wasserlöslich
Vitamin B12 Cobalamin wasserlöslich
Vitamin C Ascorbinsäure E 300, 301, 302 wasserlöslich
Vitamin D Calciferol fettlöslich
Vitamin E Tocopherol E 306 – 309 fettlöslich
Vitamin K Phyllochinon fettlöslich

Tabelle 1: Die 13 Vitamine für den Menschen (nach [1] und nutri-facts.org)

Warum sind Vitamine fett- oder wasserlöslich?

Eine Lösung im Sinne der Chemie ist ein homogenes Gemisch zweier Stoffe. “Löslichkeit in” kann bei der Einteilung der Vitamine also auch durch “Mischbarkeit mit” ersetzt werden. Wie gut sich zwei Stoffe miteinander mischen lassen, hängt von den anziehenden Wechselwirkungen zwischen ihren Molekülen ab.

Polare Bindungen ziehen sich an

Die Natur dieser Wechselwirkungen hängt damit zusammen, wie die Elektronen der Atome in den jeweiligen Molekülen im Molekül verteilt sind. Eine Elektronenpaar-Bindung zwischen zwei Atomen ist nämlich weder so starr noch so symmetrisch, wie der Strich, mit welchem man sie in einer Strukturformel darstellt, es vermuten lässt.

Vielmehr ziehen die verschiedenen Atomsorten “ihre” Elektronen ungleich stark zu sich hin (diese Eigenschaft wird Elektronegativität genannt: Je höher die Elektronegativität eines Atoms ist, desto stärker zieht es Elektronen an). Das resultiert innerhalb eines Moleküls in einem regelrechten Tauziehen zwischen den Atomen: Das stärkere, an einer Bindung beteiligte Atom zieht “seine” Bindung zu sich hin, während dem schwächeren Atom am anderen Ende relativ wenig von den Elektronen ebendieser Bindung bleibt.

polare Bindung


Ladungsverteilung entlang einer polaren Bindung: Je dunkler blau eine Fläche, desto wahrscheinlicher ist ein Elektron darin anzutreffen. Die Wahrscheinlichkeit dafür ist rund um das stärkere (elektronegativere) Sauerstoffatom wesentlich grösser als um das schwächere Wasserstoffatom. Delta + und Delta – markieren einen Ladungsüber- oder unterschuss, welcher kleiner ist als die Ladung eines Elektrons.

So “entzogene” Elektronen können die Kernladung des schwächeren Atoms natürlich nicht mehr ganz ausgleichen, während sie am stärkeren Atom sogar zu einem negativen Ladungsüberschuss führen. Die so entstehenden elektrischen Ladungen betragen nur einen Bruchteil der Ladung eines ganzen Elektrons, haben jedoch gravierende Auswirkungen auf die Eigenschaften eines Moleküls. Denn entgegengesetzte elektrische Ladungen ziehen einander an, was dazu führt, dass Moleküle, die solche verschobenen “polaren” Bindungen enthalten, einander anziehen: Die Sieger beim atomaren Tauziehen ziehen die Verlierer des nächsten Moleküls an und umgekehrt. Das Resultat ist eine anziehende Wechselwirkung zwischen den Molekülen.

Auch unpolare Bindungen ziehen sich an – auf ganz andere Weise

Doch auch zwischen Molekülen, in welchen die Atome an den Enden ihrer Bindungen gleich “stark” sind, gibt es eine anziehende Wechselwirkung. Entlang solcher “unpolaren” Bindungen entstehen äusserst kurzzeitig, jedoch stetig aufs Neue Ladungsunterschiede, wenn die beteiligten Elektronen zwischen den Atomen hin und her schwingen. Und das tun sie andauernd. Die so entstehenden Ladungen für den Augenblick ziehen sich auf ihre ganz eigene Weise gegenseitig an.

Diese beiden Wechselwirkungen sind in einer Weise verschieden, welche dazu führt, dass sie nicht miteinander kompatibel sind. Moleküle verschiedener Sorten lassen sich also nur zueinander bringen, wenn sie vornehmlich zur gleichen Art von Wechselwirkungen befähigt sind.

Wie du die Löslichkeit eines Stoffs an seiner Strukturformel abschätzt

Und diese Befähigung lässt sich an der Strukturformel eines organischen Moleküls abschätzen, wenn man ganz wenige Dinge weiss:

1. Kohlenstoff- und Wasserstoffatome sind in etwa gleich stark.

2. Sauerstoffatome sind sehr stark und gewinnen gegen Kohlenstoff und Wasserstoff immer.

3. Stickstoffatome sind ebenfalls stark und gewinnen gegen Kohlenstoff und Wasserstoff, jedoch nicht gegen Sauerstoff.

4. Moleküle mit polaren und unpolaren Bindungen sind zu Wechselwirkungen beider Art fähig. In kleinen Molekülen überwiegt bei ausgewogener Verteilung unterschiedlicher Bindungen jedoch die polare Wechselwirkung.

Wasser enthält demnach zwei stark polare Bindungen. Es wird sich also gut mit anderen polaren Molekülen mischen lassen. So verwundert es nicht, dass auch die Moleküle der wasserlöslichen Vitamine reichlich polare Bindungen haben, während die fettlöslichen Vitamine über weiter Strecken aus unpolaren Kohlenstoff-Wasserstoff-Ketten bestehen (wie Fette auch).

 

Vitamine_Löslichkeit


Löslichkeit ausgewählter Vitamine:
Ascorbinsäure besitzt über das ganze Molekül verteilt polare Bindungen und ist somit gut mit Wasser mischbar.
Retinol besitzt nur eine polare Bindung, während der grösste Teil des Moleküls aus unpolaren Bindungen aufgebaut ist. Damit lässt sich Retinol nicht mit Wasser, dafür jedoch mit fettartigen Stoffen, die ebenfalls hauptsächlich unpolare Bindungen enthalten, gut mischen.

Wozu brauchen wir die 13 Vitamine?

Die wasserlöslichen Vitamine werden vielerorts gebraucht. Wasser ist im menschlichen Organismus allgegenwärtig, sodass die Mischbarkeit der Vitamine mit Wasser ihre Beweglichkeit und damit ihre Verteilung erheblich fördert.

Die B-Vitamine

Die B-Vitamine sind direkte Vorstufen zur Herstellung von Coenzymen: Enzyme sind hochkomplexe, leistungsstarke Katalysatoren, die hauptsächlich aus Peptidketten – miteinander verbundenen Aminosäuren – bestehen. Diese Ketten lassen sich zu vielfältigen Formen falten und reagieren auf verschiedenste Weise miteinander oder mit ihrer Umgebung.

Peptide können aber nicht alles. Deshalb haben die meisten Enzyme zusätzliche Bestandteile, die keine Peptidketten sind und nach der Herstellung des Proteins angefügt werden müssen. Sind diese Bestandteile kleine organische Moleküle, nennt man sie Coenzyme. Ohne Coenzyme oder andere Zusatz-Bestandteile können viele Enzyme ihre Aufgabe im Stoffwechsel – das Katalysieren von ganz bestimmten Reaktionen – nicht erfüllen. Da oftmals viele verschiedene Enzyme auf das gleiche Coenzym zurückgreifen, ist es von Vorteil, wenn die B-Vitamine im ganzen Organismus verfügbar sind.

Ascorbinsäure (Vitamin C)

Ascorbinsäure ist ein Antioxidans, das zum Beispiel zur Kollagen-Herstellung nötig ist: Kollagen ist ein faserartiges Protein, das wie ein Seil aus drei verdrillten Ketten “geflochten” ist. Es ist überall dort gefragt, wo Zusammenhalt von Nöten ist: In der Haut, Sehnen, Bändern, Blutgefässwänden, Knochen, aber auch in Zahnfleisch und Zähnen. Damit ein Kollagen-“Seil” wirklich hält, müssen die Ketten “klebrig” sein – mit anderen Worten: die einzelnen Ketten – jede ein riesiges Molekül – müssen miteinander wechselwirken. Dazu wird die Aminosäure Prolin an bestimmen Positionen in der Peptidkette des Kollagens mit einer zusätzlichen OH-Gruppe versehen.

OH-Gruppen enthalten eine polare Bindung, die zu einem Extrem der polaren Wechselwirkung fähig ist: Das Sauerstoff-Atom gewinnt das Tauziehen um die O-H-Bindung haushoch, während das Wasserstoff-Atom gleich in doppelter Hinsicht als Verlierer dasteht. Die beiden Elektronen, welche die O-H-Bindung bilden, sind nämlich seine einzigen. So wird der Kern des Wasserstoff-Atoms geradezu entblösst, wenn ein stark elektronegatives Atom wie Sauerstoff diese Bindung zu sich hinzieht. Zum Ausgleich zieht es so entblösste Wasserstoffkerne zu anderen, elektronenreichen Atomen besonders hin. Wenn ein solches Atom ein “ungenutztes” (nichtbindendes) Elektronenpaar hat, findet der entblösste Wasserstoffkern darin etwas “Deckung”. Das Resultat ist eine vergleichsweise stark anziehende Wechselwirkung, die Wasserstoff-Brücke genannt wird.


Wasserstoff-Brücken zwischen Wassermolekülen: Ein Sauerstoff-Atom ist stark genug um den Kern eines benachbarten Wasserstoff-Atoms zu “entblössen” – und es hat zwei nichtbindende Elektronenpaare (dargestellt am rechten Molekül), die jeweils einem Wasserstoff-Kern Deckung bieten können. Neben Sauerstoff sind ausserdem nur die Atome der Elemente Stickstoff und Fluor in der Lage Wasserstoffbrücken zu bilden!

Das Kollagen-Seil klebt also über Wasserstoffbrücken zwischen den einzelnen Ketten zusammen. Das Enzym, welches das Anfügen der OH-Gruppen an Prolin katalysiert, die Prolin-Hydroxylase, oxidiert dazu das Prolin und reduziert im Gegenzug das Molekül α-Ketoglutarat (Eine Redox-Reaktion ist eine Elektronenübertragung: Oxidation und Reduktion sind untrennbar miteinander verbunden). Wenn aber einmal kein Prolin zur Hand ist, reduziert das Enzym α-Ketoglutarat und oxidiert dafür sich selbst – und wird damit unbrauchbar. Dann kann Vitamin C (bzw. das Anion der Ascorbinsäure) das Enzym reduzieren (und wird dabei selbst oxidiert) und damit reaktivieren [1].

Ohne Vitamin C würde der Organismus sein Kollagen mangels aktiver Prolin-Hydroxylase zunehmend ohne OH-Gruppen und Wasserstoffbrücken herstellen. Solches Kollagen kann Gewebe nicht gut zusammenhalten, was zu brüchigen Blutgefässen, instabilem Zahnfleisch und anderen Problemen führt, mit anderen Worten zu Skorbut.

 

Die fettlöslichen Vitamine interagieren bei ihren Aufgaben häufig mit anderen fettlöslichen Molekülen, sodass ihnen ihre Mischbarkeit mit solchen zum Vorteil gereicht.

Retinol (Vitamin A)

Retinol ist am Sehvorgang, an Wachstum bzw. Regeneration von Gewebe und an der Fortpflanzung beteiligt. Es ist als Mittel für gute Nachtsicht und Anti-Aging-Wirkstoff für die Haut sehr populär.

Auf der Netzhaut (Retina) im Auge sind lichtempfindliche Zellen, ihrer Form nach “Stäbchen” genannt, für die Hell-Dunkelsicht verantwortlich. Die Stäbchen enthalten ein Protein namens Rhodopsin, welches ein direkt aus Vitamin A hergestelltes Molekül enthält. Dieses “11-cis-Retinal” verändert seine Struktur, wenn Licht darauf fällt (es wird zu all-trans-Retinal) und löst damit eine Signalkaskade aus, die letztlich die Information “es ist hell” an das Gehirn weiterleitet. Wenn bei wenig Licht (nachts halt) die für das Farbensehen zuständigen “Zapfen”-Zellen nicht mehr funktionieren, ist der Mensch ganz auf die Stäbchen angewiesen. Ein Mangel an Vitamin A, also Retinol, zur “Ausrüstung” der Stäbchen führt deshalb zur zunehmenden Einschränkung unserer Nachtsicht-Fähigkeit. [1],[2].

Cholecalciferol (Vitamin D3)

Cholecalciferol ist die Vorstufe eines Hormons, das den Calcium- und Phosphatstoffwechsel reguliert und damit z.B. für den Einbau von Calcium in die Knochensubstanz unverzichtbar ist. Vitamin-D-Mangel führt somit vor allem zu Störungen des Knochenwachstums, aber auch der Knochenerhaltung. Die Folgen werden bei Kindern im Wachstum als Rachitis, bei Erwachsenen als Osteomalazie bezeichnet [1].

Tocopherol (Vitamin E)

Tocopherol ist ein Antioxidans, das ähnlich wie Vitamin C wirkt, aber im Gegensatz dazu fettlöslich ist. Seine Aufgaben sind das “Fangen” von Radikalen (hochreaktiven Molekülbruchstücken) und anderen oxidierend wirkenden Stoffen, indem es sie reduziert. Da Vitamin E fettlöslich ist, verrichtet es diese Aufgabe vornehmlich in der Umgebung anderer fettlöslicher Moleküle, wo Vitamin C nicht so leicht hinkommt. Das können Membranlipide (fettähnliche Verbindungen in Zell- und anderen Membranen, Lipidproteine oder unsere Fettdepots sein, die so allesamt vor Schäden durch Oxidation geschützt werden.

Phyllochinon (Vitamin K)

Phyllochinon bzw. Vitamin K (K wie Koagulation = Blutgerinnung) ist als Coenzym an der Biosynthese von Gerinnungsfaktoren, zum Beispiel des Proteins Prothrombin, beteiligt. Unter Einwirkung von Phyllochinon werden bestimmte Aminosäuren am Ende der Peptidkette des Prothrombins so verändert, dass sie fest an Calcium-Ionen binden können. So findet das Prothrombin an der Oberfläche von Blutplättchen an einer Verletzung Halt und kann von dort vorhandenen Enzymen aktiviert werden. Dazu wird ein Teil der Peptidkette (Thrombin) abgespalten und kann seinerseits weitere Gerinnungsfaktoren (z.B. durch Spaltung von Fibrinogen) aktivieren. Ohne Vitamin K würde der Organismus unverändertes Prothrombin herstellen, welches nicht am Ort seiner Bestimmung haften und somit nicht zur Blutgerinnung führen könnte [1].

Warum kann der Körper die Vitamine nicht selbst herstellen?

Dass wir Vitamine zu uns nehmen müssen, ist eine Folge von “Erbkrankheiten”, die sich bei den Vorfahren des Menschen und verschiedener heutiger Tiere vor Jahrmillionen entwickelt haben.

Vitamin C zum Beispiel können die meisten Tiere heutzutage selbst herstellen. Auch beim Menschen und anderen Trockennasenprimaten (also allen Affen sowie Koboldmakis) ist ein Stoffwechselweg dafür entwickelt. Allerdings ist bei gemeinsamen Urahnen dieser Arten (den Menschen eingeschlossen) vor 61-74 Millionen Jahren eine Mutation des Gens für das Enzym L-Gulonolactonoxidase aufgetreten. Dieses Enzym katalysiert den letzten Schritt zur Herstellung von Vitamin C in unserem Organismus. Die Mutation (ein Fehler in der Gensequenz, dem Bauplan für das Enzym) führte dazu, dass die Nachfahren jener Urahnen-Spezies keine funktionsfähige L-Gulonolactonoxidase mehr herstellen können.

Die Ur-Spezies, die diesen Gendefekt entwickelte, hat davon vermutlich nichts mitbekommen, da sie reichlich Vitamin C-haltiges Obst zum fressen hatte. Auch die heutigen Affen leiden gewöhnlich nicht an Vitamin C-Mangel, da sie reichlich ascorbinsäure-reiche Nahrung auf ihrem Speiseplan stehen haben und damit ihre “Erbkrankheit” ganz unbewusst und sehr erfolgreich selbst “behandeln”. Einzig der Mensch ist zwischenzeitlich auf die abwegige Idee gekommen, er käme ohne Früchte aus und könne z.B. nur mit Schiffszwieback verpflegt über die Weltmeere segeln (bis zahlreiche Todesfälle aufgrund von Skorbut im 18. Jahrhundert zur näheren Beschäftigung mit Nahrungsmittel-Inhaltsstoffen führten). Meerschweinchen, echte Knochenfische, einige Sperlingsvögel und Fledertiere haben übrigens einen ähnlichen Gendefekt und sind daher ebenso auf Vitamin C in der Nahrung angewiesen. [3]

Wie kommen wir zu unseren Vitaminen?

Die meisten Vitamine sind Bestandteile unserer Nahrung. Als Vitamin-Präparate werden sie häufig bei Mangelerscheinungen oder vorsorglich bei unausgewogener Ernährung, erhöhtem Bedarf (Krankheit, Schwangerschaft, Medikamenten-Nebenwirkungen, Stress,…) oder Stoffwechselstörungen zugeführt. Dabei ist zu beachten, dass nur die fettlöslichen Vitamine (und Vitamin B12) in begrenztem Umfang im Organismus gespeichert werden können. Alle anderen müssen sehr regelmässig aufgenommen werden.

Während die meisten B-Vitamine fast ausschliesslich in tierischen Produkten zu finden sind, sind die übrigen zumeist in pflanzlicher Nahrung enthalten. Der Mensch ist also nicht umsonst ein “Allesfresser” – er braucht all diese Nahrungsmittel gleichermassen.

 

Vitamin A (Retinol) Leber, Eigelb, Milch und Milchprodukte, als Beta-Carotin in Karotten, gelbem und dunkelgrünem Blattgemüse, Palmöl
Vitamin B1 (Thiamin) Brauhefe, Schweinefleisch, Vollkorngetreide, Nüsse, Hülsenfrüchte
Vitamin B2 (Riboflavin) Hefe, Leber, Milch und Milchprodukte, Eier, grünblättrige Gemüse, Fleisch
Vitamin B3 (Niacin) Hefe, Leber, Geflügel, mageres Fleisch, Nüsse, Hülsenfrüchte (Niacin-Verbindungen in Getreide sind für den Menschen nicht verwertbar!)
Vitamin B5 (Pantothensäure) Hefe, Innereien, Eier, Milch und Milchprodukte, Gemüse, Hülsenfrüchte, Vollkorngetreide
Vitamin B6 (Pyridoxin) Huhn, Leber, Fisch, Walnüsse, Erdnüsse, Vollkorngetreide, Mais
Vitamin B7 (Biotin) Hefe, Leber, Niere, Eigelb, Sojabohnen, Nüsse, Getreide
Vitamin B9 (Folsäure) Leber, dunkelgrünes Gemüse, Bohnen, Weizenkeime, Hefe; auch Eigelb, Milch und Milchprodukte, rote Beete, Orangen, Vollkorngetreide
Vitamin B12 (Cobalamin) Leber, Niere, Fisch, Eier, Milch und Milchprodukte
Vitamin C (Ascorbinsäure) Zitrusfrüchte, schwarze Johannisbeere, Paprika, grünes Gemüse, Erdbeere, Guave, Mango, Kiwi
Vitamin D (Calciferol) Sonnenlicht!!, ansonsten: Lebertran, Salzwasserfisch, wenig: Eier, Milch und Milchprodukte, Fleisch
Vitamin E (Tocopherol) Pflanzenöl, Nüsse, Vollkorngetreide, Weizenkeime, Samen, grüne Blattgemüse
Vitamin K (Phyllochinon) Grünblättrige Gemüse, einige Pflanzenöle, Haferflocken, Kartoffeln, Tomaten, Spargel, Milch und Milchprodukte

Tabelle 2: Vorkommen der Vitamine in Nahrungsmitteln nach nutri-facts.org

Die grosse Ausnahme bildet Vitamin D (Calciferol). Dies ist das einzige der beschriebenen 13 Moleküle, das der menschliche Organismus selbst herstellen kann (und damit eigentlich gar kein Vitamin ist). Dass es trotzdem zu den Vitaminen gezählt wird, hängt damit zusammen, dass zur Biosynthese von Calciferol UV-B-Strahlung nötig ist. Und die kommt in der Regel von der Sonne, also von “aussen”.

Vitamin D entsteht in der Haut aus Cholesterin, genauer gesagt aus 7-Dehydrocholesterin. Einfallende UV-B-Strahlung kann einen Ring im 7-Dehydrocholesterin-Molekül öffnen, wodurch Prävitamin D3 entsteht, welches zum eigentlichen Cholecalciferol (Vitamin D3) weiterreagiert. In Leber und Niere kann daraus dann das weiter oben genannte Hormon Calcitriol hergestellt werden [1].

Vitamin-D-Bildung


Biosynthese von Vitamin D und Calcitriol nach [1]

Im Lehrbuch für Biochemie [1] findet sich im Zusammenhang mit der Vitamin-D-Synthese eine Randnotiz, dass bei arabischen Beduinen-Frauen, die ihr Leben in Ganzkörperverhüllung verbringen, die Vitamin-D-Mangelerscheinung Osteomalazie auftritt – und dass, obwohl sie in der stets sonnenverwöhnten Wüste leben. Wer ständig eine Burka trägt ist also gut damit beraten auf eine ausreichende Vitamin-D-Zufuhr durch Nahrungsergänzung zu achten.

Ebenso stehen Vegetarier und vor allem Veganer vor der Herausforderung ihren Bedarf an B-Vitaminen zu decken und gegebenenfalls ihren Speiseplan mit Vitamin-Präparaten zu ergänzen.

Kann man zu viele Vitamine aufnehmen?

Im ersten Semester des Chemiestudiums fand ein Kommilitone im Praktikumslabor eine Kilopackung Ascorbinsäure (in Reinform ein weisses, kristallines Pulver) und fragte unseren Praktikumsassistenten, was denn wohl passieren würde, wenn er löffelweise davon ässe. Der Assistent antwortete: “Nichts”, und fügte hinzu, dass mein Kommilitone allenfalls vielleicht Sodbrennen oder/und Magenschmerzen bekäme, weil mehrere Gramm Ascorbinsäure auf einmal geschluckt vorübergehend zu Magenübersäuerung führen können.

Eine “Vergiftung” (Hypervitaminose) mit wasserlöslichen Vitaminen ist tatsächlich kaum möglich und tritt allenfalls in exotischen Fällen auf (z.B. Langzeit-Überdosierung von Vitaminpräparaten oder seltene Stoffwechselkrankheiten), da sie im Organismus gut beweglich sind und über die Niere ziemlich ungehindert wieder ausgeschieden werden können.

Bei fettlöslichen Vitaminen sieht das etwas anders aus, denn sie können nicht so einfach über die Niere ausgeschieden werden und sammeln sich im Organismus an. Insbesondere die Vitamine A und D können akute und/oder chronische Vergiftungserscheinungen (bis hin zum Tod) hervorrufen.

Da sich die Vitamin-D-Synthese bei Sonneneinstrahlung jedoch selbst reguliert, kann eine Hypervitaminose D – wie alle anderen Vitamin-“vergiftungen” – nur durch übermässige Zufuhr von Vitamin-Präparaten verursacht werden. Ebenso verhält es sich mit der Hypervitaminose A (es sei denn, man wäre auf einer Polarexpedition und würde den Fehler machen Eisbärenleber zu essen… Die ersten akuten Vitamin-A-Vergiftungen wurden bei Polarforschern dokumentiert, die eben dies getan hatten [4]).

Zusammenfassung

Der menschliche Organismus benötigt zur Aufrechterhaltung aller Funktionen 13 organische Stoffe, die er nicht eigenständig herstellen kann. Diese Stoffe werden als Vitamine zusammengefasst, obwohl ihre Struktur und Funktionen sehr vielfältig sind. Dabei lassen sich die Vitamine in wasser- und fettlösliche Stoffe ordnen. Die Anzahl und Verteilung von polaren Bindungen in ihren Molekülen lassen eine Einschätzung der Löslichkeit zu. Die Löslichkeit der Vitamine steht im Zusammenhang mit ihren Aufgaben und einer möglichen Giftwirkung bei Überdosierung.

Literatur

[1] Biochemie der Vitamine: J.M. Berg, John L.Tymoczko, L.Stryer: Biochemie. Spektrum Akademischer Verlag GmbH, Heidelberg, Berlin 2003

[2] Überblick über den Stoffwechsel einschliesslich Vitamin-Aufnahme und der Prozesse beim Sehen: S.Silbernagl, A.Despopoulos: Taschenatlas der Physiologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart 2003

[3] Genetik der Wirbeltiere bezüglich Ascorbinsäure (Vitamin C): G. Drouin, J. R. Godin, B. Pagé: The genetics of vitamin C loss in vertebrates. In: Current genomics. Band 12, Nummer 5, August 2011

[4] Giftigkeit der Vitamine: Dietrich Mebs: Gifttiere – Ein Handbuch für Biologen, Toxikologen, Ärzte und Apotheker. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH, Stuttgart 1992