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Pilotstudie zur Bioverfügbarkeit und biologischen Aktivität anthocyanreicher Heidelbeerextrakte in verkapselter und unverkapselter Form im Menschen

  • In der Bevölkerung steigt mit zunehmendem Alter die Inzidenz chronischer Erkrankungen. Eine häufig diskutierte Ursache chronischer Erkrankungen ist oxidativer Stress. Dieser entsteht im Körper, wenn es zu einem Ungleichgewicht zwischen der Bildung und Inaktivierung von sogenannten reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) kommt. Diesem Ungleichgewicht können endogene Faktoren (z.B. körpereigenes Glutathion (GSH)) und exogene Antioxidantien (z.B. Flavonoide) entgegenwirken. Epidemiologische Daten zeigen, dass eine Ernährung mit einem hohen Anteil an Flavonoiden präventive Eigenschaften zeigt und mit einem inversen Effekt bezüglich des Risikos chronischer Krankheiten korreliert. Beerenfrüchte (vor allem Wildheidelbeeren) stellen eine wichtige Quelle an diesen Flavonoiden dar. Für die Wildheidelbeere werden neben anderen Polyphenolen hauptsächlich die Anthocyane für deren Wirkung verantwortlich gemacht. Vor allem antioxidative und antiinflammatorische Eigenschaften von Anthocyanen werden derzeit diskutiert. Der Nachteil von Anthocyanen im Vergleich zu anderen Polyphenolen resultiert allerdings aus deren geringen Bioverfügbarkeit. In vielen Studien lag die Bioverfügbarkeit von verzehrten Anthocyanen im Urin meist unter 1%. Ein Grund für die geringe Aufnahme von Anthocyanen ist deren limitierende Stabilität. Im Darm, welcher als Hauptresorptionsort für Anthocyane gilt, liegt ein Milieu von pH 6-8 vor. Unter diesen pH-Bedingungen sind die Strukturen der Anthocyane nur begrenzt stabil. Daraus begründete sich in der Vergangenheit unter anderem das Forschungsziel, Anthocyane aus Heidelbeerextrakt (HBE) mit Hilfe verschiedener Verkapselungstechniken während der Darmpassage zu stabilisieren und gezielt am Wirkort freizusetzten (DFG/AiF-Cluster 1, 2008-2011). Die effektivsten Verkapselungstechniken basierten dabei auf Molkenprotein- und Pektinbasis. In vitro konnten durch die Verkapselung im Vergleich zum unverkapselten Extrakt höhere Anthocyankonzentrationen im (simulierten) Dünndarmmilieu erreicht werden. Außerdem zeigte sich in vitro keine Verringerung der biologischen Aktivität (ROS, DNA-Strangbrüche, GSH) durch die Verkapselung. Ziel war es, die bisherigen in vitro Ergebnisse zur biologischen Aktivität des HBE (unverkapselt und verkapselt) und der Bioverfügbarkeit der Anthocyane aus dem HBE bzw. Kapselmaterial auf die in vivo Situation zu übertragen und zu verifizieren. Die zentralen Fragen waren, in welchem Ausmaß Anthocyane aus HBE, die Bioaktivität beeinflussen können, unverändert in den Dickdarm gelangen, welche Rolle Prozesse der Dickdarmmikrobiota spielen und inwieweit dies durch Stabilisierungs-(Verkapselungs-)Techniken moduliert werden kann. Der Lösungsweg für diese Fragestellungen wurde durch eine humane Pilotstudie an Probanden realisiert. Welchen Einfluss der Darm bezüglich der Bioaktivität und Bioverfügbarkeit von HBE besitzt, kann anhand von Probanden mit intaktem Gastrointestinaltrakt (GIT) nur limitierend erfasst werden. Aus diesem Grund wurde die Studie zum einen mit Probanden, die ein Stoma am terminalen Ileum besitzen und zum anderen analog mit Kontrollprobanden mit intaktem Kolon durchgeführt. Die Pilotstudie wurde 2011 am Universitätsklinikum Würzburg durchgeführt und unterteilte sich in zwei Abschnitte. Dabei erfolgte während Teil I die Verabreichung von Heidelbeerextrakt (HBE) und während Teil II die Verabreichung von HBE-beladenen Molkeproteinkapseln (hergestellt durch U. Kulozik, TU München) und HBE-beladenen Citruspektinkapseln (hergestellt durch K. Schwarz, Univ. Kiel), jeweils mit äquimolaren Anthocyankonzentrationen. Durchgeführt wurde die Pilotstudie mit Probanden mit intaktem Gastrointestinaltrakt (mit Kolon) und Ileostomaprobanden (ohne Kolon). Während der Studie wurden von allen Probanden Blut- und Urinproben und von den Ileostomieprobanden zusätzlich Ileostomabeutel gesammelt. Durch den Vergleich der beiden Probandengruppen konnte somit erfasst werden, welchen Einfluss der Dickdarm auf die Bioverfügbarkeit und biologische Aktivität besitzt und inwieweit im Dickdarm gebildete Metabolite für biologische Wirkungen verantwortlich sind. Nach Heidelbeerextraktverzehr ergaben sich bei Probanden mit intaktem GIT im Vergleich zu Ileostomaprobanden höhere Gehalte an Anthocyanen (Urin 44% und Plasma 79%) und Abbauprodukten (Urin 75% und Plasma 100%). Durch Molkeproteinverkapselung (MPK) und Citruspektinverkapselung (CPK) wurden im Vergleich zum HBE die Gehalte in Dünndarmflüssigkeiten, Urin und Plasma der Probanden moduliert. Die Ausscheidungsmengen über den Urin zeigen, dass die Molkeproteinverkapselung die systemische Konzentration und die Kurzzeitbioverfügbarkeit der Anthocyane erhöhen kann. Nach Citruspektinverkapselung erfolgte eine Modulation und Stabilisierung der intestinalen Anthocyankonzentrationen lokalisiert am Ende des Dünndarms. Die Erfassung der DNA-Schäden zeigte eine tendenzielle Abnahme der DNA-Strangbrüche in den Blutzellen beider Probandengruppen während der Studie nach unverkapseltem HBE-Verzehr. Die stärksten Effekte der Reduzierung oxidativer DNA-Schäden (mit FPG-Behandlung) wurden nach Verzehr des citruspektinverkapselten Extraktes (CPK) in beiden Probandengruppen detektiert. Nach MPK-Verzehr konnten hingegen nur geringe Effekte beobachtet werden. Der GSH-Status der Probanden wurde innerhalb der Studie nicht beeinflusst. Die Ergebnisse dieser Studie zeigen, dass die Verkapselung von Anthocyanen deren Bioverfügbarkeit im Vergleich zu nichtverkapselten Anthocyanen modulieren kann, wobei die Bioverfügbarkeit der Anthocyane im Allgemeinen während dieser Studie sehr gering war. Weiterhin wurden Effekte zur antioxidativen Wirksamkeit der verwendeten Extraktsysteme beobachtet. Der Dünndarmmetabolit Phloroglucinolaldehyd wurde als potentielle Wirkkomponente identifiziert (Forschungsstelle II, Wien). Die vorliegenden Ergebnisse werden anhand der Betrachtung der DNA-Schädigung und der ermittelten Plasmakonzentrationen aber nicht vollständig erklärt. Weitere Anthocyanmetabolite, die im Rahmen dieser Arbeit nicht untersucht wurden, können für die Wirkung des Extraktes verantwortlich sein.

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Metadaten
Author:Dolores Müller
URN (permanent link):urn:nbn:de:hbz:386-kluedo-51602
Advisor:Elke Richling
Document Type:Doctoral Thesis
Language of publication:German
Publication Date:2018/02/15
Year of Publication:2018
Publishing Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Granting Institute:Technische Universität Kaiserslautern
Acceptance Date of the Thesis:2017/10/23
Date of the Publication (Server):2018/02/16
Number of page:XIV, 208
Faculties / Organisational entities:Fachbereich Chemie
DDC-Cassification:5 Naturwissenschaften und Mathematik / 540 Chemie
Licence (German):Creative Commons 4.0 - Namensnennung, nicht kommerziell, keine Bearbeitung (CC BY-NC-ND 4.0)