Vitamin C

Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Vitamin C (Synonym: Ascorbinsäure) gehört zur Gruppe der wasserlöslichen Vitamine und ist der Gattungsname für L-Threo-hex-2-enono-1,4-lacton und deren Derivate (Abkömmlinge), die qualitativ die biologische Wirkung von L-(+)-Ascorbinsäure aufweisen.

L-Ascorbinsäure besitzt ein starkes Redoxpotential (Reduktions-/Oxidationspotential) und ist in wässriger Lösung in Abhängigkeit vom Sauerstoffpartialdruck (Anteil des Sauerstoffs am Gesamtdruck innerhalb eines Gasgemisches), pH-Wert und Temperatur leicht autoxidabel. Während das Vitamin in sauren wässrigen Lösungen (pH < 6) stabil bleibt, wird es in alkalischen Lösungen rasch oxidiert beziehungsweise zersetzt [16, 17].

Beim Oxidationsprozess wird L-Ascorbinsäure über das reaktionsfähige Zwischenprodukt Semidehydroascorbinsäure – Abgabe eines Elektrons – reversibel (umkehrbar) zu Dehydroascorbinsäure (DHA) – Abgabe zweier Elektronen – umgewandelt [11]. DHA kann durch Reduktion mittels Glutathion (GSH; bestehend aus den Aminosäuren Glutaminsäure, Cystein und Glycin) wieder in Ascorbinsäure überführt werden [2, 16, 17]. Schließlich stellt L-Ascorbinsäure mit Semidehydro- und Dehydroascorbinsäure ein reversibles Redoxsystem dar, woraus sich die antioxidative Wirkung des Vitamin C ergibt [2, 3, 10, 13].

Synthese

L-Ascorbinsäure wird von höheren Pflanzen und den meisten Tieren über den Glucuronatweg aus D-Glucose synthetisiert [2, 11, 14, 16, 17].

Der Glucuronatweg beinhaltet folgende Syntheseschritte:

• D-Glucose → D-Glucuronsäure → L-Gluconsäure → L-Gulonolacton → 3-Oxo-L-gulonolacton → L-(+)-Ascorbinsäure [2, 10, 11, 16, 17]

Die Oxidation von L-Gulonolacton zu 3-Oxo-L-gulonolacton erfolgt durch das Enzym L-Gulonolacton-Oxidase. Menschen, Menschenaffen sowie Meerschweinchen und einige Insektenarten, darunter auch Heuschrecken, sind aufgrund einer Genmutation nicht in der Lage, die L-Gulonolacton-Oxidase endogen (im Körper selbst) zu synthetisieren, weshalb sie auf eine exogene Vitamin C-Zufuhr über die Nahrung angewiesen sind [11, 14, 15].

Resorption

Oral aufgenommene Ascorbinsäure wird bereits durch die Mundschleimhaut geringfügig resorbiert (aufgenommen) [2, 3]. Hauptresorptionsorte stellen jedoch das Duodenum (Zwölffingerdarm) und proximale Jejunum (Leerdarm) dar [11, 16, 17].
Der Mechanismus der Vitamin C-Resorption ist artspezifisch und dosisabhängig. Menschen und Meerschweinchen resorbieren niedrige Dosen L-Ascorbinsäure stereoselektiv durch ein aktives Natrium-Kalium-ATPase (Na⁺/K⁺-ATPase)-getriebenes Transportsystem [11, 16]. Hohe Dosen an L-Ascorbinsäure werden zusätzlich passiv mittels Diffusion absorbiert, da erhöhte Vitamin C-Konzentrationen die Aktivität der Na⁺/K⁺-ATPase reduzieren [10, 11, 16].

Mit steigender verabreichter Vitamin C-Dosis sinkt die Resorptionsrate. So werden im Rahmen der üblichen Nahrungsaufnahme beziehungsweise oralen Dosis bis 180 mg/Tag zwischen 80-90 %, bei einer Dosis von 1 g (1.000 mg)/Tag etwa 65-75 %, bei 3 g (3.000 mg)/Tag etwa 40 % und bei 12 g (12.000 mg)/Tag nur noch circa 16 % des Vitamin C resorbiert [5, 12].

Nicht resorbiertes Vitamin C wird von der Dickdarmflora hauptsächlich zu Kohlendioxid (CO₂) und organischen Säuren abgebaut. Aus diesem Grund kann die Zufuhr hoher Vitamin C-Dosen gastrointestinale (Magen-Darm-) Beschwerden, wie Diarrhoe (Durchfall) und Abdominalschmerzen (Bauchschmerzen), zur Folge haben [16].

Transport und Verteilung im Körper

Resorbiertes und im Blutplasma erscheinendes Vitamin C – 0,8-1,4 mg/dl – ist zu 24 % an Protein gebunden und verteilt sich im gesamten Organismus, allerdings mit unterschiedlicher Affinität (Bindungsstärke) zu den Geweben.

Besonders reich an Vitamin C beim Menschen in absteigender Konzentration sind:

• Hypophyse (Hirnhangdrüse)
• Nebenniere
• Augenlinse
• Leukozyten, vor allem Lymphozyten (weiße Blutkörperchen)
• Gehirn
• Leber
• Pankreas (Bauchspeicheldrüse)
• Milz
• Niere
• Myokard (Herzmuskel)
• Lunge
• Skelettmuskel
• Testes (Hoden)
• Schilddrüse [11, 16]

Der Mensch verfügt über keine speziellen Speicher für Ascorbinsäure. Jede übermäßige Zufuhr wird nicht resorbiert beziehungsweise fäkal (über den Stuhl) und/oder renal (über die Niere) ausgeschieden. Der Ascorbinsäurepool des Menschen beträgt bei voller Sättigung etwa 1,5 bis maximal 3 g. Ein Absinken des Gesamtkörperpools auf Werte unterhalb von 300 mg – Vitamin C-Plasmakonzentration = 0,2 mg/dl – führt zu Mangelerscheinungen – Skorbut gilt als klassische klinische Vitamin C-Mangelsymptomatik [1]. Der tägliche Gesamt-Turnover (Umsatz) liegt bei circa 1 mg/kg Körpergewicht, hängt von Poolgröße und täglicher Aufnahme ab und wird durch Stress, Rauchen und chronische Erkrankungen beeinflusst.

Ausscheidung

Der Abbau von L-Ascorbinsäure in Leber und Niere erfolgt oxidativ über Dehydroascorbinsäure und 2,3-Diketogulonsäure zu Oxalsäure [11].

Bei einer physiologischen Vitamin C-Zufuhr – Plasmakonzentration 1,2-1,8 mg/dl; Gesamtkörperpool ~ 1,5 g – werden Ascorbinsäure (10-20 %) und deren wichtigste Metabolite (Zwischenprodukte) DHA (ca. 20 %), 2,3-Diketogulonsäure (ca. 20 %) und Oxalsäure (ca. 40 %) über die Nieren ausgeschieden [1, 3, 10, 16].
Die renale Elimination von Vitamin C ist weniger ein Maß für die Resorption als vielmehr ein Anhaltspunkt für die gesamte Gewebssättigung [16].

Etwa 35-50 % der täglichen Oxalsäuremenge im Harn (ca. 30-40 mg) stammen beim gesunden Erwachsenen, der eine normale Ernährungsweise aufweist, aus Ascorbinsäure [11]. Dabei scheint die Vitamin C-induzierte Ausscheidung von Oxalsäure in der gesunden Bevölkerung keine Rolle bei der Bildung von Calciumoxalatsteinen zu spielen. Nach den prospektiven Kohortenstudien der Harvard School of Public Health – Physician Health Study (PHS) und Nurses´ Health Study (NHS) – mit 45.251 Männern und 85.557 Frauen ohne Vorgeschichte mit Nierensteinleiden gehen selbst hohe Vitamin C-Dosen (= 1,5 g Vitamin C/Tag) mit keinem erhöhten Risiko für eine Nephrolithiasis (Nierensteine) einher [7, 8]. Gerster (1997), der eine Übersicht über mehrere klinische Interventions- und prospektive Studien einschließlich der NHS/PHS-Studien lieferte, kommt zur gleichen Schlussfolgerung [9]. Patienten mit rezidivierender Nephrolithiasis (Nierensteine), eingeschränkter Nierenfunktion oder einem Defekt im Ascorbinsäure- beziehungsweise Oxalatmetabolismus sollten jedoch ihre Vitamin C-Zufuhr auf 50-100 mg pro Tag beschränken [9, 16].

Literatur

1. Bässler K.-H., Grühn E., Loew D., Pietrzik K. (2002) Vitamin-Lexikon für Ärzte, Apotheker und Ernährungswissenschaftler. 3. Auflage. Urban & Fischer, München
2. Biesalski H. K., Köhrle J., Schümann K. (2002) Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Prävention und Therapie mit Mikronährstoffen. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
3. Biesalski H. K., Fürst P., Kasper H. et al. (2004) Ernährungsmedizin. Nach dem Curriculum Ernährungsmedizin der Bundesärztekammer. 3. Auflage. Georg Thieme Verlag, Stuttgart
4. Blanchard J, Toze T.N., Rowlan M. (1997) Pharmacokinetic perspectives on megadoses of ascorbic acid. Am J Clin Nutr; 66: 1165-1171
5. BPI (2000) Fachinformationen des Bundesverbandes der Pharmazeutischen Industrie (Stand Mai 2000)
6. Constance S.T. (1997) An overview of ascorbic acid chemistry and biochemistry. In: Packer L., Fuchs J., eds. Vitamin C in Health and Disease. New York: Marcel Dekker; 25-58
7. Curhan G.C., Willett W.C., Rimm E.B., Stampfer M.J. (1996) A prospective study of the intake of vitamins C and B6, and the risk of kidney stones in men. J Urol; 155: 1847-1851
8. Curhan G.C., Willett W.C., Speizer F.E., Stampfer M.J. (1999) Intake of vitamins B6 and C and the risk of kidney stones in women. J Am Soc Nephrol; 10: 840-845
9. Gerster H. (1997) No contribution of ascorbic acid to renal calcium oxalate stones. Ann Nutr Metab; 41: 269-282
10. Hahn A., Ströhle A., Wolters M. (2006) Ernährung. Physiologische Grundlagen, Prävention, Therapie. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft mbH Stuttgart
11. Hänsel R., Sticher O. (2010) Pharmakognosie - Phytopharmazie. 9. Auflage. Springer Medizin Verlag, Heidelberg
12. Kasper H. (2004) Ernährungsmedizin und Diätetik. 10. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München
13. Leitzmann C., Müller C., Michel P. et al. (2005) Ernährung in Prävention und Therapie. Hippokrates Verlag in MVS Medizinverlage Stuttgart GmbH & Co. KG
14. MacDonald L., Thumser A.E., Sharp P. (2002) Decreased expression of the vitamin C transporter SVCT1 by ascorbic acid in a human intestinal epithelial cell line. Br J Nutr; 87: 97-100
15. Nishikimi M., Yagi K. (1991) Molecular basis for the deficiency in humans of gulonolactone oxidase, a key enzyme for ascorbic acid biosynthesis. Am J Clin Nutr; 54: 1203S-1208S
16. Pietrzik K., Golly I., Loew D. (2008) Handbuch Vitamine. Für Prophylaxe, Beratung und Therapie. Urban & Fischer Verlag, München
17. Schmidt E. und Schmidt N. (2004) Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 1. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München