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Docosahexaensäure (DHA)

Docosahexaensäure (DHA) ist eine langkettige (≥ 12 Kohlenstoff (C)-Atome), mehrfach ungesättigte (> 1 Doppelbindung) Fettsäure (engl.: PUFAs, Polyunsaturated fatty acids), die zur Gruppe der Omega-3-Fettsäuren gehört [3, 11, 13, 17, 19, 24, 26].

Aufnahme

DHA kann sowohl über die Nahrung, vor allem durch Öle von fettreichen Meeresfischen, wie Makrele, Hering, Aal und Lachs, zugeführt als auch im menschlichen Organismus aus der lebensnotwendigen (essentiellen) Omega-3-FS alpha-Linolensäure (C18:3) gebildet (synthetisiert) werden [3, 10, 13, 17, 24, 26].

Synthese

Alpha-Linolensäure ist der Vorläufer (Präkursor) für die körpereigene (endogene) Synthese von DHA und gelangt ausschließlich über die Nahrung, hauptsächlich durch pflanzliche Öle, wie Lein-, Walnuss-, Raps- und Sojaöl, in den Körper [13, 31]. Durch Umbau der chemischen Struktur (Einfügen von Doppelbindungen - Desaturierung & Verlängerung der Fettsäurekette um jeweils 2 C-Atome - Elongation) wird alpha-Linolensäure im glatten endoplasmatischen Retikulum, einem strukturreichen und großflächigen Zellorganell, von weißen Blutkörperchen (Leukozyten) und Leberzellen über die für den Stoffwechsel ebenfalls bedeutsame Omega-3-Fettsäure Eicosapentaensäure (EPA; C20:5) zu DHA verstoffwechselt (metabolisiert) [3, 11, 13, 23, 26].

Die bei der Umwandlung beteiligten Enzyme (delta-6- und delta-5-Desaturase, Fettsäure-Elongase) sind neben der DHA-Synthese aus alpha-Linolensäure auch an der Herstellung der Arachidonsäure aus Linolsäure (Omega-6-Fettsäuren) beteiligt. Somit konkurrieren die alpha-Linolensäure und die Linolsäure um die gleichen Enzymsysteme bei der Herstellung anderer biologisch wichtiger mehrfach ungesättigter Fettsäuren, wobei die alpha-Linolensäure eine höhere Bindungsstärke (Affinität) zu einem Enzym aufweist.

Wird also mehr Linolsäure als alpha-Linolensäure zugeführt, wird vermehrt die entzündungsfördernde (proinflammatorische) Omega-6-Fettsäure Arachidonsäure gebildet. Die körpereigene Synthese der entzündungshemmenden (antiinflammatorischen) Omega-3-Fettsäuren EPA und DHA sinkt dadurch [5, 11, 17, 22]. Ein ausgewogenes Verhältnis der über die Nahrung aufgenommenen Linolsäure zur alpha-Linolensäure ist daher von großer Relevanz [17, 22].

Nach der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) sollte das Verhältnis von Omega-6- zu Omega-3-Fettsäuren der Nahrung im Sinne einer präventiv wirksamen Zusammensetzung 5:1 betragen [9, 11, 13, 17, 24, 26].

Resorption

DHA kann in der Nahrung sowohl in freier Form als auch gebunden in Fetten (Triglyceriden - Bindung von drei Fettsäuren an Glycerin) und phosphorhaltigen Fetten (Phospholipiden) vorliegen, die im Mund, Magen und Dünndarm (Gastrointestinaltrakt) einem mechanischen und enzymatischen Abbau unterliegen. Die aus dem Abbau hervorgehenden Produkte (Gylcerin mit nur noch einer Fettsäure wie DHA/ einer Phorphorsäure verbunden/ freie Fettsäuren, darunter DHA) vereinen sich im Dünndarm mit beispielsweise Cholesterol und Gallensäuren zu kugelförmigen Gebilden (Micellen), die die Aufnahme der fettlöslichen Substanzen in die Zellen des Dünndarmepithels (Enterozyten) ermöglichen, indem die Lipidmoleküle an ihrer Außenseite wasserlösliche Substanzen tragen [2, 3, 11, 13, 17, 19].

In den Zellen des Dünndarmepithels (Enterozyten) wird DHA an Fettsäure-bindende Proteine gebunden. Die anschließende Aktivierung ermöglicht zum Einen die Wiederherstellung (Resynthese) von Triglyceriden und Phospholipiden in einem strukturreichen, großflächigen Zellorganell (glattes endoplasmatisches Retikulum) und zum Anderen die Aufnahme weiterer fettlöslicher Bestandteine in die Zellen [3, 11, 13, 17]. Es folgt die Aufnahme (Inkorporation) der DHA-enthaltenden Moleküle in sogenannte Chylomikronen (Lipoprotein). Diese bestehen aus sowohl Fett- als auch Proteinbestandteilen, sodass sie für den Transport der im Darm aufgenommenen Nahrungsfette zu peripheren Geweben und zur Leber zuständig sind [2, 3, 13, 17]. Die Fettaufnahme (Fettabsorption) beträgt unter physiologischen Bedingungen zwischen 85-95 %.

Transport und Verteilung

Die lipidreichen Chylomikronen (zu 80-90 % aus Triglyceriden bestehend) werden in die Zwischenräume der Zellen des Dünndarmepithels (Enterozyten) abgesondert (sezerniert) und über die Lymphe abtransportiert. Über das Lymphsystem gelangen die Chylomikronen in die Venen des Blutkreislaufs.

Während des Transports zur Leber wird ein Großteil der Bestandteile der Chylomikronen in Glycerin und freie Fettsäuren, darunter DHA, gespalten, die von peripheren Geweben, wie Muskulatur und Fettgewebe aufgenommen werden [2, 3, 11, 13, 17]. Durch diesen Vorgang werden die Chylomikronen zu Chylomikronen-Restpartikeln (CM-R, fettarme Chylomikronen-Remnants) abgebaut, die an spezifische Rezeptoren der Leber binden.

Nach Bindung der freigesetzten DHA an ein Fettsäure bindendes Protein im Zellplasma kommt es zum Wiederaufbau (Reveresterung) von Triglyceriden und Phospholipiden. Diese können in der Leber weiter verstoffwechselt (metabolisiert) und/oder mit Hilfe fetthaltiger Lipoproteine mit sehr geringer Dichte (VLDL, very low density lipoproteins) über den Blutkreislauf zu  Geweben außerhalb der Leber (extrahepatisch) transportiert werden [11, 13, 17]. Indem im Blut zirkulierendes VLDL an periphere Zellen bindet, werden die Triglyceride gespalten und die dabei freiwerdenden Fettsäuren, darunter DHA nach innen aufgenommen (internalisiert).

Daraus resultiert der Abbau (Katabolismus) der Lipoproteine von VLDL zu IDL (intermediate density lipoproteins). IDL-Partikel können entweder von der Leber über Rezeptoren aufgenommen und dort abgebaut oder im Blutplasma enzymatisch durch die Triglyceridlipase zum cholesterinreichen LDL (low density lipoproteins; cholesterinreiche Lipoproteine geringer Dichte) verstoffwechselt werden, welches periphere Gewebe mit Cholesterin versorgt [2, 11, 13, 17].

In den Zellen der Gewebe und Organe wird DHA zum Großteil in Phospholipide der Plasmamembranen sowie der Membranen von Zellorganellen, wie Mitochondrien ("Energiekraftwerke" der Zellen) und Lysosomen (Zellorganellen mit saurem pH-Wert und Verdauungsenzymen), eingebaut. Besonders reich an DHA sind die Phospholipide der Nervenendigungen (Synaptosome, die Vesikel und zahlreiche Mitochondrien enthalten) der grauen Substanz (Gebiete des Zentralnervensystems, die vorwiegend aus Nervenzellkörpern bestehen) des Gehirns [4, 14, 15, 17, 29]. Das menschliche Gehirn besteht zu 60 % aus Fettsäuren, wobei DHA den größten Anteil ausmacht [1, 6, 21, 27, 29, 32].

Zahlreiche Untersuchungen konnten zeigen, dass die enthaltenen Fettsäuren der Phospholipide in den Zellmembranen (Fettsäuremuster) stark von der Fettsäurezusammensetzung der Nahrung abhängt. So bewirkt eine hohe DHA-Zufuhr eine Erhöhung des Anteils an DHA in den Phospholipiden der Plasmamembranen durch Verdrängung der Arachidonsäure (Omega-6-Fettsäure) und damit eine Erhöhung der Membranflüssigkeit (Fluidität). Dies hat Auswirkungen auf Aktivitäten membranständiger Proteine (Rezeptoren, Enzyme, Transportproteine, Ionenkanäle), Verfügbarkeit von Neurotransmittern (Botenstoffe, die Informationen von einer Nervenzelle zur anderen über deren Kontaktstellen (Synapsen) weitergeben), Durchlässigkeit (Permeabilität) sowie Interaktionen zwischen den Zellen (interzellulär) [3, 7, 11, 12, 13, 26, 28].

Ein hoher Gehalt an DHA kann auch in den Zellmembranen lichtempfindlicher Sinneszellen (Photorezeptoren) der Netzhaut (Retina) festgestellt werden, in denen DHA für die normale Entwicklung und Funktion, vor allem für die Regeneration von Rhodopsin, einer Verbindung, die für die Sehfähigkeit und die Empfindlichkeit des Auges entscheidend ist, notwendig ist. Weitere Gewebe, in denen DHA enthalten ist, sind unter anderem Keimdrüsen (Gonaden), Spermien, Haut, Blut, Zellen des Immunsystems sowie Skelett- und Herzmuskulatur [3, 13, 14, 16, 17, 24, 25, 29].

Schwangere sind in der Lage, durch einen komplexen Mechanismus DHA im Körper zu speichern und bei Bedarf auf diese Reserve zurückzugreifen [4, 8, 14, 20, 29]. Bereits in der 26.-40. Schwangerschaftswoche (SSW), in der die Entwicklung des zentralen Nervensystems stark voranschreitet – Cerebralisierungsphase, die sich bis in die ersten Monate nach der Geburt erstreckt –, wird DHA in das Gehirngewebe des Ungeborenen eingebaut, wobei der DHA-Status der Mutter entscheidend für das Maß der Anreicherung ist [1, 13, 17, 20, 30]. Während des letzten Trimesters (28.-40. SSW) steigt der DHA-Gehalt in der Rinde des Groß- und Kleinhirns (Cortex) des Feten auf das Dreifache an. In der letzten Schwangerschaftshälfte wird DHA auch vermehrt in das Gewebe der Netzhaut eingelagert – die Zeit, in der die hauptsächliche Entwicklung des Auges stattfindet [1, 6, 21, 27, 29, 30, 32].

Abbau

Der Abbau (Katabolismus) von Fettsäuren findet in allen Körperzellen, vor allem in Leber- und Muskelzellen, statt und ist in den Mitochondrien ("Energiekraftwerke" der Zellen) lokalisiert. Ausgenommen sind rote Blutkörperchen (Erythrozyten), die keine Mitochondrien besitzen, sowie Nervenzellen, denen die fettsäureabbauenden Enzyme fehlen. Der Reaktionsablauf des Fettsäurekatabolismus wird auch als ß-Oxidation bezeichnet. In der ß-Oxidation werden die zuvor aktivierten Fettsäuren (Acyl-CoA) in einem Zyklus, der wiederholt durchlaufen wird, oxidativ zu aktivierter Essigsäure abgebaut. Dabei wird das Molekül pro "Durchlauf" um 2 C-Atome – entsprechend einem Acetyl-CoA – gekürzt [17, 18].

In der Mitochondrienmatrix wird die aktivierte Fettsäure in die ß-Oxidation eingeschleust[11, 18]. Das Resultat ist eine um 2 C-Atome verkürzte DHA, deren Anordnung der Doppelbindung vor Eintritt in den nächsten Reaktionskreislauf enzymatisch umgebaut werden muss. Nach erneutem einmaligen Durchlauf der ß-Oxidation und Verkürzung der Fettsäurekette um einen weiteren C2-Körper erfolgt der Umbau der nächsten Doppelbindung der DHA [11, 18].

Die aus dem DHA-Abbau hervorgehenden Acetyl-CoA werden in den Energiestoffwechsel (Citratzyklus, Atmungskette) eingebracht und gemeinsam mit den reduzierten Coenzymen der ß-Oxidation zur Energiegewinnung in Form von Adenosintriphosphat (ATP, universelle Form unmittelbar verfügbarer Energie) genutzt [12, 13, 17, 18].


Ausscheidung

Unter physiologischen Bedingungen sollte die Fettausscheidung mit dem Stuhl bei einer Fettzufuhr von 100 g/Tag aufgrund der hohen Aufnahmerate (85-95 %) nicht mehr als 7 % betragen [11].


Fettsäurestoffwechsel – Omega-3-Typ (Graphik)

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