Thiamin (Vitamin B1)

Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Thiamin (Vitamin B1) ist ein wasserlösliches Vitamin und gehört zur Gruppe der B-Vitamine.

Das Thiaminmolekül besteht aus einem Pyrimidin- und Thiazol-Ring, die über eine Methylengruppe miteinander verbunden sind [3, 13, 16].

Trockenes Vitamin B1 ist bei 100 °C stabil. Wässrige Vitamin B1-Lösungen sind bei einem pH-Wert < 5,5 am stabilsten, jedoch nicht in neutralem oder alkalischem Milieu. Thiamin ist sowohl thermolabil (hitzeempfindlich) als auch licht- und oxidationsempfindlich und weist eine hohe Struktur- beziehungsweise Konstitutionsspezifität auf. Geringfügige Veränderungen am Molekülaufbau gehen mit einer Minderung der Vitaminwirksamkeit, Unwirksamkeit oder – in bestimmten Fällen – mit einer antagonistischen (gegensätzlichen) Wirkungsweise einher [3, 13, 16, 18].

Resorption

Thiamin findet sich sowohl in pflanzlichen als auch tierischen Lebensmitteln, jedoch nur in geringer Konzentration. Während Thiamin in Pflanzen in freier, nicht phosphorylierter Form vorliegt, kommt das B-Vitamin in tierischen Geweben zu 80-85 % als biologisch aktives Thiaminpyrophasphat (TPP) und zu 15-20 % als Thiaminmonophosphat (TMP) und Thiamintriphosphat (TTP) vor [13, 16].

Über die Nahrung aufgenommenes, phosphoryliertes Vitamin B1 wird durch unspezifische Phosphatasen der Darmwand dephosphoryliert (enzymatisches Entfernen von Phosphatgruppen) und somit in einen resorbierbaren Zustand überführt.
Die intestinale Aufnahme (Aufnahme über den Darm) von Thiamin unterliegt einem dosisabhängigen dualen Mechanismus. Physiologische Mengen des B-Vitamins unterhalb einer Konzentration von 2 µmol/l werden durch einen energieabhängigen Natrium-vermittelten Carriermechanismus resorbiert. Der Transport von Vitamin B1 in die intestinalen Mukosazellen (Schleimhautzellen) ist somit aktiv und sättigbar [3, 5, 6, 13, 16, 18].
Oberhalb einer Konzentration von 2 µmol/l erfolgt die Resorption von Vitamin B1 durch passive Diffusion, die weder natriumabhängig ist noch durch Thiaminantagonisten beziehungsweise Ethanol gehemmt werden kann [3, 6, 13, 16].

Mit steigender applizierter (verabreichter) Dosis sinkt der prozentuale Anteil an resorbiertem Thiamin. Ursache ist zum einen die Downregulation (Herunterregulierung) der transmembranen Transportproteine für Thiamin in den intestinalen Mukosazellen (Schleimhautzellen) ab einer Vitamin B1-Dosis > 2 µmol/l und zum anderen die Ineffektivität des passiven Resorptionsweges gegenüber dem aktiven carriervermittelten Transportmechanismus [3, 16, 18]. Nach Untersuchungen mit oral verabreichtem radioaktiv markiertem Thiamin beträgt die Resorptionsrate bei einer Zufuhr von 1 mg ~ 50 %, von 5 mg ~ 33 %, von 20 mg ~ 25 % und von 50 mg ~ 5,3 % [6, 16, 18]. Insgesamt können nur maximal 8-15 mg Vitamin B1 pro Tag resorbiert werden [2, 9].

Absorbiertes Thiamin wird in den Mukosazellen (Schleimhautzellen) des Darms teilweise durch die cytosolische Pyrophosphokinase unter Spaltung von Adenosintriphosphat (ATP) zum coenzymatisch wirksamen TPP phosphoryliert (enzymatisches Anhängen von Phosphatgruppen).

Freies und phosphoryliertes Thiamin gelangt über die Pfortader in die Leber, von wo aus es über die Blutbahn zu den Zielorganen und -geweben entsprechend ihres Bedarfs transportiert wird [3, 4].

Transport und Verteilung im Körper

Der Vitamin B1-Transport im Vollblut erfolgt hauptsächlich in den Blutzellen – zu 75 % in den Erythrozyten (rote Blutkörperchen) und zu 15 % in den Leukozyten (weiße Blutkörperchen). Nur 10 % des Vitamins B1 im Blut wird plasmatisch transportiert, vorrangig an Albumin gebunden [3, 16, 18]. Die Zufuhr hoher Vitamin B1-Dosen führt zur Überschreitung der Bindungskapazität, so dass überschüssiges Thiamin ausgeschieden wird [16]. Der Gesamtblutspiegel schwankt zwischen 5-12 µg/dl [3].

An den Zielorganen und -geweben wird Thiamin über einen Thiamintransporter mit hoher Affinität (Bindungsstärke) in die Zielzellen und Mitochondrien ("Energiekraftwerke" der Zellen) aufgenommen. Aufgrund der physiologischen Bedeutung von Vitamin B1 im Kohlenhydrat- und Energiestoffwechsel weisen insbesondere Herzmuskel (3-8 µg/g), Niere (2-6 µg/g), Leber (2-8µg/g), Gehirn (1-4 µg/g) und Skelettmuskel hohe Thiaminkonzentrationen auf [3, 4, 13, 16]. Im Thiaminmangel ist aufgrund der Upregulation (Hochregulierung) der transmembranen Transportproteine die Aufnahme von Vitamin B1 in die Zielzellen erhöht [20, 21].

Der Gesamtkörperbestand an Vitamin B1 beträgt bei gesunden Menschen 25-30 mg, wovon sich circa 40 % in der Muskulatur befinden. Ein Thiaminspeicher im engeren Sinne existiert nicht. Aufgrund seiner Funktion als Coenzym ist Vitamin B1 immer mit dem entsprechenden Enzym assoziiert (verbunden) und wird nur in dem Umfang retiniert (von der Niere zurückgehalten), wie es aktuell erforderlich ist. Die biologische Halbwertszeit von Thiamin ist relativ kurz und wird beim Menschen mit 9,5-18,5 Tagen angegeben. Die begrenzte Speicherkapazität und hohe Umsatzrate des B-Vitamins machen eine tägliche Zufuhr ausreichender Thiaminmengen zur Bedarfsdeckung notwendig, insbesondere bei erhöhtem Vitamin B1-Verbrauch infolge eines gesteigerten Metabolismus, wie beim Sport, bei schwerer körperlicher Arbeit, innerhalb der Schwangerschaft und Stillzeit, bei chronischem Alkoholabusus sowie bei Fieber [3, 13, 16, 18].

Ausscheidung

Die Vitamin B1-Ausscheidung ist dosisabhängig. Im physiologischen (für den Stoffwechsel normalen) Bereich wird Thiamin zu etwa 25 % renal (über die Niere) eliminiert. Bei hohen applizierten Dosen erfolgt die Ausscheidung von Vitamin B1 nach Gewebesättigung nahezu vollständig über die Niere, wobei zugleich der Anteil des über die Galle ausgeschiedenen und des nicht resorbierten Thiamins in den Fäzes ansteigt [4, 5, 10, 16].

Thiamin wird zu etwa 50 % in freier Form oder mit einer Sulfatgruppe verestert eliminiert. Bei den restlichen 50 % handelt es sich um bisher noch nicht identifizierte Metabolite sowie um Thiamincarbonsäure, Methylthiazolessigsäure und Pyramin. Je höher die Vitamin B1-Zufuhr, desto geringer die Metabolisierung und desto stärker die Ausscheidung an freiem, unverändertem Thiamin [1, 6, 8, 16].

Literatur

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