wilde Blume vor einem Gebirgssee

Warum Bioverfügbarkeit für Nahrungsergänzung essentiell ist

Bioverfügbarkeit ist ein wichtiger Parameter in der pharmakologischen Forschung & Entwicklung: sie gibt Auskunft über den prozentualen Anteil des jeweiligen Nähr- bzw. Wirkstoffs, der dann am Wirkort (z. B. der menschlichen Zelle) ankommt. Besonders sekundäre Pflanzenstoffe (zu denen z. B. Carotinoide zählen) können von Haus aus nur schwer vom menschlichen Organismus resorbiert werden. Deswegen müssen pharmakologische Verfahren angewandt werden, die die Aufnahme dieser sekundären Pflanzenstoffe optimieren.

Sekundäre Pflanzenstoffe und ihr Problem mit der Bioverfügbarkeit

Nicht die Menge an Inhaltsstoffen, sondern der Wirkgrad der nach Verabreichung aufgenommenen Nährstoffe ist entscheidend. Was in der pharmazeutischen Forschung & Entwicklung eine entscheidende Rolle spielt, ist bei der Rezepturentwicklung von Nahrungsergänzungsmitteln oftmals nicht berücksichtigt. Das zeigt sich für Fachkundige bereits beim Blick auf die Inhaltsstoffe bzw. Zutatenliste und später bei der Analyse im Labor.

Definition: der Begriff Bioverfügbarkeit stammt aus der Pharmakologie. Er bezeichnet den prozentualen Anteil des Wirkstoffs einer Arzneimitteldosis, der unverändert im systemischen Kreislauf zur Verfügung steht. Die Bioverfügbarkeit ist eine Messgröße dafür, wie schnell und in welchem Umfang ein Arzneimittel resorbiert wird und am Wirkort zur Verfügung steht.

Tatsächlich sollte eine möglichst hohe Bioverfügbarkeit auch bei Nahrungsergänzungsmitteln eine wichtige Rolle spielen. Eine Vielzahl von Nahrungsergänzungsmitteln enthält Stoffe pflanzlichen Ursprungs, die auf NEM-Produkten auch oftmals entsprechend beworben sind (als „natürlich”, „vegan”, „rein pflanzlich” etc.). Pflanzenextrakte – und besonders die sogenannten sekundären Pflanzenstoffe – besitzen von Natur aus eine nur eine geringe Bioverfügbarkeit. Das heisst im Umkehrschluss, dass der menschliche Organismus diese nur schwer aufnehmen bzw. verarbeiten kann. 

Definition: Sekundäre Pflanzenstoffe sind bestimmte chemische Verbindungen, die von Pflanzen weder im Energiestoffwechsel noch im aufbauenden (anabolen) oder im abbauenden (katabolen) Stoffwechsel produzieren werden können. Sie werden in speziellen Zelltypen hergestellt.

Die wichtigsten Gruppen sekundärer Pflanzenstoffe:

  • Isoprenoide Verbindungen: Terpene, Steroide und ihre Glykoside; Carotinoide, Speicherlipide
  • Phenolische Verbindungen: einfache Phenole, Polyphenole, Xanthone, Phenylpropanoide, Stilbene und deren Glykoside
  • Alkaloide Aminosäuren wie Alliin oder Canavanin
Die alles entscheidende Frage: wie transportiert man die Wirkstoffe, die in sekundären Pflanzenstoffen enthalten sind, möglichst vollständig zu den Zellen, ohne dass sie vom menschlichen Organismus unverdaut wieder ausgeschieden werden? Das beschäftigt aktuell die Pharmakologie. Foto: Markus Spiske by pexels

Sekundäre Pflanzenstoffe werden im naturheilkundlichen Bereich auch als Phytamine bezeichnet, die als Teil der Ernährung gesundheitliche Vorteile bieten können. Die Bioverfügbarkeit der sekundären Pflanzenstoffe ist unterschiedlich. Im Hinblick auf Polyphenole scheint sie günstig beeinflusst zu werden durch physiologische Mengen, Hitzeeinwirkung und Partikelverkleinerung (z. B. Mahlen) bei der Verarbeitung und durch die An- bzw. Abwesenheit bestimmter Nährstoffe. So wirkt sich ein höherer Fettanteil und die Anwesenheit weiterer Polyphenole positiv auf die Bioverfügbarkeit von Polyphenolen aus, während die Anwesenheit von Proteinen und Antioxidantien (Vitamin C und E) den gastrointestinalen Abbau zu verringern scheint.

Verkapselung erhöht die Bioverfügbarkeit

Neuere Forschungsergebnisse zeigen, dass durch eine Verkapselung von Polyphenolen in Lebensmitteln die Bioverfügbarkeit erhöht und Wechselwirkungen mit der Lebensmittelmatrix verringert sind. So führte beispielsweise der Verzehr von Brot mit integriertem verkapselten Curcumin (1 g/Portion) zu einer 7-mal höheren Plasmakonzentration im Vergleich zu Brot, das Curcumin (mehr zu Kurkuma bzw. Curcumin: Kurkuma – Zauberwurzel oder Schönfärberei)  in freier Form enthielt. (Bohn T: Dietary factors affecting polyphenol bioavailability. Nutr Rev. 72 (7) (2014) 429-452).

Astaxanthin – wie in vivvre life enthalten – gehört zu der Gruppe der sekundären Pflanzenstoffe (isoprenoide Verbindungen). Astaxanthin ist – vergleichbar mit Curcumin – vom menschlichen Organismus schlecht resorbierbar bzw. aufnehmbar. Die pharmazeutische Technologie der Resorption ist ein eigenes Teilgebiet, welches sich ausschließlich mit der optimalen Formulierung (Rezeptur) von Wirkstoffen befasst.

Die Resorption: Wie kommen Nährstoffe auf natürliche Weise in den Blutkreislauf? Durch Mikroverkapselung, ein Verfahren, das in der Pharmakologie und der Lebensmitteltechnologie angewendet wird, um die Bioverfügbarkeit zu maximieren. Foto: thisisengineering by pexels

Warum ist die Wirksamkeit sekundärer Pflanzenstoffe oftmals sehr gering?

Diese drei Faktoren beeinflussen die Aufnahme eines Nährstoffs im Körper

Stabilität

Zunächst ist die Stabilität des Inhaltsstoffes im Magen-Darm-Bereich entscheidend. Denn viele Stoffe zerfallen beispielsweise im sauren Magenmilieu oder zersetzen sich durch Darmbakterien. In diesem Fall ist es wichtig, durch eine schnelle Aufnahme im richtigen Abschnitt des Verdauungstraktes den Zerfall des Wirkstoffes soweit es geht einzudämmen.

Beispielsweise werden Flavonoide von der Darmflora schnell zerstört und sollten bereits im Magen und Dünndarm aufgenommen werden, während probiotische Bakterienkulturen durch die Magensäure angegriffen werden und daher erst im Dickdarm freigesetzt werden sollten. Unter Umständen sind sogar spezielle Freisetzungssysteme wie eine magensaftresistente Tablette, wie man es aus der Pharmazie kennt, dabei sinnvoll.

Weniger wichtig für die Bioverfügbarkeit, aber ebenfalls nicht zu vergessen ist die Stabilität des Inhaltsstoffes während der Lagerzeit. Viele Inhaltsstoffe wie Astaxanthin oder Omega-3 Fettsäuren sind luftempfindlich und zerfallen schnell bei zu langer Lagerung.  

Verstoffwechselung

Ein weiterer Grund für eine geringe Bioverfügbarkeit kann eine extensive Verstoffwechselung durch körpereigene Enzyme sein. Viele Pflanzenstoffe werden recht schnell durch verschiedene Enzyme als Fremdstoffe erkannt und infolgedessen in Verbindungen umgewandelt, welche dann durch die Niere oder die Galle ausgeschieden werden können. Dies betrifft insbesondere sekundäre Pflanzenstoffe wie Flavonoide und Polyphenole.

Löslichkeit

Der zuletzt jedoch entscheidenste Faktor, welcher die Bioverfügbarkeit eines Inhaltsstoffs bestimmt ist die Wasserlöslichkeit. Dies ist auch einleuchtend, denn nur wenn sich der Inhaltsstoff auch in dem Magen-Darm-Trakt auflöst, kann er in die Blutbahn aufgenommen werden. Viele Stoffe sind jedoch sehr schlecht in Wasser löslich, weshalb Sie nach der Einnahme unverändert den Magen-Darm-Trakt passieren und von Darmbakterien zersetzt oder einfach wieder ausgeschieden werden. Tatsächlich ist dies der Hauptfaktor, weshalb schlecht bioverfügbare Stoffe wie beispielsweise Curcumin, Flavonoide oder Astaxanthin in Ihrer Reinform nur schwer resorbierbar sind.

Das Problem mit der Bioverfügbarkeit bei sekundären Pflanzenstoffen: sie sind von Haus aus nicht wasserlöslich. Enzyme müssen Schwerstarbeit leisten, um wenigstens Kleinstmengen des Nährstoffs durch die Magenwand zu transportieren. Deswegen fällt oft auch der Wirkgrad von Nahrungsergänzung so minimal aus. Foto: Artem Podrez by pexels

Pharmakologisch erklärt: Brick Dust vs. Grease Ball

In der Pharmazie unterteilt man schlecht lösliche Stoffe generell in zwei Klassen:

• Brick Dust (engl. „Ziegelstaub“)

Grease Ball (engl. „Schmalzlocke“)

Diese Bezeichnungen sollen dazu dienen, die grundsätzlichen Probleme der jeweiligen Substanzklassen zu verstehen und bildlich zu veranschaulichen.

Bei Brick Dust-Stoffen verhindert ein starkes Kristallgitter das Lösen in Wasser. Die Wirkstoffe verhalten sich ähnlich wie Steinmehl und sind in Wasser zwar mischbar, setzen sich jedoch nach kurzer Zeit am Boden ab.

Grease Ball Stoffe dagegen sind aufgrund Ihrer unpolaren Struktur in Fett oder Öl sehr gut löslich, in Wasser dagegen nahezu unlöslich. Diese Stoffe setzen sich meist am Boden oder an der Oberfläche ab bzw. lösen sich in vorhandenem Fett. Typische Beispiele hierfür sind neben den Vitaminen A & E auch Coenzym Q10 oder Astaxanthin.

Methoden zur Löslichkeitssteigerung

Für Brick Dust-Stoffe sind meist sehr anspruchsvolle Methoden notwendig, wie das Herstellen von Co-Kristallen oder das Vermahlen in den µ-Meter Bereich. Diese Methoden sind aufgrund Ihrer Komplexität meistens der Pharmazie vorbehalten, im Nahrungsergänzungsmittelsektor ist dies eine Seltenheit.

Für Grease Ball Stoffe gibt es nun eine scheinbar einfache Lösung: man löst die Stoffe einfach in Öl und füllt diese Mischung in weiche Softgel-Kapseln. Dieses Vorgehen ist bei einem Großteil der erhältlichen Produkte zu finden, weil es ein einfaches Verfahren ist.

Das Problem ist nun aber, dass derartig vorgelöste Stoffe nicht direkt resorbiert werden können. Denn wenn sich die Softgelkapsel im Magen öffnet, trennt sich zunächst die Öl- und die Wasser-Phase, wobei das Öl wie gewohnt an der Oberfläche schwimmt. In dieser Form können die Wirkstoffe jedoch nicht aufgenommen werden und müssen im Magen-Darm-Trakt erst durch Gallensaft und das Einwirken verschiedener Enzyme, sogenannter Lipasen (von altgriechisch lipos für „Fett“) in kleine Fetttröpfchen umgewandelt werden. Diese Tröpfchen mit dem darin gelösten Wirkstoff gelangen nun an die Darmwand, wo sie die Wirkstoffe ins Blut abgeben können.

Gerade instabile Antioxidantien wie Astaxanthin werden in dieser Zeit noch vor Aufnahme in den Körper zerstört, was zu einer geringen Aufnahme führt. Zudem können empfindliche Stoffe wie beispielsweise Astaxanthin in Softgelkapseln bereits während der Lagerung zerstört werden, was sich ebenfalls negativ auf die Aufnahme auswirkt.

Klar ist: damit ein Nährstoff überhaupt die Zellen erreicht, muss er zuerst in den Blutkreislauf gelangen. Der menschliche Organismus muss das aber zulassen. Magen- und Darmtrakt haben dabei die wichtigste Filter- und „Türsteher”-Funktion. Foto: Fiona Art by pexels

Warum die Bioverfügbarkeit von VIVVRE LIFE besonders gut ist

Um die Bioverfügbarkeit zu verbessern und um sowohl maximale Aufnahme, als auch maximale Stabilität während der Lagerung zu gewährleisten, haben wir zur Herstellung der vivvre® life Astaxanthin Kapseln ein neuartiges Verfahren entwickelt:

Den Nährstoff Astaxanthin aus der Alge Haematococcus pluvialis vermischen wir zunächst in unserem Regensburger Labor mit einer kleinen Menge naturbelassenem Sonnenblumenöl, wobei sich das Astaxanthin auflöst. Danach versprühen wir das Astaxanthin / Sonnenblumenöl- Gemisch in sehr feine Tröpfchen versprüht. Anschließend wird jedes Tröpfchen mit einer dünnen Schicht natürlichem Gummi Arabicum (gewonnen aus dem Harz von Akazien-Bäumen) überzogen bzw. mikroverkapselt.

Diese Mikroverkapselung ist der tatsächliche Vorteil von vivvre life Astaxanthin, was den wesentlichen Vorsprung bei der Bioverfügbarkeit im Vergleich zu anderen Astaxanthin-Produkten ausmacht. Durch diese Mikroverkapselung ergeben sich sehr viele Vorteile gegenüber den herkömmlichen Softgel-Kapseln. Durch die Mikroverkapselung wird das Astaxanthin zusätzlich zu der normalen Kapselhülle vor äußeren Einflüssen wie zum Beispiel Luftsauerstoff geschützt. Dies wirkt sich auch positiv auf die Lagerdauer aus.

Warum durch Mikroverkapselung der Wirkstoff ohne nennenswerten Verlust bei der Zelle ankommt

Im Magen angekommen löst sich die Kapselhülle aus Cellulose schnell auf und gibt die mit Akazien-Harz überzogenen Tröpfchen frei. Diese gezielte Freisetzung garantiert, dass sich das als Wirkstoff-Schutz verwendete Akazienharz erst auf den Weg zum Darm auflöst. Denn erst dort sollen die fein verteilten Öl/Astaxanthin Tröpfchen ihre Wirkung entfalten. So wird die nahezu komplette Wirkmenge direkt durch die Darmwand in den Blutkreislauf gelangen – ohne, dass bereits vorher ein Großteil des Wirkstoffs verdaut und ausgeschieden wird.

Schützt man die Nährstoffe sekundärer Pflanzenstoffe durch die Mikroverkapselung nicht, müssen diese in einem komplizierten körpereigenen Prozess der Tröpfchenbildung durch Enzyme verarbeitet werden, was dazu führt, dass der Großteil des zugeführten Astaxanthins dadurch gebunden und dann aussgeschieden wird. Deswegen reicht es aus Sicht der Bioverfügbarkeit nicht aus, Astaxanthin ohne Mikroverkapselung einfach in Speiseöl als Trägerstoff zu lösen. Denn bereits im Magen werden dann Öl und Nährstoff voneinander getrennt – mit dem Effekt, dass der so freigesetzte Nährstoff Astaxanthin als sekundärer Pflanzenstoff mehr oder weniger wieder ausgeschieden wird.

Foto: Karolina Grabowska by pexels

Fazit: Nährstoffe aus sekundären Pfflanzenstoffen für den menschlichen Organismus verfügbar zu machen ist ein durchaus komplexer und aufwändiger Prozess. Neben pharmakologischer Expertise bedarf es auch entsprechender Technologien sowie qualitativ hochwertiger Rohstoffe, um gesundheitsunterstütztende Effekte auslösen zu können. Da Herstellern von Nahrungsergänzungsmitteln vom Gesetzgeber verboten ist, gesundheitsfördernden Aussagen zu treffen (die sogenannten Health Claims), verzichten sie auf den aufwändigen Einsatz von Technologie mit dem Effekt, dass viele Nahrungsergänzungsmittel, die auf Basis sekundärer Pflanzenstoffe hergestellt sind, so gut wie keine Wirkung entfalten oder so überdosiert sind, dass Gesundheitsbeeinträchtigungen zu befürchten sind. Deswegen gilt: Bioverfügbarkeit ist immer das Maß aller Dinge, sonst hilft nur der Glauben des Anwenders (und der manchmal daraus resultierende spürbare „Placebo”-Effekt).

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