Bioverfügbarkeit

Was versteht man unter Bioverfügbarkeit?

Unter Bioverfügbarkeit versteht man die Menge eines Nährstoffs, die tatsächlich aus dem Lebensmittel in den Körper aufgenommen und für diesen verfügbar gemacht wird. Diese Menge entspricht nicht unbedingt der Menge, die über die Nahrung zugeführt wird. Dabei geben die Mechanismen der Absorption (Nährstoffaufnahme aus dem Darm in den Körper) Auskunft über das Verhältnis der mit der Nahrung zugeführten Menge zu der vom Körper aufgenommenen Menge.
Auf dem Weg durch den Magen-Darm-Trakt kommt es zu einigen Wechselwirkungen mit verschiedenen anderen Stoffen, die möglicherweise im Lebensmittel selbst enthalten sind oder gleichzeitig über andere Nahrungsmittel aufgenommen werden. Durch diese Interaktionen kann die Bioverfügbarkeit positiv oder negativ beeinflusst werden. Daher kann die Kombination von bestimmten Lebensmitteln für die Aufnahmefähigkeit eines Nährstoffs sehr hilfreich sein. Aber auch schon vor der Aufnahme in den Körper kann die Verfügbarkeit der Nährstoffe verändert werden. So werden durch Kochen und Backen, einige Mineralstoffe erst zugänglich gemacht, andere hingegen zerstört, wie z. B. hitzeempfindliche Vitamine.

Wofür braucht man Angaben über die Bioverfügbarkeit?

Eine wichtige Voraussetzung für die Gesundheit eines Menschen ist eine möglichst optimale Zusammenstellung der Lebensmittel. Als Anhaltspunkt für die geeignete Menge an den Nährstoffe Eiweiß, Fett und Kohlenhydrate sowie Vitamine und Mineralstoffe werden die Zufuhrempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e.V. (DGE) herangezogen. Dabei wird auch die Bioverfügbarkeit mit einbezogen, da diese von Nährstoff zu Nährstoff individuell sehr unterschiedlich sein kann.
Entscheidend ist einerseits die chemische Bindungsform des Nährstoffs, die Konzentration in der Nahrung und die Zusammensetzung des Lebensmittels. Andererseits ist die Menge der aufgenommenen Nahrung und ihre Verweildauer im Körper von Interesse. Der pH-Wert im Magen-Darm-Trakt und Wechselwirkungen mit anderen Nahrungsbestandteilen spielen ebenfalls eine Rolle.

Welche Wechselwirkungen gibt es?

Bei den Wechselwirkungen zwischen verschiedenen Nährstoffen unterscheidet man direkte und indirekte Wechselwirkungen.
Bei einer direkten Wechselwirkung hemmt ein Nährstoff die Absorption eines anderen Nährstoffs. Mindestens zwei Nährstoffe benutzen hier den selben Transportmechanismus, um durch die Darmwand in den Organismus zu gelangen. Ist dieser Transportmechanismus besetzt, kann ein anderer Nährstoff, der auch diesen Transportmechanismus benötigt nicht vollständig aufgenommen werden. Er wird teilweise wieder ausgeschieden - seine Bioverfügbarkeit ist also herabgesetzt. Eine direkte Interaktion besteht z. B. bei Kupfer, Zink, Cadmium, Eisen und Mangan.
Bei der indirekten Interaktion ist ein Nährstoff A am Stoffwechsel eines anderen Nährstoffs B beteiligt, d. h. wenn zu wenig von Nährstoff A vorhanden ist, kann Nährstoff B auch nicht vollständig genutzt werden. Das ist z. B. bei Kupfer und Eisen der Fall.

Wie sieht die Bioverfügbarkeit der Hauptnährstoffe aus?

Fett

Damit das Fett aufnahmefähig wird, muss es zunächst gespalten und in so genannten Micellen verpackt werden. Micellen sind kleine Fetttröpfchen, für deren Bildung die Anwesenheit von Gallensalzen von großer Bedeutung ist.
Nicht alle Fette werden gleich gut aufgenommen. Fette mit niedrigen Schmelzpunkten werden deutlich besser absorbiert als Fette mit höheren Schmelzpunkten. Zu den Fetten mit niedrigen Schmelzpunkten gehören z. B. Olivenöl, Sonnenblumenöl und andere Öle. Sie enthalten auch wesentlich größere Mengen an ungesättigten Fettsäuren als Fette mit höheren Schmelzpunkten. Je näher er an der Körpertemperatur von etwa 37 ° C liegt, desto besser ist die Aufnahme in den Körper. So wird z. B. Olivenöl, welches bei Zimmertemperatur flüssig ist, zu 98 % absorbiert. Dagegen wird Rindertalg mit einem Schmelzpunkt von 40-50 ° C nur zu 93 % absorbiert.

Kohlenhydrate

Bei den Kohlenhydraten wird die Aufnahme in den Körper durch verschiedene Faktoren beeinflusst. Ebenso wie die Fette müssen die Kohlenhydrate in kleine Bruchstücke gespalten werden, bevor der Organismus sie aufnehmen kann.
Die Absorption einiger Kohlenhydrate wird durch die Konzentration bestimmt. Des Weiteren können auch die Transportmechanismen gehemmt werden. Dies kann durch Konkurrenz um den jeweiligen Transportmechanismus entstehen oder durch Behinderung der Zellatmung (Energiefreisetzung in der Zelle).

Einen großen Einfluss auf die Bioverfügbarkeit verschiedener Nährstoffe haben die Ballaststoffe. Sie verkürzen die Darmpassage des Nahrungsbreis, wodurch es zu einer geringeren Aufnahme der enthaltenen Nährstoffe kommt. Weiterhin werden durch Ballaststoffe verschiedene Enzyme (z. B. Pankreatische Enzyme, Lipase, Amylase) gehemmt und Gallensäuren gebunden. Wie bereits erwähnt, werden die enthaltenen Gallensalze jedoch für die Micellenbildung und somit für die Fettaufnahme benötigt. Die Beeinflussung der Energieaufnahme spielt jedoch in den Industrieländern keine wesentliche Rolle, da in den meisten Fällen zuviel Energie aufgenommen wird. Enzyme benötigt der Körper z. B. um Stoffwechselvorgänge zu beschleunigen. Die Aufnahme an Vitaminen wird durch die Ballaststoffe kaum beeinflusst. Was allerdings kritisch betrachtet werden muss, ist die verminderte Absorption von Mineralstoffen. Dies wird meist nicht durch die Ballaststoffe selbst verursacht, sondern andere Begleitstoffe in den jeweiligen Lebensmitteln. Zu diesen Begleitstoffen zählen z. B. Phytinsäure und Oxalsäure.

Phytinsäure bildet mit einigen Mineralstoffen (Eisen, Calcium, Magnesium und Zink) und Eiweiß Komplexe. In den Komplexen sitzen die Mineralstoffe so fest, dass sie nicht mehr aufgenommen werden können. Die Bioverfügbarkeit dieser Nährstoffe ist entsprechend vermindert. Die Oxalsäure bildet mit Calcium zusammen Calciumoxalat. Dieses ist praktisch unlöslich und somit das Calcium nicht mehr absorbierbar.

Obwohl ballaststoffreiche Lebensmittel somit die Bioverfügbarkeit einiger Nährstoffe einschränken, sollte dies nicht zu dem Schluss führen, diese Lebensmittel vom Speiseplan zu streichen. Vielmehr ist es günstig den Verzehr noch zu erhöhen, da eine ballaststoffreiche Ernährung viele Vorteile bietet, wie z. B. längere Sättigung und Anregung der Darmbewegungen. Außerdem sind in diesen Lebensmitteln höhere Mengen an den essenziellen Nährstoffen enthalten, so dass trotz der geringeren Bioverfügbarkeit mehr wichtige Nährstoffe in den Organismus gelangen

Eiweiß

Bei diesem Nährstoff ist es wichtig, die Begriffe "biologische Wertigkeit" und "Bioverfügbarkeit" voneinander abzugrenzen. Beim Eiweiß spielt der Begriff der biologischen Wertigkeit eine große Rolle. Diese bezeichnet die Qualität eines Nahrungsproteins. Ein optimales Nahrungseiweiß würde exakt dem Muster entsprechen, das genau in diesem Moment vom Körper benötigt wird. Solch ein Protein existiert jedoch nicht.
Bei einer ausreichenden Energieversorgung spielt die Menge des aufgenommenen Proteins für die biologische Wertigkeit keine Rolle. Sie gibt an, wie viele Teile Körperprotein durch 100 Teile Nahrungsprotein vertreten werden können.
Eiweiße sind aus vielen kleinen Bausteinen, den so genannten Aminosäuren aufgebaut. Für die biologische Wertigkeit ist nun das Verhältnis von essenziellen Aminosäuren, d. h. von Aminosäuren, die der Körper nicht selbst herstellen kann, zu nicht-essenziellen Aminosäuren von Bedeutung. Je mehr das Aminosäure-Muster der Nahrung dem Bedarf entspricht, desto höherwertiger ist das Eiweiß. Dabei können sich die verschiedenen Eiweiße untereinander ergänzen. Daher ist eine Kombination von verschiedenen Lebensmitteln besonders günstig.

So steigt die biologische Wertigkeit, wenn z. B. folgende Nahrungsmittel miteinander kombiniert werden :

Die Eiweißmischung mit der höchsten biologischen Wertigkeit besteht aus 36 % Ei und 64 % Kartoffeln.
Die Eiweißaufnahme kann aber auch durch bestimmte Faktoren beeinträchtigt sein und somit die Bioverfügbarkeit bestimmen. Bei einer Hitzebehandlung oder langer Lagerung kann sich z. B. die Verfügbarkeit der Aminosäuren verringern. Auch bei den Aminosäuren kann es zu Interaktionen kommen, wenn eine Aminosäure z. B. im Überfluss vorhanden ist und somit die Verwertung anderer Aminosäuren beeinträchtigt. Daher ist im Gegensatz zur biologischen Wertigkeit die Menge des Eiweißes mitentscheidend.
Bestimmte Proteine können auch die Aufnahme von Vitaminen beeinflussen, z. B. das im rohen Eiklar enthaltene Avidin bindet Biotin. Werden häufig rohe Eier verzehrt, kann es somit zu Mangelzuständen an Biotin kommen.

Wie sieht die Bioverfügbarkeit der Vitamine aus?

Vitamine sind Nährstoffe, die keine Bauelemente von Geweben oder Organen darstellen. Sie müssen mit der Nahrung zugeführt werden, da der Körper sie nicht oder nicht in ausreichender Menge selbst herstellen kann. Im Prinzip sind Vitamine nicht miteinander vergleichbar, denn sie üben sehr unterschiedliche Funktionen im Organismus aus. Aus diesen Gründen kann auch nichts über die Bioverfügbarkeit von Vitaminen allgemein gesagt werden, sondern jedes Vitamin muss für sich betrachtet werden.
Es existiert eine Unterteilung der Vitamine in fettlösliche und wasserlösliche Vitamine. Den fettlöslichen Vitaminen ist gemein, dass ihre Verfügbarkeit bei extrem fettarmer Kost (< 10 g Fett pro Tag) abnimmt.

Fettlösliche Vitamine

Vitamin A
Die Versorgung mit Vitamin A erfolgt über die Aufnahme des Vitamins oder seiner Vorstufen, der Carotinoide. Dabei ist die Absorptionsrate des Vitamins bei ausreichender Fettzufuhr (60 g pro Tag) sehr hoch (> 80 %), die der Carotinoide nur halb so gut. Aus diesem Grund wurden so genannte Retinoläquivalente eingeführt, die angeben, inwieweit sich das Vitamin und die Vorstufen gegenseitig ersetzen können. Dabei ist die Carotinumwandlung in Vitamin A bei vollen Vitamin A-Speichern eingeschränkt.
Bei Leberschäden, Pankreasinsuffizienz (Störung der Bauchspeicheldrüse), Gallensäuremangel (Beeinträchtigung der Fettverdauung), Proteinunterversorgung sowie Eisen- und Zinkmangel ist die Verfügbarkeit herab gesetzt.
Auch die Fettart beeinflusst die Absorption. So sind gesättigte Fettsäuren bei der Vitamin A- und Carotinoidabsorption effektiver als ungesättigte. Gesättigte Fettsäuren sind vor allem in tierischen Fetten, Kokosfett und Milchfett enthalten.

Vitamin D
Vitamin D wird bei ausreichender Sonneneinstrahlung in der Haut synthetisiert. Diese körpereigene Bildung kann durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt sein.
Ältere Menschen können häufig nicht mehr so viel Vitamin D in der Haut herstellen, wie sie benötigen.
Die Vitamin D-Bildung ist auch saisonabhängig. So treten wesentlich weniger Rachitisfälle (durch Vitamin D-Mangel bedingte Erkrankung) bei Kindern in den letzten Sommermonaten auf, als nach dem Winter oder zu Frühlingsbeginn.
Die Bioverfügbarkeit wird herabgesetzt durch ständige Aufnahmestörungen bestimmter Nährstoffe bei Erkrankungen (Morbus Crohn, Zöliakie, Leber- und Nierenschäden, Cystische Fibrose), eine gestörte Fettverdauung und einige Medikamente.

Vitamin E
Die Absorption des Vitamin E erfolgt wie die der Fette, somit hängt die Bioverfügbarkeit auch stark von der Art des Fettes ab, das gleichzeitig mit der Nahrung zugeführt wird. Mittelkettige Fettsäuren fördern die Absorption, langkettige Fettsäuren beeinträchtigen diese. Jeder Prozess, bei dem die Fettverdauung beeinträchtigt ist, wie z. B. verminderte Produktion von Gallensalzen, kann zu einem Vitamin E-Mangel führen.

Vitamin K
Durch langkettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren kann es bei diesem Vitamin zu einer Verschlechterung der Absorption kommen. Die Verfügbarkeit ist bei einem Mangel, bei Fettabsorptionsstörungen, einer vermehrten Ausscheidung, bei Störungen der Gallenfunktion und Leberschäden erniedrigt. Erhöht ist die Verfügbarkeit bei hohen Speichern in der Leber und einer verbesserten Absorption.

Wasserlösliche Vitamine

Vitamin B₁ (Thiamin)
Die Aufnahme von Vitamin B₁ wird durch chronischen Alkoholismus, sowie durch Folsäure- oder Eiweißmangel negativ beeinflusst. Durch die Zugabe von Natron zum Kochwasser (zur Verkürzung der Kochzeit von Hülsenfrüchten) wird das Thiamin inaktiviert und somit die Verfügbarkeit schon vor der Nahrungsaufnahme verschlechtert. Es empfiehlt sich daher, die Hülsenfrüchte besser vorher ausreichend lange einzuweichen und dann ohne Natronzugabe gar zu kochen.

Vitamin B₂ (Riboflavin)
Die Verfügbarkeit von Riboflavin wird durch einen basischen pH-Wert und durch die Bindungsform erniedrigt. Dabei kommt dieses Vitamin in pflanzlichen Lebensmitteln nur gebunden vor und ist daraus schlechter bioverfügbar, als aus tierischen Lebensmitteln.
Die Verfügbarkeit wird ebenfalls von Medikamenten und zuviel Alkohol negativ beeinflusst.

Vitamin B₆ (Pyridoxin)
Schon vor der Nahrungsaufnahme kann die Aktivität des Vitamin B₆ verändert werden, wodurch die Bioverfügbarkeit herabgesetzt wird. Zur Aktivitätsänderung kommt es durch Hitze, UV-Bestrahlung und feuchtigkeitsarme Lagerung. Dadurch kann es zu Änderungen der Formen des Vitamins kommen, wodurch die Aktivität entweder eingeschränkt wird, oder sie schlägt ins Gegenteil um und es kommt zu einer Anti-Vitamin B₆-Aktivität.
Die Verfügbarkeit wird ebenfalls durch Erkrankungen des Magen-Darm-Kanals und durch eine vermehrte Aufnahme von Ballaststoffen erniedrigt.

Folat
Die verschiedenen Folatstrukturen sind hochempfindlich gegenüber Sauerstoff. Bei der Lagerung folatreicher Nahrungsmittel kommt es zu oxidativen Veränderungen, wodurch die Verwertbarkeit im Körper absinkt. Ein möglicher Schutz gegen diese Veränderungen sind Anitoxidanzien, wie z. B. Vitamin C. Bei einem Obstsalat aus Mango und Erdbeeren z. B. wird der Verlust an verwertbaren Folatverbindungen durch einen Zusatz an Orangen- oder Zitronensaft gemindert.
Eine negative Beeinflussung stellt die Aufnahme von einigen Medikamenten (z.B. Kontrazeptiva) dar.

Vitamin B₁₂
Die Absorption dieses Vitamins erfolgt dosisabhängig und wird durch Alkohol erniedrigt. Hohe Dosen an Vitamin C (500 mg, bei einer Tagesempfehlung von 100 mg) können die Bioverfügbarkeit negativ beeinflussen. In fertig gemischten Vitaminpräparaten kann das Vitamin B₁₂ durch Vitamin C, B₁, Kupfer und Eisen inaktiv werden oder sogar Antivitamincharakter entwickeln.

Vitamin C
Vitamin C ist relativ empfindlich gegenüber Reaktionen mit Sauerstoff, so dass man schon bei der Lagerung und der Zubereitung auf eventuelle Verluste achten sollte. Deswegen sollten Vitamin C-reiche Gemüse und Früchte erst kurz vor dem Verzehr zubereitet werden. Auch Fruchtsäfte, wie z. B. Orangensaft sollte nicht lange offen stehen, da es dadurch zu beträchtlichen Verlusten kommen kann.
Die Bioverfügbarkeit wird besonders durch das Rauchen oder eine Medikamenteneinnahme (z.B. Kontrazeptiva) beeinträchtigt.

Wie sieht die Bioverfügbarkeit der Mineralstoffe aus?

Mineralstoffe benötigt der Mensch zur Aufrechterhaltung bestimmter Stoffwechselvorgänge. Da sie nicht selbst hergestellt werden können, müssen sie mit der Nahrung aufgenommen werden. Die Mineralstoffe werden eingeteilt in Mengen- und Spurenelemente, je nach mengenmäßigem Anteil im Körper. Ähnliche Wirkungen im Organismus werden dabei jedoch nicht berücksichtigt.

Mengenelemente

Calcium
Calcium ist nicht nur in Milch und Milchprodukten, sondern auch in einigen pflanzlichen Lebensmitteln enthalten, wobei die Bioverfügbarkeit aus Milch deutlich höher ist. Zu den hemmenden Faktoren der Bioverfügbarkeit gehört die Phosphorsäure, Oxalsäure, Phytinsäure, gesättigte Fettsäuren, viele Ballaststoffe, eine erhöhte Darmbewegung und ein Vitamin D-Mangel. Diese Faktoren führen zu einer verminderten Absorption, ebenso wie bestimmte Medikamente und verschiedene Erkrankungen (Zöliakie, Morbus Crohn).
Die Bioverfügbarkeit kann auch durch eine erhöhte Ausscheidung mit dem Urin negativ beeinflusst werden. Dazu kommt es, wenn viel Eiweiß und Salz in der Nahrung enthalten sind oder viel Kaffee und Alkohol getrunken wird.
Neben den hemmenden Faktoren gibt es auch Faktoren die die Bioverfügbarkeit fördern. So wird durch Vitamin D, einfache Zucker (z. B. Laktose) und Fruchtsäuren die Aufnahme gesteigert. Somit ist es günstig Quark und Joghurt nicht pur, sondern mit Früchten zu verzehren, da das Calcium durch die Fruchtsäuren besser aufgenommen werden kann. Daneben besteht auch die Möglichkeit die Verfügbarkeit durch eine Mischung aus Joghurt und Fruchtsäften zu erhöhen.

Phosphor
Phosphor kommt in praktisch allen Lebensmitteln vor, ist jedoch aus tierischen besser verwertbar als aus pflanzlichen.
Die Absorption des Phosphors wird durch Vitamin D und hohe pH-Werte begünstigt. Sie wird herabgesetzt durch phosphatfällende Mineralien, wie z. B. Eisen und Aluminium.
Die Absorptionsrate ist auch vom Alter abhängig. In der Wachstumsphase können Kinder wesentlich größere Mengen aus der Milch absorbieren als Erwachsene.

Magnesium
Die Bioverfügbarkeit von Magnesium wird durch einen hohen Ballaststoffgehalt in der Kost vermindert, da es zur Bildung von schwer absorbierbaren Magnesium-Komplexen kommen kann. Die Absorption kann weiterhin durch Alkohol und Konservierungsstoffe beeinträchtigt sein und hängt auch stark von der Bindungsform ab. Die Magnesiumsalze von Oxalsäure, Phytinsäure und einigen Fettsäuren können teilweise oder gar nicht gespalten werden und sind somit nicht verwertbar.
Gesteigert wird die Absorption durch Laktose und wahrscheinlich auch noch durch andere Kohlenhydrate, die die Fermentation stimulieren.
Daneben verschlechtert Magnesium die Absorption von Phosphat, da diese beiden Mineralstoffe zusammen Magnesiumphosphat bilden. Die dadurch ebenfalls verringerte Magnesiumabsorption wird durch eine Senkung der Ausscheidung über die Niere kompensiert.

Spurenelemente

Eisen
Eisen hat allgemein eine geringe Bioverfügbarkeit, es muss aber unterschieden werden zwischen Häm- und Nicht-Hämeisen. Nicht-Hämeisen ist in pflanzlichen Nahrungsmitteln enthalten und wird bei gleichzeitiger Aufnahme von Vitamin C, anderen organischen Säuren (z. B. Zitronensäure), schwefelhaltigen Aminosäuren und Eiweiß aus Fleisch oder Fisch wesentlich besser absorbiert.
Möglicherweise hat auch Fruktose einen positiven Einfluss. Zu einer verminderten Absorption kommt es durch Aufnahme von Phytaten, Weizenkleie, Polyphenole (in Tee), Kaffee, Soja- und Milcheiweiß, Eialbumin, Calciumsalzen, Phosphat und Oxalat.
Das Hämeisen, welches in Fleisch vorkommt, wird von den genannten Faktoren nicht beeinflusst.
Wird zu einer vegetarischen Gemüsemahlzeit Vitamin C-reicher Saft getrunken, verbessert sich die Bioverfügbarkeit. Noch besser ist es, verschiedene tierische und pflanzliche Nahrungsmittel zu kombinieren, wie z. B. Kalbsfleisch und verschiedene eisenreiche Gemüse. Dadurch verändert sich die Verwertbarkeit des Hämeisens nicht, aber die Bioverfügbarkeit des Nicht-Hämeisens wird erheblich verbessert.

Jod
Neben der Aufnahme durch Fisch spielt auch das Trinkwasser eine Rolle bei der Jodversorgung. Dabei ist die Verfügbarkeit des Jods im Trinkwasser bei höherem Härte- und Nitratgehalt geringer. Allgemein findet man in Küstenregionen höhere Gehalte an Jod im Trinkwasser.
Um ausreichend versorgt zu sein, sollte man jodiertes Speisesalz verwenden und 1-2 mal pro Woche Fisch essen.

Zink
Allgemein wird Zink aus tierischen Lebensmitteln besser verwertet, als aus pflanzlichen, da in den pflanzlichen Lebensmitteln Phytinsäure enthalten ist. Dabei wird die Hemmung durch die Phytinsäure durch Calcium noch verstärkt, da die beiden Mineralstoffe mit der Säure einen unlöslichen Komplex bilden.
Tierisches Eiweiß verbessert die Bioverfügbarkeit von Zink aus pflanzlicher Kost mit hohen Phytingehalten. In neuen Untersuchungen wurde gezeigt, dass sich der Körper bei längerem Verzehr von phytatreichen Lebensmitteln darauf einstellt.
Neben der Phytinsäure vermindern auch Tannine (z. B. in Kaffee und Tee) die Bioverfügbarkeit, ebenso wie Alkohol.
Bei einer hohen Zinkaufnahme wird die Kupferabsorption gehemmt, bei einem Zinkmangel kommt es zu einer geringeren Eisenabsorption. Ebenso kann durch pharmakologische Eisendosierungen die Zinkabsorption verringert sein.

Fazit

Die Bioverfügbarkeit der verschiedenen Nährstoffe ist ein recht komplexes Thema. Es ist unmöglich die Nahrungsmittel so zu kombinieren, dass alle Nährstoffe optimal bioverfügbar sind. Durch eine abwechslungsreiche Kost und durch Kombination bestimmter tierischer und pflanzlicher Lebensmittel lässt sich die Aufnahme einiger Nährstoffe jedoch durchaus positiv beeinflussen.

Literatur