Phytochemische Bioverfügbarkeit und Metabolismus

Bioverfügbarkeit ist der Anteil eines aufgenommenen Phytochemikaliums, der in aktiver Form den Kreislauf erreicht; Metabolismus ist die Gesamtheit der Umwandlungen – im Darm, in der Leber und in den Geweben –, die diese Verbindungen auf ihrem Weg erfahren. Zusammen bestimmen sie, welche Moleküle tatsächlich die Zielgewebe erreichen, wobei sie sich oft deutlich von den in der Nahrung vorhandenen Ausgangsverbindungen unterscheiden.

Definition

Phytochemische Bioverfügbarkeit und Metabolismus ist die Untersuchung, wie diätetische Phytochemikalien aus der Nahrung freigesetzt, absorbiert, konjugiert, durch Darmmikrobiota und Wirtsenzyme umgewandelt, verteilt und ausgeschieden werden, und wie diese Prozesse die Konzentrationen und chemischen Identitäten der Verbindungen prägen, die die Gewebe erreichen.

Scope

Dieses Thema behandelt die Determinanten der Absorption von Phytochemikalien (Nahrungsmatrix, chemische Form und Löslichkeit), die Phase-II-Konjugation und den darmmikrobiellen Metabolismus, die zirkulierende Metaboliten erzeugen, die typischerweise geringe und variable Bioverfügbarkeit von Polyphenolen und Carotinoiden sowie die Implikationen für die Interpretation ihrer biologischen Wirkungen. Es handelt sich um eine biochemische und ernährungswissenschaftliche Referenz, nicht um eine Ernährungsberatung.

Core questions

• Was bestimmt, wie viel eines diätetischen Phytochemikaliums absorbiert wird?
• Wie transformieren Phase-II-Konjugation und Darmmikrobiota Phytochemikalien nach der Einnahme?
• Warum unterscheiden sich zirkulierende Metaboliten oft von den Ausgangsverbindungen in der Nahrung?
• Wie erschwert die Bioverfügbarkeit die Interpretation der gesundheitlichen Auswirkungen von Phytochemikalien?

Key concepts

• Bioverfügbarkeit und Bioeffizienz
• Nahrungsmatrix und Freisetzung aus der Nahrung
• Phase-II-Konjugation (Glucuronidierung, Sulfatierung, Methylierung)
• Mikrobieller Darmmetabolismus und mikrobielle Metaboliten
• Enterohepatischer Kreislauf und Ausscheidung
• Interindividuelle Variabilität

Key theories

Metaboliten-gesteuerte Bioaktivität

Da die Ausgangs-Phytochemikalien umfassend konjugiert und metabolisiert werden, sind die Verbindungen, die zirkulieren und die Gewebe erreichen, größtenteils Metaboliten, sodass die biologische Aktivität diesen Formen und nicht der über die Nahrung aufgenommenen Ausgangsverbindung zugeschrieben werden sollte.

Nahrungsmatrix und Mikrobiom als Determinanten

Die Bioverfügbarkeit hängt stark von der Nahrungsmatrix, der chemischen Form und der Darmmikrobengemeinschaft ab, was die große interindividuelle und nahrungsbedingte Variabilität der Phytochemikalienexposition erklärt.

Mechanisms

Nach der Einnahme müssen Phytochemikalien aus der Nahrungsmatrix freigesetzt werden, bevor sie absorbiert werden können. Viele Polyphenole werden im Dünndarm absorbiert, wo sie eine umfangreiche Phase-II-Konjugation – Glucuronidierung, Sulfatierung und Methylierung – erfahren, sodass sie hauptsächlich als Konjugate und nicht als freie Aglykone zirkulieren. Ein großer Teil erreicht den Dickdarm, wo die Darmmikrobiota sie spaltet und in kleinere phenolische Metaboliten umwandelt, die selbst absorbiert werden können. Lipophile Carotinoide sind für die Aufnahme auf Mizellenbildung und Nahrungsfett angewiesen. Konjugate können eine enterohepatische Rezirkulation durchlaufen, und die resultierenden Plasmakonzentrationen sind in der Regel niedrig, transient und zwischen Individuen und Nahrungsquellen stark variabel.

Clinical relevance

Bioverfügbarkeit und Metabolismus erklären, warum die in vitro gemessene antioxidative Kapazität eines Phytochemikaliums seine Wirkungen im Körper oft schlecht vorhersagt und warum die Reaktionen auf phytochemikalienreiche Lebensmittel zwischen Personen variieren. Der Eintrag soll die Interpretation mechanistischer und ernährungswissenschaftlicher Evidenz unterstützen und ist keine Grundlage für individuelle Ernährungs- oder Nahrungsergänzungsmittelentscheidungen.

Evidence & guidelines

Systematische Zusammenstellungen von Studien zur Bioverfügbarkeit beim Menschen und mechanistische Übersichten belegen, dass die meisten diätetischen Phytochemikalien im Plasma in niedrigen, variablen Konzentrationen als Metaboliten vorliegen; dies ist der Hauptgrund, warum Übersichten davor warnen, In-vitro-Antioxidantien-Assays mit In-vivo-Nutzen gleichzusetzen. Hier werden keine klinischen Leitlinien herausgegeben.

History

Die frühe phytochemische Forschung ging oft davon aus, dass die Ausgangsverbindungen direkt wirkten, doch systematische Übersichten zur Bioverfügbarkeit beim Menschen aus den frühen 2000er Jahren, insbesondere von Manach und Kollegen, dokumentierten eine geringe und variable Absorption sowie einen umfangreichen Metabolismus. Die wachsende Aufmerksamkeit für das Darmmikrobiom etablierte dann mikrobielle Metaboliten als wichtige Akteure, was das Verständnis der phytochemischen Bioaktivität neu gestaltete.

Debates

Welche Formen eines Phytochemikaliums sind biologisch für die beobachteten Effekte verantwortlich?

Da Ausgangsverbindungen in geringen Mengen zirkulieren und stark metabolisiert werden, wird weiterhin diskutiert, ob Konjugate, mikrobielle Metaboliten oder transiente Ausgangsverbindungen für die biologischen Effekte verantwortlich sind, die phytochemikalienreichen Diäten zugeschrieben werden.

Key figures

• Claudine Manach
• Gary Williamson
• Augustine Scalbert
• Alan Crozier
• Robert M. Russell

Seminal works

• manach-2005
• manach-2004
• del-rio-2013

Frequently asked questions

Warum unterscheiden sich zirkulierende Phytochemikalien von denen in der Nahrung?

Nach der Absorption werden Phytochemikalien von Wirtsenzymen konjugiert und von Darmbakterien umgewandelt, sodass die im Blut gefundenen Moleküle in der Regel Metaboliten und nicht die ursprünglichen Verbindungen sind, die in der Nahrung vorhanden waren.

Warum ist die Bioverfügbarkeit wichtig für das Verständnis antioxidativer Lebensmittel?

Eine Verbindung kann nur dann in Geweben wirken, wenn sie absorbiert wird und diese erreicht; da viele Phytochemikalien schlecht und variabel absorbiert werden, sagt ihre In-vitro-Antioxidationsstärke ihre Wirkungen im Körper nicht zuverlässig voraus.