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Homocystein, Vitamin B12, Folate, Vitamin B6, Cholin, Betain

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13.1 Hyperhomocysteinämie und degenerative Erkrankungen

Wolfgang Herrmann, Rima Obeid

13.1.1 Einleitung

Homocystein ist eine nicht Protein bildende, schwefelhaltige Aminosäure des Stoffwechsels von Methionin. Nur 1–2 % des Homocysteins zirkulieren im Blut frei in der reduzierten Form, 70–90 % des Homocysteins im Plasma sind Protein gebunden und die restlichen Anteile sind Disulfide, wie Homocystin oder das gemischte Disulfid Homocystein-Cystein (Abb. 13.1-1 – Homocysteinformen).

Homocystinurie ist eine angeborene Störung des Aminosäurestoffwechsels. Dieser Stoffwechseldefekt ist mit einer drastischen Erhöhung des Homocysteins im Plasma wie auch einer stark erhöhten Ausscheidung des Oxidationsprodukts Homocystin im Urin verbunden /1/. Unbehandelt entwickeln Betroffene bereits im jugendlichen Alter, neben anderen Symptomen, schwere atherosklerotische Gefäßveränderungen, geistige Retardierung und Knochendeformationen. Nach der Homocystein Theorie der Atherosklerose besteht ein Zusammenhang zwischen der stark erhöhten Homocystein im Plasma und der Atherosklerose /1/. Viele Studien belegen, dass auch moderat erhöhte Konzentrationen von Homocystein im Plasma eine positive Assoziation mit einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre Erkrankung, venöse Thrombose, periphere arterielle Verschlusskrankheit und Schlaganfall aufweisen.

Die Hyperhomocysteinämie gilt als unabhängiger Risikofaktor für Herz-Kreislauf Erkrankungen und wird für etwa 10 % des Gesamtrisikos verantwortlich gemacht /23/. Hyperhomocysteinämie ist auch ein Risikofaktor für neurodegenerative Erkrankungen wie vaskuläre Demenz, Alzheimer Demenz oder kognitive Störungen /4/. Besonders ältere Menschen haben durch häufige Vitaminmängel eine hohe -Prävalenz der Hyperhomocysteinämie /5/, die durch adäquate Substitution von Vitamin leicht zu therapieren ist.

13.1.2 Homocystein Metabolismus

Homocystein befindet sich am Schnittpunkt zweier Stoffwechselwege, der katabolen Transsulfurierung und dem Remethylierungskreislauf (Abb. 13.1-2 – Homocystein-Metabolismus/6/. Homocystein wird entweder zu Cystathionin transsulfuriert oder zu Methionin remethyliert, wobei die Remethylierungsrate von der diätetischen Methioninzufuhr abhängig ist. Bei der Remethylierung nimmt Homocystein eine Methylgruppe von 5-Methyltetrahydrofolat (5-Methyl-THF) auf und bildet Methionin. Die Reaktion findet in allen Geweben statt und wird durch das Vitamin B12-abhängige Enzym Methioninsynthase (EC 2.1.1.13) katalysiert.

Alternativ kann die Methylgruppe auch von Betain geliefert werden. Diese Reaktion ist jedoch vornehmlich auf die Leber beschränkt. Die Übertragung der Methylgruppe von Betain auf Homocystein wird durch das Enzym Betain:Homocystein-Methyltransferase (BHMT, EC 2.1.1.5) katalysiert /7/.

Das Produkt der Demethylierung von Betain ist Dimethylglycin (DMG), das dann weiter zu Sarcosin und Glycin abgebaut werden kann. Betain wird durch die enzymatische Oxidation von Cholin gebildet. Ein Mangel an Cholin kann daher Ursache einer Hyperhomocysteinämie sein /8/.

Methionin wird zu S-Adenosylmethionin (SAM) transformiert, das als universeller Methylgruppendonor fungiert. Bei der Demethylierung von SAM entsteht S-Adenosylhomocystein (SAH), woraus durch hydrolytische Spaltung Homocystein freigesetzt wird. SAH ist ein potenter Kompetitor der Bindungsstellen von SAM und kann dadurch die Transmethylierung inhibieren /9/.

Im katabolen Weg der Transsulfurierung kondensiert Homocystein mit Serin zu Cystathionin. Die Reaktion wird durch die Cystathionin-β-Synthase (CBS, EC 4.4.1.1) katalysiert, einem Vitamin B6-abhängigen Enzym.

In einem zweiten Reaktionsschritt, katalysiert durch die γ-Cystathionase (EC 4.4.1.1), einem ebenfalls Vitamin B6-abhängigen Enzym, wird Cystathionin zu Cystein und α-Ketobutyrat hydrolysiert. SAM spielt eine wichtige Rolle in der Regulation zwischen den Stoffwechselwegen Remethylierung und Transsulfurierung /10/.

SAM aktiviert die Cystathionin-β-Synthase und inhibiert die durch die 5,10-Methylentetrahydrofolatreduktase (MTHFR, EC 1.5.1.20) katalysierte Bildung von 5-Methyl-THF.

Bei der Regulation des Verbrauchs von SAM spielt die über die Glycin-N-Methyltransferase (GNMT, EC 2.1.1.20) katalysierte Remethylierungsaktivität eine wichtige Rolle. Dabei wird die Methylgruppe von SAM auf Glycin transferiert. Die Reaktion wird von 5-Methyl-THF inhibiert.

13.1.3 Hyperhomocysteinämie

Da Homocystein stark zytotoxisch ist, wird seine intrazelluläre Konzentration niedrig gehalten, zum einen durch Remethylierung zu Methionin und zum anderen über einen zellulären Exportmechanismus für Homocystein ins Plasma /11/. Homocystein des Plasmas wird hauptsächlich (etwa 70 %) renal metabolisiert (remethyliert) und nur ein kleiner Teil wird mit dem Urin unverändert ausgeschieden.

Eine moderate Hyperhomocysteinämie mit Konzentrationen von 12–30 μmol/l im Plasma kann folgende Ursachen haben:

  • Mangel an Folat, Vitamin B12 oder Vitamin B6.
  • Enzymmangel, am bekanntesten ist der Mangel an MTHFR.
  • Chronische Niereninsuffizienz /12/.

Siehe auch Tab. 13.1-1 – Bewertung von Homocystein im Nüchternplasma und nach oraler Belastung mit Methionin.

Homocysteinwerte im Plasma über 30 μmol/l sind vor allem durch genetisch bedingte Enzymmängel oder gestörte Nierenfunktion verursacht. Zahlreiche Wirkstoffe, Medikamente, Erkrankungen und Lebensstilfaktoren beeinflussen den Stoffwechsel von Homocystein, zumeist als direkte oder indirekte Antagonisten von Kofaktoren und Enzymaktivitäten, aber auch durch Disulfidaustausch-Reaktionen, Resorptionsstörungen und Enzyminduktion.

Siehe auch:

13.1.3.1 Genetische Einflüsse

Bei Konzentrationen von Homocystein von 30–100 μmol/l liegen in erster Linie heterozygote Enzymdefekte vor. Bei schweren Hyperhomocysteinämien mit Werten über 100 μmol/l ist ein homozygoter Enzymdefekt mit starkem Verlust an Enzymaktivität wahrscheinlich (Tab. 13.1-3 – Mit Hyperhomocysteinämie assoziierte Mutationen).

13.1.3.2 Assoziierte Erkrankungen

Mit Hyperhomocysteinämie assoziierte Erkrankungen sind Atherosklerose, kardiovaskuläre Erkrankungen, kongestive Herzinsuffizienz, Thrombose, Schlaganfall, Neuralrohrdefekte, Komplikationenin der Schwangerschaft, kognitive Dysfunktionen, Depressionen, vaskuläre Demenz, Alzheimer-Demenz, Hypertonie und Tumore.

Genetische Einflüsse und Hyperhomocyteinämie assoziierte Erkrankungen sind aufgeführt in Tab. 13.1-4 – Ursachen und Erkrankungen, die mit einer Hyperhomocysteinämie einhergehen können.

13.1.3.3 Alters- und Geschlechtsabhängigkeit

Homocystein nimmt generell mit dem Alter zu und Männer haben im jüngeren Alter normalerweise höhere Werte als Frauen. Bei ca. 40-jährigen beträgt die Geschlechtsdifferenz etwa 2 μmol/l. Sie kann mit dem Östrogeneffekt bei Frauen erklärt werden. In der Menopause vermindert sich die Geschlechtsdifferenz rasch.

Die altersabhängige Erhöhung von Homocystein lässt sich teilweise durch die physiologische Abnahme der Nierenfunktion erklären /5/. Die Zunahme von Homocystein verläuft bis zum 60.–65. Lebensjahr weitgehend linear, danach deutlich schneller, im Durchschnitt um etwa 10 % bzw. 1 μmol/l pro Dekade /3/.

13.1.4 Homocysteinsenkung durch Folsäure-Supplementation

Die Homocystein senkende Wirkung unterschiedlicher Folsäuredosierungen wurde untersucht /44, 45, 46, 47/. Bei Probanden mit hohen Ausgangswerten (im Mittel 16,6 μmol/l) wurde Homocystein am effektivsten gesenkt: mit der Dosierung von 0,2 mg Folsäure/Tag um –20,6 %, 0,4 mg/Tag um –20,7 % und 0,8 mg/Tag um –27,8 %. Bei niedrigen Ausgangswerten (im Mittel 10,1 μmol/l) wurde Homocystein bei gleichen Dosierungen weniger deutlich gesenkt: –8,2 %, –8,9 % und –8,3 % /44/ Die Supplementation von Folsäure bewirkte einen linearen, Dosis abhängigen Anstieg der Folatkonzentration im Blut. Durch die sechsmonatige Supplementation von Folat mit 200 μg/Tag wurde von 18 auf 34 nmol/l erhöht und erreichte etwa 50 % des Anstieges, der mit 800 μg/Tag erzielt wurde. Die Studie demonstriert, dass, wenn eine langzeitige Supplementation betrieben wird, bereits niedrige Dosierungen an Folsäure (200 μg/Tag) den Stoffwechsel von Homocystein effizient verbessern können. Siehe Abb. 13.1-5 – Mediane Änderungen von Homocystein nach 26 Wochen Behandlung mit Placebo oder 0,2 mg, 0,4 mg, oder 0,8 mg Folsäure pro Tag.

13.1.5 Hyperhomocysteinämie als Risikofaktor

Die Hyperhomocysteinämie ist ein genereller Risikofaktor für viele Organsysteme.

13.1.5.1 Gefäßerkrankung

Metaanalysen /48/ von retro- wie prospektiven Studien unterstreichen den kausalen Zusammenhang zwischen Hyperhomocysteinämie und degenerativen Gefäßerkrankungen. Statistische Betrachtungen dieser Daten haben für einen Homocysteinanstieg von 5 μmol/l ein relatives Risiko (Odds Ratio) für das Auftreten von ischämischer Herzerkrankung von 1,32, für venöse Thrombose von 1,60 und für Schlaganfall von 1,59 errechnet. Weiterhin zeigten die Metaanalysen, dass eine Absenkung von Homocystein im Plasma um 3 μmol/l vom Ausgangswert mit einer 16 %igen Reduktion des Risikos für ischämische Herzerkrankung, einer Senkung des Thromboserisikos um 25 % oder des Schlaganfallrisikos um 24 % verbunden sein würde /2/. In einer prospektiven Studie über mehr als 4 Jahre wurde außerdem durch Supplementation mit B-Vitaminen eine signifikante Abnahme der Plaquefläche in der Arteria carotis erzielt /49/. Auch ist eine signifikante Abnahme der Dicke von Intima und Media der Carotis bei Risikopatienten für Schlaganfall nach einjähriger Behandlung mit B-Vitaminen berichtet worden /50/.

Sekundäre Prävention

Trotz der Assoziation zwischen Hyperhomocysteinämie und kardiovaskulären Erkrankungen bleibt als wichtiges Glied der Kausalitätskette die Senkung der Rate von Erkrankungen durch Verminderung von Homocystein nach Vitamintherapie offen.

Weltweit sind über 50.000 Personen in Interventionsstudien zur Klärung eines möglichen Nutzens einer Homocystein senkenden Therapie mit B-Vitaminen (Sekundärprävention) eingeschlossen:

  • NORVIT-Studie /51/ (3.749 Patienten mit frischem Myokardinfarkt wurden über drei Jahre zusätzlich mit B-Vitaminen behandelt).
  • VISP-Studie /52/ (3.860 Schlaganfall-Patienten wurden über zwei Jahre niedrig oder hochdosiert mit B-Vitaminen therapiert).
  • HOPE-2-Studie /53/ (5.522 Patienten mit Gefäßerkrankungen oder Diabetes wurden über fünf Jahre mit B-Vitaminen oder Placebo behandelt).
  • Search-Studie /54/ (12.064 Überlebende eines Herzinfarktes erhielten über 6,7 Jahre täglich 2 mg Folsäure plus 1 mg Vitamin B12 bzw. Placebo).

Homocystein wurde in diesen Studien signifikant um 17–28 % gesenkt, aber eine signifikante Risikoreduktion bezüglich der Endpunkte (Herzinfarkt, Schlaganfall) wurde nicht beobachtet. Studien der Sekundärprävention haben hinsichtlich ihrer klinischen Aussagekraft deutliche Limitationen, die vor allem darin begründet sind, dass aufgrund der Basismedikation der Studienpatienten die zusätzliche Wirkung einer Homocysteinsenkung durch B-Vitamin auf die kardiovaskulären Endpunkte nur schwer nachweisbar ist und daher die diagnostische Power nur bei großen Metaanalysen als ausreichend angesehen wird.

Anders ist die Situation bei der Schlaganfallprävention. Hier liegt die erwartete Risikosenkung im Bereich von 25 %, weshalb für eine gesicherte Aussage wesentlich weniger Patienten für eine Metaanalyse erforderlich sind.

Metaanalysen

Eine Metaanalyse /55/ umfasst Daten von 75 Studien (22.068 Patienten) und (23.618 Kontrollen) sowie 14 Therapiestudien an 39.597 Teilnehmern mit KHK-Ereignissen, bei denen das Homocystein gesenkt wurde. Im Ergebnis wurde eine unabhängige wie signifikante Assoziation zwischen Homocystein und dem Risiko für ischämische Herz-Kreislauferkrankungen gefunden. Personen, die Träger des MTHFR-677-TT-Genotyps waren, hatten, verglichen mit dem CC-Genotyp (Wildtyp) ein 16 % höheres kardiovaskuläres Risiko, wobei die Differenz im Homocystein zwischen TT- und CC-Genotyp 1,9 μmol/l betrug. Obwohl in den 14 Therapiestudien Homocystein um 3,3 μmol/l gesenkt wurde, bestand keine Abnahme des kardiovaskulären Risikos. Allerdings war in den Studien mit niedriger Aspirineineinahme die Homocysteinsenkung mit einer Abnahme des kardiovaskulären Risikos um 7 % assoziiert. In den Studien mit hoher Aspirineinnahme verringerte sich das KHK-Risiko nicht. Es wird deshalb geschlussfolgert, dass Folsäure in der Primärprävention, wo keine regelmäßige Aspirineinnahme stattfindet, zur Senkung des kardiovaskulären Risikos beiträgt. In der Sekundärprävention, wo Aspirin routinemäßig verordnet wird, bewirkt Folsäure keine zusätzliche Risikosenkung /55/. Weitere Metaanalysen siehe Lit. /56, 57, 58/.

13.1.5.2 Neurotoxische Wirkung

Homocystein vermag im zentralen Nervensystem (ZNS) mit Glutamat und Aspartat um die Rezeptoren konkurrieren. Hyperhomocysteinämie kann dadurch einen excitotoxischen Effekt auf verschiedene Subtypen des N-Methyl-D-Aspartat (NMDA) Glutamatrezeptor ausüben und so zu einer gesteigerten Bildung von Hydroxylradikalen beitragen /59/ (Abb. 13.1-7 – Neurotoxische Mechanismen von Homocystein). Die Aktivierung von NMDA Rezeptoren soll intrazellulär eine Erhöhung von Calcium und dadurch bedingt eine Freisetzung zellulärer Proteasen und möglicherweise Zelltod bewirken. Dieser excitotoxische Mechanismus wird für eine Reihe neurodegenerativer und psychiatrischer Erkrankungen postuliert, angefangen von der metabolischen und toxischen Enzephalopathie bis zur Schizophrenie. Darüber hinaus wurde gezeigt, dass an der Homocystein induzierten Neurotoxizität nicht nur die NMDA Rezeptoren, sondern auch die Gruppe-I-metabotropischer Glutamatrezeptoren beteiligt ist.

13.1.5.3 Störung der Methylierungskapazität

Neben seiner Wirkung als Gefäß schädigend ist die Hyperhomocysteinämie auch ein Indikator für eine gestörte Methylierungskapazität (erhöhtes SAH und/oder erniedrigtes SAM). Eine intakte Wechselwirkung zwischen Folat und Vitamin B12, wie sie bei normalem Homocystein vorliegt, ist für die Synthese von DNA und verschiedenen Methylierungsreaktionen (Methylierung von DNA, RNA, Myelin, Phospholipiden, Rezeptoren und Neurotransmittern) von außerordentlicher Bedeutung. Reduzierte Konzentrationen von Folat /38/ und SAM als aktivem Donator von Methylgruppen wurden im Liquor cerebrospinalis bei Patienten mit neuropsychiatrischen Erkrankungen berichtet /60/. Deutlich erniedrigte Werte von SAM wurden post mortem im Gehirn, aber auch im Liquor von Patienten mit Alzheimer-Demenz gefunden.

Bei der Alzheimer Erkrankung werden Veränderungen des SAM-Status als bedeutend für die Expression von Präsenilin, einem Schlüsselfaktor für die β-Amyloidbildung, und Bildung von phosphoryliertem Tau-Protein angesehen (Abb. 13.1-8 – Die Korrelation zwischen SAH und dem SAM/SAH Verhältnis im Liquor mit der β-Amyloid 1–42-Konzentration im Liquor in Demenz-freien Patienten/61/.

Die Konzentrationen von phosphoryliertem Tau Protein im Liquor cerebrospinalis sind mit der SAH-Konzentration im Liquor positiv und altersunabhängig assoziiert (Abb. 13.1-9 – Konzentration von SAH im Liquor in Verhältnis zu P-tau 181-Konzentrationen im Liquor in drei Altersgruppen/62/.

Ein normaler Folatmetabolismus ist auch für die ausreichende Synthese von Tetrahydrobiopterin, einem geschwindigkeitsbestimmenden Kofaktor bei der Synthese von Serotonin und Dopamin, wichtig. Niedriges Vitamin B12 und Folat führen im ZNS zu einer verminderten Bildung von Tetrahydrobiopterin /63/. Im frühen Stadium von Alzheimer-Patienten wurden erhöhte Konzentrationen von Homocystein wie auch deutlich erniedrigte von Methionin und Tryptophan gefunden.

13.1.5.4 Atherothrombotische Wirkung

Der Metabolismus von Homocystein in kardiovaskulären Zellen ist ausschließlich auf die Folat- und Vitamin B12-abhängige Remethylierung angewiesen, da in Endothelzellen menschlicher Gefäße bislang keine Transsulfurierung nachgewiesen wurde /64/. Auf Grund des fehlenden irreversiblen Abbaus von Homocystein zu Cystein kann die Homocysteinsynthese den Zellexport rasch übersteigen und eine spezifische Zellschädigung bis hin zum Zelluntergang verursachen. Das kardiovaskuläre System ist daher, mehr als andere Organe, für Erhöhungen von Homocystein besonders empfindlich. Diese können die Gefäßmorphologie verändern, die Inflammation stimulieren, das Endothel und die Gerinnungskaskade aktivieren sowie die Fibrinolyse hemmen. Insgesamt kommt es bei Hyperhomocysteinämie zum Verlust der antithrombotischen Endothelfunktion und zur Induktion eines prokoagulatorischen Milieus /65/. Die bei Hyperhomocysteinämie am Häufigsten diskutierten atherogenen Mechanismen sind eine Verdickung der Gefäßwandintima, ein gsteigerter Turnover und Plättchenaktivierung mit vermehrter Thromboxansynthese, endotheliale Dysfunktion, aktivierte Leukozyten, eine verstärkte Oxidation von LDL, verstärkte Schaumzellbildung durch Lipidablagerung in der Gefäßwand und gesteigerte Proliferation glatter Muskelzellen.

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13.2 Homocystein

Wolfgang Herrmann, Rima Obeid

13.2.1 Indikation

Patienten mit atherosklerotischen Gefäß- und neurodegenerativen Erkrankungen.

Zielgruppen für die Bestimmung von Homocytein sind:

  • Manifeste Gefäßerkrankungen: Koronare Herzkrankheit, Myokardinfarkt, Atherosklerose der Arteria carotis, periphere arterielle Verschlusskrankheit, Atherosklerose der Hirnarterien, zerebraler Insult, venöse Thrombose, Embolie derPulmonalarterien.
  • Risikogruppen für Herz-Kreislauf Erkrankungen: Positive Familienanamnese, arterieller Hypertonus, Raucher, Hyperlipidämie, Niereninsuffizienz, Diabetes, metabolisches Syndrom, Adipositas.
  • Risikogruppen für Vitaminmangel: Ältere Menschen, Vegetarier, entzündliche Magen-Darm Erkrankung (Gastritis, Malabsorption), Erkrankung der Nieren, Alkoholabusus, einseitige Ernährungsgewohnheiten, Medikamente.
  • Andere Risikogruppen: Demenz, kognitive Störungen, Depression, Homocystinurie, Hypothyreose, Rheuma, AIDS, Komplikationenin der Schwangerschaft (Präeklampsie, HELLP-Syndrom, Neuralrohrdefekt, intrauterine Wachstumsretardierung).
  • Prophylaxe: Präkonzeptionell zur Prävention von Neuralrohrdefekten
  • Gesunde > 50 Jahre

13.2.2 Bestimmungsmethode

High Performance Liquid Chromatography (HPLC)

Die Bestimmung von Homocystein im Plasma oder Serum mittels HPLC gilt als Standardmethode /1/. Die HPLC in Kombination mit Fluoreszenzdetektion (HPLC-FD) ist aufgrund ihrer hohen Sensitivität, ihrer Einfachheit, Automatisierbarkeit wie auch ihrer hohen Durchsatzes die verbreitetste Methode zur Bestimmung von Aminothiolen /2/.

Prinzipiell sind die angewendeten Methoden unterteilbar in Verfahren, die eine Homocystein Derivatisierung verwenden und solche, die ohne Derivatisierung arbeiten. Zu Ersteren gehört die Vorsäulen Derivatisierung mit fluorogenen Reagenzien, die mit SH-Gruppen reagieren. Drei Reagenzien zur Derivatisierung sind: Monobromobiman, 4-(Aminosulfonyl)-7-fluoro-2,1,3-benzoxadiazol-4-sulfonat und Ammonium-7-fluoro-2,1,3-benzoxadiazol-4-sulfonat, wobei 4-(Aminosulfonyl)-7-fluoro-2,1,3-benzoxadiazol-4-sulfonat am Besten geeignet scheint.

Die elektrochemische Detektion, die ohne Derivatisierung der probe arbeitet, ist attraktiv, weil die Probenvorbereitung sehr einfach ist, bei hoher methodischer Spezifität, der Möglichkeit der Autoinjektion mit hohem Probendurchsatz und der Möglichkeit der Mitbestimmung anderer Thiole.

Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS)

Die Plasmaproben werden mit deuteriertem internen Standard (D8-Homocystein) versetzt, durch Reduktion mit 1,4-Dithio-D,L-threitol wird Homocystein freigesetzt und über Säulenchromatographie mit einem Anionenaustauscher-Harz erfolgt die Festphasenextraktion zur Probenreinigung. Anschließend wird Homocystein mit N-Methyl-N-(tert-butyldimethylsilyl)-trifluoroacetamid derivatisiert und die Butyldimethylsilyl-Derivate werden mittels Kapillargaschromatographie aufgetrennt und mittels Massendetektor unter Verwendung des Ionenmodus (SIM) identifiziert und bestimmt /3/.

Liquid chromatography-tandem mass spectrometry (LC-MS/MS)

Die LC-MS/MS-Methode zur Bestimmung von Homocystein zeichnet sich durch hohe Spezifität und Sensitivität sowie durch eine gute analytische Präzision aus /4/.

Kapillar Elektrophorese

Diese Methode arbeitet mit Laser induzierter Detektion von Fluoreszenz. Zur Vorbereitung wird das Plasma mit internem Standard versetzt, mit Tri-N-Butylphosphin reduziert, anschließend deproteiniert (Trichloressigsäure) und derivatisiert (5-Bromomethyl-Fluorescein). Die elektrophoretische Trennung benötigt etwa 7 min /5/.

Immunologische Methode

Fluoreszenz-Polarisations-Immunoassay (FPIA). Die Methode basiert auf dem Prinzip der reduktiven Freisetzung von Homocystein, der Umwandlung von Homocystein in S-Adenosylhomocystein (SAH), katalysiert durch die SAH-Hydrolase und der anschließenden immunologischen Detektion mit einem SAH-Antikörper. Neben der Messung als FPIA ist die Messung auch als Latex verstärkter nephelometrischer Test möglich. Verglichen mit der HPLC als Standardmethode, zeigen die immunologischen Tests gute eine Korrelation und Zuverlässigkeit im Bereich der Konzentration von 7 bis 40 μmol/l mit VKs von 3–5 % /6/.

Enzymatische Methode

Die enzymatischen Bestimmungen von Homocystein basieren auf Reaktionen des im Beitrag 13.1-2 – Homocystein-Metabolismus beschriebenen Homocystein-Methionin-Kreislaufs, wobei durch enzymatisches Rezyklieren die Sensitivität und Spezifität der Assays erhöht wird. Wie bei den anderen Methoden wird oxidiertes Homocystein zunächst mittels Tris-(2-carboxyethyl)-phosphin (TCEP) zu Homocystein reduziert.

Im durch Cystathionin-β-Synthase katalysierten Assay für Homocystein (Abb. 13.2-1 – Prinzip des Cystathionin-β-Synthase katalysierten Homocystein-Assays) wird Homocystein mit Serin zu Cystathionin kondensiert. Anschließend erfolgt mittels Cystathionin-β-Lyase die Umwandlung von Cystathionin zu Homocystein und Pyruvat. Die Menge des gebildeten Pyruvats wird, über seine Konversion zu Lactat, über die Abnahme der NADH-Absorption bei 340 nm gemessen. In einem anderen enzymatischer Homocystein Assay wird Homocystein nicht direkt gemessen, sondern in einem zyklischen Enzymtestprinzip wird das Umwandlungsprodukt des Cosubstrats anstelle des Cosubstrats selbst gemessen. In einer durch die Homocystein-Methyltransferase (HMTase) katalysierten Reaktion mit S-Adenosylmethionin (SAM) wird Homocystein zu S-Adenosylhomocystein (SAH) umgewandelt. SAH wird dann durch die SAH-Hydrolase hydrolytisch in Homocystein und Adenosin gespalten. Die Messung, des in dieser zyklischen Reaktion gebildeten Adenosins, erfolgt durch Konversion mittels Adenosindesaminase zu Inosin und Ammoniak. Ammoniak und Ketoglutarat bilden, katalysiert durch die Glutamat-Dehydrogenase (GLDH), in einer NADH abhängigen Reaktion Glutamat, dessen Abnahme der Absorption durch Bildung von NAD bei 340 nm gemessen wird. Die Änderung der Lichtabsorption bei 340 nm ist proportional zur Konzentration von Homocystein in der Probe.

13.2.3 Untersuchungsmaterial

EDTA Plasma nach 12 h Nahrungskarenz. Nach der Entnahme ist das EDTA Blut auf Eis zu kühlen, innerhalb 30 min zu zentrifugieren und das Plasma abzutrennen.

13.2.3.1 Oraler Methionin Belastungstest (oMBT)

Bei diesem Provokationstest wird nach einer oralen Methioningabe die Wiederholungsmessung von Homocystein nach 4 bzw. 6 h durchgeführt (Tab. 13.1-1 – Bewertung der Homocysteinkonzentration im Nüchternplasma und nach oraler Belastung mit Methionin):

  • Gewinnung von EDTA-Plasma zur Ermittlung des Basalwerts von Homocystein (kühl lagern, innerhalb 30 min Abtrennung des Plasmas),
  • Orale Gabe von L-Methionin (0,1 g/kg Körpergewicht) in 200 ml Fruchtsaft und ein kleiner Methionin armer Snack,
  • 4 bzw. 6 h nach der Methioningabe erneute Gewinnung von EDTA Blut zur Ermittlung des Belastungswerts.

Der Belastungswert spiegelt vorwiegend die Aktivität der Cystation-ß-Synthase (CBS) bzw. die Verfügbarkeit von Vitamin B6 wider /7/. Dagegen sind Homocysteinwerte im Nüchternzustand ohne Belastung mit Methionin kein guter Indikator für einen Vitamin B6-Mangel. Im Nüchternbereich des Homocysteins von 12–15 μmol/l finden sich gehäuft Probanden mit einem Methionin Belastungstest der pathologisch ist (über 38 μmol/l) /8/.

13.2.4 Referenzbereich

Die Angabe eines Referenzbereichs ist nicht sinnvoll, da für Homocystein eine graduelle Beziehung zur Risikoerhöhung bzw. Manifestation kardiovaskulärer und anderer degenerativer Erkrankungen bereits für Werte oberhalb 10 μmol/l besteht /12/. Für jeden Anstieg von Homocystein um 1 μmol/l erhöht sich das Risiko um 6–7 % /13/. Für den praktischen Gebrauch sind Risikobereiche definiert, die auch der Differenzierung nach prophylaktischen und therapeutischen Gesichtspunkten Rechnung tragen. Eine von der Konzentration abhängige Einteilung der Hyperhomocysteinämien ist gezeigt in Tab. 13.1-1 – Bewertung der Homocysteinkonzentration im Nüchternplasma und nach oraler Belastung mit Methionin.

13.2.5 Bewertung

Wird eine Homocystein im moderat erhöhten Bereich gefunden (12–30 μmol/l), so kann eine Untersuchung zur Bestätigung nach 4–6 Wochen erfolgen. Prinzipiell ist die intraindividuelle Variabilität des Homocysteins sehr gering. Bei Gesunden zeigten Wiederholungsmessungen nach 6–18 Monaten eine sehr gute Übereinstimmung mit den Ausgangswerten mit einer individuellen, nicht signifikanten Abweichung von lediglich 0,85–1,2 μmol/l /14/. Trotz der geringen Variabilität können Wiederholungsmessungen im Entscheidungsbereich die diagnostische Aussage verbessern.

Bei etwa 10 % der Bevölkerung, bei bis zu 40 % der Patienten mit Gefäßerkrankungen oder bei etwa 50 % der älteren Menschen über 65 Jahre ist mit einer moderaten Hyperhomocysteinämie (über 12 μmol/l) zu rechnen. Synergistische Interaktionen von Homocystein mit zusätzlichen Risikofaktoren (Rauchen, arterieller Hypertonus, Diabetes, Hyperlipidämie) erhöhen das Gesamtrisiko überproportional, weshalb der Identifizierung von Personen/Patienten mit hohem Risiko für degenerative Gefäßerkrankungen eine besondere Bedeutung zukommt.

13.2.5.1 Behandlungsziele und -möglichkeiten

Prophylaxe

Für Gesunde bzw. Personen mit niedrigem Risikoprofil können, obwohl an der Notwendigkeit einer besseren Versorgung mit Folsäure und anderen B-Vitaminen kein Zweifel besteht, keine generellen Richtlinien für die Vitaminergänzung gegeben werden. Diese bleibt vielmehr eine empfehlenswerte Option im Sinne einer Prophylaxe. Dosierungen, die als prophylaktische Maßnahmen gelten, sind angeführt in Abb. 13.2-2 – Entscheidungsbaum für die Diagnostik und Prophylaxe/Therapie bei Hyperhomocysteinämie. Außerdem sind Ernährungsmaßnahmen im Sinne der Umstellung auf vitaminreiche Kost zu empfehlen.

Therapie

Bei Patienten mit Gefäßerkrankungen, mit Schlaganfall mit neurodegenerativen Erkrankungen oder mit kognitiven Störungen ist eine Konzentration von Homocystein im Plasma von unter 10 μmol/l anzustreben /12/. Siehe Tab. 13.1-3 – Mit Hyperhomocysteinämie assoziierte Mutationen.

Bei Konzentrationen über 12 μmol/l sollten neben einem Mangel an Vitamin, auch Störungen der Nieren- und Schilddrüsenfunktion als Ursache der Homocysteinerhöhung ausgeschlossen werden. Eine Befundinterpretation hat unter Einbeziehung der beeinflussenden Faktoren zu erfolgen. Siehe:

Beispielsweise kann schon ein Medikamentenwechsel, eine Dosisveränderung oder die Behandlung einer Hypothyreose zu einer deutlichen Senkung des Homocysteins führen.

Empfehlungen zur Vitaminergänzung

Das Ausmaß der Senkung der Homocysteinkonzentration durch Vitaminsupplementation hängt von der Höhe der Homocystein-Basalkonzentrationen ab. Eine Senkung von 16–39 % kann mit täglichen Folsäuregaben von 0,2–5 mg erzielt werden /16/. Eine zusätzliche Vitamin B12-Gabe ist zur Vermeidung eines relativen Folatmangels, d.h. einer Unterstützung der Folatverwertung, erforderlich.

Es sollte (besonders langfristig) nicht mit Folsäure allein therapiert werden, sondern nur in Kombination mit Vitamin B12. Vitamin B6 hat auf die Nüchtern-Homocysteinkonzentration einen geringen Einfluss, ist aber ein wichtiger Kofaktor bei der katabolen Transsulfurierung und sollte deshalb bei der Ergänzung mit B-Vitaminen ebenfalls berücksichtigt werden.

Bei einer Homocysteinkonzentration im moderat erhöhten Bereich, sollte mit einer täglichen Vitaminergänzung von 0,2–0,8 mg Folsäure, 3–30 μg Vitamin B12 (bei älteren Patienten wegen Malabsorption mindestens 100 μg) und 2–20 mg Vitamin B6 begonnen werden. Wird eine Absenkung in den Bereich unter 10 μmol/l Homocystein erreicht, kann Homocystein alle 1–2 Jahre kontrolliert werden.

Andere Ursachen eines erhöhten Vitaminbedarfs

Ist die Senkung der Homocysteinkonzentration unbefriedigend so ist nach anderen Ursachen zu fahnden. Es können neben einem Vitaminmangel Störungen der Nieren- und Schilddrüsenfunktion vorliegen. Zu beachten ist, dass eine Vitamin B12-Konzentration im unteren Referenzbereich eine intrazellulären B12-Mangel nicht ausschließt /14/. Mutationen von Genen der am Metabolismus beteiligten Enzyme können ebenfalls einen höheren Vitaminbedarf verursachen. Am bekanntesten ist der MTHFR 677 C>T Polymorphismus

Weitere mögliche Ursachen siehe:

Supplementation bei Nierenfunktionsstörungen und Enzymmangel

Bei manifesten Nierenfunktionsstörungen (Insuffizienz, Dialyse) können sehr hohe Vitamindosierungen notwendig werden (evtl. auch die Gabe von 3 g Betain/Tag), dennoch ist häufig keine Normalisierung der Werte möglich. Werden bei Patienten ohne Störung der Nierenfunktion Konzentrationen von Homocystein über 30 μmol/l nachgewiesen, sind kongenitale Enzymmängel möglich, deren Prävalenz bisher unterschätzt wurde. Der Patient sollte nach einem primären Versuch mit pharmakologischen Dosierungen, z.B. 5–15 mg Folsäure, 1 mg Vitamin B12 und über 20 mg Vitamin B6 bei Therapieversagen einem Spezialisten zugewiesen werden.

13.2.6 Hinweise und Störungen

Untersuchungsmaterial

Plasma ist der Verwendung von Serum vorzuziehen, da Blut zur Gewinnung von Serum erst nach vollständiger Koagulation zentrifugiert werden kann. Andere als mit EDTA versetzte Abnahmeröhrchen (z.B. 2-Deaza-Adenosin als Stabilisator) werden verschiedentlich eingesetzt, um den Zeitpunkt bis zur Zentrifugation verlängern zu können, ohne dass sich die Konzentration von Homocystein maßgeblich verändert. Andererseits ist 2-Deaza-Adenosin als Stabilisator nicht für die immunologischen Tests tauglich.

Es gibt kommerzielle Bemühungen, die rasche Zentrifugation des Blutes durch Verwendung von Stabilisatoren zu umgehen. Einige Hersteller verwenden Inhibitoren der SAH-Hydrolase, die eine Freisetzung von Homocystein aus SAH inhibieren. Ein Anstieg des SAH verfälscht allerdings den Homocysteinwert bei immunologischen Methoden, die auf der Messung von SAH basieren /18/. Bei Verwendung der Citrat-Monovette oder Primavette änderte sich das der Wert von Homocystein über 24 h bei 4 °C nicht signifikant und blieb in der Primavette auch bei Raumtemperatur unverändert; SAH stieg allerdings kontinuierlich an /18/.

Probenbehandlung nach Blutentnahme

Blutzellen produzieren kontinuierlich Homocystein und setzen dies ins Plasma frei, weshalb es zu einem ständigen Anstieg von Homocystein im Plasma kommt (bei Zimmertemperatur 5–15 % pro Stunde) /18/. Im Serum kann es während der Zeit der Koagulation aufgrund der zellulären Freisetzung zum Anstieg von Homocystein kommen. Die Blutprobe, üblicherweise EDTA-Blut, sollte in jedem Fall sofort nach der Abnahme kühl gelagert und innerhalb 30 min bei 2.000 g in einer Kühlzentrifuge für 10 min zentrifugiert werden.

Bestimmungsmethode

Normalerweise wird im Plasma nach einem Reduktionsschritt das Gesamthomocystein als Summe von gebundenem und freiem Homocystein gemessen. Quantitative Verschiebungen der Fraktionen fließen daher in das Messergebnis nicht ein.

Die chromatographischen, massenspektrometrischen und immunologischen Methoden zur Homocysteinbestimmung liefern weitgehend übereinstimmende Ergebnisse, können jedoch im individuellen Fall auch deutliche Differenzen aufweisen, weshalb für die Verlaufsbeurteilung die Methode zu benennen ist und möglichst stets mit der gleichen Methode gearbeitet werden sollte.

Enzymatischer Test: Die enzymatischen Homocystein-Assays zeigen über einen weiten Konzentrationsbereich eine gute Korrelation zur HPLC wie auch zum immunologischen Assay /6/. Die Variationskoeffizienten (Tag/Tag) liegen bei unter 7 %. Die absoluten Werte sind verglichen mit der HPLC- bei der immunologischen Methode etwas höher, im Mittel bis 7 %. Die an Referenzmaterialien geprüfte Richtigkeit der enzymatischen Assays war nicht immer befriedigend /6/. Stärkere Lipämie, ikterische Proben oder Hämolyse können die Testresultate beeinflussen /6/. Bei Plasmen von Patienten mit Nierenerkrankung oder mit Leberzirrhose können aufgrund von Interferenzen Störungen der enzymatischen Bestimmung auftreten, die zu höheren Resultaten führen. Im enzymatischen Test, der auf der Umwandlung von Cystathionin in Homocystein und Pyruvat beruht, können durch erhöhte Konzentrationen von Cystathionin bei Nierenerkrankungen Interferenzen auftreten. Im enzymatischen Homocystein-Assay, der in der Indikatorreaktion auf der Umwandlung von Ammoniak zu Ketoglutarat und weiter zu Glutamat beruht, können bei Plasmen mit erhöhten Ammoniakwerten (Leberzirrhose) falsch hohe Konzentrationen von Homocystein gemessen werden.

Einflussgrößen

Stärkere Lipämie, Hyperbilirubinämie oder Hämolyse können das Testresultat beeinträchtigen /6/. Bei Patienten mit Niereninsuffizienz findet sich im Plasma neben erhöhtem Homocystein auch erhöhtes SAH, das mitgemessen wird. Der Fehler ist allerdings, aufgrund der deutlich erhöhten Konzentration an Homocystein nicht erheblich.

Andere Körperflüssigkeiten

Obwohl systematische Untersuchungen zur Konzentration von Homocystein in anderen Körperflüssigkeiten nicht vorliegen, gibt es doch kleinere Studien, die über Homocystein in anderen Körperflüssigkeiten informieren. Tab. 13.2-1 – Homocysteinkonzentrationen in anderen Körperflüssigkeiten liefert hierzu ausgewählte Informationen. Homocystein im Liquor cerebrrospinalis (CSF), ermittelt mittels LC-MS/MS oder HPLC, liegt etwa hundertfach niedriger als im Plasma. Das CSF Homocystein korreliert negativ mit Serum- und CSF-Folat, aber positiv mit CSF-SAH und dem Alter. CSF- und Serum-Homocystein korrelieren ebenfalls miteinander. Bei Patienten mit Alzheimer Demenz wird CSF-Homocystein höher als bei Patienten ohne neurologische Erkrankungen berichtet.

In einer Studie wird Homocystein im Fruchtwasser untersucht und Normalbereiche ermittelt (Tab. 13.2-1/10/. Im Vergleich mit reif geborenen Kindern, wird bei SGA (small for gestational age)-Kindern ein höheres Homocystein im Fruchtwasser berichtet. Der Homocysteinwert im Fruchtwasser korreliert mit dem Gestationsalter, der Oberschenkellänge und dem biparietalen Durchmesser.

Bestimmungen von Homocystein im Ejakulat im Rahmen von Untersuchungen zur künstlichen Befruchtung zeigen, dass Homocystein im Ejakulat bei fertilen und idiopathisch subfertilen Männern gleich liegen, während bei subfertilen Männern das Homocystein im Ejakulat niedriger gefunden wurde /11/.

Medikamente

Medikamenten bedingte Veränderungren von Homocystein sind zu beachten (Tab. 13.1-2 – Ursachen für Homocysteinveränderungen). So kann es bei Therapie mit SAM enthaltenden Medikamenten zum erhöhten Homocystein kommen. Des weiteren können Medikamente, wie Methotrexat, Carbamazepin, Phenytoin, NO, Antikonvulsiva oder 6-Azauridintriacetat den Homocystein-Stoffwechsel von Patienten beeinflussen und somit zu erhöhten Werten führen.

Proben von Patienten, denen Präparate von monoklonalen Maus-Antikörpern zur Diagnose oder Therapie verabreicht wurden, können humane anti-Maus-Antikörper enthalten. Diese können in Immunoassays, die monoklonale Maus-Antikörper benutzen, Störungen verursachen.

Stabilität

Wenn nicht sofort zentrifugiert werden kann, ist das Blut bis maximal 1 h nach Abnahme auf Eis oder im Kühlschrank lagerfähig. Ohne rasche Zentrifugation und Trennung von den Blutzellen erfolgt in Temperatur- und Zeitabhängigkeit eine rasche Zunahme des Homocysteins, was zu falsch-erhöhten Ergebnissen führen kann. Nach dem Zentrifugieren ist Homocystein im Plasma stabil: 24 h bei Raumtemperatur, bis zu einer Woche im Kühlschrank (2–8 °C), für Monate bei –20 °C, bis zu 10 Jahre bei –70 °C /19/.

13.2.7 S-Adenosylhomocystein (SAH), S-Adenosylmethionin (SAM)

SAH wird gebildet über die Demethylierung von SAM und stellt einen potenten Inhibitor für viele Reaktionen der Transmethylierung dar. SAM (aktiviertes Methionin) spielt als universeller Donator von Methylgruppen eine wichtige Rolle im Intermediärstoffwechsel. SAH ist möglicherweise ein besserer Marker für die Entwicklung von Alzheimer-Demenz als Homocystein ist /20/. SAH im Liquor cerebrospinalis korrelierte in einer Studie an Alzheimer Patienten mit phosphoryliertem Tau-Protein als Schlüsselprotein für die Entwicklung von Alzheimer Demenz, während Homocystein diese Assoziation nicht aufwies /21/. Bei Patienten mit Parkinson wurde gezeigt, dass Amyloid-Vorläuferprotein (APP) und α-Synuclein als Biomarker der Neurodegeneration mit den Methylierungsmarkern SAH und SAM korrelieren /22/. Eine bessere kognitive Leistung wurde bei Patienten mit höherem Methylierungspotential (SAM/SAH Ratio) gefunden /22/. Hypomethylierung als einer der wesentlichen Pathomechanismen bei Hyperhomocysteinämie wird möglicherweise durch SAH oder die SAM/SAH-Ratio besser reflektiert als durch Homocystein.

Für die simultane Bestimmung von SAM und SAH in Körperflüssigkeiten gibt es eine schnelle und zuverlässige Methode mittels Stabile-Isotopen-Verdünnungs Ultra-Performance-Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (UPLC-MS/MS) /23/. Die Methode beinhaltet zur Isolierung und Aufreinigung von SAM und SAH eine Festphasenextraktion mit Phenylboronsäure als stationärer Phase. Nach der Extraktion werden SAM und SAH mittels UPLC separiert (Trennsäule Acquity UPLC BEH C18) und über das Tandem-Massenspektrometer quantifiziert.

Da SAM instabil ist und zu SAH abgebaut wird, sind die präanalytischen Prozeduren genau zu befolgen. Wie für Homocystein ist auch für SAM und SAH das EDTA Blut nach der Abnahme bis zur Zentrifugation kühl zu lagern, innerhalb 30 min zu zentrifugieren, das Plasma unmittelbar abzutrennen und zur Deproteinierung mit Essigsäure zu versetzen (1 ml Plasma + 0,1 ml 1N Essigsäure). Nach gründlichem Mischen ist erneut zu zentrifugieren und der Überstand bis zur Analyse bei –70 °C zu lagern. Die mittleren Konzentrationen im Plasma (MW ± SD) bei Normalpersonen (n = 31) waren für SAM 85,5 ± 11,1 nmol/l und für SAH 13,3 ± 5,0 nmol/l. Die UPLC-MS/MS Methode ist sehr sensitiv und spezifisch bei guter Präzision und Richtigkeit. Die Probenvorbereitung ist schnell (40 Proben pro Stunde) und die Analysezeit pro Probe beträgt 3 min.

13.2.8 Pathophysiologie

Durch Senkung einer erhöhten Homocysteinkonzentrationen könnten, basierend auf unterschiedlichen Grundlagen der Berechnung, bis zu 25 % der kardiovaskulären Ereignisse vermieden werden /24/. Neben der Bedeutung als eigenständiger Risikofaktor mit zusätzlichem Prognosewert ist Homocystein ein sensitiver diagnostischer Parameter für Mangelzustände von Folat, Vitamin B12 und Vitamin B6 /25/. Zudem eignet sich die Bestimmung von Homocystein für die Dokumentation des Therapieerfolgs nach Supplementation mit Vitamin. Zusätzlich zu ihren Funktionen als Kofaktoren für die am Stoffwechsel von Homocystein beteiligten Enzyme, haben die Vitamine B12, B6 und Folsäure wichtige und unabhängige Eigenschaften. Mängel an Folsäure und Vitamin B6 sind eigenständige Risikofaktoren für Herz-Kreislauferkrankungen.

Erniedrigtes 5-Methyl-THF

Eine niedrige Folatkonzentration, eine Mutation im Gen der 5,10-Methylentetrahydrofolatreduktase (MTHFR) oder ein niedriges Vitamin B12 können zu einer gestörten Synthese von 5-Methyl-THF führen, mit der Folge einer gestörten Remethylierung von Homocystein zu Methionin /26/. Als Kompensation wird versucht, Homocystein verstärkt durch die Transsulfurierung zu katabolisieren. Der verstärkte Anfall an Homocystein kann jedoch nicht durch die Transsulfurierung abgebaut werden, da die niedrige SAM Konzentration nicht ausreicht, um den katabolen Stoffwechselweg zu aktivieren. Der Anstieg von Homocystein wird zusätzlich durch die niedrige Konzentration an 5-Methyl-THF unterstützt, die Demethylierung von SAM nicht inhibiert und so zur weiteren Absenkung von SAM beiträgt.

Erhöhtes 5-Methyl-THF

Ein Mangel an Vitamin B12 und Methioninsynthase inhibiert die Remethylierung von Homocystein zu Methionin /27/. Die dadurch bedingte höhere Konzentration an 5-Methyl-THF inhibiert die Demethylierung von SAM und erhöhte Konzentrationen von SAM aktivieren die CBS. Die Hyperhomocysteinämie bei einem Vitamin Mangel an B12 zeigt sich deshalb etwas weniger ausgeprägt als bei einem Folatmangel, da der Homocystein-Katabolismus bei einem Vitamin B12-Mangel aktiver ist als bei einem Folatmangel.

Chronische Niereninsuffizienz

Die vorzeitigen atherosklerotischen Gefäßerkrankungen bei Nierenpatienten werden teilweise mit der hohen Prävalenz an Hyperhomocysteinämien erklärt. Die medianen Konzentrationen von Homocystein liegen bei Patienten mit Hämo- und Peritonealdialyse um 30 μmol/l /28/. Auch Nierentransplantierte haben häufig ein moderat erhöhtes Homocystein (Median: 20 μmol/l). Als Hauptursache für die hohe Prävalenz an Hyperhomocysteinämien bei Nierenpatienten (etwa 70 % bei Transplantierten und etwa 90 % bei Patienten mit Hämodialyse) wird die gestörte Remethylierung von Homocystein zu Methionin diskutiert, die durch Supplementation mit Vitamin nur teilweise reversibel ist /29/. Neben der renalen Funktionsstörung haben die Nierenpatienten auch einen erheblichen Mangel an B-Vitaminen (B12, B6, Folat) /28/.

Mäßig gestörte Transsulfurierung

Bei einem Mangel an Vitamin B6 oder beim Vorliegen eines heterozygoten Defekts im Gen der cBS ist die Transsulfurierung nur mäßig gestört /26/. Die verbleibende Aktivität der Transsulfurierung verhindert zusammen mit der ungestörten Remethylierung eine Hyperhomocysteinämie, solange die Homocystein Belastung niedrig ist. Jedoch nach Nahrungsaufnahme oder nach einem Methionin-Belastungstest zeigt sich bei einem bestehenden Vitamin B6-Mangel eine ausgeprägte Hyperhomocysteinämie. Der Methionin-Belastungstest wird deshalb primär zur Erfassung von Personen mit einer gestörten Transsulfurierung eingesetzt, die ein normales oder grenzwertiges Homocystein im Nüchternzustand aufweisen.

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13.3 Vitamin B12, Holotranscobalamin

Wolfgang Herrmann, Rima Obeid

Vitamin B12, auch als Cobalamin bezeichnet, ist Kofaktor der Enzyme Methionin-Synthase und der L-Methylmalonyl-CoA-Mutase. Die Grundstruktur von Cobalamin ist dargestellt in Abb. 13.3-1 – Grundstruktur der Cobalaminformen.

Die Methionin-Synthase katalysiert die Synthese von Methionin aus Homocystein und 5-Methyltetrahydrofolat.

Die L-Methylmalonyl-CoA-Mutase katalysiert die Bildung von Mehylmalonsäure aus Succhinyl-CoA.

Die hauptsächlichen Vitamin B12-Quellen für den Menschen sind die folgenden Nahrungsmittel: Leber, Fleisch, Fisch, Milch, Käse und Eier.

Vitamin B12 ist notwendig /1/:

  • Gemeinsam mit Folat zur Reifung erythropoetischer Zellen. Der Mangel an einem von beiden Vitaminen verursacht eine Dissynchronie in der Reifung von Zytoplasma und Nukleus und führt zur megaloblastären Anämie.
  • Für die Entwicklung und initiale Myelinisierung des zentralen Nervensystems. Ein Mangel an Vitamin B12 führt zur Demyelinisierung kranialer und peripherer Nerven und der weißen Substanz des Gehirns.

Vitamin B12 liegt im Serum gebunden an das Transportprotein Haptocorrin zu etwa 80 % vor und ist metabolisch in dieser Form inaktiv. Der restliche Anteil ist an Transcobalamin II gebunden und biologisch aktiv (Holotranscobalamin II).

13.3.1 Indikation

Die Risikopopulationen für Vitamin B12-Mangel mit den verschiedenen Ursachen sind aufgeführt in Tab. 13.3-1 – Risikopopulationen mit Prävalenz an Vitamin B12-Mangel.

13.3.2 Bestimmungsmethode

Außer dem totalen Vitamin B12 kann auch die Bestimmung von Holotranscobalamin (HoloTC) zur Bestimmung des Vitamin B12 Status wichtg sein.

13.3.2.1 Totales Vitamin B12

Chemilumineszenz-Immunoassay

Kompetitiver Immunoassay mit direkter Chemilumineszenz-Detektion. Vitamin B12 wird aus seiner endogenen Bindung an Protein durch Reduktion im alkalischen Milieu freigesetzt. Das freie Vitamin B12 in der Probe konkurriert mit einer definierten Menge an markiertem Vitamin B12, z.B. mit Acridiniumester markiert, um die Bindungsstellen einer begrenzten Menge an reinem Intrinsic Faktor (IF). Der IF ist an paramagnetische Partikel als feste Phase gebunden. Nach magnetischer Separation wird die Chemilumineszenz-Reaktion ausgelöst. Zwischen der Menge an Vitamin B12 in der Probe und den gemessenen relativen Lichteinheiten besteht ein umgekehrt proportionales Verhältnis.

Festphasen-Radioimmunoassay

Es werden Reaktionsgefäße eingesetzt, die mit Antiserum gegen Vitamin B12/Rinderserumalbumin beschichtet sind. Als radioaktiver Tracer dient ein radioaktiv markierter Tyrosinmethylester von Vitamin B12 (B12-TME-125I). In dem kompetitiven Assay konkurrieren Cyano-Cbl und B12-TME-125J um die Antikörperbindungsstellen an der Gefäßwand. Die nach Auswaschen der Reaktionsgefäße gemessene Radioaktivität ist umgekehrt proportional zur Vitamin B12-Menge in der Probe /2/.

Kompetitiver Radioligandenassay

Endogenes Vitamin B12 wird von den Bindungsproteinen des Serums extrahiert und dann mit einer definierten Menge Isotopen markiertem Vitamin B12 und Vitamin B12 bindendem Protein, z.B. Intrinsic factor, versetzt. Anschließend erfolgt die Abtrennung der freien von der Protein gebundenen Vitamin B12 Fraktion. Die Radioaktivität in der freien Fraktion ist umgekehrt proportional der Vitamin B12 Konzentration in der Probe.

13.3.2.2 Holotranscobalamin (HoloTC)

Enzymimmunoassay

Die Methode funktioniert nach dem Prinzip des Mikropartikel verstärkten Enzymimmunoassay (MEIA) und wird mittels Analyzer gemessen. Der Test nutzt Mikropartikel, die mit monoklonalen Anti-HoloTC-Antikörpern beschichtet sind /4/. Bei Anwesenheit von Antigen des HoloTC in der Probe bindet das Antigen an die beschichteten Mikropartikel und bildet einen Antigen-Antikörper Komplex auf den Mikropartikeln. Alkalisches Phosphatase (AP) Konjugat wird zugegeben, nach einem Waschschritt wird das Substrat 4-Methylumbelliferyl-Phosphat der Matrixzelle zugefügt. Das mit AP markierte Konjugat katalysiert die Abspaltung einer Phosphatgruppe vom Substrat. Es entsteht das fluoreszierende Produkt 4-Methylumbelliferon, das von der optischen Assembly des MEIA gemessen wird. Das Signal ist direkt proportional der Konzentration von HoloTC in der Probe /5/.

Bei einem anderen Verfahren werden mit Vitamin B12 beschichtete Magnetpartikel verwendet, um das im Plasma vorhandene Apotranscobalamin zu präzipitieren. Das im Überstand verbleibende HoloTC wird mittels ELISA gemessen. Der ELISA verwendet immobilisiertes anti-Human Transcobalamin (vom Kaninchen), das im Plasma vorhandenes HoloTC fängt und mit einem biotinylierten Antikörper über eine mit Meerrettich-Peroxidase-Avidin vermittelte Farbreaktion detektiert. Die Farbreaktion ist direkt proportional zur -Konzentration von HoloTC im Plasma /6/.

Radioimmunoassay

HoloTC wird durch einen auf Magnetpartikeln fixierten monoklonalen Anti-Transcobalamin-II-Antikörper gebunden und anschließend durch magnetische Separation von der in der flüssigen Phase verbliebenen ungebundenen Fraktion abgetrennt. Cobalamin wird aus dem magnetisch separierten HoloTC durch Reduktion und Extraktion freigesetzt, eine definierte Menge 57Co-Tracer zugesetzt und markiertes wie nicht-markiertes Cobalamin konkurriert um eine Bindungsstelle am immobilisierten Intrisic factor. Nach Auswaschen der ungebundenen Anteile wird die Radioaktivität gemessen. Diese ist umgekehrt proportional der HoloTC-Konzentration in der Probe /7/.

13.3.2.3 Methylmalonsäure (MMA)

Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS)

Die Proben werden mit deuteriertem internen Standard versetzt und über Säulenchromatographie mit einem Anionenaustauscher-Harz erfolgt die Festphasenextraktion zur Probenreinigung. Anschließend wird MMA mit N-Methyl-N-(t-Butyldimethylsilyl)-Trifluoroacetamid derivatisiert, die Derivate mittels Kapillargaschromatographie aufgetrennt und mit Hilfe eines Massendetektors unter Verwendung des Ionenmodus (SIM) identifiziert und quantifiziert /89/. Neben MMA gilt auch Homocystein als Marker von B12. Jedoch ist MMA spezifischer, da die Konzentration von Homocystein bei B12- und Folatmangel ansteigt.

13.3.2.4 Vitamin B12-Resorptionstest (Schilling Test)

Prinzip: Die Ausscheidung von oral verabreichtem, radioaktiv markiertem Vitamin B12 wird vermittels der Ausscheidung im Urin untersucht /10/.

Vorbereitung: Absetzen einer eventuellen Vitamin B12-Supplementation mindestens 2 Tage vor dem Test. Sind dem Patienten bis zu wenigen Tagen vor dem Test radioaktive Substanzen verabreicht worden, ist vor der Einnahme der Kapsel mit 57Co-Vitamin B12 ein 24 h Urin zu sammeln und auf Radioaktivität zu prüfen.

Testablauf: Dem nüchternen Patienten wird nach Entleerung der Blase eine 57Co- bzw. 58Co-Vitamin B12-Kapsel mit einer Aktivität von etwa 20 kBq verabreicht. 2 h später erfolgt die intramuskuläre Injektion von 1 mg Vitamin B12. Der Urin wird über 24 h gesammelt und das Volumen erfasst. Die im Urin ausgeschiedene Gesamtaktivität wird zur oral verabreichten Dosis in Beziehung gesetzt.

Bewertung: Bewertet wird die prozentuale Ausscheidung von markiertem Vitamin B12, bezogen auf die verabreichte Dosis. Der Schilling-Test dient der Ursachenabklärung eines Vitamin B12-Mangels. Bei verminderter Ausscheidung von Aktivität kann zur Differenzierung zwischen Störung der Resorption und Mangel an Intrinsic factor ein erweiterter Test angeschlossen werden. Dem Patienten werden gleichzeitig mit der 57Co-Vitamin B12-Kapsel noch 35 mg Intrinsic factor Konzentrat verabreicht.

13.3.2.5 Desoxyuridin-Suppressions Test

Der Desoxyuridin-Suppressions Test liefert den objektiven Nachweis für eine gestörte DNA Synthese bei Patienten mit Megaloblastie und kann zur Unterscheidung zwischen Mangel an Vitamin B12- und Folat angewendet werden. Der Test untersucht die Fähigkeit der Leukozyten und der Knochenmarkszellen 3[H]-Thymidin in ihre DNA einzubauen, jeweils vor und nach Zugabe des entsprechenden Kofaktors (Vitamin B12 oder Folat). Die Inkorporationsrate wird mit Kontrollzellen verglichen. Normoblastische Knochenmarkzellen inkorporieren weniger als 10 % und megaloblastische mehr als 10 % der Kontrollen /11/.

13.3.3 Untersuchungsmaterial

Vitamin B12, HoloTC, MMA, Homocystein:

  • Bei Bestimmung einzelner Parameter jeweils 1 ml Serum oder Plasma.
  • Bei gemeinsamer Bestimmung von HoloTC, MMA und Homocystein 2 ml Serum oder Plasma.

Schilling-Test: 24 h Sammelurin ohne Zusatz komplett zum Labor bringen.

Desoxyuridin-Suppressions-Test: Leukozyten oder Knochenmarkzellen.

13.3.4 Referenzbereich

Siehe:

13.3.5 Bewertung

Labordiagnostik des Vitamin B12-Mangels:

  • Die Bestimmung von Vitamin B12 im Serum ist der erste Schritt. Nachteilig sind falsch positive und falsch negative Ergebnisse (bis zu 50 %), wenn der Referenzbereich des jeweiligen Tests zur Bewertung dient.
  • Beim klinischen Verdacht auf Mangel an Vitamin B12 und im Referenzbereich liegenden Werten sowie zur Frühdiagnostik des Mangels wird die kombinierte Untersuchung von Holotranscobalamin II, Methylmalonsäure und Homocystein empfohlen.

Siehe auch Abb. 13.3-2 – Algorithmus zur Diagnose des Mangels an Vitamin B12.

13.3.5.1 Wertigkeit der Parameter zur Diagnostik eines Vitamin B12-Mangels

Die Bestimmung des Gesamt-Vitamin B12 wird als Parameter der ersten Wahl eingesetzt, hat aber eine limitierte diagnostische Spezifität und Sensitivität, vor allem bei Personen mit Vitamin B12 Konzentrationen unter 400 pmol/l /1213/. Bei einem Gesamt-Vitamin B12 im unteren Referenzbereich zwischen 156–400 pmol/l kann ein Vitamin B12-Mangel nicht ausgeschlossen werden /514/. Es wurde gezeigt, dass Zeichen eines klinischen Vitamin B12-Mangels bei Personen mit Vitamin B12 im Referenzbereich (über 156 pmol/l) auftreten /1617/ und dass Personen mit normalen Vitamin B12 bereits erhöhte MMA-Konzentrationen (über 300 nmol/l) und erniedrigte HoloTC-Werte als Ausdruck eines intrazellulären, metabolisch manifesten (funktionellen) Mangels an Vitamin B12aufweisen können /1318/. Umgekehrt sind auch normale MMA-Werte bei erniedrigten Vitamin B12-als falsch positiver Befund möglich.

Eine isoliert erniedrigte -Konzentration von HoloTC im Serum gilt als frühester Marker eines Mangels an Vitamin B12 und ist ein Hinweis, dass der Körper über nicht ausreichend verwertbares Vitamin B12 verfügt und sich die Vitamin B12-Speicher bereits leeren /13/. Das erniedrigte HoloTC zeigt somit bereits eine negative B12-Bilanz an. In diesem Stadium werden klinische oder hämatologische Manifestationen noch nicht beobachtet. Beim metabolisch manifesten Vitamin B12 Mangel [erniedrigtes HoloTC, erhöhtes MMA (und Homocystein)] können bereits klinische Manifestationen vorliegen, aber auch noch fehlen. Die diagnostische Verwendung von HoloTC erlaubt therapeutische Schritte, noch bevor irreversible neurologische Schädigungen auftreten.

HoloTC als metabolisch aktive Fraktion von Vitamin B12 korreliert gut mit MMA. Vitamin B12 hingegen korreliert mit HoloTC im Referenzbereich gut, aber im niedrigen Konzentrationsbereich schlecht /13/. Zur Erfassung eines Vitamin B12-Mangels sind deshalb HoloTC und MMA besser geeignet als das Gesamt-Vitamin B12 /51419/.

13.3.5.2 Stadien und frühzeitige Erfassung des Vitamin B12-Mangels

Die Entwicklung des Mangels an Vitamin B12 durchläuft verschiedene Stadien /20/. Dem Stadium der Entleerung der Speicher im Plasma und in den Zellen (negative Vitamin B12-Balance) folgt der funktionelle Vitamin B12-Mangel, wo aufgrund eines manifesten Vitamin B12-Mangels metabolische Störungen auftreten, die durch erhöhtes Homocystein und/oder MMA angezeigt werden.

Speicherentleerung

Das Stadium der Speicherentleerung wird nur durch HoloTC erfasst. HoloTC ist in diesem Stadium erniedrigt.

Funktioneller B12-Mangel

Auf Grund der entleerten Speicher ist die Zelle nicht mehr in der Lage, den Vitamin B12 abhängigen Stoffwechsel zu kompensieren. Neben einer Erniedrigung von HoloTC und Holohaptocorrin sind die metabolischen Parameter Homocystein und MMA pathologisch erhöht, wobei MMA ein sensitiver, jedoch nicht vollständig spezifischer Marker eines funktionellen Mangels an Vitamin B12 ist /12/. Homocystein wird zusätzlich bei Folat- oder Vitamin B6-Mangel erhöht gefunden.

Klinisch manifester B12-Mangel

Das Stadium der klinischen Manifestation ist charakterisiert durch eine makrozytäre Anämie mit erhöhtem MCV, erniedrigter Hämoglobinkonzentration (MCHC) und Übersegmentierung der Neutrophilen. Trotz längerem Bestehen eines funktionellen Vitamin B12 Mangels entwickelt sich nicht zwangsläufig ein klinisches Bild mit abnormaler hämatologischer Manifestation. Ebenso können durch Vitamin den Mangel an B12 neurologische Schädigungen verursacht werden, ohne Vorliegen der klassischen hämatologischen Veränderungen /20/. Die vor allem durch Vitamin B12-Mangel verursachten metabolischen Störungen, wie Hyperhomocysteinämie und Hypomethylierung, gelten aber als wichtige Faktoren bei der Entwicklung neurodegenerativer Erkrankungen /21/. Da neurologische Schädigungen irreversibel sind, erscheint eine frühzeitige Diagnose eines Vitamin B12 Mangels wichtig; zumal durch eine entsprechende Supplementation mit Vitamin die Beseitigung der metabolischen Störungen leicht möglich ist.

Eine Frühdiagnostik ist mit HoloTC, MMA und Homocystein möglich. Es gibt allerdings keinen Einzelparameter, mit dem eine zuverlässige Diagnostik eines Vitamin B12-Mangels erreicht wird. Mehr Sicherheit und Aussage bietet die kombinierte Anwendung der Parameter HoloTC, MMA und Homocystein.

In einer Studie an Erwachsenen (250 Männer und Frauen) mit Vitamin B12 ≤ 221 pmol/l im Serum wurde parallel HoloTC bestimmt /4/. 68 % der Probanden im niedrigen Normalbereich von Vitamin B12 (139–221 pmol/l) hatten bereits ein HoloTC ≤ 40 pmol/l. Von der Gruppe mit pathologisch erniedrigtem Gesamt-Vitamin B12 hatten nur 40 % auch ein HoloTC ≤ 40 pmol/l. In dieser Studie wurde für HoloTC (cut off 40 pmol/l) eine diagnostische Sensitivität von 86 % und eine Spezifität von 66 % berichtet.

Wird bei normaler Vitamin Konzentration an Vitamin B12 ein erniedrigtes HoloTC gemessen, kann eine homozygote Einzelpunktmutation c.855T>A in Exon 6 des Gens TCN2 vorliegen, korrespondierend zu einer Substitution von Lysin durch Asparagin in Position 267 des Proteins /22/.

13.3.5.3 Ursachen des Vitamin B12-Mangels

Als Koenzym ist Vitamin B12 an Stoffwechselvorgängen beteiligt, die bei der Blutbildung, der Entwicklung des Nervensystems sowie an der Regeneration der Schleimhäute eine Rolle spielen. Es besteht eine direkte Verbindung zum Folatmetabolismus, da Methylcobalamin die Übertragung der Methylgruppe von 5-Methyltetrahydrofolat auf Homocystein zur Synthese von Methionin katalysiert. Ein Vitamin B12-Mangel ist, außer bei Vegetariern, weniger häufig Ernährungs bedingt; meist entsteht er durch Resorptionsstörungen im Darm oder mangelnde Bildung des Intrisic factor. Die klassische Vitamin B12-Mangelerscheinung ist die perniziöse Anämie, die sich in den Anfängen durch Müdigkeit, Herzklopfen, Hautblässe oder auch eine Gelbsucht bemerkbar macht.

Die Prävalenz eines subklinischen funktionellen Vitamin B12-Mangels in der Bevölkerung ist bei Verwendung sensitiverer und spezifischerer Marker, wie MMA oder HoloTC, höher als bislang angenommen /2223/. In der Bevölkerung liegt die Prävalenz von des Mangels von Vitamin B12 bei jüngeren Personen bei 5 bis 7 % /2324/. Ein funktioneller B12-Mangel [erhöhtes MMA und erniedrigtes HoloTC (Vitamin B12)] ist im Alter weit verbreitet und wurde bei älteren, gesunden Personen über 65 Jahre mit einer Prävalenz von 10–30 % diagnostiziert /222326/.

Von Senioren wurde berichtet, dass, obwohl die empfohlene tägliche Aufnahme von Vitamin B12 (> 2,4 μg/Tag) meist erreicht wurde, eine hohe Prävalenz an leicht abnormalem Vitamin B12-Status vorlag (erhöhtes MMA und Homocystein), die nicht diätetischen Ursachen (wie z.B. Malabsorption) zugeordnet wurde /27/. Bei älteren Patienten aus Straßburg mit Vitamin B12-Mangel wurde gezeigt, dass 53 % eine Nahrungs bedingte Vitamin B12-Malabsorption aufwiesen, 33 % hatten eine perniziöse Anämie, in nur 2 % lag ein diätetisch bedingter B12-Mangel vor und in 11 % war die Ätiologie des B12-Mangels ungeklärt /28/. Zu erwähnen ist, dass aufgrund der niedrigen Recommended dietary allowance für Vitamin B12 bei älteren Menschen die diätetische Insuffizienz zu niedrig bestimmt ist.

Kinder einer Mutter mit Mangel an Vitamin B12 können mit einem Mangel geboren werden oder sie können den Mangel in den ersten 4–6 Monaten erwerben, wenn sie ausschließlich mit Brustmilch ernährt werden. Typische Symptome des Vitamin B12-Mangels sind Defizite der Hirnentwicklung, des Wachstums, der generellen Entwicklung, Hypotonie, Lethargie, Tremor, Übererregbarkeit und Anämie. Bildgebende Verfahren des Gehirns zeigen eine verminderte Myelinisierung und Atrophie. Die Substitution von Vitamin B12 führt zu einer raschen Besserung /1/. Jedoch je länger der Vitaminmangel besteht, umso wahrscheinlicher sind permanente Störungen.

Bei Vegetariern ist die Prävalenz an abnormalem Vitamin B12, MMA oder HoloTC von der Dauer wie auch von der Strenge der vegetarischen Diät abhängig /1332/. In einer Untersuchung an Lacto- und Lactoovo-Vegetariern wiesen 63 % der Probanden erhöhtes MMA (über 271 nmol/l), 73 % einen HoloTC-Wert ≤ 35 pmol/l und 33 % Homocystein über 12 μmol/l auf. Bei Veganern fand sich in 86 % erhöhtes MMA, in 90 % erniedrigtes HoloTC und Hyperhomocysteinämie in 55 % /13/.

13.3.5.4 Differentialdiagnostik eines Vitamin B12-Mangels

Zur Abklärung der Ursachen eines labordiagnostisch und klinisch bestätigten Vitamin B12-Mangels, können folgende weiterführende Laboruntersuchungen angeschlossen werden.

  • Antikörper gegen Parietalzellen: Diese haben bei perniziöser Anämie bei Bestimmung mittels ELISA eine diagnostische Sensitivität von 80 % bei einer Spezifität von 50 %, die mit dem Alter abnimmt.
  • Antikörper gegen den Intrisic factor(IF): Sie besitzen bei perniziöser Anämie eine diagnostische Sensitivität von 40 % bei einer Spezifität von 90 %.
  • Gastrin Bestimmung: Bei negativen Parietal- und IF-Antikörper-Ergebnissen hilft die Gastrin Bestimmung oft weiter. Hohe Konzentrationen sind Zeichen einer Achlorhydrie bei einer perniziösen Anämie.
  • Vitamin B12-Resorptionstest: Der Test ist hilfreich zur Erkennung und Differenzierung von Störungen der B12-Resorption. Einer, nach oraler Verabreichung von radioaktivem Vitamin B12, verminderten Vitamin B12-Ausscheidung im Harn liegt meist ein IF-Mangel zu Grunde, der durch autoimmune Zerstörung der Parietalzellfunktion bei perniziöser Anämie bedingt ist. Normalisiert sich der Test bei gleichzeitiger Gabe von IF und radioaktivem Vitamin B12, dann ist der IF-Mangel bestätigt. Ist der Test nach wie vor pathologisch, kann eine Testwiederholung nach Behandlung mit Antibiotika oder Vermiziden, beispielsweise zur Beseitigung von bakteriellen Überwucherungen des Darms oder Fischbandwurmbefall, vorgenommen werden. Ist der Test dann weiterhin pathologisch, liegt eine Erkrankung des terminalen Illeums vor, z.B. M. Crohn.

Mit Vitamin B12-Mangel assoziierte Erkrankungen und Defekte sind aufgeführt in Tab. 13.3-4 – Mit Vitamin B12-Mangel assoziierte Erkrankungen und Defekte.

13.3.6 Hinweise und Störungen

Probenmaterial

Serum, kann bei 2–8 °C im Dunkeln 1 Tag gelagert werden (längere Lagerung bei –20 °C). Hämolytische Proben beeinflussen das Testergebnis und sollten nicht verwendet werden, lipämische Proben sind vor dem Test bei 13.000 × g zu zentrifugieren.

Referenzbereich

Die Referenzbereiche für die verschiedenen Assays sind unterschiedlich, weshalb auf die für den jeweiligen Test und Hersteller angegebenen Referenzbereiche geachtet werden sollte. Ein Bezug der Immunoassay Werte auf die in der Literatur publizierten Referenzbereiche für den Radioliganden-Assay ist nur begrenzt möglich. Die in Tab. 13.3-2 und Tab. 13.3-3 angegebenen Referenzbereiche für Erwachsene beziehen sich auf den Chemilumineszenz-Immunoassay, die für Kinder auf den Radioimmunoassay.

Der Referenzbereich der mikrobiologischen Methode ist different von den in Tab. 13.3-2 mitgeteilten Werten [Erwachsene 25–500 ng/l (18,4–500 pmol/l), Immundiagnostik] /2/.

Diagnostische Effizienz von Vitamin B12, HoloTC, MMA

Die diagnostische Sensitivität und Spezifität der Bestimmung von Vitamin B12 ist nicht befriedigend. Vor allem im unteren Konzentrationsbereich ist die diagnostische Aussagekraft niedrig /1335/. So zeigten etwa 25 % der Patienten mit erniedrigtem Vitamin B12 unter 148 pmol/l (200 ng/l) klinisch keine Zeichen eines Mangels an Vitamin B12 /36/. Bei Verwendung von MMA als Marker eines funktionellen B12-Mangels haben 90–95 % der Patienten mit erhöhter MMA auch ein erniedrigtes Vitamin B12 /34/.

In Untersuchungen an Vegetariern war die diagnostische Effizienz einen Vitamin B12-Mangel zu entdecken bei Anwendung der MMA-Bestimmung etwa 40 % höher als bei Anwendung des konventionellen Vitamin B12-Tests /13/. Demgegenüber fand sich beim diagnostischen Vergleich von MMA mit HoloTC eine hohe Übereinstimmung.

Bei Untersuchungen an Serumproben mit fraglichem Vitamin B12 Mangel ergab sich bei Proben mit normalen Creatinin für HoloTC (cut-off ≤ 35 pmol/l), verglichen mit Gesamt-Vitamin B12 (cut-off ≤ 156 pmol/l), bei Testung auf erhöhtes MMA (≥ 300 nmol/l) eine signifikant größere Fläche unter der ROC-Kurve (Receiver operating characteristic), 0,71 vs. 0,60 /14/. Die diagnostische Sensitivität und Spezifität lagen somit für HoloTC höher als für Gesamt-Vitamin B12. In Untersuchungen an jüngeren, gesunden Personen [Medianes Alter 34 (21–68) Jahre] ließen sich in 1 % erniedrigte Werte von Vitamin B12 nachweisen, dagegen war HoloTC in 11 % erniedrigt und MMA in 5 % erhöht /12/. Die Prävalenz eines funktionellen Vitamin B12 Mangels war somit signifikant höher als die Frequenz erniedrigter Vitamin B12-Konzentrationen.

Mit dem Alter ist eine deutliche Zunahme des Vitamin B12 Mangels zu verzeichnen /22/. An älteren Personen [Medianes Alter 82 (69–92) Jahre] wurden erniedrigte Vitamin B12-Konzentrationen in 7 %, aber HoloTC-Konzentrationen in 21 % und hohe MMA-Werte in 42 % der Probanden gemessen /25/. Neben den Senioren sind vor allem Vegetarier und Patienten mit Nierenerkrankungen von einer hohen Prävalenz an Vitamin B12Mangel betroffen /13/.

Bei Einnahme von Protonenpumpen-Hemmern kann sich ebenfalls ein B12-Mangel entwickeln /13/.

Bei Untersuchung von gastrektomierten Patienten hatten 25 % ein HoloTC unter 42 pmol/l, aber nur 7,8 % hatten ein Gesamt-Vitamin B12 unter 139 pmol/l /15/. Weiterhin zeigte sich, dass von diesen Patienten mit Borderline Gesamt-Vitamin B12 (139–295 pmol/l) bereits 44 % ein erniedrigtes HoloTC (unter 42 pmol/l) aufwiesen /15/.

Limitationen bei Nierenpatienten

Diskrepante Befunde zwischen dem metabolischen Marker MMA und HoloTC und Vitamin B12 treten vor allem bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung auf. Hier werden deutlich erhöhte MMA Werte bei normalen bis erhöhten Konzentrationen von HoloTC oder Vitamin B12 gefunden /2530/. Ähnliche Konstellationen werden aber auch bei älteren Menschen mit eingeschränkter Nierenfunktion beobachtet. Erhöhte Werte an zirkulierendem Vitamin B12 sind in diesem Fall notwendig, um den intrazellulären Bedarf an Vitamin B12 zu decken /2530/. Die Referenzbereiche für HoloTC und Vitamin B12 gelten somit nicht für Nierenpatienten. Die Verwendbarkeit von MMA als metabolischer Marker eines Vitamin B12-Mangels ist bei Nierenpatienten auch nur eingeschränkt möglich. Bei Nierenpatienten nimmt die MMA Konzentration mit steigender, zirkulierender Konzentration von Vitamin B12 ab, bis ein Vitamin B12-resistentes Niveau erreicht wird. Ab diesem Niveau bringt eine weitere Erhöhung an Vitamin B12 im Plasma keine weitere Absenkung der MMA Konzentration /3038/. Umgekehrt gibt es aber auch MMA Erhöhungen, die andere Ursachen haben, wie z.B. eine bakterielle Übersiedlung des Darmes.

13.3.7 Pathophysiologie

Unter dem Begriff Vitamin B12 (Cobalamin, Cbl) werden porphyrinähnliche Verbindungen zusammengefasst, die aus vier reduzierten Pyrrolringen mit einem zentralen Kobaltatom bestehen (Abb. 13.3-1 – Grundstruktur der Cobalamine). Der Corrinring verfügt über einen α-axialen und einen β-axialen Liganden am Kobaltatom. Eine Vitaminfunktion haben beim Menschen nur Cobalamine, bei denen der α-axiale Ligand aus einer 5,6-Dimethylbenzimidazol-Kette besteht /37/. In der medizinischen Literatur werden unter dem Begriff Vitamin B12 alle Cobalamine zusammengefasst, die eine biologische Wirkung beim Menschen haben.

Corrinoide werden allgemein als primitive Koenzyme eingeordnet. Die Substitution am β-Liganden des Kobaltatoms durch Cyanid führt zum Cyanocobalamin (CNCbl), durch OH¯ zum Hydroxo-Cbl, durch CH3 zum Methy-Cbl oder durch 5-Desoxyadenosyl zum 5’-Desoxyadenosy-Cbl (Abb. 13.3-1). Die Endsubstanzen der natürlichen Biosynthese sind 5’-Desoxyadenosyl-Cbl und Methyl-Cbl, während Vitamin B12 per Definition CNCbl ist (die industriell hergestellte Form). Beim Menschen sind nur zwei Enzyme durch Vitamin B12 katalysiert, die Methioninsynthase, die Methyl-Cbl als Kofaktor benötigt, und die L-Methylmalonyl-CoA-Mutase, die Adenosyl-Cbl als Kofaktor erfordert. Die Methioninsynthase katalysiert die Remethylierung von Homocystein zu Methionin, während die L-Methylmalonyl-CoA-Mutase die Isomerisierung von Methylmalonyl-CoA zu Succinyl-CoA katalysiert.

Für den Transport und die zelluläre Aufnahme von Vitamin B12 sind verschiedene Proteine erforderlich: Intrisic factor (IF), Transcobalamin (TC), Haptocorrin (auch als R-Binderprotein bezeichnet) sowie die Membrangebundenen IF- und TC-Rezeptoren (Abb. 13.3-4 – Transport und zelluläre Aufnahme von Vitamin B12).

Vitamin B12 wird im Magen aus Nahrungsprotein durch die Wirkung von Magensäure freigesetzt und hauptsächlich an Haptocorrin gebunden. Im oberen Dünndarmabschnitt wird durch die Wirkung von Pankreasenzymen und einem alkalischen pH der Haptocorrin-Cobalamin Komplex abgebaut und Vitamin B12 an ein anderes Protein, den IF, gebunden. Im unteren Ileumabschnitt wird der Cbl-IF-Komplex über einen speziellen Rezeptor auf der Membranoberfläche der Enterozyten zellulär aufgenommen. Die Absorption von Vitamin B12 über diesen Rezeptor ist limitiert, unter 3 μg pro Mahlzeit. Ungefähr 1 % des Vitamin B12 der Nahrung wird Rezeptor unabhängig über passive Diffusion aufgenommen.

Holotranscobalamin

In den Enterozyten wird der Cbl-IF-Komplex abgebaut und Vitamin B12 auf ein drittes Protein, das TC, übertragen. Der Komplex wird als HoloTC bezeichnet. Dieser Komplex gelangt über die portale Zirkulation in die Blutbahn und kann über den auf allen Zellen vorhandenen TC-Rezeptor zellulär internalisiert werden. Nach der Internalisierung wird HoloTC lysosomal hydrolysiert und Cobalamin freigesetzt, das dann intrazellulär in Form von Methyl-Cbl oder Adenosyl-Cbl die entsprechenden Enzyme katalytisch aktiviert. Cbl als Cbl3+ wird ins Cytosol freigesetzt und dort zu Cbl2+ reduziert. Cbl2+ wird an die Apomethioninsynthase gebunden und aktiviert deren enzymatische Aktivität.

HoloTC ist metabolisch aktives Vitamin B12 mit einer relativ kurzen biologischen Halbwertszeit von etwa 1–2 h. Nur 10–30 % des im Plasma zirkulierenden Vitamin B12 ist an TC gebunden (Abb. 13.3-5 – Zelluläre Aufnahme und biologische Aktivität von Vitamin B12).

80–90 % des Vitamin B12 im Plasma ist an Haptocorrin gebunden, das auch als TC I bezeichnet wird und eine biologische Halbwertszeit von 9–10 Tagen besitzt. Diese metabolisch wenig aktive Fraktion trägt nicht zur Versorgung peripherer Zellen mit Vitamin B12 bei, sondern ihre Funktion wird im Rücktransport von peripher überschüssigem Vitamin B12 zur Leber gesehen. TC III, ein Rezeptor-Binder-Protein der Granulozyten, ist eine kleine Fraktion und in seiner metabolischen Funktion wie TC I einzuordnen.

Darüber hinaus spielt in der Diagnostik MMA als sensitiver Marker eines intrazellulären, funktionellen Vitamin B12-Mangels eine herausragende Rolle /3540/. Bei einem intrazellulären Mangel an Vitamin B12 kommt es einerseits auf Grund der Störung der Methioninsynthase-Reaktion zum Anstieg des Homocysteins und andererseits auf Grund der Störung der L-Methylmalonyl-CoA-Mutase-katalysierten Reaktion zum Anstieg von MMA (Abb. 13.3-6 – Cobalamin-abhängige biologische Reaktionen im Cytosol und den Mitochondrien und bei Cobalaminmangel). Während Homocystein auch bei Folat- und Vitamin B6-Mangel ansteigt, wird MMA als spezifischerer und sensitiver Marker eines funktionellen Vitamin B12 Mangels angesehen /40/.

Klinische Auswirkungen des Vitamin Mangels an B12

Vitamin B12 ist wichtig für die Synthese von DNA, die Bildung und Erhaltung der Myelinscheiden, die Synthese von Neurotransmittern und die Erythropoese. Der klinische Vitamin B12 Mangel hat prinzipiell zwei Manifestationen, die megaloblastäre Anämie und neuropsychiatrische Erkrankungen. Personen mit einem gesicherten Vitamin B12-Mangel weisen bei Diagnosestellung in 30–75 % der Fälle neuropsychiatrische Symptome auf. Diese können auftreten bevor die Vitamin B12-Konzentration das untere Referenzlimit unterschreitet. Die makrozytäre Anämie gilt als später Indikator eines Vitamin B12-Mangels.

Im Körper bestehen erhebliche Vitamin B12-Speicher, weshalb eine Unterversorgung klinisch erst nach Jahren evident wird. Generell entwickelt sich der Vitamin B12-Mangel über verschiedene Stadien. Die Hyperhomocysteinämie bei Vitamin B12-Mangel ist, neben ihrer Bedeutung als Risikofaktor für kardiovaskuläre wie neurodegenerative Erkrankungen, auch ein Zeichen für Vitaminmangel und für Hypomethylierung, z.B. von DNA, RNA, Myelin, Phospholipid oder Neurotransmittern. Die Hypomethylierung wird durch die verminderte Bereitstellung von S-Adenosylmethionin (SAM) bedingt (basierend auf der durch den Vitamin B12-Mangel bedingten Inhibition der Methioninsynthase und der daraus resultierenden verminderten Bildung von Methionin), das für alle Methyltransferasen als Methylgruppendonator dient. Beispielsweise kann die Hypomethylierung des basischen Myelinproteins an Position 107 (Arginin) zur Destabilisierung des Proteins und hierdurch zur Entwicklung von Neuropathien führen. Die funikuläre Spinalerkrankung ist eine häufige neurologische Folgeerkrankung des Mangels an Cobalamin. Die psychiatrischen wie neurologischen Erkrankungen, wie z.B. kognitive Störungen, Depression, Demenz, können Monate bis Jahre den hämatologischen Anomalien vorausgehen bzw. solche werden gar nicht beobachtet.

Trotzdem gehören morphologische Veränderungen an Blut- und Knochenmarkszellen zu den wichtigen Symptomen bei einem Vitamin B12-Mangel. Auf Grund ihrer hohen Zellumsatzrate reagiert die Hämatopoese schnell und sensibel auf den blockierten Nukleinsäurestoffwechsel. Die megaloblastäre Anämie durch Vitamin B12-Mangel entwickelt sich auf dem Boden einer gestörten DNA-Synthese und einer dadurch bedingten Kernreifungsstörung, während die Entwicklung des Cytoplasmas normal verläuft. In der Peripherie sind morphologisch mehr oder weniger stark veränderte Zellen nachweisbar (MCV über 110 fl, MCH über 40 pg). Studien haben auch gezeigt, dass ein Mangel an Vitamin B12 (erniedrigtes Gesamt-Vitamin B12 bzw. HoloTC) bei älteren Menschen mit einer signifikanten Atrophie des Gehirns assoziiert ist /42/. Supplementation mit B-Vitaminen bei älteren Menschen mit milder kognitiver Störung über zwei Jahre hat die Hirnatrophie deutlich verlangsamt, wobei eine stärkere Hirnatrophie mit einer schlechteren kognitiven Leistung assoziiert war /43, 44/.

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13.4 Folat (Vitamin B9)

Wolfgang Herrmann, Susanne H. Kirsch, Rima Obeid

Folat ist die generelle Bezeichung für das wasserlösliche Vitamin B9, das natürlicherweise in der Nahrung gefunden wird, z.B. in grünen Blättern, Hülsenfrüchten, Eigelb, Leber und einigen Zitrusfrüchten. Vitamin B9 ist essentiell für das normale Wachstum von Zellen und die Zellteilung /1/. Die Bioverfügbarkeit von natürlich vorkommenden Folaten ist geringer als die von Folsäure, ein sythetisches Produkt, das als Supplement und in angereicherten Nahrungsmitteln verwendet wird. Der Begriff Folat umfasst in dieser Veröffentlichung die Folsäure, natürliche Folate in den Nahrungsmitteln und Folatderivate (Abb. 13.4-1 – Struktur der Folatderivate).

13.4.1 Indikation

Serum- oder Erythrozytenfolat sollten bestimmt werden bei:

  • Anämie und besonders megaloblastärer Anämie.
  • Senioren.
  • Folat-Malabsorption
  • Entzündlichen Darmerkrankungen.
  • Chronischem Alkoholismus.
  • Chronischer Lebererkrankung.
  • Schwangerschaftskomplikation.
  • Geplanter Schwangerschaft zur Vermeidung eines Neuralrohrdefekts.
  • Vorherigen Schwangerschaftskomplikationen (Präeklampsie oder HELLP-Syndrom).
  • Atherosklerotischer Gefäßerkrankung.
  • Demenz, Depression und kognitiven Störungen.
  • Hyperhomocysteinämie.

13.4.2 Bestimmungsmethode

Die kommerziell verfügbaren Ligandenassays erfassen die metabolisch aktiven Folate. Bestimmt wird Folat im Serum, bei speziellen Fragestellungen aber auch in den Erythrozyten. Die Bestimmung erfolgt vorwiegend mit Ligandenassays. Einige Tests erlauben die simultane Bestimmung von Folat und Vitamin B12. Für die quantitative Bestimmung einzelner Folatformen, wie 5-Methyl-THF in Serum und Erythrozyten, empfiehlt sich die Verwendung der Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS).

13.4.2.1 Folat in Vollblut und Erythrozyten

Zur Bestimmung von Folat im Vollblut wird 1 Teil EDTA-Blut mit 20 Teilen einer 1 %igen Ascorbinsäurelösung hämolysiert und im Hämolysat die Folatkonzentration gemessen. Der erhaltene Wert ist mit 21 zu multiplizieren und durch den Hämatokritwert zu dividieren. Zur Bestimmung des erythrozytären Folats wird die Folatkonzentration im Serum vom Vollblutfolat subtrahiert und auf den Hämatokritwert der Probe bezogen:

Vollblutfolat – Serumfolat × [(100 – Hämatokrit)/Hämatokrit]

Bei gleichzeitiger Vitamin B12-Bestimmung ist die Probe zuvor zu teilen, da Ascorbinsäure die Bestimmung von Vitamin B12-stört.

Kompetitiver Immunoassay

Prinzip: Die Patientenprobe wird mit einem Freisetzungs-Reagenz versetzt, z.B. DTT, um die Folate von ihren endogenen Bindungsproteinen abzutrennen. Die freien Folate der Probe konkurrieren dann mit zugesetzter, markierter Folsäure, z.B. mit Biotin oder Acridiniumester markiert, um eine begrenzte Menge an markiertem Folsäure-bindenden Protein, z.B. mit Ruthenium oder Biotin markiert. Das mit Folsäure/Folat beladene Folsäure-Bindungsprotein wird abgetrennt und der Messung zugeführt.

Flüssigkeitschromatographie-Elektrospray-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS)

Die LC-MS/MS Methoden ermöglichen es, Folsäure und reduzierte Folate in Mono- oder Polyglutamatform sowie Abbauprodukte des Folats, wie z.B. p-Aminobenzoesäure, aus geringen Mengen von Patientenmaterial zu bestimmen /2/. Die Ultra-Performance-Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (UPLC-MS/MS) Methode ermöglicht, simultan Folsäure, 5-Methyl-THF, 5-Formyl-THF, 5,10-Methenyl-THF und THF aus Serum oder Vollbluthämolysate zu quantifizieren /3/. Für die Vollblutfolatbestimmung wird 1 Teil EDTA-Blut zunächst mit 10 Teilen einer 10 g/l Ascorbinsäurelösung und 0,2 % Triton X-100 hämolysiert und zur Konversion der Polyglutamate in Monoglutamate mittels endogener Konjugasen im Blut inkubiert. Auch hier berechnet sich das Erythrozytenfolat nach der Formel:

Vollblutfolat – Serumfolat × [(100 – Hämatokrit)/Hämatokrit]

Serum- und Bluthämolysatproben werden mit kommerziell erhältlichen Isotopen-markierten (13C5) internen Standards versetzt und mittels Festphasenextraktion (OASIS MAX) aufbereitet. Zur besseren Quantifizierung der Folat Minorformen wird die Probe aufkonzentriert. Die Bestimmung der Konzentration erfolgt mit saurer mobiler Phase mittels Flüssigkeitschromatographie, gefolgt von der Detektion im Massenspektrometer mit positiver Elektrosprayionisierung im multiplen Reaktionsmodus. Die Probenvorbereitung ist schnell und die Analysezeit pro Probe beträgt 2,5 min.

13.4.3 Untersuchungsmaterial

  • Serum: 1 ml
  • EDTA-Blut zur Bestimmung von Folat in Vollbluthämolysaten: 2 ml

Für LC-MS/MS Methoden werden 250 μl Serum oder 200 μl EDTA-Blut benötigt.

13.4.4 Referenzbereich

Die Konzentrationen von Folat im Serum ist abhängig vom Ernährungsstatus. Die Übertragbarkeit von Referenzbereichen auf die eigenen Patientengruppen ist deshalb nur begrenzt möglich. Die in Tab. 13.4-1 –Referenzbereiche von Folat im Serum angegebenen Werte sind deshalb nur Richtwerte, die sowohl vom jeweiligen Test wie auch vom Folatstatus des Referenzkollektivs beeinflusst sind.

Die im Vergleich zu Europa unterschiedlichen Gewohnheiten der Ernährung in den USA (Anreicherung von Nahrungsmitteln mit Folsäure, die weit verbreitete Einnahme von Vitaminpräparaten) haben dazu geführt, dass für Europa und die USA unterschiedliche Referenzbereiche angegeben werden (Tab. 13.4-2 – -Referenzbereiche von Folat im Serum und Vollblut in den USA und Europa.

13.4.5 Bewertung

Die in Europa bestehende Unterversorgung mit Folat wird als Ursache der im Vergleich zu den USA deutlich niedrigeren unteren Referenzbereichsgrenze angesehen. Ein bereits bestehender Folatmangel im unteren Bereich der Folatkonzentration ist daher nicht auszuschließen. Dieser Tatsache Rechnung tragend, werden auch Einteilungen mit Angabe eines nicht eindeutig zuordenbaren Bereichs vorgeschlagen.

13.4.5.1 Folatmangel

Ein Folatmangel besteht, wenn die Konzentration vonFolat im Serum unter 3,5 μg/l und in den Erythrozyten unter 250 μg/l beträgt /5/. Die beobachteten Symptome beschränken sich aber hauptsächlich auf die Stadien des prälatenten und latenten Folatmangels, während die Diagnose einer klinisch manifestierten megaloblastären Anämie die Ausnahme bleibt (Tab. 13.4-3 – Stadien des Folatmangels/5/.

Die Bestimmung des erythrozytären Folats gibt Aufschluss über den langzeitigen Folatstatus /6/. Das intraerythrozytäre Folat ist weniger von kurzfristigen Nahrungseinflüssen abhängig, weshalb hier auch nicht-nüchterne Proben untersucht werden können. Jedoch ist die Analyse von erythrozytärem Folat mit einer größeren Messungenauigkeit behaftet.

Ein Folatdefizit führt zunächst zu einer verminderten Ausscheidung von Folat im Urin, gefolgt von der Abnahme im Serum und nach 3–4 Wochen kommt es zu einem Abfall der Konzentration an Folat in den Erythrozyten. Nach 10–12 Wochen ist eine Übersegmentierung der neutrophilen Granulozyten zu beobachten, Monate später folgen Thrombozytopenie, Leukopenie und schließlich makrozytäre Anämie.

Die durch Folatmangel hervorgerufene megaloblastäre Anämie ist im Blutbild nicht von einem Vitamin B12-Mangel zu unterscheiden. Deshalb ist bei Vorliegen eines Folatmangels diagnostisch abzuklären, ob auch ein Vitamin B12 Mangel vorliegt, um der Gefahr einer funikulären Myelose bei alleiniger Anwendung von Folsäure zu begegnen. Weitere Folgen eines Folatmangels sind: Schleimhautveränderungen der Mundhöhle, Durchfälle, Wachstumsstörung, herabgesetzte immunologische Reaktion, Störung der Fertilität, angeborene Missbildungen wie Neuralrohrdefekt sowie neurologische und psychiatrische Störungen.

Der Folatstatus sollte auf Grund seiner starken Abhängigkeit von der Qualität der Nahrung durch zwei im Abstand von mehreren Tagen erfolgende Messungen erhoben werden. Dabei ist ein Wert über 5,5 μg/l (12,5 nmol/l) mit hoher Wahrscheinlichkeit als ausreichende Versorgung mit Folat einzuordnen. Personen, die homozygot für den MTHFR C677T-Polymorphismus sind, haben einen höheren Folatbedarf. Ein normales Homocystein im Plasma wird gefunden, wenn das Folat im Serum über 15 nmol/l ist und ein adäquater Status von Vitamin B12 vorliegt.

Die Folatmenge des menschlichen Organismus liegt bei 12–28 mg, davon befindet sich etwa die Hälfte in der Leber. Etwa 10–90 μg Folat/Tag werden mit der Galle ausgeschieden und praktisch vollständig rückresorbiert. Bei entzündlichen Darmerkrankungen ist die Rückresorption eingeschränkt. Die Körperreserven an Folat sind gering (biologische HWZ ~100 Tage). Bei Entzug von Nahrungsfolat reichen die Reserven für etwa 3–4 Wochen, dann kommt es zum Abfall des Folats im Serum und nach weiteren 10–12 Wochen zur Übersegmentierung der neutrophilen Granulozyten. Wesentliche Ursachen des Folatmangels sind eine mangelnde Aufnahme mit der Nahrung und die medikamentöse Behandlung mit Antifolaten.

Der Folatmangel ist sehr häufig in Europa, begünstigt durch einen Mangel an frischem Obst und Gemüse. Gute Nahrungsquellen für Folate sind beispielsweise grünes Gemüse, Getreideprodukte, Obst, Hefe und Leber. Bis zu 90 % der Folate können bei der Verarbeitung von Getreideprodukten und anderen Lebensmitteln verloren gehen /7/. Weitere Verluste von Folat entstehen durch dessen Hitze-, Lagerungs- und Lichtempfindlichkeit.

Die Empfehlungen mehrerer Fachgesellschaften zur Aufnahme von fünf Portionen Obst und Gemüse am Tag (600–700 g) sind kaum realisierbar /8/. Die tägliche Folataufnahme mit der Nahrung liegt gegenwärtig in Mitteleuropa durchschnittlich zwischen 230 bis 280 μg (Abb. 13.4-2 – Folataufnahme in der Bevölkerung verschiedener europäischer Länder/9/, so dass ein großer Teil der Bevölkerung die erforderliche Menge nicht über die natürliche Ernährung erreicht /10/. Die empfohlene tägliche Aufnahme für Folat ist auf 400 μg (für Schwangere auf 600 μg) diätetische Folat-Äquivalente festgesetzt worden.

Aufgrund der Unterversorgung sind häufige funktionelle Störungen, wie Hyperhomocysteinämie, morphologische Zellveränderungen (Hypersegmentierung der neutrophilen Granulozyten), Geburtsdefekte (Neuralrohrdefekte), neurologische Symptome und Anämie zu erwarten. Bei einer mittleren täglichen Zufuhr von ca. 400 μg Folatäquivalenten würden alle Folat abhängigen Stoffwechselparameter optimiert und auch die Konzentration von Homocystein niedrig sein.

Die mittlere Konzentration von Homocystein erreicht ein Steady-State-Niveau von nahezu 11,0 μmol/l bei einer Folataufnahme von 400 μg/Tag /11/ oder einem Folatwert im Serum von etwa 14 nmol/l /12/.

Bei Erkrankungen kann sich ein Folatmangel durch eine ungenügende Aufnahme, Verluste, eine gestörte Resorption oder einen erhöhten Bedarf entwickeln. Risikogruppen und Erkrankungen mit Folsäuremangel sind aufgeführt in Tab. 13.4-4 – Mit Folatmangel assoziierte Risikogruppen und Erkrankungen.

13.4.6 Hinweise und Störungen

Probenmaterial

Für die Untersuchung wird Serum empfohlen. Da die Folat im Serum durch die letzte Nahrungsaufnahme stark beeinflusst wird, ist die Bestimmung im Serum aus Nüchternblut sinnvoll. Die Blutproben vor dem Zentrifugieren ausreichend gerinnen lassen. Bei Heparinplasma werden im Vergleich zu Serum höhere Messwerte gefunden. EDTA-Plasma hat sich als instabil erwiesen und wird nicht empfohlen. Zur Messung von unterschiedlicher Folate im Serum oder EDTA-Vollblut sollen die Proben schnellst möglich bei –80 °C gelagert werden. Wiederholtes Einfrieren und Auftauen der Proben ist zu vermeiden. Folate sind Temperatur empfindlich. Deshalb sollten Probenhandhabung und -lagerung nicht über längere Zeit bei Raumtemperatur erfolgen.

Referenzbereich

Die Referenzbereiche für Folate in Erythrozyten sind in Tab. 13.4-2 angegeben. Mit Hilfe der LC-MS/MS-Methodik wurde offensichtlich, dass sich in den Erythrozyten die Folate bei den verschiedenen 5,10-Methylentetrahydrofolatreduktase (MTHFR)-Genotypen unterscheiden. Bei Trägern des 677 TT-Polymorphismus kommt es, im Vergleich zu den 677 CC- und CT-Genotypen, zur Akkumulation von Nicht-Methyl-THF im Bereich von bis zu 43 % des Gehalts an Gesamtfolat/30/.Siehe Tab. 13.4-5 – Folatformen in Serum .

Analog zum Erythrozytenfolat sind Folatkonzentrationen und Folatformverteilung im Serum vom MTHFR-Genotyp abhängig, was die DNA-Methylierung beeinflussen kann (Tab. 13.4-6 – Folatformen in Serum nach MTHFR C677T Genotyp/3/. Diese Unterschiede in Serum- und Erythrozytenfolat werden nur bei niedrigem Folatstatus deutlich /30/.

Referenzbereiche für Folatformen mittels LC-MS/MS-Methoden sind noch nicht festgelegt, da es zu großen Unterschieden innerhalb der Messmethoden kommt. Einige Richtwerte für Serum- und Erythrozytenfolat sind dargestellt in Tab. 13.4-7 – Richtwerte für 5-MethylTHF in Serum/Plasma und Erythrozyten. in Serum und Plasma Die Folatformverteilung bei Frauen (Schwangere und Kontrollgruppe), Nabelschnurblut und bei älteren Personen zeigt Tab. 13.4-5.

Hämolyse

Hämolyse führt auf Grund der hohen Konzentration von Folat in den Erythrozyten zu falsch hohen Werten, weshalb hämolytisches Serum nicht zur Untersuchung geeignet ist.

Lichtexposition

Folsäure und reduzierte Folate sind lichtempfindlich. Die Lichteinwirkung über 24 h bei Raumtemperatur mindert die Folatkonzentration um 12 % bei Lagerung in einem Plastikröhrchen und um 19 %, wenn die Lagerung in einem Separatorröhrchen erfolgt /37/.

Stabilität

Bei 2–8 °C sollte die Probe nicht länger als 2 Tage gelagert werden. Tiefgefroren bei –20 °C sind die Serumproben 1 Monat haltbar, eine längere Lagerung ist bei –80 °C möglich. Während Folsäure relativ stabil ist, sind reduzierte Folate, besonders THF und Dihydrofolat, instabil. Sie unterliegen innerhalb kürzester Zeit Interkonversionen und Degradationen, die einerseits Enzym abhängig sind, andererseits von Sauerstoffpräsenz, Temperatur, Lichtexposition und vom pH-Wert beeinflusst werden. Besonders bei der Bestimmung der Verteilung von Folatformen im Serum und Erythrozyten ist immer zu berücksichtigen, dass es durch die Vorbereitung und Messung der Proben zu Veränderungen des Folatprofils kommen kann. Oft werden die Folatformen daher in die zwei Gruppen 5-Methyl-THF und Nicht-Methyl-THF eingeteilt.

13.4.7 Pathophysiologie

Folsäure, die synthetische Form des Vitamins, die in Vitaminsupplementen und fortifizierten Nahrungsmitteln gefunden wird, ist chemisch Pteroylmonoglutaminsäure, wobei die als Teilstruktur enthaltene Pteroinsäure aus Pteridin und p-Aminobenzoesäure besteht. Je nach Anzahl der Glutamylreste unterscheidet man Pteroylmonoglutamate, -triglutamate, -heptaglutamate bzw. -polyglutamate. Der Pteridinring kann in der oxidierten, dihydrierten und tetrahydrierten Form vorliegen.

Die natürlichen Folate unterscheiden sich durch:

  • Den Hydrierungsgrad des Pteridinringes.
  • Die Substitutionen am N-5 und N-10 des Pteridinringes; verschiedene C1-Einheiten, wie Methyl-, Formaldehyd- oder Formiatgruppen können gebunden sein.
  • Die Länge der Glutamylkette.

Die Muttersubstanz der Koenzyme des Folats ist 5,6,7,8-Tetrahydrofolat (THF), das als universeller C1-Akzeptor fungiert. Die wichtigsten Folatformen im Organismus sind 5-Methyl-THF, 5,10-Methylen-THF, 5,10-Methenyl-THF, 5-Formyl-THF, 10-Formyl-THF und THF. Nach Einnahme von über 200 μg/Tag an Folsäure kann nicht metabolisierte Folsäure im Blut nachgewiesen werden, wobei die Bedeutung der Präsenz von nicht metabolisierter Folsäure im Serum kontrovers ist /1/. Im Serum ist vorwiegend 5-Methyl-THF als Monoglutamat und intrazellulär als Polyglutamyl-THF mit oder ohne C1-Einheiten anzutreffen.

Aufnahme und Stoffwechsel

Folsäure ist die stabilste Form des Vitamins mit der höchsten Oxidationsstufe und wird in dieser Form nahezu quantitativ (über 90 %) resorbiert. Für den menschlichen Organismus ist nicht die nicht physiologische Folsäure ein essentielles Vitamin, sondern die mit der Nahrung aufgenommenen, metabolisch aktiven Folate. Folate kommen in allen Lebensmitteln pflanzlicher wie auch tierischer Herkunft vor. Reich an diesem Vitamin sind z.B. Leber, Gemüse (Salate, Spinat, Spargel, Tomaten, Gurken) oder Getreide. In der Nahrung sind vorwiegend Polyglutamylfolate enthalten, die zur Resorption durch eine γ-Glutamyl-Carboxypeptidase (EC 3.4.19.9) im Bürstensaum der Mukosazellen des Duodenum und oberen Jejunum zu Monoglutamat hydrolysiert werden. Die Resorption ist bei pH 6 am Besten. Der Transport durch die Mukosamembran geschieht vorwiegend aktiv, nur 20–30 % der Folate werden durch passive Diffusion aufgenommen. Über den portalen Kreislauf gelangen die Folate zur Leber, wo sie in die methylierte Form umgewandelt werden. Im Blut kommt hauptsächlich 5-Methyl-THF vor (daneben THF und 10-Formyl-THF), das an Albumin, α2-Makroglobulin und Transferrin gebunden transportiert wird.

Die Aufnahme von 5-Methyl-THF in die Erythrozyten erfolgt nach der Sättigungskinetik mittels eines Membran gebundenen Carriers. Ähnlich erfolgt auch die Passage durch die Blut-Hirn-Schranke, wobei die Konzentration von Folat im Liquor etwa gleichwertig /38/ bis 3 fach höher als im Serum ist (Tab. 13.4-8 – Folatkonzentrationen in Serum/Plasma und Liquor cerebrospinalis. In den Erythrozyten liegen die Folate als Polyglutamat meist mit 4–7 Glutamatresten vor, die eine hohe Affinität zu Desoxyhämoglobin aufweisen. Folat in den Erythrozyten ist etwa 20–40-fach höher als im Serum. Zur Retention wird intrazellulär 5-Methyl-THF in einer Vitamin B12 abhängigen Reaktion demethyliert und dann in Polyglutamat überführt.

Folate und C1-Metabolismus

Folsäure selbst ist biologisch nicht aktiv, sondern THF und seine Derivate. Sie sind die entscheidenden Koenzyme, die als Akzeptor und Überträger von Hydroxymethylgruppen (aktiviertes Formaldehyd) und Formylgruppen (aktivierte Ameisensäure) fungieren. Die C1-Reste entstammen verschiedenen metabolischen Prozessen, werden an THF gebunden und wieder an geeignete Akzeptoren für die Synthese von Substanzen abgegeben. THF-C1-Verbindungen liegen in verschiedenen Oxidationsstufen vor und können ineinander umgewandelt werden (Abb. 13.4-3 – Funktion der Folatformen in humanen Zellen) .

Methylierungsreaktionen spielen im Metabolismus eine herausragende Rolle, wobei hierfür die folgenden Donatoren bereitstehen: 5,10-Methylen-THF liefert die Methylgruppe für die Bildung von Thymidylat aus d-Uridylat bei der DNA-Synthese, 5-Methyl-THF liefert die Methylgruppen für die Methylierung von Homocystein zu Methionin. In der Leber kann Homocystein auch durch Betain methyliert werden. Die Methylgruppen des Betains werden vom S-Adenosylmethionin (SAM) und somit indirekt wiederum von 5-Methyl-THF bereitgestellt.

Alle anderen Methylierungsreaktionen gehen von SAM aus, dem universellen Methylgruppendonator für die verschiedensten Biosynthesen, z.B.:

  • Die Bildung von Phosphatidylcholin, Cholin, Carnitin, Acetylcholin, Adrenalin, Creatin, Thymin (Methyluracil);
  • Die Methylierung von Myelin, DNA, Rezeptoren und Neurotransmittern.

Ein Folatmangel ist bedingt durch:

  • Unterversorgung wegen mangelnder Zufuhr;
  • Eine verminderte Folatresorption im Intestinaltrakt;
  • Ein erhöhter Verbrauch;
  • Bei bestehendem Vitamin B12-Mangel (sekundärer Folatmangel).

Siehe auch (Tab. 13.4-9 – Ursachen des Folatmangels)

Störungen der Zellfunktion

Ein anhaltendes Folatdefizit führt über eine Entleerung der Folatspeicher im Serum und in den Erythrozyten zunächst zur Übersegmentierung der neutrophilen Granulozyten. Später folgen Thrombozytopenie, Leukopenie und nach Monaten schließlich makrozytäre Anämie. Die Störung der Erythropoese beruht auf einer beeinträchtigten Nukleinsäuresynthese, einer gestörten Zellreifung und in geringerem Ausmaß einer verminderten Hämoglobin-Synthese.

Bei der Synthese von DNA wird Desoxyuridinmonophosphat (dUMP) mittels Thymidylatsynthase zu Desoxythymidinmonophosphat (dTMP = Thymidylat) methyliert, wobei die Methylgruppe von 5,10-Methylen-THF bereitgestellt wird. DTMP wird sukzessiv in Thymidintriphosphat (dTTP) überführt und in die DNA eingebaut. Die aufgrund von Folatmangel verursachte Hemmung der Thymidylatsynthase bewirkt eine verminderte Bildung von dTMP. Der Mangel an dTMP hat einen vermehrten Einbau von Uracil in die DNA zur Folge, das durch Reparaturmechanismen (splicing) wieder entfernt wird (Abb. 13.4-4 – Effekte von Folatmangel und/oder Vitamin B12-Mangel auf die Erythropoese). Infolgedessen kann es zu Chromosomenbrüchen kommen. Die Hypomethylierung von DNA kann darüber hinaus zur Aktivierung von Tumorsupressorgenen führen /41/. Gewebe mit rasch proliferierenden Zellen (lymphatisches Gewebe, Bürstensaummembran des Darms und der Nirentubuli, Haarfollikel oder Tumorgewebe) benötigen ständig dTMP.

Das in der Krebstherapie verwendete 5-Fluordesoxyuridylat (FdUMP) bindet wie dUMP an die Thymidylatsynthase, wird aber im Gegensatz zu dUMP von dieser nicht mehr abgegeben und führt so zur irreversiblen Inhibition des Enzyms. Der Mangel an dTMP führt zum Untergang schnellwachsender Zellen.

Hämatopoetische Zellen mit Folat- oder Cobalaminmangel zeigen Veränderungen in der Morphologie, der Synthese von Protein und der Zellkinetik. Die Veränderungen sind stark in der letzten Teilungsstufe der Zellen und bei den nicht teilungsfähigen Zellen und betreffen besonders die Erythro- und Granulopoese. Als Folge der ineffektiven Erythropoese kommt es zum Absterben polychromatischer Megaloblasten.

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13.5 Vitamin B6

Wolfgang Herrmann, Rima Obeid

Vitamin B6 ist der Sammelbegriff für drei ähnliche, wasserlösliche Verbindungen, Pyridoxol/Pyridoxin, Pyridoxal (PL) und Pyridoxamin (Abb. 13.5-1 – B6-Vitamine und ihre korrespondierenden Phosphate). Alle drei Formen sind Vorläufer von Pyridoxal-5'-phosphat (PLP), das die aktivste Form von Vitamin B6 darstellt und als Kofaktor bei über 180 enzymatischen Reaktionen im menschlichen Organismus beteiligt ist. Der Mensch kann den Kofaktor Pyridoxalphosphat nicht selbst herstellen und ist deshalb auf die Zufuhr der Vorstufen mit der Nahrung angewiesen.

Vitamin B6 ist in der Natur weit verbreitet. Es kann von Mikroorganismen aber auch von höheren Pflanzen synthetisiert werden. Besonders reich an Vitamin B6 sind Fleisch, Leber, Kartoffeln, Getreide, Gemüse, bestimmte Fischarten (Makrele) oder Milchprodukte. Beim Braten und Kochen tierischer Produkte entstehen Verluste an Vitamin B6 von 30–40 %, während bei pflanzlichen Nahrungsmitteln die Verluste an Vitamin B6 durch Zubereitung wesentlich geringer sind. Die Bioverfügbarkeit des Vitamin B6 liegt bei 70–80 %.

13.5.1 Indikation

  • Abklärung von Mangelzuständen.
  • Bestandteil des individuellen Risikoprofils für Patienten mit degenerativen Herz-Kreislauf Erkrankungen und neurodegenerativen Erkrankungen.

Zielgruppen sind angegeben in Tab. 13.5-1 – Indikationen für eine Vitamin B6-Bestimmung.

13.5.2 Bestimmungsmethode

High Performance Liquid Chromatography (HPLC)

Prinzip: Im ersten Schritt wird die Vorbereitung der Proben durchgeführt, die aus einem Fällungsschritt mit anschließender Derivatisierung der Proben besteht. Im Fällungsschritt werden höhermolekulare Substanzen abgetrennt. Durch Zentrifugation wird der Fällungsniederschlag sedimentiert und der Überstand gewonnen. Durch die Derivatisierung wird Vitamin B6 in ein fluoreszierendes Derivat umgewandelt (mittels Semicarbazid- oder Cyanid-Derivatisierung). Das Reagenz zur Derivatisierung wird gleichzeitig mit dem Fällungsreagenz oder danach zugegeben (je nach Methode) und für 20 min inkubiert. Nach Zentrifugation erfolgt das Einspritzen des Überstands in die HPLC. Die Auftrennung durch HPLC erfolgt auf einer Umkehrphasensäule mittels isokratischem Verfahren bei 25 °C. Die Aufnahme der Chromatogramme erfolgt mit einem Fluoreszenzdetektor.

Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS)

Mit den Methoden der LC-MS/MS ist die gleichzeitige, direkte und schnelle Messung der verschiedenen Formen von Vitamin B6 (Pyridoxal 5’-phosphat, Pyridoxal, Pyridoxin 4-Pyridoxinsäure, und Pyridoxamin) möglich /1/.

Prinzip: Plasma wird mittels Trichloressigsäure deproteiniert und mit internem Standard versetzt, der d2-Pyridoxal-5'-Phosphat, d3-Pyridoxal und d8-Riboflavin enthält. PL, PLP, Pyridoxin (PN), Pyridoxin 5'-phosphat, Pyridoxamin (PM), Pyridoxamin-5'-phosphat, 4-Pyridoxinsäure (PA), Riboflavin, Flavinmononucleotid (FMN) und FAD werden mittels einer C8 Umkehrphasensäule unter Anwendung eines Acetonitril-Gradienten in einem Essigsäure/Heptafluorobuttersäure-Puffer aufgetrennt. Die Analyte werden mittels LC-MS/MS im positiven Ionenmodus detektiert und quantifiziert.

Die Methode benötigt keine Derivatisierung der Analyte, erfordert ein geringes Probenvolumen, hat eine kurze Trennzeit (pro Lauf 8 min) und Präzision wie Richtigkeit der Methode sind akzeptabel /1/.

Enzymatischer Test

Die enzymatischen Methoden basieren auf Pyridoxal-5'-phosphat (PLP)-abhängigen Enzymen, wie der Apo-Tyrosin-Decarboxylase, der erythrozytären Aspartat-Aminotransferase oder der Apo-Homocystein-Lyase /8/. Die Produkte der enzymatischen Reaktionen werden dann entweder radioaktiv oder chromogen gemessen. Die Resultate der Tests liefern die Summe der PLP-Aktivität der Vitamere.

Testprinzip: Der PLP-Assay verwendet die apo Form des PLP abhängigen, rekombinanten Enzyms Homocystein-α,γ-Lyase (rHCYase). PLP wird, um apo-rHCYase zu gewinnen, vom Holoenzym rHCYase durch Inkubation mit Hydroxylamin entfernt. Die Wiederherstellung der enzymatischen Aktivität erfolgt durch Rekonstitution des Holoenzyms und diese korreliert linear mit dem am Enzym gebundenem PLP. Das Amplifikationsprinzip des Assays erlaubt mittels der Konversion (rekonstituierte holo-rHCYase), über die Umwandlung von millimolaren Konzentrationen von Homocystein zu H2S, Messungen von PLP Konzentrationen im nanomolaren Bereich. N,N-Dibutylphenylendiamin (DBPDA) wird in der Indikatorreaktion als Chromophor für die Quantifizierung des gebildeten H2S verwendet. Die enzymatische Methode korreliert gut mit den chromatographischen Methoden.

13.5.3 Untersuchungsmaterial

Serum oder EDTA-Plasma: 1 ml

13.5.4 Referenzbereich

Pyridoxal-5 Phosphat (PLP): Über 4,9 μg/l (20 nmol/l)

Methoden abhängige Referenzwerte des Vitamin B6-Status sind aufgezeigt in Tab. 13.5-2 – Methoden zur Bestimmung des Vitamin B6-Status und deren Referenzwerte.

Andere Autoren geben eine Konzentration an PLP über 30 nmol/l als normal an /3/.

13.5.5 Bewertung

Die Zeit des Turnovers des Pools von Vitamin B6 ist nicht genau bekannt. Es wird von zwei Pools berichtet, ein schneller mit einem Turnover von etwa 0,5 Tagen und ein langsamer mit einem Turnover von 25–33 Tagen. Das langsame Turnover Kompartiment wird als Speicher eingeordnet. Die Speicherfähigkeit von Vitamin B6 beträgt somit nur wenige Wochen. Nach Entleerung der Speicher kommt es zu Mangelerscheinungen mit den entsprechenden Symptomen wie Muskelschwund, Hautveränderungen, Störungen des Nervensystems oder Beeinträchtigungen der Proteinbiosynthese.

Die Bestimmung des Vitamin B6 im Serum gibt nur begrenzte Aussage zum funktionellen, intrazellulären Vitamin B6-Status. Für die Diagnose eines Mangels an Vitamin B6 stehen deshalb noch verschiedene andere Untersuchungsmethoden bzw. Parameter zur Verfügung, die auf Grund unterschiedlicher diagnostischer Spezifität und Sensitivität wie auch Praktikabilität mehr oder weniger in der Praxis verwendet werden.

Für die Diagnose eines Mangels an Vitamin B6 sind die nachfolgend angeführten Untersuchungsmethoden beschrieben:

  • Am Verbreitesten ist die Bestimmung von PLP wie auch von Pyridoxal (PL) im Plasma bzw. im Vollblut.
  • Ein weiterer Test ist die Messung der Ausscheidung von Xanthurensäure nach Tryptophanbelastung. Der Test beruht darauf, dass die am Abbau des Tryptophans beteiligten Vitamin B6 abhängigen Enzyme unterschiedlich rasch auf Vitamin B6 Mangel ansprechen, so dass die Ausscheidung von Xanthurensäure mit dem Urin als Marker für einen Mangel an Vitamin B6dienen kann.
  • Die Oxidation von PL durch Aldehydoxidase oder Aldehyddehydrogenase führt zur inaktiven 4-Pyridoxinsäure. Die Ausscheidung von 4-Pyridoxinsäure im Urin kann untersucht werden.
  • Die Bestimmung der Aktivität der erythrozytären Aspartataminotransferase (AST) mit und ohne PLP wird ebenfalls als Marker verwendet. Bei B6-Mangel ist die Aktivität reduziert und nach Inkubation mit PLP steigt der Aktivitätsquotient an.
  • Vitamin B6 ist unter anderem im Homocysteinmetabolismus Kofaktor von zwei Enzymen des Transsulfurierungsweges, der Cystathionin-β-Synthase und der γ-Cystathionase. Cystathionin und Homocystein sind deshalb funktionelle Marker eines intrazellulären Vitamin B6-Mangels, wobei Cystathionin sensitiver ist. Allerdings sind diese Marker nicht spezifisch für einen Vitamin B6-Mangel, sondern können auch bei Mangel an Folat, Vitamin B12 oder bei einer Störung der Nierenfunktion erhöht sein.

Der orale Methionin Belastungstest ist besonders sensitiv für die Aufdeckung von Vitamin B6 Mängeln, auch bei noch normalem Homocystein im Nüchternzustand. Bei Vitamin B6-Mangel wird der Transsulfurierungsweg im Katabolismus des Homocysteins nur mäßig gestört, so dass bei intakter Remethylierung die Konzentration von Homocystein häufig noch im Referenzbereich liegt. Jedoch im nicht-nüchternen Zustand oder nach Methionin Belastung findet beimMangel an Vitamin B6 eine deutliche Auslenkung der Konzentration von Homocystein statt.

13.5.5.1 Beurteilung des Vitamin B6-Status

Bei der Untersuchung der Metabolisierungsvorgänge und bei pharmakokinetischen Studien wird das Profil aller vorkommenden B6-Formen verfolgt. Es hat sich für die Ermittlung der Vitamin B6-Versorgungslage die Messung der PLP-Konzentration inklusive des Vorläufermoleküls PL etabliert. PLP und PL im Serum bzw. Plasma (und evtl. PL in den Erythrozyten) bilden die hauptsächlichen für die Gewebe verfügbaren B6-Vitamere. Da PLP und PL über die Phosphorylierung im Gleichgewicht zueinander stehen, äußert sich dessen Störung in einer Veränderung der Matrix typischen Verhältnisse der beiden Formen zueinander.

Die alleinige Verwendung von PLP als Indikator des Vitamin B6-Status ist nicht immer ausreichend und die zusätzliche Verwendung von PL empfehlenswert /4/. Beim Vergleich schwangerer Frauen mit nicht schwangeren Kontrollen war PLP bei den Schwangeren um 50 % vermindert, aber die Summe aus PLP und PL war nur gering niedriger /5/. Wenn die Konzentration von PLP und PL auf Albumin bezogen wurde, waren keine Differenzen zwischen beiden Gruppen festzustellen.

Die Ausscheidung von 4-Pyridoxinsäure wird als Kurzzeit-Indikator des Vitamin B6-Status betrachtet. Bei Studien zum Mangel von Vitamin B6 verlief die Abnahme von 4-Pyridoxinsäure im Urin parallel zur Abnahme von PLP im Plasma /6/. Die Gesamtausscheidung von Vitamin B6 (alle Formen) im Urin ist kein sensitiver Indikator für den Vitamin B6-Status.

Die Aktivität der Aminotransferasen in den Erythrozyten gilt als Langzeit Indikator des Vitamin B6 Status /7/. Die Aktivität wird dabei ohne und mit Zusatz von PLP untersucht. Die Zuverlässigkeit des Parameters für die Beschreibung des Vitamin B6-Status ist aber umstritten /8/.

13.5.5.2 Wechselwirkungen mit Medikamenten

Die Behandlung mit bestimmten Medikamenten kann den Vitamin B6 Status beeinflussen und zu einem erhöhten Bedarf an Vitamin B6 führen. In Tab. 13.5-3 – Wechselwirkungen zwischen Vitamin B6 und Medikamenten aufgeführt /9/. Ein gemeinsames Merkmal der Wechselwirkung mit Arzneimitteln ist der ungünstige Effekt auf die Funktion des zentralen Nervernsystems (ZNS). Außerdem reagieren viele der Pharmaka mit PLP durch Bildung einer Schiff’schen Base. Diese Reaktion kann zur Abnahme des Gewebegehalts an PLP führen, woraus z.B. im Gehirn eine funktionelle Störung resultieren kann. Bei den nachfolgend aufgeführten Pharmaka kann es zu Verminderungen der Konzentration von PLP kommen, weshalb bei deren Einnahme auf eine ausreichende Versorgung mit Vitamin B6 zu achten ist.

Folgende Medikamente führen zu Wechselwirkungen mit Vitamin B6:

  • Cycloserin (Seromycin, Behandlung von Tuberkulose), Isoniazid, (Behandlung von Tuberkulose), Penicillamin (rheumatoide Vaskulitis, Arthritis), Theophyllin (Antiasthmatikum), Hydralazin (Apresolin, Antihypertensivum). Supplementation mit Vitamin B6 führt in den meisten Fällen zur Beseitigung der unerwünschten Nebenwirkungen und kompensiert auch einen erhöhten Bedarf /1011/.
  • Orale Kontrazeptiva reagieren nicht direkt mit PLP, aber induzieren die Synthese von Enzymen, wovon einige PLP abhängig sind. Daraus resultiert eine erhöhte Bindung von PLP im Gewebe mit reduzierter Konzentration im Plasma /12/.
  • Östrogene beeinflussen vor allem Enzyme des Tryptophan-Niacin-Stoffwechselwegs. Bei Frauen unter antikonzeptiver Behandlung kann deshalb in einigen Fällen ein höherer Bedarf an Vitamin B6 bestehen. Eine Therapie mit Erythropoetin vermindert den Vitamin B6-Gehalt in den Erythrozyten, weshalb auch hier eine Supplementation erforderlich sein kann /13/.
  • Phenytoin (Antikonvulsivum) vermindert die Wirksamkeit einer Vitamin B6-Supplementation. Bei gleichzeitiger Antibiotikatherapie und Vitamin B6-Supplementation interferieren beide in der intestinalen Absorption. Beide Medikamente sollten daher zeitlich versetzt eingenommen werden.
  • Levodopa. Vitamin B6 reduziert einerseits die Wirksamkeit von Levodopa (Antiparkinsonikum) und vermindert andererseits Nebenwirkungen der Behandlung (Erbrechen, Übelkeit), weshalb die Höhe einer Vitamin B6-Supplementation die Nebenwirkungen mindern, aber die Wirksamkeit des Medikaments nicht beeinträchtigen sollte.
  • Chemotherapeutika. Bei einigen wie 5-Fluorouracil, Doxorubicin reduziert Vitamin die Supplementation von Vitamin B6 bestimmte Nebenwirkungen, ohne dabei aber die Wirksamkeit des Präparates zu beeinflussen.
  • Trizyklische Antidepressiva. Ihre Wirkung wird durch eine Vitamin B6-Supplementation ebenfalls verbessert.

13.5.5.3 Vitamin B6-Mangel

Ein Mangel an Vitamin B6 kann durch eine Vitamin B6 defiziente Diät, einen gestörten Vitamin B6 Metabolismus oder durch nicht voll funktionelle Vitamin B6 abhängige Enzyme entstehen, deren Aktivität durch hohe Mengen an Vitamin B6 zumindest teilweise wiederhergestellt werden kann. Ein deutlicher Vitamin B6 Mangel ist selten zu beobachten und tritt in der Regel als Folge anderer Erkrankungen auf. Die Manifestationen des Mangels können, wegen der großen Anzahl der Vitamin B6 abhängigen Reaktionen, sehr vielfältig sein. Auf Grund der Mitwirkung von PLP als Kofaktor in den verschiedensten enzymatischen Reaktionen ergibt sich seine Bedeutung für viele zelluläre Prozesse und Funktionen (Tab. 13.5-4 – Pyridoxalphosphat katalysierte Enzymreaktionen).

In Tab. 13.5-5 – Vitamin B6-abhängige zelluläre Prozesse sind durch PLP beeinflusste Prozesse sowie deren Funktion aufgezeigt. Ein Vitamin B6 Mangel hat einen negativen Einfluss auf die humorale und zelluläre Immunität. Bei älteren Frauen mit gestörter Immunantwort bewirkte eine Vitamin B6Behandlung (50 mg/d) über 2 Monate eine verbesserte Lymphozytenantwort /14/.

13.5.5.4 Klinische Symptome und Erkrankungen

Die häufigsten Symptome sind: Periphere Polyneuropathie, Erbrechen, Depressionen, erniedrigte kognitive Funktionen und mikrozytäre Anämie. In den meisten Fällen lässt sich nicht klar feststellen, ob die Ursache eines Vitamin B6 Mangels auf einer erhöhten katabolen Rate, einem erhöhten Bedarf, Fehlernährung oder gestörter Synthese von PLP basiert. Krankheiten und Zustände, die mit einem abnormalen Vitamin B6 Metabolismus einhergehen können, sind aufgelistet in Tab. 13.5-6 – Abnormaler Vitamin B6-Metabolismus, Erkrankungen und Zustände.

Zahlreiche Erkrankungen und pathologische Zustände sind mit einem abnormalen Metabolismus von Vitamin B6 verbunden, wobei als primäre Indikatoren die PLP-Konzentration oder der Tryptophan Metabolismus gelten. Bei alleiniger Verwendung von PLP ist allerdings nicht sicher, ob der Metabolismus wirklich verändert ist. Historisch wurde bei schwerem Vitamin B6 Mangel das Auftreten von Pellagra und Anämie berichtet. Milde Vitamin B6 Mängel sind mit dem prämenstruellen Syndrom /15/, dem Karpaltunnel Syndrom /16/ und psychiatrischen Erkrankungen /17/ assoziiert worden. Eine hochdosierte Supplementation mit Vitamin B6 (100–200 mg/Tag) hat bei Patienten mit Karpaltunnelsyndrom auch das Risiko, an Angina oder Herzinfarkt zu erkranken, gesenkt /18/. Jedoch keine der oben angeführten Assoziationen gilt als bewiesen.

PLP ist notwendig für die Umwandlung von Tryptophan zu Niacin /3/. Erkrankungen, bei denen ein veränderter Tryptophan Metabolismus gezeigt und Vitamin B6 supplementiert wurde, sind Asthma, Diabetes, bestimmte Tumore, Pellagra und rheumatoide Arthritis. Erkrankungen oder Zustände, wo eine erniedrigte PLP Konzentration berichtet wurde, sind Asthma, Diabetes, Nierenerkrankung, Alkoholismus, Herzerkrankung, Schwangerschaft und Karzinome.

Mit einem Mangel an Vitamin B6 assoziierten Erkrankungen sind aufgeführt in Tab. 13.5-7 – Mit Vitamin B6-Mangel assoziierte Erkrankungen.

Eine Vitamin B6 Supplementation ist bislang bei zahlreichen Erkrankungen oder pathologischen Zuständen angewandt worden. Bei gestörter Enzymfunktion werden hohe Dosen Pyridoxin verwendet (bis zu 750 mg/Tag), um die Enzymfunktion wiederherzustellen. Allerdings besteht die Gefahr, dass hohe Dosen von Vitamin B6 zu peripheren sensorischen Neuropathien und Nervendegeneration führen können /19/.

13.5.5.5 Empfohlene tägliche Aufnahme

Die empfohlene tägliche Aufnahme (Recommended Dietary Allowance, RDA) für Vitamin B6 liegt in den USA bei 1,3 bis 1,7 mg/Tag /20/ und in Europa bei 1,4 mg/Tag /21/. Die mittlere Aufnahme in den USA lag in den Jahren 2003 und 2004 bei 1,86 mg/Tag für Personen ohne Einnahme von Vitaminpräparaten und bei Personen mit zusätzlicher Vitaminsupplementation bei 1,92 mg/Tag (36 % der US-Bevölkerung nehmen Vitaminsupplemente) /38/. Dabei korrelierte die Konzentration des PLP im Plasma linear mit der Aufnahme von Vitamin B6. Die mittlere Plasmakonzentration von PLP für US-Männer ohne Vitaminsupplementation war 41 nmol/l und für Frauen 29 nmol/l.

Der Bedarf an Vitamin B6 hängt auch vom Proteinumsatz ab und steigt mit der Höhe der Proteinzufuhr, da auf Grund der Beteiligung des Pyridoxins am Stoffwechsel der Aminosäuren ein positiver Zusammenhang besteht /39/. Bei hoher Proteinzufuhr kommt es zur Induktion von Enzymen des Aminosäurestoffwechsels, die mehr PLP binden und dieses damit für andere Stoffwechselbereiche nicht mehr verfügbar ist.

13.5.6 Hinweise und Störungen

Bestimmungsmethode

Die verschiedenen Verfahren liefern vergleichbare Resultate. Die Vergleichbarkeit der Ergebnisse verschiedener Laboratorien ist aber unbefriedigend, was durch eine unzureichende Standardisierung bedingt ist /24/.

Als direkte Indizes des Vitamin B6 Status werden Verfahren bezeichnet, die ein oder mehrere B6-Vitamere oder den Metabolit 4-Pyridoxinsäure messen. Indirekte Verfahren sind Methoden, die Metabolite oder metabolische Wege erfassen, wobei PLP als Kofaktor essentiell ist, bzw. bei denen PLP-abhängige Enzymaktivitäten gemessen werden.

Referenzbereich

Der Referenzbereich für Vitamin B6 ist vom Ernährungsstatus und daher von der Auswahl des Kollektivs an Probanden abhängig. Der angegebene Referenzbereich für Vitamin B6 ist nur eine Orientierung und sollte durch eigene Daten untermauert werden.

Stabilität

Zur Bestimmung morgens Nüchternblut vor einer eventuellen Einnahme von Medikamenten entnehmen.

Da Vitamin B6 sehr licht- und temperaturempfindlich ist, sollte die Probe vor Licht geschützt, gekühlt und sofort zentrifugiert werden. Die Haltbarkeit der Probe beträgt bei 2–8 °C im Dunkeln 1 Woche. Bei –20 °C sind die Proben über Monate stabil. Die Bestimmung des Vitamin B6 aus Vollblut ist ebenfalls möglich. Jedoch gibt es hierfür derzeit keine allgemein gültigen Referenzwerte.

13.5.7 Pathophysiologie

Vitamin B6 ist der Sammelbegriff für drei ähnliche, wasserlösliche Verbindungen, Pyridoxol/Pyridoxin, Pyridoxal (PL) und Pyridoxamin (Abb. 13.5-1 – B6-Vitamine und ihre korrespondierenden Phosphate). Die jeweiligen 5'-Phosphorsäureester sind die biologisch aktiven Koenzyme. Chemisch handelt es sich um Derivate des 4,5-Bis(hydroxymethyl)-2-methylpyridin-3-ol. Sie unterscheiden sich durch unterschiedliche Substituenten in Position 4, die an der Koenzymfunktion beteiligt sind. Die drei Spezies können vom Stoffwechsel ineinander überführt werden und besitzen dieselbe biologische Aktivität. An der Interkonversion der verschiedenen Vitamere sind die folgenden Enzyme beteiligt: Pyridox(am)inphosphatase Oxidase (PNPO, EC 1.4.3.5), Pyridoxalkinase (PDXK, EC 2.7.1.35), Pyridoxalphosphatase (PDXP, EC 3.1.3.74) und andere Phosphatasen [alkalische Phosphatase (ALP, EC 3.1.3.1), saure Phosphatase (ACP, EC 3.1.3.2)]. Pyridoxal wird mittels Aldehydo-xidase 1 (AOX1, EC 1.2.3.1) zu 4-Pyridoxat umgewandelt. Alle drei Formen sind Vorläufer von Pyridoxal-5'-phosphat (PLP), das die aktivste Form von Vitamin B6 darstellt und als Kofaktor bei über 180 enzymatischen Reaktionen im menschlichen Organismus beteiligt ist. Der Mensch kann den Kofaktor Pyridoxalphosphat nicht selbst herstellen und ist deshalb auf die Zufuhr der Vorstufen mit der Nahrung angewiesen.

Metabolismus

Die Resorption von Vitamin B6 erfolgt überwiegend im oberen Jejunum und Ileum. Im Kolon gebildetes Vitamin B6 steht dem Organismus nicht zur Verfügung. Vor seiner Aufnahme durch die Mukosazellen des Darmes müssen die Vitamere, katalysiert durch die membrangebundene alkalische Phosphatase (AP), dephosphoryliert werden /41/. Pyridoxin, Pyridoxal (PL) und Pyridoxamin (PN) werden beim Menschen vergleichbar resorbiert. Die Resorption der phosphorylierten Verbindungen erfolgt langsamer (nach Hydrolyse durch die membrangebundene AP). Die Aufnahme der B6-Vitamere in die Mukosazellen ist ein passiver, nicht sättigbarer Vorgang. In der Mukosazelle des Darms erfolgt die Rephosphorylierung zum Pyridoxinphosphat (PLP) durch die Pyridoxalkinase und anschließend, vor der zellulären Ausschleusung an der serosalen Seite der Darmschleimhaut, erfolgt erneut eine Dephosphorylierung. Nach der enteralen Resorption geschieht in der Leber und anderen Organen die Phosphorylierung zu PLP und PNP. Im Plasma findet sich Vitamin B6 zu etwa 60 % als PLP, zu 15 % als PN und zu 14 % als PL. Die Derivate sind überwiegend an Albumin gebunden. Die Bindung von PLP an Albumin in der Zirkulation schützt vor Hydrolyse und erlaubt die Versorgung der anderen Gewebe mit PLP. Das Protein gebundene PLP (via Schiff’sche Base) bildet möglicherweise die zirkulierende Depotform von Vitamin B6, da es nicht membrangängig und deshalb der Zelle nicht direkt zugänglich ist. Zur Gewebeaufnahme durch einfache Diffusion wird PLP zu PL hydrolysiert und nach Gewebeaufnahme wird PL wieder in die aktive Koenzymform rephosphoryliert. In den Erythrozyten ist PLP hauptsächlich an Hämoglobin gebunden und seine Konzentration ist dort 4–5 fach höher als im Plasma /3/. Der Vitamin B6 Pool von Erwachsenen wird mit 40–50 mg beziffert, wobei sich der Großteil im Muskel, an Glykogenphosphorylase gebunden, befindet /42/.

Biochemie

Mehr als 180 enzymatische Reaktionen sind abhängig von PLP /43/. Bei der enzymatischen Reaktion ist PLP an das entsprechende Enzym kovalent über eine Schiff’sche Base gebunden (Abb. 13.5-2 – Schlüsselmechanismus der Transaminierungsreaktion zwischen Enzym-gebundenem Pyridoxal-5'-phosphat und einer Aminosäure).

PLP ist am Stoffwechsel von Aminosäuren und Glucose, dem Lipidmetabolismus, der Synthese von Neurotransmittern, Histamin, Hämoglobin, aber auch an der Funktion und Expression von Genen beteiligt. Die Leber ist der Hauptort des Vitamin Stoffwechsels von B6.

Die Typen der durch PLP katalysierten, enzymatischen Reaktionen sind zusammengefasst in Tab. 13.5-4 – Pyridoxalphosphat katalysierte Enzymreaktionen. Es lassen sich Reaktionen am α-, β- und γ-Kohlenstoffatom von Aminosäuren definieren. PLP ist auch Kofaktor bei Transaminierungen, Transulfurierungen, Deaminierungen, Decarboxylierungen, Razemisierungen und bei β- oder γ-Eliminierung bzw. Substitution /4243/. Im Metabolismus der Aminosäure ist PLP von der Synthese bis zum Abbau beteiligt:

  • Bei der Decarboxylierung von Aminosäuren entstehen Amine, die als Neurotransmitter oder Hormone fungieren, wie z.B. γ-Aminobutyrat, Histamin, Noradrenalin (und daraus Adrenalin) oder Serotonin.
  • Durch die Transaminierung von Aminosäuren entstehen Ketosäuren, die dann als metabolische Energieträger oxidiert werden.
  • Eine Vielzahl von Reaktionen betreffen die Seitenketten von Aminosäuren, wie z.B. die Kynureninase (EC 3.7.1.3), die Cystathionin-β-Synthase (EC 4.2.1.22) oder die γ-Cystathionase (EC 4.4.1.1).
  • Bei der Phospholipidsynthese wird über die Decarboxylierung von Phosphatidylserin Phosphatidylethanolamin gebildet.

Im Katabolismus von Homocystein spielt, neben Folat und Vitamin B12, das Vitamin B6 eine wichtige Rolle als Kofaktor. Das zelltoxische Homocystein steht am Schnittpunkt zweier Stoffwechselwege, der Remethylierung zu Methionin und der Transsulfurierung zu Cystein via Cystathionin. Letzterer Weg wird durch die Enzyme Cystathionin-β-Synthase und γ-Cystathionase katalysiert, die beide Vitamin B6 als Kofaktor benötigen. Eine Störung des Abbaus von Homocystein kann zu einer Hyperhomocysteinämie führen. Diese gilt als unabhängiger Risikofaktor für vaso- und neurodegenerative Erkrankungen. Der Zusammenhang zwischen Mangel an Vitamin B6 und postprandialer Erhöhung von Homocystein wurde häufig gezeigt /44/. An Personen, die nach einem Methionin Belastungstest eine pathologische Konzentration von Homocystein hatten, konnte gezeigt werden, dass durch Vitamin B6-Supplementation die Konzentration von Homocystein nach Methionin Belastung sich bei ca. 50 % der Probanden normalisiert hatte /45/.

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13.6 Betain und Cholin

Wolfgang Herrmann, Susanne H. Kirsch, Rima Obeid

Betain (N,N,N-Trimethylglycin)

Der Organismus deckt seinen Betainbedarf über die direkte Zufuhr mit der Nahrung und über die Oxidation von diätetisch zugeführtem Cholin. Getreide, besonders Weizen, Spinat, Mangold und rote Beete sind reich an Betain. Die tägliche Aufnahme von Betain beträgt 100–300 mg. Die Aufnahme differiert zwischen unterschiedlichen Populationen der Bevölkerung und hängt von der Nahrung wie auch der Zubereitung der Nahrungsmittel ab (Betain ist hitzestabil aber wasserlöslich). Betain hat physiologisch zwei Funktionen, zum einen fungiert es als Osmolyt und zum anderen als Lieferant von Methylgruppen für zahlreiche biochemische Reaktionen. Die Bioverfügbarkeit von Betain aus unterschiedlichen Nahrungsquellen differiert wenig, da Betain stark wasserlöslich und nicht Protein gebunden ist. Im Darm von Säugern gibt es für Betain mindestens drei Transportsysteme /1/.

Cholin

Cholin ist ein wasserlösliches Molekül, das häufig mit dem Vitamin B-Komplex vergesellschaftet ist. Cholin ist in der Nahrung die Hauptquelle für Methylgruppen und ist essentiell für die Aufrechterhaltung der normalen Zellfunktion, für die strukturelle Integrität wie auch für die Signalfunktion von Zellmembranen. Es beeinflusst direkt die cholinerge, neuronale Übertragung von Erregungen und wird für die normale Muskelfunktion wie den Lipidtransport aus der Leber benötigt /2/. In der Pränatalperiode ist Cholin für die fetale Hirnentwicklung wichtig.

Eine Cholin Mangeldiät verursacht Leberschäden und Cholinmangel erhöht die Konzentration von Homocystein im Blut, besonders nach einer Methioninbelastung /3/. Mangel an Cholin kann Entwicklungsstörungen, fetale Gehirnschäden, Fettleber oder Muskelschäden verursachen. Darüber hinaus bewirkt der Mangel an Cholin, Betain oder Folat eine Akkumulation von Homocystein und die Hyperhomocysteinämie ist ein akzeptierter Risikofaktor für verschiedene Erkrankungen /3/. Verminderte Konzentrationen von Betain im Plasma sind außerdem mit Stoffwechselstörungen von Lipiden, dem metabolischen Syndrom, der Niereninsuffizienz und dem Diabetes mellitus in Verbindung gebracht worden. Die Stoffwechsel von Cholin und Folat stehen in enger Wechselbeziehung. Der Homocystein senkende Effekt von Betain und Cholin lässt sich daraus erklären.

13.6.1 Indikation

Homocystinurie, deutliche Hyperhomocysteinämie, alkoholische wie nicht alkoholische Lebererkrankungen, Diabetes mellitus.

13.6.2 Bestimmungsmethode

Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (LC-MS/MS)

Die Bestimmung von Betain, Cholin [und Dimethylglycin (DMG)] im Plasma mittels (LC-MS/MS) weist die höchste Sensitivität und Zuverlässigkeit auf. Außer einer Proteinpräzipitation erfordert die Mwthode keinen weiteren Derivatisierungsschritt.

Die Stabile-Isotopenverdünnung Ultraperformance Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie (UPLC-MS/MS) Methode ermöglicht die simultane Messung von Betain, Cholin, DMG und Acetylcholin (ACh) mit einfacher Probenvorbereitung /4/. EDTA-Plasma kann dabei direkt analysiert werden.

High Performance Liquid Chromatography (HPLC) und Gaschromatographie-Massenspektrometrie (GC-MS)

HPLC-Methoden zur Messung von Betain sind weit verbreitet. Diesen Verfahren fehlt aber die für die Messung der Serum- oder Plasmakonzentration erforderliche Nachweisempfindlichkeit. Bei der Bestimmung mittels HPLC erfolgt zunächst die Derivatisierung von Betain durch Alkylierung der Carboxylgruppe, um dann die für UV-Absorption oder Fluoreszenz erforderliche funktionelle Gruppe zu binden. Häufig genutzte Derivatisierungsreagenzien sind 2'-Bromophenacylbromid, 2'-Bromophenacyltriflat, 2-Naphthacyltriflat /9/.

Enzymatische Methoden

Die enzymatischen Methoden der Bestimmung von Betain beruhen auf der durch Betain-Homocystein-Methyltransferase (BHMT, EC 2.1.1.5) katalysierten Reaktion /10/. Bestimmungen von Cholin basieren auf der spezifischen Oxidation von Cholin durch die Cholinoxidase (EC 1.1.3.17) /11/. Allerdings sind diese Methoden wenig empfindlich und zeitaufwendig.

13.6.3 Untersuchungsmaterial

EDTA Plasma oder Urin: 1 ml

13.6.4 Referenzbereich

Aufgeführt sind in Tab. 13.6-1 – Richtwerte für Betain, Cholin und DMG im EDTA-Plasma und Urin.

13.6.5 Bewertung

Betain und Cholin sind Metabolite im Stoffwechsel von Lipiden, Neurotransmittern und Aminosäuren. Sie sind wichtige Faktoren beim Abbau von Homocystein und an der Bildung von S-Adenosylmethionin (SAM), dem universellen Methylgruppendonor, beteiligt. Eine nicht ausreichende Versorgung kann zu schwerwiegenden Entwicklungsstörungen, Fettleber und Muskelschädigungen führen. Erkrankungen und Umweltfaktoren wie Rauchen und Stress haben einen Einfluss auf die Konzentration von Betain und Cholin in Plasma und Urin (Tab. 13.6-2 – Auswirkung von Erkrankungen und Lifestylefaktoren auf Betain- und Cholin in Plasma und Urin).

13.6.5.1 Klinische Bedeutung von Betain

Betain ist im Plasma bemerkenswert stabil über einen langen Zeitraum, selbst nach signifikanten Veränderungen der Gehalts in den Geweben. Die Werte in Plasma und Urin zeigen eine hohe individuelle Charakteristik. Auch konnte gezeigt werden, dass die Konzentration von Betain von dessen Einnahme abhängt (dosisabhängig). Geringe Veränderungen, wie sie bei einer normalen Diät auftreten, oder große Veränderungen, wie sie bei Supplementation gesehen werden, machen eine Interpretation oft schwierig. Aus diesem Grund ist die Bestimmung von Betain im Plasma oft nicht aussagekräftig. Die Ausscheidung von Betain im Urin, die im Verhältnis zur Ausscheidung von Creatinin gemessen wird, ist potentiell von größerer Bedeutung, da sie nur geringfügig von der Ernährung abhängig ist. Betain im Plasma und Urin scheinen nicht zu korrelieren. Betain im Urin korreliert nicht mit dem Alter /8/. Neugeborene haben eine sehr hohe Exkretion, die innerhalb kurzer Zeit abfällt und ein Plateau erreicht (Clearance von Betain bei etwa 1,5–3 %). Bei Erwachsenen scheint die Konzentration im Plasma etwa 1 % pro Jahr anzusteigen. Männer haben eine etwa 15 % höhere Konzentrationen von Betain als Frauen. Während der Schwangerschaft sinkt das Betain in der gleichen Größenordnung wie Homocystein und verwandte Metabolite und erreicht ein Plateau in der 20. Gestationswoche /12/.

Mit Betainmangel assoziierte Erkrankungen sind aufgeführt in Tab. 13.6-3 – Assoziation von Betainmangel mit Erkrankungen.

13.6.5.2 Klinische Bedeutung von Cholin

Cholin im Plasma wird über die Ernährung beeinflusst. Nach einer Mahlzeit ist die Konzentration von Cholin höher als im nüchternen Zustand (Abb. 13.6-1 – Betain und Cholinkonzentration in Serum und EDTA Plasma). Auch steigt die Cholin im Serum deutlich an, was wahrscheinlich mit einer Freisetzung aus Phospholipiden durch Serum-Cholinesterasen zusammenhängt (Abb. 13.6-2 – EDTA-Plasmakonzentrationen von Betain und Cholin nach Fasten). Diese werden durch das Zufügen von z.B. EDTA gehemmt. Cholin ist bei Männern höher als bei Frauen und höher bei älteren als bei jüngeren Frauen /7/. Erhöhtes Cholin (Vollblut und Plasma) werden als Risikomarker bei ischämischen Herzerkrankungen diskutiert, vor allem wenn kardiale Troponine bei Aufnahme des Patienten nicht nachweisbar sind /13/. Cholin sinkt bei körperlicher Aktivität. Bei Marathonläufen wurde in mehreren Studien signifikante Senkungen des freien Cholins im Plasma gefunden /14/.

Cholinmangel führt auf Grund des dadurch bedingten Mangels an Phosphatidylcholin (PC) und dem darüber beeinträchtigten Abtransport von in der Leber gebildeten Triglyceriden via VLDL, zur Ausbildung von Fettleber und zu Leberschäden /15/. Cholinmangel kann auch zu Muskelschädigungen mit einer erhöhten Creatinkinase führen /16/. Auch wird der Cholinmangel mit Schädigungen von DNA und dem Untergang peripherer Lymphozyten in Verbindung gebracht /17/. Der Mangel an Cholin verursacht eine Hyperhomocysteinämie und ein erhöhtes kardiovaskuläres Risiko. Außerdem führt der Mangel an Cholin in der Schwangerschaft zu einem erhöhten Risiko für Neuralrohrdefekte /12/. Cholinmangel in der Fetalperiode ist mit späteren LernBeeinträchtigung des Lernens oder Defiziten der Aufmerksamkeit assoziiert /18/. Bei Frauen mit einer niedrigen Cholinaufnahme wird ein erhöhtes Risiko für erhöhte Mortalität und für Brustkrebs berichtet /19/. Mit Cholinmangel assoziierte Erkrankungen sind aufgeführt in Tab. 13.6-4 – Assoziation von Cholinmangel mit Erkrankungen.

13.6.5.3 N,N-Dimethylglycin (DMG)

DMG ist ein potentieller Marker für einen abnormalen C1-Kreislauf (ausschließlich über BHMT gebildet). Verglichen mit Betain zeigt DMG hinsichtlich der Konzentration in Plasma und Urin eine geringere intraindividuelle Schwankung. Seine Konzentration steigt bei einem Folatmangel an, da die Methylierung des Homocysteins verstärkt mit Betain als Methyldonor abläuft. Nach einer Betaingabe steigt die Konzentrationen von DMG im Plasma und Urin geringfügig und vorübergehend an. Die Clearence erfolgt nur teilweise über den Urin. DMG wird hauptsächlich mitochondrial durch das Enzym Dimethylglycin-Dehydrogenase (DMGDH, EC 1.5.99.2) abgebaut. Da die Konzentration von DMG im Plasma teilweise durch die Einnahme von Betain beeinflusst wird, gilt die Ratio DMG/Betain im Vergleich zur Konzentration von DMG als aussagekräftiger. Es gibt keinen Beweis, dass die Ausscheidung von DMG im Urin zusätzliche klinischen Informationen liefert.

13.6.6 Hinweise und Störungen

Die natürlich vorkommenden Cholinesterasen müssen unmittelbar nach der Probengewinnung inhibiert werden. Geeignet sind Carbamate, EDTA (Ca++-Chelatbildner) oder Organophosphate. Die Cholinkonzentration im Serum ist signifikant höher als im Plasma (Abb. 13.6-1 – Betain- und Cholinkonzentrationen in Serum und EDTA-Plasma), wahrscheinlich aufgrund der durch Serum-Cholinesterasen andauernden Cholinfreisetzung aus Phospholipiden im Serum. Citratplasma weist die niedrigsten Konzentrationen von Cholin und Betain auf. EDTA-Plasma wird für die Bestimmung von Betain, Cholin und DMG als Untersuchungsmaterial empfohlen.

Die Konzentration von Betain, Cholin und DMG sind im tiefgefrorenen Plasma oder Urin (–70 °C) mindestens sechs Monate stabil. Auch wurden keine Änderungen der Konzentration an Betain, Cholin und DMG nach mehreren Gefrier-Auftauzyklen festgestellt.

Nüchternplasma

Die Konzentration von Betain im Plasma zeigt, anders als die von Cholin, keine Beeinflussung durch Einhaltung von Nüchternbedingungen. Die Cholin im Plasma ist unter Nicht-Nüchternbedingungen höher als im Nüchternplasma. Die Konzentrationen von Nüchtern- und Nicht-Nüchtern-Cholin korrelieren aber stark (Abb. 13.6-2 – EDTA-Plasmakonzentrationen von Betain und Cholin nach Fasten). Als Untersuchungsmaterial wird daher generell 12 h-Nüchternplasma empfohlen.

Bestimmungsmethode

Die Bestimmung von Betain ist aufgrund seiner Molekülstruktur mit Problemen behaftet. Durch seine hohe Wasserlöslichkeit kann Betain auch nur schwer aus wässrigen Lösungen extrahiert werden. Eine frühe Bestimmungsmethode nutzte die geringe Löslichkeit quaternärer Ammoniumtrijodide in Betain aus /30/.

Betain besitzt eine wenig reaktive quaternäre Aminogruppe und seine ebenfalls inaktive Carboxylgruppe kann, verglichen mit anderen Carboxylverbindungen, nur schwer derivatisiert werden. Betainderivate als quaternäre Ammoniumkationen können mittels Ionenaustauschchromatographie getrennt werden /9/. Bei der Derivatisierung werden häufig auch Betainmetabolite derivatisiert, z.B. DMG. Es können auch Derivate entstehen, die sowohl am Stickstoff wie an der Carboxylgruppe alkyliert sind, dadurch zwei Chromophore tragen, deshalb zu früh von der Silicagel-Säule eluiert werden und der zuverlässigen Quantifizierung entgehen /9/. Erst die modernen chromatographischen massenspektrometrischen Verfahren führten zu deutlichen methodischen Verbesserungen.

Referenzbereich

Bislang wurden keine allgemein gültigen Referenzbereiche für Betain, Cholin sowie DMG in Plasma oder Urin angegeben. Daten von Studien stammen entweder aus einer geringen Anzahl von Teilnehmern oder aus Untergruppen der Bevölkerung. Jedoch stimmen die Referenzbereiche dieser Studien im Allgemeinen überein. Generell gilt für Plasma und Serum:

  • Betain Konzentrationen sind tendenziell bei Männern höher als bei Frauen.
  • DMG Konzentrationen liegen unter 10 μmol/l.
  • Cholin Konzentrationen sind tendenziell höher unter Nicht-Nüchtern-Bedingungen.

Die Messung im 24 h Sammelurin trägt nicht zu weiteren klinischen Informationen bei, da die Exkretion stabil über den Tag ist. Im Spontanurin wird die Konzentration auf die Ausscheidung pro g Creatinin bezogen.

13.6.7 Pathophysiologie

Betain

Die physiologische Bedeutung des Betains für den Menschen besteht in zwei Funktionen. Zum einen fungiert Betain als Osmolyt. Hier unterstützt es die Volumenregulation der Zellen. Zum anderen spielt es eine wichtige Rolle als Methylgruppendonator für die Remethylierung von Homocystein zu Methionin mittels des Enzyms BHMT.

Der Betaingehalt in Geweben von Ratten (in nahezu allen Organen, besonders der renalen Medulla) ist höher als im Blutplasma /39/. Es gibt verschiedene Transporter, die osmotisch reguliert aber nicht spezifisch für Betain sind, wie der Betain-GABA Transporter (BGT-1) /40/ oder der Carnitinrezeptor OCTN2 /41/. Ähnlich wie die meisten Osmolyte wirkt Betain sowohl als kompensatorischer wie auch als gegen regulatorisches Solut /42/. Es erhöht die Stabilität von Proteinen, wobei es besonders wirksam dem denaturierenden Effekt von Harnstoff entgegenwirkt /43/.

Die zwei Funktionen von Betain (Osmolyt und Spender von Methylgruppen) stehen miteinander in Wechselbeziehung. BHMT wird osmotisch reguliert und reduziert bei hoher Tonizität seine Expression, so dass der Metabolismus von Betain und damit die Mobilisation von Methylgruppen bei hoher Osmolyt Konzentration abnimmt.

Der BHMT-Stoffwechselweg liefert etwa 50 % der Homocystein Methylierungskapazität der Leber und besitzt daher eine außerordentliche Bedeutung für die Aufrechterhaltung der Konzentrationen von Methionin und SAM. Beim Menschen wird BHMT in der Leber, Nierenrinde, den Linsen aber auch in anderen Zellen exprimiert. Säugetiere exprimieren ein anderes Genprodukt, das als BHMT2 bezeichnet wird. Diese Bezeichnung wurde gewählt, da ein Genprodukt identifiziert wurde, das in der Zusammensetzung der Aminosäure zu 73 % mit dem Protein BHMT identisch war und nicht Betain als Substrat verwendete. Anstelle dessen transferiert es Methylgruppen von SAM /44/.

Betain im Plasma und die Betainausscheidung mit dem Urin sind Determinanten des Homocysteins /12/. Die Rolle von Betain als Methylgruppendonator ist besonders wichtig, wenn die Folatversorgung begrenzt ist. Die BHMT-Genexpression und Aktivität kann gesteigert werden, wenn Betain und Cholin reichlich zur Verfügung stehen oder wenn ein diätetischer Methioninmangel besteht /45/. Das Demethylierungsprodukt von Betain, DMG, inhibiert BHMT.

DMG wird ausschließlich über den BHMT-Pathway gebildet und reflektiert daher die Methylierung von Homocystein über BHMT. Das mitochondriale Enzym DMGDH überträgt, via oxidativen Demethylierungsschritt, die Methylgruppe von DMG als eine Ein-Kohlenstoff-Einheit auf Tetrahydrofolat, wobei 5,10-Methylentetrahydrofolat und Sarcosin gebildet werden. Sarcosin kann wiederum zu Glycin demethyliert werden. Andererseits kann Sarcosin aus Glycin durch das Enzym Glycin-N-Methyltransferase (GNMT, EC 2.1.1.20) und SAM gebildet werden.

Cholin

Eier und Leber sind wichtige Nahrungsquellen für Cholin. Darüber hinaus kann auch Betain haltige Nahrung Cholin sparend wirken. Die mittlere tägliche Cholinaufnahme liegt bei Männern bei 8,4 mg/kg KG und bei Frauen bei 6,7 mg/kg /46/. Eine andere wichtige Cholinquelle bildet die endogene Synthese in der Leber mittels des Enzyms Phosphatidylethanolamin-N-Methyltransferase (PEMT, EC 2.1.1.17) (Abb. 13.1-2 – Homocystein-Metabolismus). PEMT benötigt 3 Moleküle SAM, um Phosphatidylethanolamin (PE) in PC umzuwandeln. PC wird entweder in Zellmembranen eingebaut oder abgebaut, um Cholin zu generieren /2/.

In der Nahrung enthaltenes Cholin (frei oder als Ester) wird durch Pankreasenzyme freigesetzt. Cholinester sind PC, Phosphocholin, Glycerophosphocholin und Sphingomyelin (SM) /2/. Cholin wird im kleinen Intestinum absorbiert, als freies Cholin in den portalen Kreislauf eingeschleust und hauptsächlich von der Leber aufgenommen, während fettlösliches PC und SM über die Lymphe und Bypass zur Leber gelangen. Daher differieren die unterschiedlichen Cholinformen in ihrer Bioverfügbarkeit. Alle Gewebe speichern Cholin, wobei die Aufnahmen durch die Leber, Niere, Brustdrüsen, Plazenta und das Gehirn von besonderer Bedeutung sind. Das in der Niere gespeicherte Cholin wird vor allem für die Bildung von Betain und Glycerophosphocholin benötigt. Beides sind organische Osmolyte, mit deren Hilfe die Niere Wasser aus dem renalen Tubulus reabsorbiert /47/.

Eine kleine Menge Cholin wird mittels der Cholin-Acetyltransferase zu ACh umgewandelt. Cholin-Acetyltransferase findet sich in hoher Konzentration in den cholinergen Nervenendigungen und in der Placenta. Im Gehirn ist die Cholinverfügbarkeit der Geschwindigkeits bestimmende Schritt der ACh-Synthese /48/. Vor seiner Umwandlung in ACh wird vom Hirn aufgenommenes Cholin zunächst gespeichert, möglicherweise in den Membranen als PC. Dieses Reservoir ist für die Regeneration der cholinergen Neuronen und der Gehirnfunktion von großer Bedeutung. Hirne von Patienten mit Morbus Alzheimer weisen auch einen abnormalen Phospholipidmetabolismus auf /49/.

Eine Hauptfunktion von Cholin liegt in der Synthese von Phospholipiden der Membranen. Die hauptsächliche Phospholipidklasse in Membranen ist PC, woraus wiederum SM gebildet werden kann. Beide, PC und SM, spielen in der Signaltransduktion eine wichtige Rolle, da sie die Quelle für die „Second Messenger“ darstellen /2/. Außerdem wird PC auch für die Bildung von Lipoproteinen benötigt, welche die von der Leber gebildeten Triglyceride zu anderen Geweben transportieren. Die Biosynthese von PC geschieht auf zwei metabolischen Wegen, dem Cytidindiphosphat-Cholin (CDP-Cholin)-Pathway (Kennedy-Pathway) und dem PEMT-Pathway. Beim Ersteren wird Cholin zu Phosphocholin phosphoryliert und dann weiter zu CDP-Cholin umgewandelt. CDP-Cholin kondensiert mit Diacylglycerol zu PC. Alternativ kann PC über den PEMT-Pathway unter Nutzung von SAM als Methyldonor gebildet werden. Der PEMT-Pathway liefert etwa 30 % des von der Leber synthetisierten PC. Auch in anderen Geweben ist dieser Pathway nachgewiesen worden, einschließlich Gehirn und Brustdrüsen. Ungefähr 70 % des PCs der Leber werden über den CDP-Cholin-Pathway gebildet. Diese beiden Stoffwechselwege liefern differente PC-Species mit unterschiedlichen physikalischen Eigenschaften, die dadurch unterschiedliche Signalmoleküle generieren /50/.

Cholin kann in der inneren Mitochondrienmembran zu Betainaldehyd und dann mittels Cholindehydrogenase (CHDH, ED 1.1.99.1) und Betainaldehyddehydrogenase (BADH, EC 1.2.1.8) zu Betain oxidiert werden. Über diesen Weg liefert Cholin Methylgruppen für die Remethylierung von Homocystein. Leber und Niere sind Hauptorte der Cholinoxidation. Da Betain nicht zu Cholin reduziert werden kann und Cholin im oxidativen Methylierungs-Pathway für Methylierungsreaktionen verbraucht wird, vermindert sich seine Verfügbarkeit für den alternativen Pathway der PC-Synthese.

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Tabelle 13.1-1 Bewertung der Homocystein im Nüchternplasma und nach oraler Belastung mit Methionin

Konzentration

Beurteilung

Konsequenzen

Indikativ für

< 10 μmol/l

Günstig

Kein Handlungsbedarf

10–12 μmol/l

Tolerierbar

Handlungsbedarf für Personen mit erhöhtem Risiko für degenerative Erkrankungen

> 12–30 μmol/l

Moderat erhöht

Handlungsbedarf, Normalisierung des Homocysteins

B-Vitaminmangel, MTHFR-Mutation, renale Dysfunktion

> 30–100 μmol/l

Deutlich erhöht

Hohes Gesundheitsrisiko, Senkung von Homocystein

Schwere Vitaminmängel, renale Dysfunktion, heterozygote Mutationen von Enzymen, z.B. CBS

> 100 μmol/l

Stark erhöht

Hohes Gesundheitsrisiko, Senkung von Homocystein

Homozygote Mutationen von Enzymen, z.B. CBS oder Methioninsynthase

Methionin Belastungstest (oral 0,1 g/kg Körpergewicht in 200 ml Fruchtsaft)

nach 4–6 h < 38 μmol/l

Normal

Keine Routinediagnostik

Pathologisch bei Mangel an Vitamin B6 oder CBS-Mangel

CBS, Cystathionin-β-Synthase; MS, Methioninsynthase; MTHFR, 5,10-Methylentetrahydrofolatreduktase.

Tabelle 13.1-2 Ursachen für Homocysteinveränderungen

Ursachen bzw. Faktoren

Mechanismus

Hohes Alter > 60 J.

Männliches Geschlecht

Post-Menopause

Östrogen-Mangel

Rauchen

Interferenz mit Vitamin B6, B12 und Folat, Redox

Kaffee

Vitamin B6-Antagonist (Koffein), Methylgruppenbedarf ↑

Alkohol

Interferenz mit Vitamin B6, B12 und Folat, Enzymhemmung

Vegetarische Diät

Reduzierte B12-Aufnahme mit der Nahrung

Nierenfunktionsstörung

Gestörte Remethylierung

B-Vitaminmangel

Malabsorption der B-Vitamine, verminderte Aufnahme, Niereninsuffizienz

Schilddrüsenfunktionsstörung

Proliferative Erkrankungen:

Enzyminduktion

  • Psoriasis

Zellproliferation

  • ALL (akute lymphatische Leukämie)

Zellproliferation

  • RA (rheumatische Arthritis)

Zellproliferation

Theophyllin

Vitamin-B6-Antagonist, hemmt Pyridoxal-Kinase

Lachgas (N2O)

Kobaltoxidation, Cobalamin und MS-Inaktivierung

Fibrate

PPARa-Aktivierung? Nierenfunktion?

Niacin

Vitamin-B6-Antagonist, hemmt Pyridoxal-Kinase

Cholestipol/Colestyramin

Folat- und Cobalamin-Resorptionsstörung

Methotrexat

Hemmt Dihydrofolat-Reduktase, Folatantagonist

Trimethoprim

Hemmt Dihydrofolat-Reduktase

Postmenopausaler Hormonersatz

Östrogeneffekt

Antiepileptika

Folat-Antagonismus, Enzymmodulation

Metformin

Vitamin-B12 Homöostase, Ca2+-Bindung

Omeprazol

Vitamin-B12-Absorptionsstörung

L-DOPA

Höherer Bedarf an Methylgruppen

D-Penicillamin, N-Acetylcystein

Disulfidaustausch

Tabelle 13.1-3 Mit Hyperhomocysteinämie assoziierte Mutationen

Betroffenes Enzym

Mutationsbezeichnung

5,10 Methylen­tetrahydro­folat-Reduktase

C677T oder A1298C

Methioninsynthase

A2756G (G919D)

Methionin­synthase-Reduktase

A66G

Cystathionin-β-Synthase

68bp D/I-Insertion

Transcobalamin

Pro259Arg

Thymidylat-Synthase

Tandem Repeat-Polymorphismus in der 5’-nicht translatierten Region

Tabelle 13.1-4 Ursachen und Erkrankungen, die mit einer Hyperhomocysteinämie einhergehen können

Homozystinurie – Homozygote. Die klassische Homocystinurie beruht auf einem homozygoten Defekt im Gen der Cystathionin-β-Synthase (CBS) mit sehr starkem Verlust der Enzymaktivität (Prävalenz in Europa 1 : 40.000 bis 1 : 332.000) /13/. Homocystein wird im Blut und Liquor cerebrospinalis angereichert und mit dem Urin als Homocystin ausgeschieden. Homocystein im Plasma liegt kontinuierlich zwischen 100 und 250 μmol/l. Neben somatischen Missbildungen (Genu valgum, Arachnodaktylie, Hohlfuß, Kyphoskoliose) sind die Betroffenen geistig retardiert. Es treten rezidivierende Thrombosen, eine Linsenluxation und Krämpfe auf. Eine prämature Atherosklerose ist vorprogrammiert. Häufig haben die Patienten vor dem 25. Lj. einen Herzinfarkt und ihre Lebenserwartung liegt unter 50 Jahren. In einer Analyse unter Einschluss von 629 Patienten Hyperhomocysteinämie bei homozygotem CBS Mangel wurden bei 25 % der Patienten thromboembolische Ereignisse festgestellt /13/.

Die Behandlung besteht in einer diätetischen Methioninrestriktion und der Gabe von hohen Dosen an Vitamin B6, um die noch vorhandene restliche Enzymaktivität zu steigern. Ferner wird empfohlen, die Nahrung mit Cystein anzureichern, da diese Aminosäure auf Grund des reduzierten Abbaus von Methionin essentiell wird.

Neben CBS-Gendefekten sind auch Homocystinurien bei schweren Mängeln an MTHFR Aktivität oder bei Cobalamin C/D-Defekten berichtet worden. Andere Mutationen mit möglicher Wirksamkeit im Homocystein Metabolismus sind sehr selten und deren klinische Relevanz ist bislang kaum erforscht /14/.

Homozystinurie – Heterozygote: Die Prävalenz der heterozygoten Homocystinurie wird in der europäischen Bevölkerung mit 1 : 70 bis 1 : 290 beziffert. Sie zählt damit zu den häufigen Ursachen vorzeitiger Atherosklerose wie auch zu den Hauptursachen rezidivierender Thrombosen /15/. Diagnostisch hilfreich ist hier der Methioninbelastungstest.

MTHFR C677T-Mutation: Das Enzym MTHFR reduziert irreversibel 5,10-Methylen-THF zu 5-Methyl-THF. Eine verminderte MTHFR Aktivität aufgrund der 677 C>T Punktmutation führt zu moderat erhöhtem Homocystein im Plasma, vor allem, wenn die Folatkonzentration im Serum erniedrigt ist oder im unteren Normbereich liegt /15/. Die 677 C>T Mutation ist bedingt einen Aminosäureaustausch von Alanin durch Valin an Position 222 des MTHFR Proteins, das dadurch thermolabil wird und an Aktivität verliert. Folat stabilisiert das Enzym, weshalb bei zusätzlichem Folatmangel die Funktion des Enzyms deutlich eingeschränkt ist und sich eine moderate Hyperhomocysteinämie entwickeln kann.

In Deutschland, Österreich und Schweiz sind 5–15 % der Bevölkerung homozygote Träger der Variante mit Punktmutation im Nukleotid an Position 677. Die Enzymaktivität ist bei den Betroffenen um ca. 70 % reduziert. Homozygote Träger reagieren daher besonders sensitiv auf einen Mangel an Folat mit einer Homocysteinerhöhung um ca. 25 % (entsprechend ca. 2,6 μmol/l) /16/. Metaanalysen unter Einschluss ausreichend großer Fallzahlen finden für den homozygoten Genotyp eine assoziierte Risikoerhöhung für degenerative Herz-Kreislauf Erkrankungen von 16–23 %, die mit der Homocysteinerhöhung und/oder dem Folatmangel erklärt wird /2/. Weiterhin belegen Metaanalysen, dass der TT Genotyp des MTHFR 677 C>T Polymorphismus das Risiko für gastrointestinale Tumore erhöht; jedoch zeigte sich keine Assoziation zum CC Genotyp des MTHFR 1298 A>C Polymorphismus /17/. Es wurde auch eine Assoziation des MTHFR TT Genotyp mit dem Risiko für neurodegenerativen Erkrankungen berichtet /18/.

Vitaminmangel: Die Unterversorgung mit Vitamin ist mit Abstand die häufigste Ursache einer Hyperhomocysteinämie. Die Unterversorgung kann sich aus mangelnder Zufuhr, verminderter Aufnahme im Magen-Darmtrakt, vermehrtem Verbrauch und durch Wechselwirkungen ergeben. Menschen mit einseitigen Ernährungsgewohnheiten (Vegetarier), ältere Menschen, Schwangere, Patienten mit Nierenerkrankung, Malabsorption (entzündlichen Darmerkrankung) und Tumorpatienten zählen zu den Risikogruppen für Vitamindefizite mit klinischer Relevanz. Weiterhin können Alkoholabusus und die Einnahme bestimmter Medikamente zu einem Vitaminmangel führen (Tab. 13.1-2 – Ursachen für Homocysteinveränderungen).

Folatmangel ist der häufigste Vitaminmangel in Europa, begünstigt durch einen Mangel an frischem Obst und Gemüse. Bis zu 90 % der Folate können bei der Verarbeitung von Getreideprodukten und anderen Lebensmitteln verloren gehen. Weitere Verluste von Folat entstehen durch dessen Hitze-, Lagerungs- und Lichtempfindlichkeit. Die Empfehlungen zur Aufnahme von fünf Portionen Obst und Gemüse am Tag (600–700 g) sind kaum realisierbar. Die erforderliche tägliche Zufuhr von ca. 400 μg Folatäquivalenten wird häufig deutlich unterschritten. Die tägliche Folataufnahme mit der Nahrung liegt gegenwärtig in den meisten europäischen Ländern durchschnittlich bei deutlich unter 300 μg /19/. Sie wird mit durchschnittlich 230 bis 280 μg/Tag angegeben. Entsprechend der Nationalen Verzehrstudie (NVS II) /20/ liegt der Median der Zufuhr an Folat Äquivalenten in Deutschland für Männer bei 283 μg/Tag und für Frauen bei 252 μg/Tag /20/. Damit erreicht ein großer Teil der Normalbevölkerung die erforderliche Folatmenge nicht über die natürliche Ernährung /21/.

Vitamin B12 wird in der Regel in den Bedarf überschreitenden Mengen aufgenommen. Dennoch können sich auch für Risikogruppen Probleme ergeben. Der Vitamin B12 Mangel des älteren Menschen ist häufig Ausdruck einer unzureichenden Resorption durch altersbedingte Verminderung der Magensäuresekretion bzw. einer geringen pH Erhöhung oder eines Mangels an Intrinsic Faktor und kann 30–40  % der älteren Menschen betreffen /22/. Vitamin B12 kann nur von Bakterien synthetisiert werden. Nur tierische Nahrungsmittel (Fisch, Fleisch, Eier und Milchprodukte) sind gute Quellen für B12. Anders als Folat ist Cobalamin ein verhältnismäßig stabiles Vitamin und wird durch die Zubereitung von Nahrungsmitteln kaum zerstört.

Vitamin B6 kommt besonders in Fleisch, Milch, Getreide, Kartoffeln, Obst und Gemüse vor. Aus den Daten der Framingham Heart Study geht eine Erhöhung von Homocystein bei Vitamin B6-Aufnahmen von weniger als ca. 1,4 mg/d hervor /23/.

Chronische Nierenerkrankung: Die Konzentrationen von Homocystein bei Nierenpatienten liegen zwischen 20 und 80 μmol/l /24/ und sie werden mit der erhöhten kardiovaskulären Morbidität und Mortalität dieser Patienten in Verbindung gebracht /25/. Das Risiko für atherothrombotische Ereignisse (fatale wie nicht fatale) wurde bei Dialyse Patienten mit deutlicher Hyperhomocysteinämie (> 38 μmol/l) gegenüber jenen ohne Hyperhomocysteinämie 8 fach erhöht gefunden /26/.

Die Remethylierung des Homocysteins im Plasma zu Methionin erfolgt zum großen Teil in der Niere, weshalb der Niere eine wichtige Funktion in der Clearance von Homocystein zukommt (nur unter 1 % werden mit dem Urin ausgeschieden). Eine der Hauptursachen für die hohe Prävalenz an Hyperhomocysteinämien bei Nierenpatienten wird in der gestörten Remethylierung von Homocystein zu Methionin gesehen /27/. Mittels stabiler Isotopentechnik wurde an Dialysepatienten gezeigt, dass die Remethylierung stark eingeschränkt, aber die Transsulfurierung nahezu unverändert ist /28/.

Neben der renalen Funktionsstörung als Ursache der Hyperhomocysteinämie haben die Nierenpatienten auch einen Mangel an B-Vitaminen (B12, B6, Folat), obwohl diese Vitamine im Serum bzw. Plasma häufig im Referenzbereich gefunden werden /24/. Homocystein und Methylmalonsäure (MMA) als metabolische Marker eines Mangels an Folat und Vitamin B12 sind deutlich erhöht. Die Gabe von Kofaktoren des Remethylierungsstoffwechsels, Folsäure und Vitamin B12, in therapeutischen Dosen erniedrigte signifikant die Homocysteinim Plasma /29/. Die Absenkung des Homocysteins bei Nierenpatienten durch B-Vitamine wird daher zumindest teilweise mit einer verbesserten Remethylierung des Homocysteins erklärt. Die Absenkung von MMA und Homocystein bei Nierenpatienten nach Substitution mit B-Vitaminen belegt eine verbesserte Remethylierung von Homocystein zu Methionin durch die Therapie /29/.

Neurodegenerative Erkrankungen: Als neurologisch psychiatrische Manifestation von Störungen der am Methioninstoffwechsel als Kofaktoren beteiligten Vitamine wurden Demenzsyndrome, organisch depressive Störungen, zerebrale Krampfanfälle sowie Myelopathien und Polyneuropathien berichtet /30/. Der stumme Hirninfarkt und die Gehirnatrophie zeigen ebenfalls eine Beziehung zur Hyperhomocysteinämie und dem B-Vitaminstatus /313233/.

Kognitive Schwäche: Bei gesunden älteren Menschen wurde eine positive Korrelation zwischen der Konzentration von Homocystein oder B-Vitaminen (B12, B6, Folat) und der kognitiven Leistungsfähigkeit festgestellt (Abb. 13.1-3 – Abhängigkeit der kognitiven Leistungsfähigkeit bei Senioren von der Homocysteinkonzentration/34/.

Sowohl bei gesunden, älteren Personen wie auch bei depressiven Patienten wurde eine negative Korrelation zwischen der Konzentration des Homocysteins und der kognitiven Leistungsfähigkeit gefunden /35/. Die Konzentration von Homocystein im Plasma nüchterner Personen wird als unabhängiger, prädiktiver Parameter für die Abnahme der kognitiven Leistungsfähigkeit bei älteren Menschen eingeordnet (Abb. 13.1-4 – Kumulative Inzidenz der Demenz über durchschnittlich 8 Jahre in Abhängigkeit der basalen Homocysteinkonzentration/36/. Homocystein als Marker der funktionellen Wechselwirkung zwischen Vitamin B12 und Folat zeigt eine bessere Korrelation mit kognitiven Störungen als Methylmalonsäure (MMA), die als sensitiver und spezifischer Marker eines Vitamin B12-Mangels gilt.

Im Liquor cerebrospinalis von Dementen wurde erniedrigtes SAM und erhöhtes SAH bzw. Homocystein gemessen /37/. Weiterhin wird von Patienten mit Alzheimer Demenz auch erniedrigtes Folat im Liquor berichtet /38/. Ein gestörter Stoffwechsel von Homocystein im Gehirn kann daher negative Auswirkungen auf verschiedene Stoffwechselwege im Gehirn haben und dadurch das Risiko für Demenzerkrankungen erhöhen. In der Hordaland Studie hatte der Ausgangswert von Homocystein im Plasma während der Beobachtungszeit von 6 Jahren einen prädiktiven Wert für die Abnahme der Gedächtnisleistung /39/.

Weiterhin hat sich gezeigt, dass Homocystein für etwa 10 % der Variation in kognitiven Tests oder unterschiedlichen kognitiven Funktionen (wie Sprachfertigkeiten, konzeptionelles Denken, einfache motorische wie psychomotorische Geschwindigkeit, exekutive Funktionen, verbales Gedächtnis und Lernen, visuelles Gedächtnis und andere) verantwortlich ist /40/. Niedrige Konzentrationen von Serumfolat waren in einer prospektiven Studie ebenfalls mit einer niedrigeren kognitiven Leistung assoziiert /41/.

Wenn Homocystein eine kausale Rolle bei der Entwicklung von Demenz spielt, müsste die Absenkung von Homocystein mit einer Verzögerung der Demenzentwicklung, einer Senkung des Schlaganfallrisikos wie auch einer verbesserten Morbidität dieser Erkrankungen assoziiert sein. Die Resultate sind nicht einheitlich und reflektieren zumindest auch teilweise die fehlende Sensitivität der in vielen Studien verwendeten kognitiven Tests. Deshalb sind objektive Tests, die eine zerebrale Schädigung quantitativ erfassen, besser geeignet als kognitive Tests. Verschiedene aber nicht alle Vitamininterventionsstudien haben Verbesserungen verschiedener kognitiven Messgrößen, Verminderungen des Schlaganfallrisikos oder Verbesserung der Morbidität für andere Erkrankungen berichtet. Bei älteren Menschen mit milden kognitiven Störungen wurde in einer Supplementationsstudie mit B-Vitaminen (Folsäure 0,8 mg/Tag, Vitamin B12 0,5 mg/Tag, Vitamin B6 20 mg/Tag) über 24 Monate, verglichen mit der Placebogruppe, eine deutlich verzögerte Gehirnatrophie gefunden /32/. Personen mit höherem Homocystein zu Studienbeginn zeigten dabei eine stärkere Abnahme des Hirnvolumens als jene mit niedrigerer Ausgangskonzentration (Abb. 13.1-6 – Höhere Baseline-Homocysteinkonzentration war assoziiert mit größerer Reduzierung der Gehirnatrophie nach 24-monatiger Behandlung mit täglicher Einnahme von Folsäure, Vitamin B12 und B6/32/. In einer weiteren randomisierten Placebo kontrollierten Studie wurden Patienten (mittleres Alter 46 Jahre) über 2 Jahre mit B-Vitaminen (Folsäure 5 mg/d, Vitamin B6 250 mg/d) behandelt und tendenziell wurde eine Verbesserung zerebraler und zerebrovaskulärer Indizes (mittels Kernspintomographie und Magnetresonanz-Angiographie) festgestellt /33/.

Vaskuläre Demenz und Alzheimer-Demenz: Die Hyperhomocysteinämie rangiert bei Patienten mit vaskulärer Demenz als Risikofaktor für die subkortikale, vaskuläre Enzephalopathie vor den etablierten Risikofaktoren (Rauchen, Hyperlipidämie, Hypertonie). Aus den Daten der Framingham Studie geht hervor, dass Homocystein über 14 μmol/l das Risiko für Alzheimer Demenz verdoppelt /34/. Mit zunehmender zerebraler Atrophie ließen sich ebenfalls höhere Konzentrationen von Homocystein und niedrigere von Folat nachweisen.

Eine niedrige Konzentration von Vitamin B12- im Serum und/oder Liquor wurde in vielen Studien bei dementen Patienten gefunden und wird als wichtige Ursache für die Entwicklung neurologischer und psychiatrischer Erkrankungen diskutiert /42/. Bei frühzeitiger Diagnose eines Vitamin B12 Mangels wären durch entsprechende Supplementation irreversible neurologische Schäden möglicherweise vermeidbar bzw. ihr Fortgang aufhaltbar. Durch Vitamin B12 Mangel bedingte erhöhte Konzentrationen von Homocystein im zentralen Nervensystem können zu Schädigungen des Gefäßendothels führen, die auch ursächlich für die Entwicklung von Demenz gelten oder zur Auslösung eines Schlaganfalls führen können. In einer prospektiven Studie an über 300 älteren Probanden über 70 Jahre wurde gezeigt, dass Senioren mit niedrigem Folat (unter 10 nmol/l) oder Vitamin B12 (unter 150 pmol/l) doppelt so häufig Alzheimer Demenz entwickelten als jene mit höheren B-Vitaminkonzentrationen /43/. Bei Bestimmung von Vitamin B12, Holohaptocorrin sowie Transcobalamin werden bei den dementen Patienten im Vergleich zu den kognitiv normalen Kontrollen niedrigere Konzentrationen an aktivem Vitamin B12 (Holotranscobalamin), aber höhere Anteile an inaktivem Vitamin B12 (Haptocorrine) gemessen /58/.

Tabelle 13.2-1 Homocystein Konzentration in anderen Körperflüssigkeiten

Körperflüssigkeit

Homocystein, Patientengruppe und -anzahl

Cerebrospinal fluid (CSF)

Median: 90 (60–160 nmol/l)

n = 72; Neurologische Patienten ohne schwere Erkrankung /9/

MW ± SD: 84,9 ± 24,5 nmol/l

n = 15; Patienten ohne neurologische Erkrankungen /9/

MW ± SD: 110,6 ± 31,6 nmol/l

n = 18; Patienten mit Alzheimer Demenz /9/

Fruchtwasser (17,1 ± 1,2 SW)

MW ± SD: 1,04 ± 0,72 μmol/l

(95 % VB 0,43–2,41)

Alle /10/

MW: 1,01 μmol/l

(95 % VB 0,94–1,08)

Reif geboren /10/

MW: 1,29 μmol/l

(95 % VB 1,05–1,51)

SGA /10/

Ejakulat

MW ± SD: 5,9 ± 3,1 μmol/l

Fertile Männer /11/

MW ± SD: 5,8 ± 3,4 μmol/l

Idiopathisch, subbfertil /11/

MW ± SD: 4,2 ± 3,0 μmol/l

Subfertil /11/

MW, Mittelwert; VB, Vertrauensbereich; SGA, Zu klein bei der Geburt; SD, Standardabweichung; SW, Schwangerschaftswoche.

Tabelle 13.3-1 Risikopopulationen mit hoher Frequenz an Vitamin B12-Mangel /3/

Risikopopulation

Hinweis

Vegetarische, vegane und makrobiotische Diät

Niedrige Vitamin B12-Aufnahme mit der Nahrung

Hyperhomocysteinämie, Homocystinurie

B-Vitaminmangel, ältere Menschen, Dialysepatienten

Neugeborene und gestillte Kleinkinder von vegetarischen Müttern

Niedrige Vitamin B12-Aufnahme mit der Muttermilch

Alte Menschen

Perniziöse Anämie, Achlorhydrie, Gastrointestinale Erkrankungen mit Malabsorption von Cobalamin (Magen-Darm Operationen, Gastritis, Atrophie, bakterielle Überwucherung des Darms. Arzneimittel-B12-Wechselwirkungen, Alkohol)

Neurodegenerative und psychiatrische Erkrankungen

Neuropathie, Demenz, M. Alzheimer, kognitive Störung, Schizophrenie

Chronisch-atrophische Corpus-Gastritis

Malabsorption von Vitamin B12

Erkrankungen des terminalen Ileums

M. Crohn, Lymphome des Ileums, Ileumresekretion, bakterielle Überwucherung des Ileums

Pankreasinsuffizienz

Niedrige B12 Absorption

Chronische Leber- und Nierenerkrankungen

Makrozytäre Anämie

Niedrige B12 Absorption oder perniziöse Anämie

Chronischer Alkoholismus

Niedriges B12 mit der Nahrung Niedrige B12 Absorption

Medikamente

Protonenpumpen-Hemmer, H2-Rezeptor-Antagonisten, Distickstoffoxid (Lachgas)-Inhalation

AIDS-assoziierte Myelopathie

Abnormale B12-abhängige Transmethylierung

Tabelle 13.3-2 Referenzbereiche für Vitamin B12 /35/

Alter, Jahre

Weiblich

Männlich

ng/l

pmol/l

ng/l

pmol/l

< 1

228–1.515

168–1.115

293–1.210

216–891

2–3

416–1.210

307–892

264–1.215

195–897

4–6

313–1.410

231–1.040

245–1.075

181–795

7–9

247–1.175

182–866

271–1.170

200–863

12–12

196–1.020

145–752

183–1.090

135–803

13–18

182–820

134–605

214–864

158–638

Erw.

211–911

156–672

211–911

156–672

Vitamin B12-Konzentrationen bei 45 Patienten mit gesicherter B12-Mangeldiagnose (95 %-Bereich): 32–246 ng/l (24–181 pmol/l).

Umrechnungsfaktor: ng/l × 0,738 = pmol/l

Werte für Kinder und Jugendliche beziehen sich auf Radioimmunoassay, für Erwachsene auf Chemolumineszenz-Immunoassay.

Tabelle 13.3-3 Referenzbereiche für weitere Marker des Vitamin B12 Status /51415/

Marker

Referenzbereich

Methylmalonsäure (MMA)

73–271 nmol/l

Holotranscobalamin (HoloTC)

35–171 pmol/l

Vitamin B12-Resorptionstest*

> 10 % der verabreichten Dosis

* Schilling-Test

Tabelle 13.3-4 Mit Vitamin B12-Mangel assoziierte Erkrankungen und Defekte

Chronische Niereninsuffizienz: Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz haben zum großen Teil eine Hyperhomocysteinämie und auch erhöhte MMA Werte (Dialysepatienten zu 100 % und Transplantierte zu etwa 60 %), obwohl die Konzentration von Vitamin B12 im Serum in den meisten Fällen normal ist /2930/. Erhöhte Homocystein- und MMA-Konzentrationenl bei Patienten mit Nierenerkrankung lassen sich durch Vitamin B12 Substitution korrigieren, was auf einen Vitamin B12 Mangel vor der Behandlung hindeutet (Abb. 13.3-3 – Methylmalonsäure-Senkung bei Nierenpatienten durch i.v.-Injektionen von 0,7 mg Vitamin B12/30/. Die Ursache liegt wahrscheinlich in einer gestörten zellulären Aufnahme des HoloTC, die zu einem intrazellulären, funktionellen Mangel an Cobalamin mit Metabolitanstieg führt. Untersuchungen haben gezeigt, dass Patienten mit Nierenerkrankung höhere Konzentrationen an HoloTC haben können, was eigentlich einem Vitamin B12 Mangel widerspricht /3031/. Das kann mit der Rolle der Niere bei der Transcobalaminfiltration und einer dadurch bedingten sekundären Akkumulation von HoloTC erklärt werden. Die HoloTC Konzentration im Plasma dieser Patienten reflektiert daher nicht den funktionellen Vitamin B12 Status. Ein sicherer Weg, den Vitamin B12 Mangel bei Patienten mit Nierenerkrankungen zu bestätigen, ist die Reduktion der -Konzentration von MMA durch Cobalamin Injektionen um mehr als 200 nmol/l. Da Patienten mit Nierenerkrankungen auch eine nicht auf B12 Mangel beruhende MMA Erhöhung aufweisen können, ist die Abgrenzung des B12 Mangels nur durch eine therapeutische MMA Absenkung möglich /30/. Die trotz steigender Mengen an zirkulierendem Vitamin B12 verbleibende MMA Erhöhung (Vitamin B12-resistente MMA-Erhöhung) wird mit der gestörten Nierenfunktion erklärt (Abb. 13.3-3).

Eisen- und Vitamin B12-Mangel: Die klinische Diagnose eines Vitamin Mangels an B12 kann durch einen koexistierenden Eisenmangel erschwert werden, indem sich ein zweideutiges hämatologisches Bild präsentiert. Die durch Vitamin B12-Mangel bedingte Makrozytose kann durch einen gleichzeitigen Eisenmangel maskiert werden /32/. Dabei dominiert die Mikrozytose über die Makrozytose, wenn der Eisenmangel schwerer als der B12-Mangel ist. Der Vitamin B12-Mangel kann über einen sekundären Effekt auf die Enterozyten einen zusätzlichen Eisenverlust bewirken /33/.

Malabsorption: Vitamin B12 Mangel tritt erst dann auf, wenn über einen längeren Zeitraum Fehl- oder Mangelernährungen stattgefunden haben bzw. durch Erkrankungen des Gastrointestinaltrakts die Absorption von Cobalamin (Cbl) anhaltend beeinträchtigt ist und die Speicher entleert sind /18/. Ursachen für eine Defizienz von Vitamin B12 sind folgende:

  • Eine längerfristige Fehl- und Mangelernährung bei Vegetariern.
  • Totale bzw. partielle Gastrektomie, chronische Gastritis mit resultierender Hypo- bzw. Achlorhydrie und Mangel an Intrinsic factor (IF).
  • Exokrine Pankreasinsuffizienz, gestörte Spaltung des B12-Haptocorrinkomplexes im Duodenum bei Trypsinmangel.
  • Darmerkrankungen, z.B. tropische Sprue, langstreckiger Dünndarmbefall bzw. bevorzugter Befall des terminalen Ileums bei Morbus Crohn, Blindloop-Syndrom.
  • Ausgedehnter Parasitenbefall, z.B. Fischbandwurm.
  • Eine selektiv angeborene B12-Resorptionsstörung (Imerslund-Grasbeck Syndrom).

Im fortgeschrittenen Alter entwickelt sich häufig eine Malabsorption von Nahrungs gebundenem Vitamin B12. Der Grund hierfür ist eine atrophische Gastritis, bei der im Anfangsstadium zwar ungenügend HCl und Pepsin, aber ausreichend IF gebildet wird. In diesem Stadium kann zwar Nahrungs-B12 nicht mehr aufgenommen, aber als Supplement zugeführtes Vitamin B12 kann noch absorbiert werden. Bei fortgeschrittener Atrophie kann auch nicht mehr genügend IF gebildet werden, so dass dann die Rezeptor vermittelte Aufnahme von Vitamin B12 durch die Enterozyten ebenfalls stark eingeschränkt ist. Oral aufgenommenes Vitamin B12 kann dann nur noch Rezeptor unabhängig über passive Diffusion aufgenommen werden. Durch Einnahme höherer Dosen an Vitamin B12 (bis 1 mg täglich) ist es deshalb möglich, doch einen ausreichenden Serumwert an Vitamin B12 zu erzielen (Normalisierung des B12-Status) /34/. Eine alleinige Substitution von Vitamin B12 bei älteren Menschen wird nicht empfohlen, sondern immer eine Kombination aus Vitamin B12, B6 und Folsäure (Abb. 13.3-3 – Methylmalonsäure-Senkung bei Nierenpatienten durch i.v.-Injektionen von 0,7 mg Vitamin B12). Ist die passive Fähigkeit der Resorption nicht mehr ausreichend, so kann unter Umgehung des Magen-Darmtrakts durch Injektion (1 mg pro Monat) der Vitamin B12-Haushalt normalisiert werden.

Der chronischen GastritisTyp A mit Zerstörung der Mukosazellen im Korpus und Fundusbereich des Magens liegt ein autoimmuner Prozess zu Grunde. So werden Parietalzell Antikörper bei 80 % der Patienten mit perniziöser Anämie gefunden und Antikörper gegen IF in bis zu 40 %. Die Patienten mit perniziöser Anämie haben parallel sehr häufig auch Antikörper gegen thyreoidale Antigene und umgekehrt hat etwa ein Drittel der Patienten mit Schilddrüsen Antikörpern auch Parietalzell Antikörper.

Durch medikamentösen Einfluss (wie z.B. H2-Blocker oder Protonen-Pumpen-Hemmer) kann ebenfalls die Resorptionsfähigkeit von Vitamin B12 beeinträchtigt werden.

Hereditäre Defekte: Zehn seltene erbliche Defekte sind bekannt, die den Transport und Metabolismus von Vitamin B12 beim Menschen beeinträchtigen (Abb. 13.3-7 – Zelluläre Aufnahme, intrazelluläre Verteilung und enzymatische Synthese von Cobalamin-Koenzymen). Drei Defekte betreffen die Absorption und den Transport, die anderen sieben verändern die zelluläre Verwertung und die Koenzymproduktion. Die Defekte, die Absorption und den Transport betreffen, manifestieren sich bereits im Säuglings- bzw. frühen Kindesalter als Entwicklungsverzögerung mit manifester megaloblastärer Anämie. Die Serumkonzentration an Gesamt-Vitamin B12 kann vermindert (bei IF- oder IF-Rezeptormangel) oder nahezu normal sein (TC II Mangel). Die Behandlung mit Cobalamin Injektionen ist bei diesen Erkrankungen effektiv.

Die klinische Manifestation der Defekte in der zellulären Verwertung von Cobalamin (Cbl) und dem Cobalamin Metabolismus variiert in Abhängigkeit davon, ob nur eines oder beide Koenzyme betroffen sind. Zwei Abnormalitäten in der Adenosyl-Cbl Synthese, die als CblA und CblB bezeichnet werden, führen zu einer gestörten Aktivität der Methylmalonyl-CoA-Mutase, die eine MMA-Acidämie verursachen. Bei von diesem Defekt Betroffenen bewirkt häufig die Supplementation mit Cyano- oder Hydroxo-Cbl, in Ergänzung zur Proteinrestriktion, eine deutliche Senkung der Akkumulation von MMA. Orale Antibiotika sind zusätzlich nützlich, um die Propionatbildung durch Darmbakterien zu reduzieren. Die exakte Lokalisation des CblA-Defekts ist nicht bekannt, während beim CblB-Defekt die Cob(I)alamin-Adenosyltransferase, der letzte Schritt der Adenosyl-Cbl-Biosynthese, gestört ist.

Zwei Abnormalitäten im Methyl-Cbl, die als CblE und CblG bezeichnet werden, führen zu einer reduzierten Aktivität der Methioninsynthase mit daraus resultierender Homocystinurie, Hyperhomocysteinämie und Hypomethioninämie. Betroffene Kinder haben Entwicklungsstörungen, Antriebsarmut und eine megaloblastäre Anämie. Eine Behandlung mit pharmakologischen Dosen an Vitamin B12 behebt die Meisten der klinischen Abnormalitäten und die Gabe von Betain ist zusätzlich wertvoll, um die Hyperhomocysteinämie zu vermindern. Die genaue Lokalisation der Defekte ist nicht bekannt, jedoch scheint das reduzierende System, das notwendig ist, um den Methyl-Cbl-Methyltransferase Komplex in seiner aktiven Form aufrecht zu erhalten (CblE), oder das Enzym Methyltransferase selbst (CblG) betroffen zu sein. Die anderen Mutationen, als CblC, CblD und CbF bezeichnet, führen zu gestörten Synthesen von beiden Cobalaminen, Adenosyl-Cbl und Methyl-Cbl, und dementsprechend zu einem Mangel an Enzymaktivität der Methylmalonyl-CoA-Mutase und der Methioninsynthase. Betroffene haben eine MMA Acidurie und Homocystinurie. Die hauptsächlichen klinischen Symptome bei den Patienten sind Entwicklungs bedingte Retardierung, Antriebsarmut und hämatologische Veränderungen, wie megaloblastäre Anämie und Makrozytose. Die Behandlung ist auf die jeweilige Mutation ausgerichtet und besteht in einer Kombination von Proteinrestriktion, pharmakologischen Dosen von HydroxoCbl, möglicherweise in Kombination mit oralen Antibiotika und einer Supplementierung mit Betain. Die genauen Defekte bei CblC und CblD sind noch nicht aufgeklärt, aber sie betreffen die Schritte des intrazellulären Metabolismus von Cbl, möglicherweise die cytosolische Cbl-Reduktion. Der Defekt bei CblF scheint den Transportmechanismus zu betreffen, durch den Cbl aus den Lysosomen freigesetzt wird. Die oben besprochenen Erkrankungen des Metabolismus von Cbl werden autosomal rezessiv vererbt.

Tabelle 13.4-1 Referenzbereiche von Folat im Serum

Erwachsene

1,8–9,0 μg/l (4–20 nmol/l)

Kinder /4/

Weiblich

Männlich

μg/l

nmol/l

μg/l

nmol/l

  • 0–1 Jahre

6,3–22,7

14,3–51,5

7,2–22,4

16,3–50,8

  • 2–3 Jahre

1,7–15,7

3,9–35,6

2,5–15,0

5,7–34,0

  • 4–6 Jahre

2,7–14,0

6,1–31,9

0,5–13,0

1,1–29,4

  • 7–9 Jahre

2,4–13,4

5,4–30,4

2,3–11,9

5,2–27,0

  • 10–12 Jahre

1,0–10,2

2,3–23,1

1,5–10,8

3,4–24,5

  • 13–18 Jahre

1,2–7,2

2,7–16,3

1,2–8,8

2,7–19,9

Umrechnungsfaktor: μg/l × 2,27 = nmol/l. Angegeben sind die 2,5- und 97,5-Perzentilen.

Tabelle 13.4-2 Referenzbereiche von Folat im Serum- und Vollblut in den USA und Europa

Folat im Serum

USA

Erwachsene

μg/l

nmol/l

Mangel (klinisch bestätigt)

0,35–3,4

0,79–7,6

Nicht eindeutig zuordenbar

3,4–5,4

7,6–12,2

Normal gesund

> 5,4

> 12,2

Europa

Erwachsene

2,0–9,1

4,5–20,6

Folat im Vollblut

USA

Erwachsene

280–791

636–1.796

Mitteleuropa

Erwachsene

150–450

341–1.022

Angegeben sind die 2,5- und 97,5-Perzentilen

Tabelle 13.4-3 Stadien des Folatmangels

Störung

Prälatent

Latent

Manifest (morph. und funktionell)

Stadium

Normal

Frühe Depletion

Metabol. Störung

Sub-klinisch

Klinisch reversibel

Klinisch irreversibel

Folat im Serum (μg/l)

> 5,38

5,38–3,38

< 3,38

< 3,38

< 3,38

< 3,38

Erythrozyten Folat (μg/l)

> 200

200–150

< 150

< 150

< 150

< 150

Homocystein (μmol/l)

< 10

10–12

> 12

> 12

> 12

> 12

Neutrophilen Übersegmentierung

nein

nein

nein

ja

ja

ja

Makroovalozytose medulläre Megaloblastose

nein

nein

nein

nein

ja

ja

Anämie (Hkt, Hb und Erythrozytenzahl erniedrigt)

nein

nein

nein

nein

ja?

ja

Klinisch irreversible Depression/Demenz

nein

nein

nein

nein

möglich

häufig

Tabelle 13.4-4 Mit Folatmangel assoziierte Risikogruppen und Erkrankungen

Risikogruppen: Personen mit einseitiger Ernährung, ältere Menschen, Schwangere, Patienten mit Nierenerkrankungen oder Malabsorption von Folat (entzündlichen Darmerkrankungen) und Tumorpatienten sind Risikogruppen für Folatdefizite mit klinischer Relevanz. Weiterhin führen Alkoholabusus und die Einnahme bestimmter Medikamente zu einem Vitaminmangel (Tab. 13.4-9 – Ursachen von Folatmangel).

Medikamente: Verschiedene Medikamente führen durch Hemmung der am Metabolismus von Folat beteiligten Enzyme zu einem Folatmangel. Beispielsweise können orale Kontrazeptiva die Folatkonjugase im Darm hemmen oder Methotrexat und Trimethoprin inhibieren die Dihydrofolatreduktase. Bestimmungen von Folat aus Serum von Patienten mit Therapie von Methotrexat oder Leucovorin sind auf Grund einer Kreuzreaktivität dieser Substanzen mit Bindungsproteinen von Folat für die Bestimmung nicht geeignet. Um den Folatstatus bei Patienten mit Einnahme von Methotrexat zu untersuchen, kann die Bestimmung mittels LC-MS/MS-Methoden erfolgen, die aufgrund der unterschiedlichen Massenübergänge das Methotrexat klar von den Folaten unterscheiden kann. Bei Therapie mit Leucovorin ist ein Anstieg des 5-Formyl-THF-Peaks zu erwarten; 5-Methyl-THF wird hiervon nicht beeinflusst.

Die Folatversorgung kann auch durch die Folat antagonistische Wirkung von Pharmaka beeinträchtigt sein. Medikamente können über die Einschränkung der Bioverfügbarkeit von Folat zu einem Folatmangel führen. Eine antiepileptische Behandlung, z.B. mit Primidon, Carbamazepin, Valproinsäure, Phenobarbital oder die Anwendung von Folatantagonisten, z.B. Methotrexat, Trimethoprin, Triamteren, Pyrimethamin, führt zu einer reduzierten Folatresorption. Bei Frauen unter antikonzeptiver Behandlung werden auch niedrigere Folatkonzentrationen berichtet, wobei hier eine verminderte Resorption mit einer gestörten Aufspaltung der Folat-Polyglutamate diskutiert wird.

Vitamin B12-Mangel: Die Methioninsynthase, die als Kofaktor Vitamin B12 benötigt, ist bei einem Mangel an Vitamin B12 inhibiert, wodurch die Übertragung der Methylgruppe von 5-Methyl-THF auf Homocystein gestört ist. Es kommt zu einem Anstieg an Homocystein und von 5-Methyl-THF sowie zum Verlust der Feedback Kontrolle der 5-Methyl-THF-Bildung. Auf Grund des Staus von 5-Methyl-THF ist die Regeneration von THF blockiert, so dass es zum funktionellen Mangel von Folat kommt. Dieser wird noch dadurch verstärkt, dass bei einem Mangel an Vitamin B12 wegen der verminderten Demethylierung von 5-Methyl-THF bei der Aufnahme in die Zellen die Retention von Folatverbindungen verringert ist, was zu Verlusten an 5-Methyl-THF und gesteigerter renaler Ausscheidung führt.

Inflammatorische Darmerkrankung: Eine gestörte Folatresorption entwickelt sich bei entzündlichen Darmerkrankungen wie Morbus Crohn, Colitis ulcerosa oder Coeliakie.

ChRonische Niereninsuffizienz: Bei chronischen Nierenerkrankungen besteht eine hohe Prävalenz an Vitaminmängeln, wobei neben einem Folatmangel auch ein signifikanter Mangel an Vitamin B12 und Vitamin B6 vorliegt. Der Folatmangel bei Niereninsuffizienz wird durch die vom Mangel an Vitamin B12 bedingte Störung der Folatverwertung noch verstärkt (Folatstau) /13/.

Chronische Hämodialyse: Hämodialyse Patienten nehmen auf Grund ihrer Diätvorschriften eine ungenügende Menge an Folat auf und darüber hinaus kommt es noch zu Folatverlusten durch die Hämodialyse selbst.

Neuralrohrdefekte (NTD): Perikonzeptionelle Supplementation von Folsäure senkt die Inzidenz von NTDs zwischen 20–60 %. In einem Cochrane Review unter Einschluss von 6.425 Frauen aus vier Studien wurde berichtet, dass perikonzeptionelle Supplementation von Folsäure die Inzidenz von NTDs deutlich reduziert [relatives Risiko (RR) 0,28; Vertrauensbereich 0,13 bis 0,58] /15/.

1992 hat das Centre for Disease Control and Prevention (CDC) der USA für alle Frauen im gebärfähigen Alter die Aufnahme von zusätzlich 400–800 μg/Tag an Folsäure gefordert. Für Frauen mit einer positiven Anamnese bezüglich NTD Schwangerschaft wird die tägliche Einnahme von 4 bis 5 mg Folsäure empfohlen. Die obligatorische Anreicherung von Grundnahrungsmitteln mit Folsäure zur Prävention von NTDs wurde in den USA 1998 eingeführt. Mittlerweile haben sich mehr als 50 Länder dem Verfahren angeschlossen.

Die mittlere tägliche Folataufnahme Schwangerer in Europa beträgt 311–327 μg/Tag /16/.Die entsprechende Folataufnahme in Deutschland liegt bei 254–271 μg/Tag /16/. Nur 6 % der Probandinnen erreichte die in Deutschland, Österreich und der Schweiz empfohlene Folataufnahme für Schwangere von 600 μg/Tag und nur 26 % hatten eine diätetische Aufnahme des Gesamtfolats von 400 μg/Tag.

In Deutschland gibt es jährlich etwa 800 Schwangerschaften mit NTD. Die Mehrheit dieser Schwangerschaften wird nach positivem pränatalen Screening abgebrochen. Die Inzidenz an NTDs in Deutschland ist im Vergleich mit EUROCAT-Daten sehr hoch (https://www.eurocat-network.eu): EUROCAT-Mittelwert 7,88 pro 10.000 Geburten (zwischen 2004–2008), in Deutschland etwa 12,36/10.000 Geburten (Mittelwert der Register Mainz und Sachsen-Anhalt). Die hohe Effektivität wie auch das günstige Kosten-Nutzen Verhältnis einer Supplementation mit Folsäure zur Prävention von NTDs sprechen für die obligatorische Fortifikation Folsäure von Nahrungsmitteln /17/.

Grenzwerte oberhalb derer eine maximale Reduktion der Neuralrohrdefekte zu erwarten ist /14/:

  • Folat in Erythrozyten: 400 μg/l (906 nmol/l)
  • Folat im Plasma: 7 μg/l (15.9 nmol/l).

Gefäßerkrankungen: Folatmangel ist die häufigste Ursache für Hyperhomocysteinämie, ein wichtiger kardiovaskulärer wie neurodegenerativer Risikofaktor /8/. Ein weiterer Ansatz zur Untersuchung der klinischen Auswirkung eines Folatmangels ist die Betrachtung der Endotheldysfunktion als erstes fassbares Korrelat eines Umbaus der Gefäßwand. So konnte bei Patienten mit Erkrankung der Koronargefäße durch Folsäuretherapie eine signifikante Verbesserung der Endothelfunktion (verbesserte NO-vermittelte Vasodilatation, gemessen als gesteigerte Gewebedurchblutung des Unterarms) wie auch eine signifikante Verbesserung der koronaren Endothelfunktion beobachtet werden /18/. Gegenüber den Ausgangswerten erhöhte sich das Volumen des koronaren Blutflusses nach Acetylcholininfusion um 96 %.

Neurologisch psychiatrische Manifestationen: Neurologisch-psychiatrische Manifestation von Störungen der am Stoffwechsel von Methionin als Kofaktoren beteiligten Vitamine sind Demenz Syndrome, organisch depressive Störungen, zerebrale Krampfanfälle sowie Myelopathien und Polyneuropathien. Der stumme Hirninfarkt und die Gehirnatrophie zeigen ebenfalls eine Beziehung zur Hyperhomocysteinämie und dem B-Vitaminstatus. Eine verminderte Konzentration von B-Vitaminen und Hyperhomocysteinämie sind außerdem mit den kognitiven Fähigkeiten und dem Volumen der grauen Hirnmasse assoziiert. Die derzeitigen Ergebnisse belegen, dass eine gesteigerte Aufnahme von B-Vitaminen protektiv für das ZNS sein kann. Siehe auch Beitrag 13.1 – Hyperhomocysteinämie und degenerative Erkrankungen.

Maligne Tumoren: Hohe Konzentrationen von Folat können eine protektive Wirkung auf die Entstehung von Karzinomen haben.

Kolorektales Karzinom: Nach einer Metaanalyse (fünf Querschnitts- und sieben Fall-Kontrollstudien) ist das Risiko für kolorektale Tumore bei hoher diätetischer Folataufnahme um etwa 25 % reduziert /19/. Bei Einnahme von 1 mg/d Folsäure über 6 bis 8 Jahre wurde aber ein tendenziell erhöhtes Risiko für fortgeschrittene oder multiple Läsionen gefunden, wobei das Wiederauftreten kolorektaler Adenome nicht erhöht war /20/. Eine weitere Metaanalyse zur Folsäuresupplementation (0,5 bis 5 mg/d über drei Jahre) fand keinen signifikanten Einfluss auf das kolorektale Karzinomrisiko bei Patienten mit Adenomhistorie /21/. Ebenso hatten in Populationen ohne erhöhtes Risiko für Kolonkarzinom hoch dosierte Folsäuresupplementationen (2,5 mg/d bis 20 mg/d über zwei bis fünf Jahre mit anschließendem Follow-up für fünf bis sieben Jahre) keine signifikante Wirkung auf das Kolonkarzinom-Risiko gezeigt /21/.

Mammakarzinom: Eine protektive Wirkung von Folat gegen Brustkrebs wurde in einer Verlaufsstudie über neun Jahre an über 11.000 postmenopausalen Frauen bei einer Gesamtaufnahme von über 456 μg/Tag gegenüber 160 μg/Tag gefunden [Hazard Ratio (HR) 0,56] /22/. Eine prospektive Studie mit über 25.000 postmenopausalen Frauen fand bei einer Folataufnahme von über 337 μg/Tag, verglichen mit ≤ 233 μg/Tag oder mit supplementärer Folsäureeinahme unter 400 μg/Tag kein gesteigertes Risiko für Brustkrebs /23/. In derselben Studie war eine supplementäre Folsäureaufnahme von ≥ 400 μg/Tag (entspricht einer geamten Folataufnahme von über 853 μg/Tag) mit einem höheren Risiko für Brustkrebs assoziiert (HR 1,32). Die derzeit verfügbaren Daten ergeben aber keine konsistente Assoziation zwischen dem Brustkrebsrisiko und der Folataufnahme.

Pankreaskarzinom: Bezüglich des Risikos für Pankreaskrebs ist nach einer Studie mit über 100.000 Personen eine Folataufnahme von ≥ 253 μg/Tag, verglichen mit ≤ 179 μg/Tag, bei Frauen protektiv, während diese bei Männern das Risiko für Pankreaskrebs nicht beeinflusste /24/. Eine Schwedische prospektive Studie über 8,6 Jahre an über 81.000 Männern und Frauen fand, dass eine Folataufnahme von über 350 μg/Tag, verglichen mit ≤ 200 μg/Tag, mit einem niedrigeren Risiko für Pankreaskrebs assoziiert ist /25/.

Ovarialkarzinom, Prostatakarzinom: Eine höhere Folataufnahme ist nicht mit einem erhöhten Risiko für Ovarial- oder Prostatakarzinom assoziiert. Eine prospektive Studie über 22 Jahre zeigte keine signifikante Beziehung zwischen dem Risiko für Ovarialkarzinom und der Folataufnahme /26/. In einer Verlaufsstudie über neun Jahre an 65.836 Männern (American Cancer Society Cancer Prevention Study II Nutrition Cohort), wo bei 5.158 Männern Prostatakrebs diagnostiziert wurde, gab es keine Korrelation zwischen dem Risiko für Prostatakarzinom und der diätetischen wie der gesamten Folataufnahme /27/.

Adenomhistorie: Eine Metaanalyse humaner Studien konnte keinen signifikanten Einfluss von hohen Folsäuredosierungen (0,5 bis 20 mg/d über 3–7 Jahre) auf das Wiederauftreten oder die Inzidenz fortgeschrittener Adenome bei Personen mit Adenomhistorie finden /21/. Eine potenziell schädigende Wirkung von nicht metabolisierter, freier Folsäure im Blut wurde nicht bestätigt /117/. Somit wäre der Folsäure bezüglich Krebsrisiko eine duale Rolle zuzuordnen (Abb. 13.4-5 – Duale Rolle von Folsäure bezüglich Adenom- und Krebsrisiko). Bei moderater Einnahme ist Folsäure bezüglich der Etablierung neoplastischer Herde protektiv, während übermäßige Einnahme (weit über 1 mg/d) über einen langen Zeitraum Tumorwachstum beschleunigen kann /28/.

Tabelle 13.4-5 Formen von Folat in Serum (Bestimmung UPLC-MS/MS)

Folatgehalt, nmol/l

Frauen, nicht supple­mentiert (n = 25) /29/

Schwangere, nicht supple­mentiert (n = 61) /29/

Schwangere, supple­mentiert (n = 25) /29/a

Nabel­schnur­blut (n = 29) /35/b

Ältere Menschen, nicht supple­mentiert (n = 37) /1/

Ältere Menschen, supple­mentiert (n = 37) /1/c

Gesamtfolat(d

18,1 (7,7–30,3)

13,7 (5,6–47,3)

26,6 (6,4–46,3)

39,8 (9,0–78,5)

11,0 (4,1–34,7)

102,9 (49,0–280,9)

5-Methyl-THF

15,8 (6,4–27,7)

11,7 (3,9–44,5)

24,7 (4,8–39,6)

37,8 (7,7–76,5)

5,6 (2,4–19,1)

61,4 (33,2–139,0)

THF

2,1 (0,35–3,8)

1,6 (0,4–3,4)

2,2 (0,9–4,3)

2,2 (0,7–6,5)

3,4 (1,3–16,0)

14,5 (6,0–30,5)

Formyl-THF

0,16 (0,05–0,35)

0,13 (0,03–0,27)

0,25 (0,08–0,38)

0,19 (0,02–0,54)

5,10-Methenyl-THF

0,02 (0,00–0,13)

0,17 (0,01–0,34)

0,20 (0,11–0,33)

0,16 (0,06–0,42)

Folsäure

0,10 (0,03–0,77)

0,13 (0,00–0,78)

0,19 (0,00–0,91)

0,21 (0,00–0,51)

0,08 (0,00–0,85)

15,3 (1,02–144,4)

Angegeben sind Median (10.–90. Perzentile).

a: 400 μg Folsäure/Tag

b: n = 10 Mütter nahmen 400 μg/Tag Folsäure ab dem 1. Monat der Schwangerschaft.

c: 5 mg Folsäure, 2 mg Cyanocobalamin und 40 mg Vitamin B6/Tag über 3 Wochen.

d; Summe der Folatformen. THF, Tetrahydrofolat; UPLC-MS/MS, Ultra Performance Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie.

Tabelle 13.4-6 Folatformen in Serum nach MTHFR C677T Genotyp /3/

Folatform, nmol/l

MTHFR 677 CC Genotyp (n = 20)

MTHFR 677 CT und TT Genotyp (n = 12)

p (CC vs. CT + TT)a

Gesamtfolat, immunologische Methode

28,59 (9,08–40,57)

17,50 (9,29–35,03)

0,062

Gesamtfolat, UPLC-MS/MS

22,23 (8,00–30,55)

12,19 (5,97–29,90)

0,036

5-Methyl-THF, UPLC-MS/MS

18,48 (6,63–27,16)

10,72 (4,73–26,25)

0,043

THF, UPLC-MS/MS

2,77 (1,18–4,43)

1,09 (0,20–3,50)

0,004

Angegeben sind Median (10.–90. Perzentile).

a: Mann-Whitney-U-Test, b: Summe der Folatformen

MTHFR, 5,10-Methylentetrahydrofolatreduktase; THF, Tetrahydrofolat; UPLC-MS/MS, Ultra Performance Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie.

Tabelle 13.4-7 Richtwerte für 5-Methyl-THF in Serum/Plasma und Erythrozyten

Probanden (Anzahl und Beschreibung)

Supple­mentation

Alter, Jahre

5-Methyl-THF, (nmol/l)

Serum/Plasma aus Ländern ohne Folsäure Fortifikation

32

8 Männer /3/

nein

33 (20–51)

15,8 (5,6–26,7)

168

70 % Männer /2/

k.A.

45 (21–69)

16,4 (5,8–71,3)

37

Ältere /1/

nein

81 (73–90)

6,5 (2,5–16,7)

61

Schwangere /29/

nein

30 (22–37)

11,7 (3,9–44,5)

25

Schwangere /29/

400 μg Folsäure/Tag

24,7 (4,8–39,6)

50

Schwangere /31/

k.A.

k.A.

14,6 (9,1)

46

Schwangere mit NTD Kind /31/

k.A.

k.A.

9,3 (4,5)

Serum/Plasma aus Ländern mit Folsäure Fortifikation

313

Schwangere < 16 GW /32/

k.A.

20–29a

15,8 (11,6–21,9)

100

Blutbank USA /33/

k.A.

k.A.

23,7 (7,61–72,0)

23

Afrikanische Frauen /34/

n = 15b

31,6 (6,0)

33,5 (17,2)

26

Kaukasische Frauen /34/

n = 17b

33,3 (6,5)

48,4 (20,5)

Erythrozyten aus Ländern ohne Folsäure Fortifikation

75

Blutbank Europa /30/

k.A.

k.A.

207 (30,2–462)

109

52 Männer /35/

nein

36 (11,3)

427 (92,5–1.089)

Erythrozyten aus Ländern mit Folsäure Fortifikation

96

Blutbank USA /30/

k.A.

k.A.

304 (94,7–703)

23

Afrikanische Frauen /34/

n = 15b

31,6 (6,0)

919 (334)

26

Kaukasische Frauen /34/

n = 17b

33,3 (6,5)

1.040 (333)

30

Frauen, je n = 10 MTHFR 677 CC, CT und TT /36/

k.A.

k.A.

930 (286), CC

1.065 (360), CT

764 (292), TT

Angegeben sind Median (10.–90. Perzentile), Median (Range) oder Mean (Standardabweichung).

a: n = 39 < 20 Jahre, n = 227 20–29 Jahre, n = 47 ≥ 30 Jahre

b: Multivitamine, B-Vitamine und Folsäure

GW, Gestationswoche; k.A., keine Angaben; MTHFR, 5,10-Methylenetetrahydrofolatreduktase; NTD, Neuralrohrdefekt; THF, Tetrahydrofolat; UPLC-MS/MS, Ultra Performance Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie.

Tabelle 13.4-8 Konzentrationen von Folat in Serum/Plasma und Liquor cerebrospinalis

Folat, nmol/l

Serum/Plasma

Liquor

Gesamtfolat, n = 72a /38/

19,3 (11,3–42,4)

20,6 (14,0–27,6)

Gesamtfolat, n = 73a /39/

13,4 (5,8)

30,4 (7,4)

5-Methyl-THF, n = 98b /40/

41,5 (13,7)

Angaben in nmol/l. Angegeben sind Median (10.–90. Perzentile) oder der Mittelwert und (Standardabweichung).

a: immunologische Methode

b: LC-MS/MS.

THF, Tetrahydrofolat; LC-MS/MS, Flüssigkeitschromatographie-Tandem-Massenspektrometrie.

Tabelle 13.4-9 Ursachen des Folatmangel

Ungenügende Folatzufuhr

  • Fehlernährung
  • Ungenügende Nahrungsmenge
  • Malabsorption
  • Lebererkrankungen
  • Pankreasinsuffizienz

Erhöhter Folatbedarf

  • Schwangerschaft
  • Laktationen
  • Frühgeburten
  • Wachstum
  • Infekte
  • Hämodialyse
  • Hämolytische Anämie
  • Biologische Reifung
  • MTHFR-Genotyp

Pharmakainterferenzen

  • Folatanaloga
  • Methotrexat
  • Aminopterin
  • Trimethoprim
  • Pentamidin
  • Pharmaka mit Einfluss auf Resorption/Utilisation
  • Orale Kontrazeptiva
  • Acetylsalicylsäure
  • Diphenylhydantoin
  • Barbiturate

Tabelle 13.5-1 Indikationen für eine Vitamin B6-Bestimmung

Falsche Ernährung

Erhöhter Bedarf

Genetische Defekte

Erkrankungen

Chronischer Alkoholismus

Schwangerschaft

Homocystinurie

Prämenstruelles Syndrom

Senile Kachexie

Laktation, Dialyse

Cystathioninurie

Hyperoxalurie (Typ I)

Karpaltunnel-Syndrom

Hypertonie

Hyperhomocysteinämie

Asthma

Diabetes mellitus

Andauernde medikamentöse Behandlung (siehe Tab. 13.5-3 – Wechselwirkungen zwischen Vitamin B6 und Medikamenten)

Tabelle 13.5-2 Referenzwerte des Vitamin B6 /3/

Methode

Referenzwert

Direkt, Blut

  • Plasma-Pyridoxalphosphat

> 20 nmol/l

  • Plasma-Pyridoxal

nicht verfügbar

  • Plasma-Gesamt-Vitamin B6

> 40 nmol/l

  • Vollblut Pyridoxalphosphat

nicht verfügbar

Direkt, 24 h-Urin

  • 4-Pyridoxinsäure

> 3 μmol/24 h

  • Gesamt-Vitamin B6

> 0,5 μmol/24 h

Indirekt, Blut

  • Homocystein nach oMBT

< 38 μmol/l

  • Erythrozyten-ALT, Ratio

> 1,24*

  • Erythrozyten-AST, Ratio

> 1,80*

Indirekt, 24 h-Urin

  • Xanthurensäure nach oTBT (2 g)

< 65 μmol/24 h

  • Cystathionin nach oMBT (3 g)

< 351 μmol/24 h

  • Oxalat-Ausscheidung

nicht verfügbar

* Ratio = Aktivität mit PLP/Aktivität ohne PLP. ALT, Alanin-Aminotransferase; AST, Aspartat-Aminotransferase; oMBT, oraler Methionin-Belastungstest; oTBT, oraler Tryptophan-Belastungstest; PLP, Pyridoxal-5´-phosphat

Tabelle 13.5-3 Wechselwirkungen zwischen Vitamin B6 und Medikamenten /3/

Wirkstoffklasse

Beispiel

Mechanismus

Hydrazine

Iproniazid, Isoniazid, Hydralazin

Reagiert mit PL und PLP unter Bildung von Hydrazon

Methylxanthine

Theophyllin, Enprofyllin

Inhibiert die Pyridoxalkinase und bestimmte Aminotransferasen

Antibiotika

Cycloserin

Reagiert mit PLP unter Bildung von Oxim

L-DOPA

L-3,4-Dihydroxy­phenyl­alanin

Reagiert mit PLP unter Bildung von Tetrahydrochinolin-Derivaten

Chelatoren

Penicillamin

Reagiert mit PLP unter Bildung von Thiazolidin

Orale Kontrazeptiva

Ethinyl­estradiol, Mestranol

Erhöhte Enzymspiegel in der Leber u. a. Geweben, Retention von PLP

Alkohol

Ethanol

Vermehrter Katabolismus von PLP, niedrige Plasmakonzentration

PL, Pyridoxal; PLP, Pyridoxal-5'-phosphat.

Tabelle 13.5-4 Pyridoxalphosphat katalysierte Enzymreaktionen /3/

Reaktionstyp

Typische(s) Reaktion oder Enzym

Reaktionen an einem α-Kohlenstoff

  • Transaminierung

Alanin → Pyruvat + Pyridoxaminphosphat

  • Racematbildung

D-Aminosäure ↔ L-Aminosäure

  • Decarboxylierung

L-Tryptophan → Tryptamin

  • Oxidative Deaminierung

Histamin → Imidazol-4

Acetaldehyd

  • Verlust einer Seitenkette

THF + Serin → Glycin + 5,10-Methylen-THF

Reaktionen an einem β-Kohlenstoff

  • Ersatz (Austausch)

Cystein-Synthase

  • Eliminierung

Serin- und Threonin-Dehydratase

Reaktionen an einem γ-Kohlenstoff

  • Ersatz (Austausch)

Cystathionin → Cystein + α-Ketobutyrat

  • Eliminierung

Homocystein-Desulfhydrase

  • Abspaltung

Kynurenin → Anthranilsäure

THF, Tetrahydrofolat.

Tabelle 13.5-5 Vitamin B6-abhängige zelluläre Prozesse /3/

Prozess

System/Funktion

C1-Metabolismus, Hormonmodulation

Immunfunktion

Glykogenphosphorylase, Transaminierung

Glukoneogenese

Tryptophan-Metabolismus

Niacin-Bildung

Hämsynthese, Transaminierung, O2-Affinität

Metabolismus und Bildung der roten Blutzellen

Neurotransmitter-Synthese, Lipid-Metabolismus

Nervensystem

Hormonmodulation, Bindung von PLP und Lysin oder Hormonrezeptoren

Hormonmodulation

PLP, Pyridoxal-5'-phosphat.

Tab. 13.5-6 Abnormaler Vitamin B6-Metabolismus, Erkrankungen und Zustände /3/

Erkrankung oder Zustand

  • Hohes Alter
  • Fehl- oder Mangelernährung
  • Atherosklerotische Gefäßerkrankungen
  • Thrombotische Gefäßerkrankungen
  • Zerebrovaskuläre Erkrankungen
  • Neurodegenerative Erkrankungen (z.B. Morbus Alzheimer)
  • Gestörte Nierenfunktion, Dialyse
  • Entzündliche Darmerkrankungen, Zöliakie
  • Hyperhomocysteinämie/Homocystinurie
  • Alkoholismus
  • Schwangerschaftskomplikationen, z.B. Präeklampsie
  • Krämpfe bei Neugeborenen und Säuglingen
  • Rheumatische Arthritis
  • Tumorerkrankungen
  • Sichelzellenanämie
  • Prämenstruelles Syndrom
  • Asthma
  • Hodgkin-Krankheit
  • Pellagra (Niacin-Mangel)
  • Wechselwirkungen mit Medikamenten

Tabelle 13.5-7 Mit Vitamin B6-Mangel assoziierte Erkrankungen

Homocystinurie: Bei der seltenen, genetisch bedingten, homozygoten Homocystinurie mit Homocysteinwerten im Blutplasma über 100 μmol/l, die von schwerer Atherosklerose im jugendlichen Alter begleitet ist, steht die Behandlung mit Vitamin B6 im Vordergrund. Der Homocystinurie liegt ein schwerer Mangel an Cystathionin-β-Synthase zu Grunde. Durch Sättigung des Apoenzyms mit hohen Dosen des Kofaktors Vitamin B6 wird die Stabilität des Enzyms erhöht, so dass eine größere Menge an aktivem Enzym vorliegt.

Anämie /22/: Vitamin B6 spielt eine wichtige Rolle für Funktion und Stoffwechsel der Erythrozyten. PLP ist Kofaktor der Transaminasen. Außerdem bindet PL an die α-Kette des Hämoglobins und steigert dessen Bindungsaffinität für Sauerstoff, während an die β-Kette von Hämoglobin S gebundenes PLP dessen Bindungsaffinität erniedrigt. Die Wirkung von PLP und PL auf die Bindungsaffinität für Sauerstoff spielt bei der Sichelzellenanämie eine wichtige Rolle. Die Behandlung erniedrigter Werte mit hohen Dosen Vitamin B6 (100 mg/Tag) führt zu Verbesserungen der Krankheitssymptome.

PLP ist auch Koenzym der α-Aminolävulinsäure-Synthase (ALS), die ein Schlüsselenzym der Hämsynthese darstellt. Bei Mangel an Vitamin B6 oder Vorliegen eines genetischen Defekts der ALS kann es zur Ausbildung einer hypochromen, Eisen refraktären, mikrozytären Anämie kommen. Die ALS ist bei diesen Patienten vermindert und hoch dosierte Behandlung mit Vitamin B6 (200–600 mg/Tag) bewirkt eine Normalisierung der ALS .

Nephrolithiasis: Bei Vitamin B6 Mangel kann es auch zur erhöhten Ausscheidung von Oxalsäure und Ausbildung einer Nephrolithiasis kommen. Bei primärer Oxalose Typ I liegt ein Defekt der peroxisomalen Alanin-Glyoxylat-Aminotransferase vor, wodurch der Abbau der Glyoxylsäure gehemmt ist /23/. Mit hohen Dosen an Vitamin B6 wird durch Induktion der Glyoxylat-Transaminase ein alternativer Abbauweg induziert /24/.

Neurologische Störungen bei Neugeborenen /25/: PLP ist Kofaktor von Enzymen, die an der Synthese verschiedener Neurotransmitter beteiligt sind wie 5-Hydroxytryptamin, Dopamin, Noradrenalin, Histamin oder γ-Aminobuttersäure. Die Rolle von PLP als Kofaktor bei der Bildung von Neurotransmittern wie auch die Beobachtung neurologischer Abnormalitäten bei Neugeborenen mit Vitamin B6 Mangel unterstreicht die Bedeutung des Vitamins für die Funktion des ZNS. Die Behandlung solcher Neugeborener mit hohen Dosen Vitamin B6 führte zur Normalisierung des Elektroenzephalogramms.

Neonatale Krampfanfälle /26/: Eine wichtige Erkrankung mit gestörtem Vitamin B6 Metabolismus ist die durch Mangel an Pyridoxalphosphat verursachte neonatale epileptische Enzephalopathie. Es ist seit langem bekannt, dass einige neonatale Krampfanfälle auf hohe Dosen Folat und Pyridoxin oder PLP ansprechen.

Maligne Tumoren /27/: Es besteht eine starke Korrelation zwischen Vitamin B6 Aufnahme oder PLP-Konzentration im Plasma und dem Krebsrisiko, vor allem für Kolonkarzinom aber auch für gastrointestinale Tumore. Demgegenüber wurde für Brustkrebs und das Prostatakarzinom keine signifikante Beziehung zum Vitamin B6-Status berichtet.

Gefäßerkrankungen: Vitamin B6, als am Stoffwechsel von Homocystein beteiligter Kofaktor, kommt, da Homocystein ein eigenständiger Risikofaktor für degenerative Herz-Kreislauf Erkrankungen und neurodegenerative Erkrankungen ist, eine besondere Bedeutung in der Diagnostik und Therapie derartiger Erkrankungen zu.

Pyridoxamin kann die durch Quervernetzung von glykatiertem Kollagen bedingte Alterung von Blutgefäßen verzögern /28/. Pyridoxamin spielt eine wichtige Rolle als Inhibitor der Bildung von höher glykatierten Endprodukten (advanced glycation end products, AGE), die durch nicht enzymatische Proteinglykatierung aus Zucker-Proteinaddukten gebildet werden /29/. Pyridoxamin inhibiert auch den oxidativen Umbau der Intermediärprodukte der Amadori-Reaktion /30/. Weiterhin beseitigt Pyridoxamin zahlreiche toxische Carbonyl Spezies, die von Zuckern oder Lipiden stammen, und verhindert dadurch die oxidative Modifikation von Proteinen /31/. Aufgrund der Bedeutung der Glykatierung für die Pathogenese von Komplikationen beim Diabetes mellitus hat Pyridoxamin das Potential, klinische Konsequenzen der Erkrankung zu verhindern.

Die Assoziation zwischen erniedrigtem Plasma PLP und kardiovaskulären Erkrankungen ist in zahlreichen retro- wie prospektiven Studien bestätigt worden /32/. Da niedriges Vitamin B6 zur Erhöhung der Konzentration von Homocystein führen kann, könnte auch dies eine Erklärung für das erhöhte kardiovaskuläre Risiko bei PLP-Mangel sein. Darüber hinaus wird Plasma-PLP auch durch Faktoren wie Rauchen oder Entzündungen erniedrigt, die selbst wiederum eine direkte Assoziation zum kardiovaskulären Risiko haben. So ist aus der gegenwärtigen Studienlage nicht eindeutig abzuleiten, ob erniedrigtes PLP ein kausaler und unabhängiger Risikofaktor für kardiovaskuläre Erkrankungen oder nur ein Surrogatmarker ist /33/.

Venöse Thrombose: Ein erniedrigtes PLP im Plasma ist auch mit einem erhöhten Risiko, an venöser Thrombose zu erkranken, assoziiert. Diese Assoziation wurde sowohl aus retro- wie prospektiven Studien berichtet /34/. Studien der Sekundärprävention mit B-Vitaminen (B6, B12 und Folsäure) haben allerdings keine Absenkung des Thromboserisikos gezeigt /35/. Jedoch bleibt offen, ob B-Vitamine protektiv bei der primären Prävention von Thrombosen wirken.

Neurologische Erkrankungen: Der Mangel an Vitamin B6, B12 und Folsäure ist mit einem erhöhten Risiko für neurologische und psychiatrische Erkrankungen wie auch kognitivem Defizit assoziiert. Das häufige Auftreten von kognitiven Störungen und von Demenz bei älteren Menschen wird mit der hohen Prävalenz an B-Vitaminmängeln und Hyperhomocysteinämie in dieser Population in Verbindung gebracht /36/. Die beschleunigte Atrophie des Gehirns von älteren Menschen mit milden kognitiven Störungen (MCI) konnte durch Behandlung mit Homocystein senkenden B-Vitaminen (B6, B12 und Folsäure) signifikant verlangsamt werden /37/. Die beschleunigte Gehirnatrophie ist charakteristisch für Personen mit MCI, die eine Alzheimer Demenz entwickeln. Bisherige Studien unterstreichen die Bedeutung des Vitamin B6 für die Entwicklung wie auch die Prävention von neurodegenerativen Erkrankungen.

Tabelle 13.6-1 Richtwerte in EDTA Plasma und Urin. Modifiziert nach Lit. /5/

Anzahl

Plasma (μmol/l)

Urin (mmol/mol Creatinin)

Betain

Cholin

DMG

ACh*

Betain

Cholin

DMG

60 Männer und Frauen /6/

27–41a

7,0–9,3a

1,3–2,0a

60 Männer und Frauen nicht nüchtern /6/

36–47a

9,0–12,3a

1,6–2,5a

2.062 Frauen, 47–49 Jahre /7/

21,7–46,3

6,8–11,5

1.657 Männer, 47–49 Jahre /7/

31,0–58,2

7,4–12,6

1.860 Frauen, 71–74 J. /7/

24,9–50,3

7,2–12,8

1.466 Männer, 71–74 J. /7/

31,6–61,1

8,1–14,1

20 Frauen, 50–73 J. /4/b

18,7–37,5

7,0–11,7

1,5–3,7

2,6–5,8

3,3–11,4

1,1–4,0

1,3–4,7

24 Männer, 57–75 J. /4/b

25,2–46,8

7,4–12,4

2,0–4,3

1,8–6,6

2,4–25,3

1,0–4,7

0,6–7,0

74 Frauen /58/

17–60c

81 Männer /58/

21–78c

37 Frauen /58/

0,4–12,3c

43 Männer /58/

0,8–9,6c

160 Männer und Frauen /58/

1,8–35,9c

52 Männer und Frauen /58/

0,4–30,5c

Angegeben sind die 10.–90. Perzentilen; • μmol/mol Creatinin; a: Angegeben sind die 25.–75. Perzentilen; b: UPLC-MS/MS Methode; c: 95 %-Bereich.

ACh, Acetylcholin; DMG, Dimethylglycin

Tabelle 13.6-2 Erkrankungen und LifestyleFaktoren auf die Konzentration von Betain und Cholin in Plasma und Urin /10/

Erkrankung/Lifestyle-Faktor

Betain­

Cholin­

Plasma

Metabolisches Syndrom

Folatmangel

Homocystein

Stress

Rauchen

Bewegung

Body Mass Index

HDL Cholesterin

Triglyceride

Ausscheidung im Urin

Metabolisches Syndrom

↑↑

Diabetes mellitus

↑↑

Chron. Nierenversagen (ohne Diabetes mellitus)

↑↑

Fibrattherapie

Homocystein

Tabelle 13.6-3 Assoziation von Betain Mangel mit Erkrankungen

Adipositas: Die Rolle von Betain bei Adipositas könnte durch die Wechselbeziehung zum Metabolismus der Lipide begründet sein. Aus verschiedenen Querschnittsstudien geht hervor /7/, dass Betain im Plasma invers mit Lipiden (Triglyceride, Apolipoprotein B, LDL Cholesterin) korreliert und daher niedriges Betain im Plasma mit einem höheren vaskulären Risiko assoziiert ist. Außerdem führte die Supplementation mit Betain bei Gesunden zum Anstieg des Cholesterins /20/ sowie zu einer geringen Erhöhung der Triglyceride und des LDL Cholesterins. Weiterhin zeigen Untersuchungen an Tieren, dass Supplementation mit Betain zu einer gesteigerten hepatischen Synthese von Apolipoprotein B /21/ sowie zum Anstieg von LDL und Triglyceriden führt. Diese Änderungen sind mit einer deutlichen Erniedrigung der Gewebslipide assoziiert. Weiterhin verminderte Betain die Synthese von Fettsäuren /22/.

In Querschnittsstudien ist niedriges Betain im Plasma mit erhöhten Lipiden und anderen Parametern des metabolischen Syndroms assoziiert /10/. In Übereinstimmung damit sind Befunde, dass Patienten mit Dyslipidämie ein erniedrigtes Betain im Plasma aufwiesen /34/. Zahlreiche Studien weisen auf eine Assoziation zwischen dem Mandel an Betain und abnormen Lipiden hin.

Diabetes mellitus/metabolisches Syndrom: Über 20 % der Patienten mit Diabetes mellitus scheiden große Mengen an Betain mit dem Urin aus /24/. Abnormale Ausscheidungen von Betain finden sich ebenfalls häufig bei Patienten mit chronischer Nierenerkrankung /24/, bei Patienten mit Störungen des Lipidstoffwechsels /23/ und auch unter Fibrattherapie /25/. Bei Diabetikern besteht eine positive Korrelation zwischen der Ausscheidung von Betain im Urin und einem anderen renalen Osmolyten, dem Sorbitol, weshalb bei Diabetes mellitus eine Überproduktion von Sorbitol diskutiert wird.

Auch beim metabolischen Syndrom besteht eine Tendenz zu niedrigerem Betain im Plasma /7/. Die fehlende Assoziation zwischen dem Substrat Cholin und seinem durch das mitochondriale Enzym Cholindehydrogenase gebildeten Produkt Betain reflektiert die Störung dieses Stoffwechselwegs als Teil der mitochondrialen Dysfunktion beim metabolischen Syndrom. Eine hohe Ausscheidung von Betain ist beim metabolischen Syndrom häufig /8/. Damit im Einklang steht, dass bei einigen Störungen des Lipidstoffwechsels ebenfalls große Mengen an Betain mit dem Urin ausgeschieden werden /23/, woraus Probleme in der Betain Versorgung der Gewebe dieser Patienten resultieren können. Diese Patienten können wahrscheinlich von einer Supplementation mit Betain profitieren.

Gefäßerkrankungen, Hyperhomo­cysteinämie: Hohe Dosen Betain (≥ 6 g/Tag), allein oder in Kombination mit B-Vitaminen, werden seit Jahren für die Behandlung der genetisch bedingten Homocystinurie eingesetzt. Betain ist die Hauptdeterminante des Homocysteins im Plasma unter Nicht-Nüchternbedingungen. Verschiedene Studien haben die Wirkung einer moderaten Supplementation auf das Homocystein im Plasma untersucht und eine Dosis abhängige Reduktion des Homocysteins nüchtern um bis zu 20 % sowie des Homocysteins nach Methioninbelastung um 29–40 % gefunden, die anhielt, solange die Supplementation mit Betain betrieben wurde /20/. Methionin, über die Methylierung von Homocystein gebildet, kann nur durch Umwandlung in Homocystein metabolisiert werden und in diesem zyklischen Prozess ändern sich die Steady-state Konzentrationen von Homocystein im Plasma, verglichen mit dem hohen Betain Umsatz, nur in einem engen Bereich /26/.

Wenn die Versorgung mit Methylgruppen kritisch ist, kann Betain effektiv wirken, da Methylgruppen aus Nahrungsbetain schnell im Gewebsmethionin erscheinen. Hyperhomocysteinämie kann als Zeichen eines Mangels an Betain auftreten. In Studien wurde die Beziehung zwischen Betainversorgung und Gefäßerkrankung untersucht. Die Supplementation von Betain verbesserte nicht die Blutfluss vermittelte Vasodilatation als Marker der Endothelfunktion, obwohl Homocystein signifikant gesenkt worden war /26/.

In einer Studie an Gesunden mit hoher Aufnahme von Cholin und Betain wurden niedrige Konzentrationen an Inflammationsmarkern im Plasma gemessen /27/. Da Inflammation bei der Atherogenese eine wichtige Rolle spielt, wird eine hohe Aufnahme an Cholin und Betain als protektiv gegen kardiovaskuläre Erkrankungen gewertet. Allerdings ist in zwei prospektiven Studien [der Niederländischen PROSPECT-EPIC-Kohorte und der Atherosclerosis Risk in Communities (ARIC)-Studie] keine Assoziation zwischen der Cholin- oder Betainaufnahme und dem kardiovaskulärem Risiko gefunden worden /28/.

Lebererkrankungen: Betain soll die toxischen Wirkungen des Alkohols auf die Leber mildern und insbesondere der Entwicklung einer Fettleber entgegenwirken. Diese Wirkung liegt wahrscheinlich in der Aufrechterhaltung der Konzentration von SAM begründet. Alkohol inhibiert die Methioninsynthase und steigert so den Bedarf an Betain um die Kapazität der Methylierung aufrechtzuerhalten. Die Kapazität der Methylierung ist besonders in der Leber für die de novo Synthese von Phosphatidylcholin wichtig, da dies für die Bildung und Sekretion von VLDL essentiell ist.

Betain verbessert auch die Leberfunktion bei nicht alkoholischer Fettleber und bei durch Xenobiotika oder Gallensäuren verursachten Lebererkrankungen /29/. Diese positive Wirkung wird durch die Bereitstellung von Methylgruppen für die Synthese von Phosphatidylcholin oder der osmolytischen Wirkung von Betain erzielt /29/.

Tabelle 13.6-4 Assoziation von Mangel an Cholin mit Erkrankungen

Kardiale Erkrankungen: Cholin und Betain sind Donatoren von Methylgruppen und senken im Plasma die Konzentration von Homocystein. In klinischen Studien ist gezeigt worden, dass Homocystein invers mit der Cholinaufnahme korreliert /28/. Allerdings war in anderen Studien die Cholinaufnahme nicht oder nur tendenziell mit der Inzidenz von koronarer Herzerkrankung assoziiert /31/.

Neuralrohrdefekt (NTD): Cholin wird als Methylgruppendonor für die Schließung des Neuralrohrs benötigt. Schwangere mit niedriger Cholinaufnahme haben ein erhöhtes Risiko, ein Kind mit NTD zu gebären /32/.

Maligner Tumor: Cholinmangel ist mit einer erhöhten Inzidenz an Leberkarzinomen assoziiert. Verschiedene Pathomechanismen werden diskutiert. Epigenetische Veränderungen können beispielsweise Mechanismen triggern, die mit einer Karzinomentwicklung im Zusammenhang stehen /33/. Cholinmangel triggert Proteinkinase C (PKC)-Signaling, wodurch eine veränderte Zellproliferation, Zellapoptose und eventuell Karzinogenese verursacht werden kann.

Die Cholin- und Betainaufnahme stehen mit dem Krebsrisiko in Beziehung. Eine hohe Cholinaufnahme reduzierte das Risiko für Brustkrebs und ein hoher Cholin- wie Betainkonsum war auch mit einer niedrigeren Mortalität an Brustkrebs assoziiert /19/. Allerdings bestand eine positive Assoziation zwischen der Cholinaufnahme und dem Risiko für kolorektale Karzinome, was auf unterschiedliche Ätiologien für Brustkrebs und kolorektale Tumore hinweist /34/. Personen mit dem Single Nucleotide Polymorphismus (SNP) im Gen des Cholinmetabolismus PEMT rs12325817 hatten ein höheres Risiko für Brustkrebs, während Frauen mit einem SNP im Gen BHMT rs3733890 eine niedrigere Mortalität an Brustkrebs aufwiesen.

Epigenetische Mechanismen des Cholins: Die Mechanismen, über die Cholin das Gedächtnis eines Feten beeinflusst, bleiben unklar. Bei Erwachsenen wird angenommen, dass eine gesteigerte diätetische Cholinaufnahme zu vermehrter Bildung und Freisetzung von Acetylcholin (ACh) führt. Beim Feten führte eine Supplementation der Mütter mit Cholin im fetalen Gehirn eher zur Anreicherung von Phosphocholin und Betain als von Cholin und ACh /35/. Epigenetische Mechanismen vermitteln durch Methylierung von DNA und Modifikationen von Histon Signale, die zu Änderungen der Genexpression führen. Methylierungen von DNA und Histonen benötigen S-Adenosylmethionin (SAM) als Methyldonor. Die Verfügbarkeit von SAM wird direkt durch die diätetische Cholinaufnahme beeinflusst. Cholinmangel oder Störungen der Pathways von Cholin führen zur Depletion von SAM und zur Erhöhung von S-Adenosylhomocystein (SAH) /36/. Mangel an Cholin verursacht eine verminderte Methylierung verschiedener Gene und eine gesteigerte Apoptose im fetalen Hippocampus /37/. Die Verfügbarkeit von Cholin während der Schwangerschaft beeinflusst ebenfalls die Methylierung Svon Histon im sich entwickelnden Embryo, woraus Änderungen der Genexpression resultieren, vor allem von Genen, die eine Methylierung und neuronale Differenzierung von Zellen regulieren /38/.

Homocystein (1–2 %) Homocystin (5–10 %) Cystein-Homocystein (5–10 %) HS-CH 2 -CH 2 -CH-COOH NH 2 -S-S-CH 2 -CH 2 -CH-COOH NH 2 Protein Protein Proteingebundenes Homocystein (70–90 %) CH 2 -CH 2 -CH-COOH 2 - CH 2 - CH - COOH S S CH 2 -CH 2 -CH-COOH NH 2 NH 2 CH 2 -CH-COOH S S CH 2 -CH 2 -CH-COOH NH 2 NH 2 S Protein

Abbildung 13.1-1 Homocysteinformen.

Cholin PC PE Phosphorylcholin CDP-Cholin Acetylcholin Trimethylamin Cholin-Oxidase Betainaldehyd-Dehydrogenase Cholin-Kinase ATP ADP SAM Hcy Methionin SAH Betain Dimethylglycin PEMT BHMT 5-MTHF THF B 12 - Cystein Glutamat Glutathion Glycin SAH-Hydrolase CDP-Cholin:DAG-Cholinphosphotransferase CTP PPi CTP:Phosphocholin- Cytidylyltransferase DAG CMP Membran-phospholipide Cholin Phospholipase D Sphingomyelin Sphingomyelin-Synthase Diät CBS GCT X CH 3 -X 3 SAM 3 SAH γ-Glutamylcystein

Abbildung 13.1-2 Homocystein Metabolismus. ADP, Adenosindiphosphat; ATP, Adenosintriphosphat; BHTM, Betain-Homocystein-Methyltransferase; CBS, Cystathionin-β-Synthase; CDP, Cytidindiphosphat; CMP, Cytidinmonophosphat; CTP, Cytidintriphosphat; DAG, Diacylglycerin; GCT, γ-Cystathionase; Hcy, Homocystein; MS, Methioninsynthase; MTHFR, 5,10-Methylentetrahydrofolatreduktase; PC, Phosphatidylcholin; PE, Phosphatidylethanolamin; PEMT, Phosphatidylethanolamin N-Methyltransferase; PPi, Phyrophosphat; SAM, S-Adenosylmethionin; SAH, S-Adenosylhomocystein; THF, Tetrahydrofolat; X-CH3, Methylierungsprodukt.

Homocystein (μmol/l)161514131211 n = 650 gesunde SeniorenDurchschnittsalter 73 ± 6 Jahre * 24–25 26–28 >28 *

Abbildung 13.1-3 Abhängigkeit der kognitiven Leistungsfähigkeit (MMSE [Mini-Mental State Examination] Score) bei Senioren von der Konzentration an Homocystein. Modifiziert nach Lit. /49/.

Kumulative Inzidenz der Demenz (%)201510 5 0 Personen der oberstenHomocystein-Quartile Alle anderen Personen Jahre 0 2 4 6 8 10 12

Abbildung 13.1-4 Kumulative Inzidenz der Demenz über durchschnittlich 8 Jahre in Abhängigkeit der basalen Konzentration an Homocystein. Modifiziert nach Lit. /47/.

11,5 12,6 12,6 13,1 11,7 10,6 10,6 10,3 1,4 –14,3 –14,2 –18,3 0–5–10–15–20 Placebo 0,2 mg vorher 0,4 mg 0,8 mg nach 26Wochen % Unter- schied Homocystein, μmol/l % Unterschiedverglichen mit Baseline 20151050

Abbildung 13.1-5 Mediane Änderungen der Konzentrationen von Homocystein nach 26 Wochen Behandlung mit Placebo oder 0,2 mg, 0,4 mg, oder 0,8 mg Folsäure pro Tag. Modifiziert nach Lit /44/.

11,2 % 43 % 0 10 20 30 40 50 Hcy ≤ Median Hcy > Median

Abbildung 13.1-6 Die Höhere Basiskonzentration von Homocystein war assoziiert mit größerer Reduzierung der Gehirnatrophie nach 24 monatiger Behandlung bei täglicher Einnahme von Folsäure (0,8 mg), Vitamin B12 (0,5 mg) und B6 (20 mg). Modifiziert nach Lit. /32/.

Inflammation Oxidativer Stress SAM/SAH tHcy UPS Ungefaltetes Protein kann nicht entfernt werden β-Amyloid Folat, B 12 , B 6 PS1 α-Synuclein α-Synuclein- Aggregate Phosphatidylethanolamin PE/PC ? ? sAPPα non- amyloidogener Pathway + PS1 APP Produktion Änderung der Membran- fluidität Phosphatidsäure Diacylglycin PKC L-Isoaspartyl D-Aspartyl L-Isoaspartyl D-Aspartyl Protein L-Isoaspartyl, D-Aspartyl- O-Methyltransferase „Reparaturprotein“ α-Synuclein SAH SAM sAPPα sAPP B 6 MAP-Kinase Cell Signalling Pathway PEMT-Aktivität

Abbildung 13.1-7 Neurotoxische Mechanismen von Homocystein. APP, Amyloid-Vorläuferprotein; MAP, Mitogen aktiviertes Protein; PC, Phosphatidylcholin; PE, Phosphatidylethanolamin; PKC, Proteinkinase C; PS1, Präsenilin; SAM, S-Adenosylmethionin; SAH, S-Adenosylhomocystein; sAPP, lösliches Amyloid-Vorläuferprotein; tHcy, Gesamt Homocystein; UPS, Ubiquitin-Proteasom System.

2.000 1.000 600 400 200 100 CSF β-Amyloid (1-42), ng/l CSF SAH, nmol/l 6050403020108765 40302010864 r = –0,31; p = 0,001 CSF SAM/SAH Ratio r = 0,34; p < 0,001,nach Korrektur für Alter

Abbildung 13.1-8 Korrelation zwischen SAH und dem SAM/SAH Verhältnis im Liquor cerebrospinalis (CSF) mit der β-Amyloid 1–42-Konzentration im Liquor in Demenz freien Patienten. SAM, S-Adenosylmethionin; SAH, S-Adenosylhomocystein. Modifiziert nach Lit. /62/.

< 38,5 ng/l ≥ 38,5 ng/l 0 10 20 30 CSF SAH, nmol/l P-tau (181p) 9,7 11,6 12,6 12,3 15,2 19,0 p = 0,031 p = 0,038 n = 27 23 22 12 21 36 p = 0,001

Abbildung 13.1-9 Konzentration von SAH im Liquor cerebrospinalis (CSF) in Verhältnis zur P-tau 181 Konzentration in der CSF in drei Altersgruppen. Alter (Jahre): ᷻ ≤ 40, 41–60, 61–86.SAH, S-Adenosylhomocystein. Modifiziert nach Lit. /62/.

HS OH NH 2 L-Homocystein OH NH 2 S O HO NH 2 Cystathionin CBS CBL L-Serin Pyruvat + AmmoniakPyruvat wird bei 340 nm mittels NADH/LDH detektiert O O

Abbildung 13.2-1 Prinzip des Cystathionin-β-Synthase katalysierten Homocystein-Assays. Die Pyruvat-Detektion erfolgt bei 340 nm mittels NADH/LDH. CBS, Cystathionin-β-Synthase; CBL, Cystathionin-β-Lyase.

Risikogruppenfür Schlaganfall,Herz-Kreislauf-Erkrankungen Gesunde > 50 Jahre,Risikogruppen fürVitaminmangel(Tabelle 13.1-2) Homocysteinmessung > 12,0 μmol/l 10,1–12,0 μmol/l Folsäure: 0,2–0,5 mg, B 12 : 10–30 μg (> 60 J.: 100 μg), Vitamin B 6 : 2–10 mg ≤ 10,0 μmol/l Patienten mit milden kognitivenStörung, Risikogruppen fürneurodegenerativeErkrankungen kein erhöhtes Risiko,Kontrolle nach zweiJahren tolerierbar,jährliche Kontrolle Supplementationbeibehalten, regelmäßigeKontrolle Kontrolle nach vier bissechs Wochen Weitere Diagnostik (Nierenfunktion, Malabsorption, MTHFR) Dosierung optimieren (z.B. B 12 erhöhen bis 1 mg/d bei Malabsorption; Nierenfunktionsstörungen) ≤ 12,0 μmol/l > 12,0 μmol/l

Abbildung 13.2-2 Entscheidungsbaum für Diagnostik, Prophylaxe und Therapie bei Hyperhomocysteinämie (gilt nicht für Nierenpatienten). B12, Vitamin B12.

O O O O O O O O O O O P H 2 N H 2 N H 2 N NH 2 NH 2 NH 2 H 3 C CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C H 3 C H 3 C HN N N N Co N N N R O OH HO –R Name –CN Cyanocobalamin –OH Hydroxocobalamin H 2 O Aquacobalamin NO 2 Nitritocobalamin –CH 3 Methylcobalamin 5'-Desoxyadenosyl 5'-Adenosylcobalamin

Abbildung 13.3-1 Grundstruktur der Cobalamine

HoloTC < 35 pmol/l B 12 -Mangel oder Depletion Verdacht auf einen Vitamin B 12 -Mangel HoloTC ≥ 35 pmol/l B 12 -Mangel wenig wahrschein - lich*

Abbildung 13.3-2 Algorithmus zum Vorgehen bei Verdacht auf einen Vitamin B12-Mangel.

* Bei gestörter Nierenfunktion oder Diabetes mellitus für den Konzentrationsbereich 35–70 pmol/l die Messung von MMA empfohlen. Hohes MMA trotz normaler HoloTC-Konzentration im Plasma bzw. Serum spricht für einen intrazellulären Cobalaminmangel, der durch eine MMA-Absenkung nach B12-Supplementation bestätigt werden kann. MMA, Methylmalonsäure; HoloTC, Holotranscobalamin

4 Wo 2 Wo Base-line 1.8001.6001.4001.2001.000800600 B 12 0,7 mg i.v./3 × pro Woche MMA, Mittelwert ± 2 SD, nmol/l 5 Mon 8 Wo 6 Wo p < 0,001 im Vergleichzu vor der Behandlung Depletion

Abbildung 13.3-3 Methylmalonsäure (MMA)-Senkung bei Patienten mit Nierenerkrankung durch i.v.-Gabe von 0,7 mg Vitamin B12 3 × pro Woche für 4 Wochen. Der MMA senkende Effekt blieb in den nachfolgenden Monaten bestehen. Die Konzentration von MMA wurde durch die Behandlung mit Vitamin B12 nicht normalisiert. Mon, Monate; SD, Standardabweichung; Wo, Wochen.

OH-B 12 Diät Magen IntestinalesLumen(Ileum) Blut Zellen Protein-gebundenes B 12 Intrinsic-Faktor (IF) IntestinaleZellen TC-B 12 IF-Rezeptor Haptocorrin-B 12 (80 %) Ado-B 12 MS Methyl-malonyl CoA Succinyl CoA MethylmalonylCoA-Mutase Hcy Methionin TC-Rezeptor Haptocorrin (R-Binder) Haptocorrin-B 12 TC-B 12 (10–30 %) Methyl-B 12 + IF-B 12 Lysosom

Abbildung 13.3-4 Transport und zelluläre Aufnahme von Vitamin B12. Hcy, Homocystein; B12, Vitamin B12; TC, Transcobalamin; MS, Methioninsynthase; Cbl, Cobalamin; Ado, Adenosyl.

TC– Hcy MMA Nur 10–30 % des Serum Gesamt-Cobalamins ist aktiv 70–90 % Haptocorrin-B 12 Holohaptocorrin Transcobalamin-B 12 HoloTC „Biologisch inert“ 10–30 % „Biologisch aktiv“ Hcy MMA Blut Zelle TC-Rezeptor

Abbildung 13.3-5 Zelluläre Aufnahme und biologische Aktivität von Vitamin B12. Hcy, Homocystein; TC, Transcobalamin; MMA, Methylmalonsäure.

Meth+THF Hcy + 5-MTHF Methionin-Synthase Cytosol MM-CoA Succ-CoA MM-CoA-Mutase Mitochondrion CH 3 -B 12 OH-B 12 Adenosyl-B 12 Cobalamin-abhängige biologische Reaktionen MMA

Abbildung 13.3-6 Cobalamin abhängige biologische Reaktionen im Cytosol und den Mitochondrien und bei Cobalaminmangel. B12, Vitamin B12; Hcy, Homocystein; Meth, Methionin; MMA, Methylmalonsäure; MM-CoA, Methylmalonyl-CoA; 5-MTHF, 5-Methyltetrahydrofolat; Succ-CoA, Succinyl-CoA; THF, Tetrahydrofolat.

L-Methylmalonyl-CoA Succinyl-CoA Cbl III Cbl II Cbl I MCM/ AdoCbl OH-Cbl Methyl-Cbl Lysosomale Degradierung Cbl C/D 4 Cbl F 1 Cbl A 5 Cbl B 6 TCII-Cbl Hcy Meth SAM SAH MS Cbl G 3 TC-Cbl Cbl E 2 TC-Rezeptor

Abbildung 13.3-7 Zelluläre Aufnahme, intrazelluläre Verteilung und enzymatische Synthese von Cobalamin Koenzymen. Die vererbbaren Gendefekte des Cobalamin Metabolismus sind in die Klassen A–G eingeteilt. Die Loci der jeweiligen Defekte sind: 1) Lysosomaler Cbl-Efflux, 2) Methionin-Synthase-Reduktase, 3) Methionin-Synthase, 4) Zytosolische Cbl-Reduktase/β-Ligand-Transferase, 5) Mitochondriale Cbl-Reduktase und 6) Cbl-Adenosyltransferase. Ado, Adenosyl; Cbl, Cobalamin; Hcy, Homocystein; MS, Methioninsynthase; MCM, L-Methylmalonyl-CoA-Mutase; SAM, S-Adenosylmethionin; SAH, S-Adenosylhomocystein; TC, Transcobalamin. Modifiziert nach Lit. /41/.

5 10 R2 R1 H 2 N H N H N N H N O COOH COOH O N N Derivate der Pteroylmonoglutaminsäure R1 R2 5-Methyl 10-Formyl –OH 5-Formyl 5,10-Methenyl Glutaminsäure 5-Formimino 5,10-Methylen (–glutamyl) n

Abbildung 13.4-1 Struktur der Folatderivate.