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Ein Vitamin wie Dr. Jekyll & Mr. Hyde

25.11.2002
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Ascorbinsäure

Ein Vitamin wie Dr. Jekyll & Mr. Hyde

von Hagen Trommer, Halle, Rolf Böttcher, Leipzig, und Reinhard H. H. Neubert, Halle

Die Haut ist ständig oxidativem Stress ausgesetzt. Kann Vitamin C in halbfesten Formulierungen dessen Schadwirkung herabsetzen? Die Einarbeitung von Ascorbinsäure in Kosmetika und in Sonnenschutzmittel mit dem Ziel, die Hautalterung zu verhindern oder zu verzögern, impliziert derartige Effekte. Eigene analytische Untersuchungen lassen Zweifel aufkommen.

Die zu den wasserlöslichen Vitaminen zählende Ascorbinsäure löst immer wieder kontroverse Diskussionen aus, da viele Funktionen des Hexuronsäurelactons noch unbekannt oder nur in Teilaspekten bekannt sind. Zudem gab es bei den Versuchen, diese vollständig aufzuklären, widersprüchliche experimentelle Befunde. Sogar die tägliche Dosis, die Gesundheit und Leistungsfähigkeit garantieren soll, ist bis heute umstritten.

Weitere Quelle kontroverser Diskussionen ist das Redoxverhalten des Lactons, konnten doch in Studien sowohl anti- als auch prooxidative Effekte auf verschiedene Biomoleküle festgestellt werden.

Besonders interessant ist der Stellenwert topisch verabreichter Ascorbinsäure. Dieser Beitrag wirft anhand eigener analytischer Untersuchungen die Frage nach Nutzen oder Risiko dieser Zubereitungen erneut auf und diskutiert sie kritisch. Die eingesetzten Analysenmethoden beinhalten neben der nasschemischen Quantifizierung der Lipidperoxidation mittels Thiobarbitursäure-Reaktion die Verfahren der Massenspektrometrie zur Erlangung qualitativer Aussagen und der elektronenparamagnetischen Resonanzspektroskopie als einzige Möglichkeit der Direkt-Detektion freier Radikale.

Wirbel um den Science-Artikel

Seit Juni vergangenen Jahres steht sie erneut im Mittelpunkt der Diskussion: die Ascorbinsäure oder Vitamin C. Ist ihre Einnahme gesund, indifferent oder sogar gesundheitsgefährdend. Ist die Substanz nun „gut oder böse“? Diese Fragen sind mittlerweile überall dort zu „Evergreens“ der Diskussionen geworden, wo über Vitamine als Nahrungsergänzungsmittel geredet wird. Was war passiert?

Die Autoren Lee, Oe und Blair vom Institut für Krebspharmakologie der Universität Philadelphia legten Daten vor, die belegen, dass Vitamin C physiologisch vorhandene Lipidhydroperoxide wie den Linolsäureabkömmling 13-Hydroperoxy-9,11-octadecadiensäure (13-HPODE) weiter abbauen kann (1). Als Folge dieser Degradation entstehen Nonenale und Decanale als bifunktionelle elektrophile Lipidperoxidations-Sekundärprodukte. Diese werden mit einer Veränderung des genetischen Materials in Verbindung gebracht.

Neu an dieser Studie war, dass der Schadeffekt erstmals der alleinigen und direkten Wirkung der Ascorbinsäure zugeschrieben wurde. Bislang wurde stets auf Übergangsmetallionen, vor allem Eisen und Kupfer, als für eine Schädigung notwendige Cofaktoren verwiesen (2, 3).

Wie alles begann

Seinen Namen verdankt das Hexuronsäurelacton Ascorbinsäure seiner Wirkung gegen Skorbut. Bereits in der medizinischen Rezeptsammlung des Papyrus Ebers aus dem Jahre 1500 vor Christus ist diese auch als Skurvie, Scarby oder Scorby bezeichnete Erscheinung als Mangelerkrankung beschrieben. Auch in anderen schriftlichen Überlieferungen der Gelehrten früher Hochkulturen finden sich entsprechende Eintragungen, so zum Beispiel in den Schriften des Römers Plinius im 1. Jahrhundert oder im babylonischen Talmud des 5. Jahrhunderts. Hier ist von einer als "tzafdinah" bezeichneten Krankheit die Rede, deren Hauptsymptom Zahnfleischbluten ist (4). Die wichtigsten Etappen der Skorbut- und Vitamin C-Forschung sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

 

Tabelle 1: Wichtige Ereignisse der Ascorbinsäure-Forschung

Jahr Ereignis Um 1500 v. Chr. Frühe Beschreibungen von Skorbut-Symptomen, zum Beispiel im Papyrus Ebers 1400 bis 1700 Vielfältiges Auftreten von Skorbut auf den langen See- und Entdeckungsfahrten sowie bei der Kolonialisierung Amerikas durch Hunger und einseitige Ernährung 1753 James Lind veröffentlicht sein Buch „A Treatise of the Scurvy“, worin er feststellt, dass die Gabe von zwei Apfelsinen und einer Zitrone täglich die Skorbutsymptome von Seeleuten verhindern kann 1840 George Budd, ein Londoner Physiker, schreibt, dass „Skorbut auf das Fehlen eines essentiellen Nahrungsfaktors zurückzuführen sei, der in der nahen Zukunft durch die organische Chemie bzw. Experimente der Physiologen entdeckt wird.“ 1907 Axel Holst und Theodor Frölich erzeugen in Meerschweinchenversuchen experimentell Skorbut und beschreiben die Verhinderung der Mangelerkrankung durch Füttern von Obst und Gemüse anstatt einer Getreide-Diät 1912 Casimir Funk, ein polnischer Chemiker, schreibt seine Epoche machende Theorie der Vitamine und eröffnet damit neue Sichtweisen der ernährungsbedingten Erkrankungen 1920 Jack Cecil Drummond schlägt vor, den antiskorbutischen Faktor als Vitamin C zu bezeichnen 1928 Albert Szent-Györgyi isoliert den „Antiskorbutfaktor“ aus der Nebennierenrinde 1932 Charles Glen King und William A. Waugh stellen fest, dass Szent-Györgyis kristalline Substanz und ihre aus Zitronensaft isolierte antiskorbutische Verbindung identisch sind 1933 Tadeus Reichstein, Andreas Grüssner und Rupert Oppenauer gelingt die Totalsynthese des Lactons

Walter Norman Haworth und Albert Szent-Györgyi bezeichnen die Substanz nach dem Beweis ihrer Identität als Ascorbinsäure

 

Meilensteine in der Beobachtung von Mangelerscheinungen liegen im 15. Jahrhundert, dem Zeitalter der langen See- und Entdeckungsreisen und der damit verbundenen Ernährungsdefizite. Der schottische Arzt James Lind war 1753 der Erste, der mit seiner Schrift „A Treatise of the Scurvy“ Präventionsmöglichkeiten aufzeigte. Grundlage dieses Buches waren die berühmten Experimente mit Zitronen und Apfelsinen als Skorbutverhinderer.

Die Ursache des Skorbut, das heißt der Zusammenhang der Mangelsymptome mit dem Fehlen von Ascorbinsäure, blieb bis Ende des 18. Jahrhunderts weitgehend ungeklärt. Erst die Untersuchungen von Holst und Frölich, Szent-Györgyi, King und weiterer Forscher brachten endgültige Klarheit (5).

Vertreter der so genannten Sättigungstheorie fordern heute die tägliche Einnahme von Megadosen Vitamin C im Grammbereich, während die Deutsche Gesellschaft für Ernährung Mengen von 75 bis 120 mg pro Tag als ausreichend ansieht (5, 11).

Kleiner Ausflug zur Biochemie

Die chemischen und biochemischen Eigenschaften der Ascorbinsäure sind vor allem durch ihre Endiol- oder a-Oxoendiolstruktur geprägt. Es handelt sich um ein fünfgliedriges heterozyklisches Lacton, eine zweibasige Säure mit leichter Wasserlöslichkeit und starker Reduktionsfähigkeit.

Verantwortlich für die Azidität ist vor allem die C3-Hydroxylgruppe, die Bestandteil einer vinylogen Carbonsäure ist und einen pKs von 4,2 besitzt. Der pKs des C4-Hydroxyls beträgt 11. Ascorbinsäure ist eine mittelstarke Säure, von der nur die monovalenten Salze am aziden C3, vor allem jene mit Alkali- und Erdalkalimetallen, bekannt sind.

Ascorbinsäure wird oft als Monosaccharid-Derivat aufgefasst. Die Analogien zur Kohlenhydrat-Chemie beziehen sich vor allem auf das Verhalten gegenüber Säuren und Laugen, das trockene Erhitzen sowie die Reaktion mit Aminen (Maillard-Bräunung). Letztere wird in Zusammenhang mit Ascorbinsäure-induzierten pathophysiologischen Vorgängen gebracht, zum Beispiel die durch Proteinvernetzung entstehenden Linsenverfärbungen bei Katarakt (6).

Eine wässrige Ascorbinsäurelösung stellt sich als relativ komplexes reversibles Redoxsystem dar mit den drei „tragenden Säulen“ Ascorbat, Ascorbyl-Radikal und Dehydroascorbinsäure (7). Bedenkt man die relative Instabilität der oxidierten Form und das Entstehen verschiedener Degradationsprodukte in Abhängigkeit vom pH-Wert des Mediums, wird verständlich, dass Abbauwege und -mechanismen noch nicht endgültig geklärt sind, weder in vivo noch in vitro.

Pharmakologische Wirkungen

Ascorbinsäure besitzt mit C4 und C5 zwei asymmetrische Kohlenstoffatome. Dadurch sind vier stereoisomere Verbindungen möglich. Maßgebend für die Bioaktivität ist die Konfiguration am C4. Als Vitamin C werden alle Derivate des L-Threo-hex-2-enono-1,4-lactons mit biologischer Aktivität bezeichnet. Dazu gehört unter anderem das korrespondierende Oxidationsprodukt Dehydroascorbinsäure, nicht jedoch die drei Stereoisomere D-Ascorbinsäure, L-Isoascorbinsäure und Erythrobinsäure.

Die Fähigkeit, Ascorbinsäure selbst zu synthetisieren, ist dem Menschen erst im Lauf der Evolution abhanden gekommen, offenbar auf Grund des ständigen Überangebotes. Auch Menschenaffen und Meerschweinchen müssen, bedingt durch das Fehlen des Enzyms L-Gulonolacton-Oxidase, den Mikronährstoff mit der Nahrung zuführen.

Ihre wohl bekannteste Aufgabe übt Ascorbinsäure als Cofaktor bei der Kollagenbiosynthese aus, wo sie für den Schutz der beteiligten Hydroxylasen des Prolins und Lysins verantwortlich ist. Somit besitzt sie eine Schlüsselrolle beim Aufbau eines funktionsfähigen Kollagens (8). Ferner soll sie als Neuromodulator (9), Regulator des Zellwachstums, Radikalfänger, antivirale Substanz und als Immunstimulans wirken (10). Viele Wirkungen lassen sich durch ihre leichte Oxidierbarkeit und die Beteiligung an biochemischen Redoxprozessen erklären. Andere sind trotz einer großen Zahl neuer Publikationen noch im Dunkel.

Für weitere Diskussionen sorgen Ergebnisse, die sowohl auf antioxidative (12) als auch prooxidative Wirkungen (13) auf Biomoleküle schließen lassen.

Topisches Vitamin C?

In der menschlichen Haut ist Ascorbinsäure Bestandteil des antioxidativen Netzwerkes im Stratum corneum und daher gemeinsam mit lipophilen Antioxidantien, Proteinen und anderen Biomolekülen ständig oxidativen Stressoren aus der Umwelt ausgesetzt (14). Der Mechanismus einer antioxidativen Wirkung von Ascorbinsäure in Biomembranen ist jedoch noch nicht endgültig geklärt (15). Ein Zusammenspiel mit Vitamin E und Coenzym Q wurde diskutiert (16) und über ein physiologisch relevantes Redoxpaar Ascorbinsäure-Glutathion berichtet (17). Eine Verringerung der Ascorbinsäurekonzentration im Stratum corneum der Maushaut konnte nach Ozoneinwirkung gemessen werden (18).

Wie ist vor diesem Hintergrund die topische Anwendung von Vitamin C zu bewerten? Einige Autoren halten Vitamin C in Sonnenschutzmitteln und Hautpflegeprodukten für einen wichtigen Schutz vor freien Radikalen und vorzeitiger Hautalterung (19 - 21).

Erhöhte mRNA-Level der Kollagene I und II nach topischer Ascorbinsäureapplikation wurden beschrieben (22). Allerdings existieren ebenfalls Daten, die eine Erhöhung der Bindungsaktivität des nuklearen Transkriptionsfaktors NFkB, einem Indikator für oxidativen Stress, bei UV-A-Bestrahlung von HaCaT-Keratinozyten bei Anwesenheit von Ascorbinsäure belegen (23). Auf die mögliche Wechselwirkung mit Metallionen wurde bereits hingewiesen.

Lipidmodellsysteme als Werkzeuge

Ziel unserer Forschungsarbeit ist die analytische Untersuchung der Peroxidation humaner Hautlipide durch UV-Strahlung und reaktive Sauerstoffspezies sowie die Suche nach Möglichkeiten, diese durch Topika mit neuen Wirkstoffen herabzusetzen oder zu verhindern.

Um detaillierte Informationen über das Schicksal potenzieller Anti- oder Prooxidativa nach ihrer Schutz- oder Schadwirkung zu erhalten, bedurfte es zunächst der Etablierung eines In-vitro-Screening-Modells. Einerseits sollte dieses Modell einfach sein, um die analytischen Untersuchungen auf molekularer Ebene vornehmen zu können; andererseits musste eine Analogie zur menschlichen Haut oder zu dem Teil der menschlichen Haut, der ständig mit den untersuchten Noxen in Kontakt steht, dem Stratum corneum, bestehen.

Diese Anforderungen führten zu Modellsystemen unterschiedlicher Komplexität (24). Ausgehend von einfachen Systemen, in bidestilliertem Wasser dispergierten Lipiden, wurde durch Addition weiterer Komponenten der Lipidmatrix des Stratum corneum die Komplexität und somit die Similarität zum realen Vorbild des Mörtels im Ziegelstein-Mörtel-Modell der Hornschicht schrittweise erhöht. Die Tabelle 2 zeigt die verwendeten Systeme, wobei die komplexen Systeme liposomaler Natur sind. Als Stressfaktoren wurden Licht eines Osram-Vitalux-300 W-Strahlers oder die definierte UV-Dosis einer Spezial-Bestrahlungskammer verwendet.

 

Tabelle 2: Die verwendeten Hautlipid-Modellsysteme

System

ZusammensetzungInhaltsstoff Menge (µM) Einfaches System Linolensäure 100 Komplexes System Linolensäure
DPPC
Cholesterol 100
200
100 Komplexes System
mit Ceramiden a) mit Ceramid III
Linolensäure
DPPC
Cholesterol
Ceramid III
b) mit Ceramid IV
Linolensäure
DPPC
Cholesterol
Ceramid IV  
100
200
100
100
 
100
200
100
100

DPPC: Dipalmitoylphosphatidylcholin

 

Thiobarbitursäure-Reaktion

Die Thiobarbitursäure-(TBA)-Reaktion ist ein nasschemisches analytisches Verfahren zur Quantifizierung der Lipidperoxidation; bestimmt wird Malondialdehyd als klassisches Lipidperoxidations-Sekundärprodukt (25). Dieser reagiert mit zwei Molekülen Thiobarbitursäure im Sinne einer Aldolkondensation, wobei ein roter Polymethinfarbstoff entsteht, der auf Grund seines konjugierten Doppelbindungssystems der Fluoreszenzmessung zugänglich ist. Analog dazu verläuft die im DAB 9 beschriebene Kreis-Reaktion zur Prüfung auf Verdorbenheit von Fetten. Auch hier wird entstehender Malondialdehyd als Chromophorbildner genutzt; die Kondensation erfolgt allerdings mit Resorcinol.

Die Abbildung 1 zeigt oben exemplarisch für alle untersuchten Systeme den Effekt einer Konzentrationsreihe von 1 bis 100 µM Ascorbinsäure auf das einfache Stratum-corneum-Lipidmodell. Ascorbinsäure zeigt konzentrationsabhängig prooxidative Effekte, gemessen als erhöhte Malondialdehyd-Konzentrationen nach UV-Bestrahlung bei Anwesenheit von Eisen(II)ionen.

 

 

Abbildung 1: Ergebnisse der Thiobarbitursäure-(TBA)-Reaktion; oben nach Bestrahlung mit einer UV-B-Dosis von 0,25 J/cm2 bei Anwesenheit von Ascorbinsäure im einfachen System, unten im Vergleich mit a-Tocopherol

 

 

Aus Abbildung 1, unten, ist ersichtlich, dass Vitamin E Hautlipide vor UV-induziertem oxidativen Stress schützen kann und in äquimolarer Mischung mit Vitamin C dessen prooxidative Wirkung nahezu aufhebt (26).

MS für qualitative Untersuchungen

Grundprinzip der Massenspektrometrie (MS) ist die Detektion von Ionen im Gaszustand entsprechend ihres unterschiedlichen Masse/Ladungs-Verhältnisses im Hochvakuum (27). War man bis vor einigen Jahren auf Ionisierung durch Elektronenstoß mit 70 eV und die daraus resultierenden Fragmentspektren angewiesen, existieren heute sanfte Ionisierungsformen wie Elektrospray-Ionisation, die nicht a priori zur Fragmentierung führen, sondern lediglich den Molpeak der Substanz, das heißt das Signal des unfragmentierten Molekülions, detektieren (28). Der Molpeak ist meist das Signal mit dem höchsten m/z-Wert, das durch einfaches Anlagern oder Entfernen von Protonen zustande kommt.

Im m/z-Bereich von 80 bis 270 des Negativionenmodus-Spektrums wurden fünf Hauptpeaks detektiert. Das Signal des Pseudomolekularions (Ascorbinsäure-Anion) mit m/z = 175 ist völlig verschwunden. Stattdessen konnte der korrespondierende Redoxpartner des Vitamins mit m/z = 173 (Dehydroascorbinsäure-Anion) detektiert werden.

Das intensivste Signal jedoch lieferte ein Ion mit m/z = 191. Dieser Peak wurde dem offenkettigen Diketogulonat als Hauptabbauprodukt von Vitamin C zugeschrieben, das im Gleichgewicht mit dem Monohydrat der Dehydroascorbinsäure steht. Die Addition eines weiteren Wassermoleküls an das Diketogulonsäure-Anion führt dann folgerichtig zu einer ionischen Spezies mit m/z = 209. Hier stehen ebenfalls offenkettige und zyklische Form, also Dehydroascorbinsäure-Dihydrat und Diketogulonsäure-Monohydrat, im Gleichgewicht. Erneute Wasseraddition ergibt das Diketogulonsäure-Dihydrat mit m/z = 227.

Das Signal mit m/z = 147 wurde Trihydroxy-Ketovaleraldehyd und seinen Tautomeren, Decarboxylierungsprodukten des Dehydroascorbinsäure-Monohydrats, zugeordnet.

Ergebnis: Die prooxidative Wirkung der Ascorbinsäure an den untersuchten Lipidmodellen in Gegenwart von Eisen(II)ionen und UV-Licht geht mit einer Degradation des Vitamin C-Moleküls einher.

EPR zum Nachweis freier Radikale

Um die Beteiligung freier Radikale an den beobachteten Effekten nachweisen und quantifizieren zu können, wurden Elektronenparamagnetische Resonanzspektroskopie-(EPR)-Untersuchungen vorgenommen; diese bieten die einzige Möglichkeit, freie Radikale direkt zu detektieren.

Das Resonanzexperiment der EPR besteht in der Absorption von elektromagnetischer Strahlung durch Substanzen mit ungepaarten Elektronen (Paramagnetika) im äußeren Magnetfeld. Grundlage ist eine Aufspaltung entarteter Energieniveaus von Paramagnetika in einem angelegten Magnetfeld (Zeeman-Effekt) und die Induktion von Übergängen zwischen diesen (29).

Es folgten Quantifizierungs-Experimente mit Hydroxylradikalen, die durch das Fenton-System generiert wurden. Hydroxylradikale sind die reaktivsten Sauerstoffspezies. Es ist daher unmöglich, sie direkt zu detektieren. Ihre hohen Reaktionsgeschwindigkeiten machen ein Einfangen (Spin-Trapping) und somit ihre indirekte Bestimmung als stabile Sekundärradikale erforderlich. Hierbei sollte die Fähigkeit von Ascorbinsäure untersucht werden, mit einer Spinfalle um Hydroxylradikale zu konkurrieren.

Der Zusatz von Ascorbinsäure im Fenton-Assay ließ das EPR-Signal des stabilen Hydroxylradikal-Spinadduktes bereits bei Verwendung des Vitamins in der niedrigsten Konzentration von 1 µM verschwinden. Im Klartext: Es ist davon auszugehen, dass Ascorbinsäure fentongenerierte Hydroxylradikale fängt und sie somit der Detektion mit der Spinfalle entzieht. Dieses Verhalten konnte in verschiedenen In-vitro-Modellsystemen schon für das lipophilere Ascorbylpalmitat beobachtet werden (30). Zudem ist die Reduktion des bereits gebildeten Hydroxylradikal-Spinadduktes durch Ascorbinsäure denkbar (31).

Beide Varianten unterstützen die dem Vitamin zugeschriebene Rolle als terminales kleines antioxidatives Molekül in biologischen Systemen. Für die thermodynamische Erklärung dieses Verhaltens kann das Einelektronen-Redoxpotenzial der Ascorbinsäure herangezogen werden. In einer Liste dieser kinetischen Größe, geordnet von stark oxidierend nach stark reduzierend, befindet sich das Vitamin am unteren Ende (32).

In einem weiteren Experiment wurde das Verhalten von Vitamin C gegenüber dem stabilen organischen Radikal Diphenylpikrylhydrazyl (DPPH) untersucht (33, 34). Nach Zugabe von Ascorbinsäure zu einer 0,1 mM DPPH-Lösung nahm das DPPH-EPR-Signal ab. Auch dafür wird das Reduktionspotenzial der Ascorbinsäure verantwortlich gemacht.

Somit bleibt trotz der im Thiobarbitursäure-Assay beobachteten prooxidativen Effekte die Eigenschaft der Ascorbinsäure unbestritten, in biologischen Systemen als ausgesprochen starkes Reduktionsmittel und Elektronendonator agieren zu können.

Alarmsignal

Es konnte nachgewiesen werden, dass Ascorbinsäure an unterschiedlich komplexen Lipidmodellsystemen prooxidative Wirkungen nach UV-Bestrahlung zeigt. Dieser Effekt war konzentrationsabhängig und an das Vorhandensein von Übergangsmetallionen (Eisen, Kupfer) gebunden. Was bedeutet das?

Das heißt zunächst, dass die gleichzeitige Anwesenheit von Eisen, Vitamin C und UV-Strahlung unter bestimmten Voraussetzungen gefährlich werden kann. Gibt es physiologisch relevante Situationen, in denen ausschließlich diese schädigende Mixtur vorhanden ist, oder sind derartige Versuche ohne pathophysiologische Bedeutung und nur Artefakte an unrealistischen In-vitro-Modellen, wie die Ascorbinsäure-Befürworter oft behaupten?

Normalerweise besitzt der menschliche Körper ein ausgeklügeltes antioxidatives Netzwerk, in dem sich die verbrauchten Moleküle gegenseitig beeinflussen und erneuern (Redox-Cycling). Demnach wäre eine Schädigung nur zu erwarten, wenn alle Redox-Systeme erschöpft sind, das heißt die ganze Reduktionskraft von Vitamin C für die Elektronenübertragung auf dreiwertiges Eisen zur Verfügung stünde. Als Endprodukte würden das Ascorbylradikal oder Dehydroascorbinsäure und Eisen(II)ionen entstehen. Letztere stünden als Übergangskatalysatoren der Haber-Weiss-Reaktion zur Verfügung und würden die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies gemäß der Fenton-Chemie vorantreiben.

Die Fragen, die sich aus diesem Klassiker unter den Modellvorstellungen ergeben, lauten:

  • Woher stammt das Eisen?
  • Gibt es Organe, in denen alle genannten „worst-case“-Bedingungen eintreffen und Schadwirkungen beobachtet werden können?

Wir glauben, dass die menschliche Haut ein in dieser Hinsicht stark gefährdetes Organ ist. Unsere Ergebnisse können als Alarmsignal für die Lipidperoxidation der Stratum-corneum-Lipide bei Anwesenheit von Eisen, Ascorbinsäure (insbesondere bei alleiniger topischer Gabe) und UV-Licht gesehen werden.

UV-Strahlung kann den Hautpool an Nichthäm-Eisen in Dermis und Epidermis erhöhen. Werte aus der Literatur berichten von 18 ppm (Trockengewicht) an nicht sonnenexponierten Stellen (Gesäß, Hüfte) gegenüber 53 ppm (!), gemessen in Epidermis-Biopsien von Nacken, Stirn und Wangen (35). Dadurch erhöht UV-Strahlung - neben anderen direkten Schadwirkungen an Hautlipiden, genetischem Material und Proteinen – auch indirekt im Sinne eines Circulus vitiosus die Konzentration von Generatoren schädigender Sauerstoffradikale.

Die für unsere In-vitro-Experimente verwendete Eisenkonzentration (10 µM) war gegenüber den Lipiden (100 µM) relativ hoch. Green und Mitarbeiter demonstrierten jedoch bereits 1968 in einer groß angelegten Gemeinschaftsstudie, dass die menschliche Haut ein wesentlicher Ort der Eisenausscheidung ist. Für die gesamte epidermale Haut wurde ein Eisengehalt von 22,5 (± 17,8) mg angegeben (36).

Die Schlüsselrolle von Eisenionen bei UV-induzierter Radikalbildung konnte durch Behandlung von Hautproben mit dem Eisenchelator Desferal® und der anschließend messbaren Erniedrigung der Konzentration freier Radikale bewiesen werden (37).

The vitamin story continues

Bedenkt man den alleinigen Zusatz von Ascorbinsäure als Stabilisator oder mit der konkreten Indikation eines Radikalfängers in topischen Zubereitungen, so wird man sich der Tragweite des oben Diskutierten bewusst.

Ist topisch applizierte Ascorbinsäure ein potenzieller Cofaktor bei der Genese von Hautkrebs? Der erhöhte Eisengehalt UV-bestrahlter Haut, die Bedeutung der Haut bei der Eisensekretion und die Möglichkeit des Verbrauchs physiologischer Co-Antioxidantien im Hautorgan durch UV-Bestrahlung sind bekannt. Gemeinsam mit den Ergebnissen unserer In-vitro-Studien liegt der Schluss nahe, dass die alleinige (!) Verwendung von Ascorbinsäure ohne Co-Antioxidantien wie Vitamin E in halbfesten topischen Formulierungen und vor allem in Sonnenschutzpräparaten Schäden auslösen kann und daher einer neuen differenzierteren Betrachtung bedarf.

 

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Die Autoren

Hagen Trommer studierte von 1992 bis 1997 in Halle Pharmazie, erhielt 1998 die Approbation und wurde 2002 promoviert. Von 1998 bis 2002 arbeitete er als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg. Er ist Fachapotheker für Pharmazeutische Technologie und analysierte im Rahmen seiner Dissertation die Schädigung von Biomolekülen durch UV-induzierten oxidativen Stress vor allem mit Hilfe der Massenspektrometrie und der elektronenparamagnetischen Resonanzspektroskopie.

Rolf Böttcher studierte in Leipzig Physik. Nach Promotion 1971, Habilitation 1986 und Tätigkeit als Hochschuldozent auf dem Arbeitsgebiet Störstellenspektroskopie an der Universität Leipzig ist er dort seit 1993 außerplanmäßiger Professor im Institut für experimentelle Physik. Sein Hauptarbeitsgebiet ist der Einsatz der Methoden der elektronenparamagnetischen Resonanz in der Festkörperphysik zur Untersuchung von dielektrischen Festkörpern mit Phasenübergängen im ein- und nanokristallinen Zustand.

Reinhard Neubert studierte in Halle Pharmazie. Nach Promotion 1978 und Habilitation 1987 erhielt er 1992 den Ruf auf die Professur Arzneiformenlehre/Biopharmazie an der Universität Halle. Seit 2000 ist er Prorektor für Forschung und wissenschaftlichen Nachwuchs. Seine Hauptarbeitsgebiete sind die Optimierung der Wirkstoffpenetration und -permeation bei dermaler Applikation, die biopharmazeutische Analytik, die physikochemische Charakterisierung kolloidaler Vehikelsysteme sowie die Untersuchung der Transportmechanismen von Arzneistoffen an Zellkulturen.

 

Für die Verfasser:
Professor Dr. Reinhard H. H. Neubert
Institut für Pharmazeutische Technologie und Biopharmazie
Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg
Wolfgang-Langenbeck-Straße 4
06120 Halle/Saale
neubert@pharmazie.uni-halle.de

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