„Advanced Glycation Endproducts“ in Lebensmitteln und Möglichkeiten zur Verringerung der Gehalte

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis

Tabellenverzeichnis

Abkürzungsverzeichnis

1. Einleitung

2. Literaturteil
2.1 Bildung von AGEs
2.2 Absorption und Bioverfügbarkeit von AGEs
2.3 Der Einfluss von AGEs auf die Gesundheit
2.4 Auswahl eines geeigneten AGE-Markers in Lebensmitteln
2.4.1 CML (Carboxymethyllysin)
2.4.2 MG-H1 (Methylglyoxal-Hydroimidazolon 1)
2.4.3 CEL (Carboxyethyllysin)
2.4.5 Glucose- (Glu-), Fructose- (Fru-) und Glyceraldehyd-AGEs
2.5 Messmethoden von AGEs in Lebensmitteln
2.5.1 ELISA (Enzyme linked immunosorbent assay)
2.5.2 Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (LC-MS/MS)
2.5.3 Fluoreszens-Methode

3. Methodenteil
3.1 Auswahlkriterien
3.2 Vorgehensweise
3.3 Ergebnisse der Literaturrecherche

4. Ergebnis- und Diskussionsteil
4.1 AGE-Gehalte in Lebensmitteln
4.1.1 Bestimmung der AGE-Gehalte nach Uribarri et al. (2010)
4.1.2 Bestimmung der AGE-Gehalte nach Hull et al. (2012)
4.1.3 Bestimmung der AGE-Gehalte nach Takeuchi et al. (2015)
4.1.4 Bestimmung der AGE-Gehalte nach Schreijen et al. (2016)
4.1.5 Diskussion der Studien zu den AGE-Gehalten in Lebensmitteln
4.2 Möglichkeiten zur Senkung der AGE-Aufnahme
4.2.1 Ernährungsbezogene Ansätze
4.2.2 Medikamentöse Ansätze
4.2.3 Natürliche Substanzen, die die Bildung von AGEs hemmen
4.2.4 Weitere Maßnahmen zur Senkung der AGE-Aufnahme

5. Zusammenfassung

5. Summary

Literaturverzeichnis

Eidesstattliche Erklärung

Abbildungsverzeichnis

Abbildung 1: Darstellung verschiedener Wege, die zu einer Bildung von Advanced Glycation Endproducts (AGEs) führen können (Uribarri et al. 2015: 462)

Abbildung 2: AGEs binden an Rezeptorproteine (z. B. RAGE) und aktivieren intrazellulär proinflammatorische Transkriptionsfakoren, wie NF-κB. Dadurch werden oxidativer Stress und Entzündungsreaktionen induziert, die mit der Entstehung von vielen chronischen Erkrankungen, wie Diabetes mellitus und neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden (Bierhaus 2004: 299).

Abbildung 3: Exkretionsrate (in %) von CML über den Fäzes, den Urin und die gesamte Ausscheidung bei Ratten, die mit unterschiedlichen CML-Formen gefüttert wurden. Control= Kontrolldiät (CML-Gehalt: 30 µg); BC= Brotkruste (an Protein-gebundenes CML); LMW bzw. HMW= freie CML-Formen; GL= Glucose-Lysin (=Vorstufe unterschiedlicher CML-Formen) (Delgado-Andrade 2016: 49)

Abbildung 4: Gehalt an CML, gemessen in kU/100 g in unterschiedlichen Rindfleisch-Zubereitungen, eigene Darstellung nach Uribarri et al. (2010)

Abbildung 5: Konzentrationen verschiedener AGEs (Glu-AGEs, Fru-AGEs, CML, und Glycer-AGEs) in von Japanern häufig konsumierten Getränken. Die AGE-Gehalte, gemessen in units (U), beziehen sich auf üblich angesehene Portionsgrößen in Japan, welche 2009 vom „Japanese Agricultural Standard“ (JAS) festgelegt wurden (Takeuchi et al. 2015).

Abbildung 6: Konzentrationen verschiedener AGEs (Glu-AGEs, Fru-AGEs, CML, und Glycer-AGEs) in von Japanern häufig konsumierten Getränken. Die AGE-Gehalte, gemessen in units (U), beziehen sich auf üblich angesehene Portionsgrößen in Japan (65 ml-500 ml)(Takeuchi et al. 2015).

Abbildung 7: Gesamtgehalt an CML, CEL und MG-H1, gemessen in mg/100 g der jeweiligen Lebensmittel. Vergleich von AGE-reichen mit AGE-ärmeren Lebensmittelvarianten; eigene Darstellung nach Schreijen et al. (2016).

Tabellenverzeichnis

Tabelle 1: CML-Konzentrationen in kU pro 100 g Lebensmittel; eigene Darstellung nach Uribarri et al. (2010)

Tabelle 2: CML-Konzentrationen in mg pro 100 g Lebensmittel; eigene Darstellung nach Hull et al. (2012)

Tabelle 3: CML, CEL und MG-H1-Konzentrationen in mg pro 100 g Lebensmittel; eigene Darstellung nach Schreijen et al. (2016)

Tabelle 4: Möglichkeiten zur Senkung der AGE-Aufnahme (eigene Darstellung)

Abkürzungsverzeichnis

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

1. Einleitung

Besonders in den Industrienationen nehmen ernährungsmitbedingte Zivilisationserkrankungen immer mehr zu. Es werden immer wieder andere Gründe für diese Entwicklung verantwortlich gemacht: Mal ist es der Zucker, mal das Fett oder tierische Produkte. Gleichzeitig steigt in der Bevölkerung das Interesse für gesunde Ernährung und für Maßnahmen, die zu einem langen Leben beitragen können.

Ein relativ neues und aktuelles Forschungsgebiet zu diesem Thema sind die sogenannten "Advanced Glycation Endproducts", kurz AGEs. Diese bilden sich im Rahmen der Maillard-Reaktion bei einer nicht-enzymatischen Glykierung zwischen reduzierenden Zuckern, freien Aminosäuren, Fettsäuren oder Nukleinsäuren. Die Reaktion kann endogen im Körper selbst oder durch den exogenen Konsum AGE-reicher Nahrung entstehen.

Doch besonders Nahrung, die reich an Maillard-Produkten ist, wird gerne verzehrt. Sie zeichnet sich durch ein besonders intensives Aroma, Farbe und Geschmack aus und ist daher in der Lebensmittelindustrie gewollt. So werden Brötchen möglichst goldbraun gebacken, Fleisch scharf angebraten oder Nüsse fein geröstet. Doch häufen sich die Studienergebnisse, dass genau diese moderne Kostform, die viele Glykierungsendprodukte enthält, verantwortlich für die Entstehung von zahlreichen chronischen Erkrankungen ist und ein schnelleres Altern fördert. Deshalb sollte ein Umdenken in der täglichen Ernährung, hin zu möglichst AGE-armen Nahrung, angestrebt werden.

Ziel dieser Arbeit ist es nun zu erörtern, welche Nahrungsmittel besonders reich bzw. arm an Glykierungsendprodukten sind und wie sich die Aufnahme von AGEs senken lässt.

2. Literaturteil

Der Literaturteil soll wichtiges Hintergrundwissen zum Thema der Arbeit vermitteln.

Es wird verdeutlicht, auf welchen Wegen sich Advanced Glycation Endproducts bilden können und inwieweit diese vom Körper resorbiert werden. Außerdem wird erläutert welchen Einfluss Glykierungsendprodukte auf die Gesundheit haben. Zuletzt werden die im Ergebnisteil analysierten Advanced Glycation Endproducts und deren Messmethoden vorgestellt.

2.1 Bildung von AGEs

Advanced Glycation Endproducts können sich sowohl endogen im Körper, als auch exogen in Nahrungsmitteln bilden.

Aufgrund eigener Recherchen entwickelte Leuner (2011) grundlegende Kenntnisse bzgl. der Terminologie sowie der Entdeckung und Bildung von Advanced Glycation Endproducts:

AGEs sind Glykierungsendprodukte, welche neben einer Aroma- und Bräunungsbildung, im Rahmen der sogenannten Maillard-Reaktion entstehen. Erstmals wurde dieser nicht-enzymatische Vorgang 1912 von Louis Camille Maillard beschrieben.

Es reagieren reduzierende Zucker, wie Glucose und Fructose mit freien Aminosäuren, Fettsäuren oder Nukleinsäuren. Zunächst bilden sich sogenannte Schiff´sche Basen, aus welchen anschließend Amadoriprodukte entstehen und in einer Zwischenreaktion zu Dicarbonylen abgebaut werden. Diese reagieren wiederum mit Aminosäuren und es entwickeln sich daraus in einem letzten Schritt Advanced Glycation Endproducts. Diese Endprodukte weisen zwar alle eine gelbbraune Farbe auf, sie lassen sich aber aufgrund ihrer Eigenschaften in verschiedene Gruppen einteilen.

So gibt es sowohl fluoreszierende (z. B. Imidazolone) und nicht-fluoreszierende (z. B. CML, CEL) AGEs, als auch solche mit Quervernetzungen zwischen den Aminogruppen (z. B. Pentosidin) (Leuner 2011: 1 f.).

Allerdings konnte gezeigt werden, dass manche Glykierungsendprodukte wie das CML beispielsweise auch durch Lipidperoxidation entstehen. Insbesondere bei der Oxidation von mehrfach ungesättigte Fettsäuren können sich Reaktionsprodukte wie Ketone, Aldehyde und Dicarbonyle entwickeln, welche bevorzugt mit Lysin-, Histidin- und Cysteinresten von zellulären und Gewebeproteinen sogenannte Advanced Lipidoxidation Endproducts (ALEs) bilden (Leuner 2011: 2).

Folgende Abbildung stellt die erläuterten Wege, die zu einer AGE-Bildung führen, noch einmal grafisch dar:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 : Darstellung verschiedener Wege, die zu einer Bildung von Advanced Glycation Endproducts (AGEs) führen können (Uribarri et al. 2015: 462).

2.2 Absorption und Bioverfügbarkeit von AGEs

Poulsen et al. kamen durch Literaturrecherchen zu dem Ergebnis, dass bislang nur wenige Studien über die Absorption und Bioverfügbarkeit der einzelnen AGEs gemacht worden sind. In diesen konnte allerdings gezeigt werden, dass hochmolekulare Verbindungen (HMW) nur schlecht und langsam absorbiert wurden, da sie zunächst von den Verdauungsenzymen abgebaut werden müssen. Niedermolekulare Verbindungen (LMW) und nicht an Peptide-gebundene AGEs wurden hingegen schneller und besser aufgenommen, aber zum Großteil auch wieder über die Niere ausgeschieden (Poulsen et al. 2013: 21 f.).

Koschinsky et al. konnten in einer Studie mit 43 Personen; darunter Patienten mit Diabetes mellitus, sowie gesunden Studienteilnehmern zeigen, dass die Absorptionsrate von Advanced Glycation Endproducts durchschnittlich bei 10% lag und dem Serum-AGE-Wert entsprach. Davon wurde ein Drittel über die Nieren ausgeschieden, während der Rest unbestimmt blieb. Bei Patienten mit eingeschränkter Nierenfunktion lag die Ausscheidungsrate bei unter 5 %. Die exogene Zufuhr von Advanced Glycation Endproducts korrelierte signifikant mit dem Plasmaspiegel dieser Glykierungsendprodukte (Koschinsky et al. 1997: 6474, 6478).

2.3 Der Einfluss von AGEs auf die Gesundheit

Unter Berücksichtigung zahlreicher Publikationen zur Auswirkung von Glykierungsendprodukte auf den Organismus kam Leuner (2011) zu folgenden Erkenntnissen:

Advanced Glycation Endproducts entstehen kontinuierlich in unserem Körper und summieren sich mit steigendem Alter. Vor allem Bedingungen, wie hohe Temperaturen und Zuckerwerte, welche bei bestimmten Krankheiten, wie Diabetes mellitus oder Nierenerkrankungen besonders vorherrschen, führen zu einer starken Anreicherung von Glykierungsendprodukten in Geweben mit langlebigen Proteinen.

Zwar besitzt der menschliche Organismus einige Enzymsysteme, die eine Anhäufung von Advanced Glycation Enproducts reduzieren, allerdings kann es sein, dass insbesondere bei hoher alimentärer Zufuhr und bei oben genannten Risikogruppen diese Abwehrmechanismen nicht mehr ausreichen (Leuner 2011: 2 f.).

Advanced Glycation Endproducts können sich auf zwei Wegen pathologisch auf den Organismus auswirken:

Zum einen können Glykierungsendprodukte die Struktur von körpereigenen Proteinen modifizieren und dadurch ihre Funktion beeinträchtigen. Zieman und Kass (2004) konnten durch Literaturrecherche ermitteln, dass besonders Proteine mit einer langsamen Fluktuationsrate, wie Kollagen und das Low Density Lipoprotein (LDL) hiervon betroffen waren. Durch die Modifikationen dieser Proteine kann das LDL nicht mehr von den LDL-Rezeptoren erkannt werden und ein Funktionsverlust von Kollagen begünstigt eine arterielle Gefäßsteifheit. Dadurch steigt das Risiko für diverse kardiovaskuläre Erkrankungen, wie Arteriosklerose oder Hypertonie (Zieman und Kass 2004: 146).

Zum anderen kamen Vlassara und Uribarri (2014) aufgrund der Auswertung einiger Studien zu dem Ergebnis, dass Glykierungsendprodukte rezeptorabhängig oder rezeptorunabhängig intrazelluläre Signale aktivieren. Über eine Bindung der AGEs an RAGE (Receptor for AGE) werden proinflammatorische Transkriptionsfakoren, wie NF-κB aktiviert, wodurch oxidativer Stress und Entzündungsreaktionen induziert werden. Diese können das Risiko für die Entstehung vieler chronischer Erkrankungen, wie Diabetes mellitus, Nierenerkrankungen und neurodegenerativen Erkrankungen erhöhen (Vlassara und Uribarri 2014).

Abbildung 2 stellt diesen Prozess grafisch dar:

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2 : AGEs binden an Rezeptorproteine (z. B. RAGE) und aktivieren intrazellulär proinflammatorische Transkriptionsfakoren, wie NF-κB. Dadurch werden oxidativer Stress und Entzündungsreaktionen induziert, die mit der Entstehung von vielen chronischen Erkrankungen, wie Diabetes mellitus und neurodegenerativen Erkrankungen in Verbindung gebracht werden (Bierhaus 2004: 299).

Poulsen et al. konnten durch Literaturrecherchen feststellen, dass sich sowohl bei Tieren als auch bei Menschen, der AGE-Gehalt der Nahrung unmittelbar auf den AGE-Wert im Blutplasma ausgewirkt und diverse gesundheitliche Parameter beeinflusst hatte. So sanken unter einer AGE-armen Ernährung beispielsweise Marker für Entzündungen und oxidativen Stress, während hohe AGE-Serumkonzentrationen z. B. mit einer verminderten Insulinresistenz und einem erhöhten Risiko für kardiovaskuläre Erkrankungen korrelierten (Poulsen et al. 2013: 25 ff.).

Aufgrund eigener Recherchen sahen Poulsen et al. (2013) allerdings auch einige Kritikpunkte an den oben genannten Effekten von Glykierungsendprodukten auf die Gesundheit:

In den Vergleichsstudien zu den Auswirkungen der Ernährung mit unterschiedlichen AGE-Gehalten wurden meistens die Kochtemperatur und die Zubereitungsweise der Lebensmittel verändert. Die Studienteilnehmer, welche eine AGE-reiche Diät einhalten mussten, verzehrten überwiegend sehr stark und trocken Erhitztes (gebratenes, gegrilltes, geröstetes, gebackenes oder frittiertes Essen), während die sich AGE-arm ernährte Vergleichsgruppe nur Rohes oder schonend Erhitztes (gekochte, pochierte, dampfgegarte oder gedünstete Speisen) erhielt (Poulsen et al. 2013: Tabelle 3: „Human single meal studies with dietary AGEs“ und Tabelle 4: „Human intervention studies with dietary AGEs“).

Durch diese erhöhten Temperaturen steigt jedoch nicht nur der AGE-Gehalt der Nahrung, sondern es kommt auch zu vielen weiteren gesundheitlich bedenklichen Effekten:

So gibt es viele hitzelabile Vitamine (z. b. die meisten B-Vitamine, Vitamin C etc.), die durch zu hohe Temperaturen manchmal vollkommen zerstört werden. Auch andere gesundheitsförderliche Substanzen, wie die sekundären Pflanzenstoffe (z. B. Polyphenole, Glucosinolate etc.) gehen zum Teil durch Hitze verloren (Koula-Jenik et al. 2006: 37 ff.).

Gleichzeitig kann starkes Erhitzen zur Entstehung vieler toxischer Substanzen führen. So gelten beispielsweise Acrylamid und heterozyklische aromatische Amine, die sich z. B. beim Grillen, scharfem Anbraten oder Backen bilden können, als potentiell krebserregend (Koula-Jenik et al. 2006: 179 f.).

Sowohl der Verlust wichtiger Nährstoffe, als auch die erhöhte Aufnahme gesundheitlich bedenklicher Verbindungen kann einen erhöhten oxidativen Stress, Entzündungen und andere negative Konsequenzen mit sich bringen. Das macht es schwierig zu unterscheiden, ob die gesundheitlichen Beeinträchtigungen einer AGE-reichen Ernährung, welche auf vielen stark erhitzten Lebensmitteln basierte, auf die Glykierungsendprodukte selbst, oder auf die genannten anderen Folgen von erhöhten Temperaturen zurückzuführen waren (Poulsen et al. 2013: 29 f.).

2.4 Auswahl eines geeigneten AGE-Markers in Lebensmitteln

Im Folgenden sollen die Glykierungsendprodukte vorgestellt werden, die in den im Ergebnisteil vorgestellten Studien bestimmt wurden, um den Gehalt an Advanced Glycation Endproducts in Lebensmitteln beurteilen zu können.

2.4.1 CML (Carboxymethyllysin)

CML stellt das am frühesten entdeckte und am gründlichsten erforschte Glykierungsendprodukt dar. Es gibt viel Gründe dafür, dass CML das AGE ist, welches in Studien, bisher am häufigsten analysiert worden ist, wenn es darum ging, die AGE-Konzentrationen im Körper oder in Lebensmitteln zu bestimmen:

So kann CML, im Gegensatz zu vielen anderen Glykierungsendprodukten, nicht nur durch die klassische Maillard-Reaktion entstehen, sondern auch durch eine Lipidperoxidation (siehe 2.1 Bildung von AGEs). Dadurch finden sich höhere Konzentrationen, sodass die Menge an enthaltenen CML in Lebensmitteln oder in vivo einen sehr guten Parameter darstellt, um das Ausmaß der gesamten AGEs abschätzen zu können (Delgado-Andrade 2016: 46).

Aufgrund von Literaturrecherchen sah Delgado-Andrade (2016) Hinweise darauf, dass die Absorptionsrate von CML höher ist, als die von anderen Advanced Glycation Endproducts. So konnte sowohl an Human-, als auch Tierversuchen festgestellt werden, dass je mehr CML mit der Nahrung aufgenommen wurde, umso höher auch die Plasma-Konzentration, die Anreicherung in Geweben, sowie die Ausscheidung von CML über den Fäzes war. In Tierversuchen zeigte sich eine besonders hohe Akkumulation von CML in der Leber, der Niere, im Herzgewebe, sowie in Geweben, die aus viel Kollagen bestehen und eine langsame Fluktuationsrate aufweisen (z. B. Sehnen).

Die Exkretion von CML über den Urin war allerdings relativ unabhängig davon, wie viel CML aufgenommen wurde. Sie betrug ca. 15-24 % des aufgenommenen CML.

Was die Bioverfügbarkeit von CML betrifft muss zudem auch berücksichtigt werden, ob es sich um an Proteine-gebundenes CML handelt, da die fäkale Ausscheidung hier deutlich höher ausgefallen ist, als in seiner freien Form.

Wurden Ratten mit einer Mischung aus Glucose-Lysin gefüttert, was die Bildung unterschiedlicher CML-Modifikationen zulässt, war die Ausscheidungsrate am höchsten.

Folgende Abbildung stellt die Exkretion von CML über den Urin, den Fäzes und die Summe aus beiden von Ratten, die mit verschiedenen CML-Formen gefüttert und mit einer Kontrolldiät (CML-Gehalt von 30 μg pro Tag) verglichen wurden, grafisch dar (Delgado-Andrade 2016: 49 f.):

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 3: Exkretionsrate (in %) von CML über den Fäzes, den Urin und die gesamte Ausscheidung bei Ratten, die mit unterschiedlichen CML-Formen gefüttert wurden. Control= Kontrolldiät (CML-Gehalt: 30 µg); BC= Brotkruste (an Protein-gebundenes CML); LMW bzw. HMW= freie CML-Formen; GL= Glucose-Lysin (=Vorstufe unterschiedlicher CML-Formen) (Delgado-Andrade 2016: 49)

Eine Voraussetzung für das Entstehen von CML ist eine Glykierung der Aminosäure Lysin. Daher könnten Lebensmittel mit hohem Lysin-Gehalt, wie tierische Produkte, auch mehr CML enthalten. Allerdings ist nicht nur die Aminosäure Lysin anfällig für eine Modifikation, sondern auch Arginin. AGEs, welche den Ursprung in glykiertem Arginin haben werden durch das bestimmen von CML allerdings nicht berücksichtigt. Dadurch könnte der AGE-Gehalt von Backwaren oder Kaffee stark unterschätzt werden, da diese höhere Konzentrationen von Glykierungsendprodukten aufweisen, welche auf eine Reaktion von Arginin zurückgehen. Ein weiterer Kritikpunkt an CML als geeigneten Marker ist, dass wie oben beschrieben, CML nicht nur durch eine Reaktion von Lysin mit reduzierenden Zuckern entstehen kann, sondern auch eine Lipidperoxidation als Ausgangspunkt dafür möglich ist. Dadurch wird der Gesamt-AGE-Gehalt von fettreichen Nahrungsmitteln womöglich höher eingestuft, als der von fettarmen Produkten (Poulsen et al. 2013: 20).

2.4.2 MG-H1 (Methylglyoxal-Hydroimidazolon 1)

Poulsen et al. (2013) kamen aufgrund von Literaturrecherchen zu folgenden Erkenntnissen:

Methylglyoxal (MG) ist wie Glyoxal (GO) ein sehr reaktives Dicarbonyl, welches auf verschiedene Weise entstehen kann. So können Dicarbonyle nicht nur über die Maillard-Reaktion gebildet werden, sondern lediglich auch nur durch reduzierende Zucker und in Abwesenheit von Aminen (Karamellisierung). Auch lässt sich die endogene Bildung von Dicarbonylen nicht vermeiden, da die Blutglucose mit Körperproteinen ebenfalls reagieren kann.

Im weiteren Verlauf können aus den Dicarbonylen durch eine Reaktion mit Aminogruppen viele unterschiedliche AGEs entstehen. Werden hohe Werte von Dicarbonylen gemessen, kann davon ausgegangen werden, dass auch eine Vielzahl von Glykierungsendprodukten in den Lebensmitteln vorhanden ist (Poulsen et al. 2013: 14).

Degen (2013) konnte des Weiteren recherchieren, dass Methylglyoxal mit einer Argininseitenkette weiter reagiert. Dadurch entstehen die sogenannten Hydroimidazolone, aus welchen insgesamt drei Isomere hervorgehen können. Von diesen macht MG-H1 sowohl in vivo, als auch in Lebensmitteln den quantitativ größten Anteil aus.

Durch das relevante Vorkommen von Methylglyoxal-Hydroimidazolon 1, als auch durch die Tatsache, dass Arginin (und nicht wie bei CML oder CEL das Lysin) an dessen Entstehung beteiligt ist, kann dieses Glykierungsendprodukt einen relevanten Parameter darstellen, wenn es um die Einschätzung der AGE-Konzentrationen in Lebensmitteln, sowie im Körper geht (Degen 2013: 24).

2.4.3 CEL (Carboxyethyllysin)

CEL konnte sowohl im menschlichen Körper, als auch in Lebensmitteln bestimmt werden.

Wie auch CML, entsteht CEL vornehmlich durch eine Glykierung von Lysin. Allerdings reagiert diese Aminosäure nicht mit Glyoxal, sondern mit Methylglyoxal zum Glykierungsendprodukt (Poulsen et al. 2013: 15).

2.4.5 Glucose- (Glu-), Fructose- (Fru-) und Glyceraldehyd-AGEs

Glyceraldehyde fallen während der Glykolyse und bei der Verstoffwechslung von Fructose an. Aus diesen können sich in vivo AGEs bilden, die Glycer-AGEs genannt werden. Aus Glucose und Fructose können auch über die Maillard-Reaktion Advanced Glycation Endproducts gebildet werden, die auch als Glu-AGEs oder Fru-AGEs bezeichnet werden. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich aus Glyceraldehyden Glykierungsendprodukte bilden ist allerdings deutlich höher, da sie überwiegend in einer reaktiveren Kettenform vorliegen (Takeuchi 2016: 3).

Es konnte gezeigt werden, dass durch den Konsum von Glu-AGE-reichen Lebensmitteln die Serum Glycer-AGE-Konzentrationen anstiegen. Zudem wurde in einigen Studien festgestellt, dass bestimmte Zivilisationserkrankungen, wie Diabetes mellitus, mit erhöhten Plasmaspiegeln von Glycer-AGE- einhergehen, nicht aber mit anderen Glykierungsendprodukten, wie CML oder Glu-AGEs. Daher könnten Glycer-AGEs einen guten Biomarker darstellen, um den Krankheitsverlauf zu prognostizieren (Takeuchi et al. 2015: 2).

2.5 Messmethoden von AGEs in Lebensmitteln

Aufgrund von Literaturrecherchen kamen Poulsen et al. (2013), was die Messmethoden von Glykierungsendprodukten in Lebensmitteln betrifft, zu folgenden Erkenntnissen:

Da es nicht das „eine“ Advanced Glycation Endproduct gibt, sondern unter diesen eine große, heterogene Gruppe verstanden wird, ist es bisher unmöglich alle vorhandenen Glykierungsendprodukte in menschlichen bzw. tierischen Sekreten oder in Lebensmitteln zu messen. So existiert noch keine allgemeingültig anerkannte Messmethode. Am häufigsten wird das CML quantifiziert und zwar mit der immunologischen ELISA-Technik (Enzyme linked immunosorbent assay) oder der instrumentellen LC-MS/MS (Liquid-Chromatographie-Massenspektometrie/Massenspektometrie) (Poulsen et al. 2013: 18).

Während bei dem ELISA-Messverfahren der AGE-Gehalt von Nahrungsmitteln in kilounits (kU) pro 100 g bestimmt wird, beziehen sich die Ergebnisse des LC-MS/MS auf die AGE-Konzentration in mg/kg eines Lebensmittels oder des Gesamtproteins. Letztere Einheit trifft auch auf die Fluoreszensmethoden zu. Das macht es schwierig verschiedene Studien mit diesen unterschiedlichen Messmethoden zu vergleichen (Poulsen et al. 2013: 18).

Im Folgenden sollen die ELISA, die LC-MS/MS- und die Fluoreszens-Methode genauer beschrieben werden, da diese Verfahren auch in den im Ergebnisteil aufgeführten Studien verwendet wurden:

2.5.1 ELISA (Enzyme linked immunosorbent assay)

Bislang beruhen die meisten Bestimmungen von Advanced Glycation Endproducts auf der immunohistochemischen ELISA-Technik.

Spezifische Antikörper binden hierbei an den nachzuweisenden Stoff (Antigen) und zeigen eine mehr oder weniger ausgeprägte Farbreaktion. Diese ermöglicht es beispielsweise die Konzentration eines Antikörpers bzw. Antigens in einer Lösung (z. B. im Serum) zu bestimmen.

Der Enzyme linked immunosorbent assay hat sowohl Vorteile, als auch einige Nachteile:

So stellt die kompetitive ELISA-Methode ein schnelles Verfahren dar, welches nur wenig Laborequipment erfordert und die einzelnen Advanced Glycation Endproducts (z. B. CML) nicht extra aus den Lebensmitteln extrahiert werden müssen.

Nachteil dieser immunologischen Tests stellen die hohen Kosten für das ELISA-Kit und der Mangel an spezifischen Antikörpern (z. B. Anti-CML) dar. Durch die geringe Selektivität dieser Methode können andere Lebensmittel-Komponenten, wie Fetttröpfchen oder ALEs an den ELISA-Antikörper binden und zu fehlerhaften Ergebnissen führen (Uribarri et al. 2015: 470).

Nach Literaraturrecherchen kamen Poulsen et al. (2013) zu dem Schluss, dass folgende Aspekte beachtet werden sollten, um die Quantität der AGEs zuverlässig zu bestimmen: Die Kreuzreaktionen der Antikörper, die Epitope, sowie die exakten chemischen Strukturen, die ermittelt worden sind, sollten gründlich analysiert werden. Zudem muss jede einzelne Matrix verifiziert werden (Poulsen et al. 2013: 18).

2.5.2 Flüssigchromatographie mit Massenspektrometrie-Kopplung (LC-MS/MS)

Wegen der genannten Probleme der immunologischen Verfahren werden vermehrt auch chromatographische Methoden eingesetzt, um den Gehalt von AGEs in Lebensmitteln zu bestimmen (Uribarri et al. 2015: 470).

Dazu zählen beispielsweise die Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) bzw. die daraus entwickelte Ultra Performance Liquid Chromatographie (UPLC). Diese werden z. B. mit einem UV-Detektor, einem Fluoreszenzdetektor oder einem Tandem-Massenspektrometer (MS/MS) gekoppelt. Letztere Methode hat sich in Verbindung eines Flüssigkeitschromatographen (LC) als effektivstes Verfahren herausgestellt, da ein Massenspektrometer deutlich sensitiver ist als ein UV- oder Fluoreszenzdetekor und keine Derivatisierung erforderlich ist (Poulsen et al. 2013: 18).

Um den AGE-Gehalt in den Lebensmitteln bestimmen zu können, ist es bei den chromatographischen Verfahren notwendig, die einzelnen zu bestimmenden Substanzen aus dem Lebensmittel zu extrahieren. Dazu müssen viele Schritte beachtet werden, wie eine fachgerechte Vorbereitung der Probe, Reduktionsschritte, eine Hydrolyse, eine Isolation der Proteine und das Einhalten bestimmter Standards. Auch wenn die LC-MS/MS-Methode relativ aufwändig ist und teures Equipment erfordert, liefert diese Methode, unter Beachtung der erwähnten Herausforderungen, eine exakte Identifizierung und Quantifizierung von AGEs (Uribarri et al. 2015: 470).

2.5.3 Fluoreszens-Methode

Um Proteine nachzuweisen, können Fluoreszensfarbstoffe eingesetzt werden. Durch eine Reaktion zwischen freien Amino-Gruppen, wird das farblose Fluorscamin in sein stark fluoreszierendes Derivat überführt. Glykierte Proteine, die weniger freie Amino-Gruppen aufweisen, zeigen weniger Fluoreszens. Werden geeignete Standards angewendet, kann aus der Differenz zwischen glykierten und nicht glykierten Proteinen die Anzahl der glykierten Seitenketten eines Proteins ermittelt werden (Yaylayan et al. 1992).

Auch wenn diese Messmethode relativ einfach, schnell und kostengünstig ist, so weist sie einige Schwachpunkte auf.

Mit der Fluoreszens-Methode lassen sich nur UV-aktive Substanzen erfassen. Jedoch trifft diese Eigenschaft auf die meisten AGEs nicht zu, wodurch diese unentdeckt bleiben. So müssen die chemisch-physikalischen Eigenschaften des nicht-fluoreszierenden CMLs vor Anwendung dieser Messmethode zunächst durch eine Derivatisierung verändert werden (Uribarri et al. 2015: 469).

Außerdem zeigen verschiedene Fluoreszensfarbstoffe jeweils unterschiedliche Fluoreszensen, wodurch keine quantitative Kalibrierung erreicht werden kann (Thornalley 2005).

3. Methodenteil

Im Folgenden soll das methodische Vorgehen bei der Literatur- und Quellenrecherche zum Thema der Arbeit dargestellt werden.

3.1 Auswahlkriterien

Bei der Auswahl der Literatur wurde darauf geachtet, dass die Publikationen möglichst aktuell sind. Bevorzugt wurden Publikationen der letzten fünf Jahre (ab 2011) in deutscher oder englischer Sprache.

Diese Präferenz konnte allerdings nicht immer berücksichtigt werden, da einige Primärliteraturquellen schon vor längerer Zeit veröffentlicht worden sind.

Wenn vorhanden, wurden Humanstudien an Stelle von Untersuchungen an Tieren herangezogen, da erstere aussagekräftigere Ergebnisse liefern können.

Übersichtsarbeiten, wie Review-Artikel, wurden als relevanteste Literaturquelle betrachtet, da hier die Ergebnisse mehrerer Publikationen systematisch selektiert, verglichen und bewertet werden.

Um die Gehalte von Advanced Glycation Endproducts in Lebensmitteln zu recherchieren sollten die Publikationen eine möglichst große Bandbreite von Nahrungsmitteln untersuchen, damit auch Vergleiche gezogen werden können.

3.2 Vorgehensweise

In der Datenbank „PubMed“ wurde im Suchfeld „Advanced Glycation Endproducts food“ eingegeben. Um die Recherche zu verfeinern wurden die Kriterien „nur Review-Artikel der letzten fünf Jahre“ miteinbezogen. Das Ergebnis waren 41 Treffer von denen zwei ausgewählt wurden: „Uribarri et al. (2015): Dietary Advanced Glycation End Products and Their Role in Health and Disease” wurde ausgewählt, da diese umfassende Arbeit einen großen Überblick zu den Advanced Glycation Endproducts, wie der Entstehung, den Messmethoden, sowie den gesundheitlichen Auswirkungen möglich machte. Durch diese Übersichtsarbeit konnten einzelne Themen weiterverfolgt werden, indem einige Studien, auf die Uribarri et al. (2015) verwiesen hatten, weiterverfolgt wurden: Dazu zählten die Publikationen von Vlassara und Uribarri (2014), Mann et al. (2014), Macias-Cervantes et al. (2015) und Thornalley et al. (2005).

Als zweiten Treffer wurde der Review-Artikel von Delgado-Andrade (2016) ausgewählt, um mehr Informationen, über das am häufigsten bestimmte Glykierungsendprodukt; das Carboxymethyllysin, zu generieren.

Um mehr über Präventionsmöglichkeiten der Aufnahme von Advanced Glycation Endproducts zu erfahren wurde des Weiteren in Pubmed nach „glycation prevention“ gesucht; mit den gleichen Auswahlkriterien wie oben beschrieben. Von den insgesamt 111 Ergebnissen wurde sich für die Übersichtsarbeit von Sadowska-Bartosz und Bartosz (2015) entschieden, da hier mehrere verschiedene Maßnahmen beschrieben worden sind und durch die Verweise der Autoren auf andere Studien, diese ebenfalls in die vorliegende Arbeit miteinbezogen wurden: Nagai et al. (2012), Ahmad et al. (2012), Jang et al. (2010), Harris et al. (2014), Yoo et al. (2010), Sompong et al. (2013), Muthenna et al. (2012), Sadowska-Bartosz et al. (2014) und Cerami et al. (1997).

Als weitere Datenbank wurde ScienceDirect genutzt. Hier wurde nach den Stichworten „Advanced Glycation Endproducts“ UND „food“ gesucht und auf Publikationen ab dem Jahr 2011 beschränkt. Von den 873 Treffern wurde die Studie von Schreijen et al. (2016) ausgewählt, da in dieser eine große Bandbreite von Lebensmitteln untersucht und zudem mehrere verschiedene Glykierungsendprodukte bestimmt wurden. Durch diese sehr aktuelle Publikation konnten weitere, ältere Studien nachverfolgt werden, welche ebenfalls Advanced Glycation Endproducts in einer Vielzahl von Lebensmitteln analysierten: Hierzu zählen die Untersuchungen von Uribarri et al. (2010), Hull et al. (2012) und Takeuchi et al. (2015).

In der Datenbank Web of Science Core Collection wurde nach den gleichen Stichworten und Kriterien recherchiert, wie auch in ScienceDirect. Des Weiteren wurde die Suche auf Review-Artikel begrenzt. Von den 14 Treffern fiel die Entscheidung auf die Übersichtsarbeit von Poulsen et al. (2013), da auch hier viele verschiedenen Bereiche zum Thema „Advanced Glycation Endproducts“ dargestellt worden sind. Die Autoren verwiesen unter anderem auf Koschinsky et al. (1997) und Zieman und Kass (2004), welche ebenfalls in die vorliegende Arbeit miteinbezogen wurden.

Für ein tieferes Hintergrundwissen zu der Bestimmung von Advanced Glycation Endproducts über die Fluoreszensmethode wurde, ebenfalls in Web of Science Core Collection, nach „fluorescamine glycation“ recherchiert. Die Suche ergab sechs Treffer, von denen die Arbeit von Yaylayan et al. (1992) ausgewählt wurde. Diese Wissenschaftler waren die ersten die diese Methode beschrieben haben, um eine Proteinglykierung zu analysieren.

Des Weiteren erfolgte eine Recherche zu den Glyceraldehyden über den Verlag Multidisciplinary Digital Publishing Institute (MDPI). Das Stichwort „glyceraldehyde“ ergab 25 Treffer. Die Wahl fiel auf den Review-Artikel von Takeuchi et al. (2016), da sich diese Arbeit zusätzlich auch allgemein mit AGEs beschäftigte.

Für die Recherche von einzelnen Themengebiete wurden, zum besseren Verständnis, nur nach deutschen Quellen gesucht.

Dazu wurde im Fuldaer Informations- und Literaturportal (FILIP) der Hochschul- und Landesbibliothek Fulda nach dem Schlagwort „Advanced Glycation Endproducts“ gesucht. Von den 33 Treffern im lokalen Bestand wurde die Dissertation von Leuner (2011) ausgewählt, da hier die Bildung von Gykierungsendprodukten und der Einfluss von diesen auf den menschlichen Organismus verständlich dargestellt worden sind.

Zusätzlich wurde in GoogleScholar nach den Begriffen „Dicarbonyle Methylglyoxal“ recherchiert. Es konnten insgesamt 53 deutsche Publikationen seit dem Jahr 2011 ermittelt werden. Die Entscheidung fiel auf die Dissertation von Degen (2013), welche sich mit dem Vorkommen und dem metabolischen Transit alimentärer Dicarbonylverbindungen beschäftigt.

Um zu erfahren, welche Auswirkungen eine starke Erhitzung, neben der Bildung von Advanced Glycation Endproducts, auf die Inhaltsstoffe der Nahrung noch hat, wurde das Buch „Leitfaden Ernährungsmedizin“ herangezogen. Ebenso konnten aus dieser Quelle Maßnahmen zur Prävention von Diabetes mellitus Typ 2 ermittelt werden.

Eigene Empfehlungen, Diskussionspunkte und Schlussfolgerungen wurden auf Basis der Ergebnisse der verwendeten Literatur entwickelt. Dabei wurden die Aussagen der Autoren verglichen und je nach Relevanz in das Fazit einbezogen.

3.3 Ergebnisse der Literaturrecherche

Durch die beschriebene Vorgehensweise konnte ausreichend Literatur für die Arbeit generiert werden.

Die Hauptquelle stellten Review-Artikel dar, in denen beispielsweise die gesundheitlichen Aspekte von Advanced Glycation Endproducts zusammengetragen wurden, sowie die vier größten Studien der letzten sechs Jahre, welche die AGE-Gehalte in Lebensmitteln untersuchten.

Für das Hintergrundwissen zu den Advanced Glycation Endproducts, welches im Literaturteil erläutert worden ist, wurden zusätzlich auch Dissertationen und einzelne Studien zu den entsprechenden Themengebieten genutzt.

Neben einer umfassenden Übersichtsarbeit wurden im Ergebnisteil „Möglichkeiten zur Senkung der AGE-Aufnahme“ viele kleinere Studien miteinbezogen.

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