Vitamine sind organische Verbindungen, die ein Organismus nicht als Energieträger, sondern für andere lebenswichtige Funktionen benötigt, die jedoch der Stoffwechsel nicht bedarfsdeckend synthetisieren kann. Vitamine müssen mit der Nahrung aufgenommen werden, sie gehören zu den essentiellen Stoffen. Pflanzen benötigen normalerweise keine zusätzlichen Vitamine, sie können alle für sie notwendigen organischen Stoffe selbst synthetisieren.

Einige Vitamine werden dem Körper als Vorstufen, sogenannte Provitamine zugeführt, die der Körper dann erst in die Wirkform umwandelt. Man unterteilt Vitamine in fettlösliche (lipophile) und wasserlösliche (hydrophile) Vitamine. Chemisch bilden die Vitamine keine einheitliche Stoffgruppe. Da es sich bei den Vitaminen um recht komplexe organische Moleküle handelt, kommen sie in der unbelebten Natur nicht vor. Vitamine müssen erst von Pflanzen, Bakterien oder Tieren gebildet werden. Namentlich unterschieden werden die Vitamine durch Benennung mit verschiedenen Buchstaben.

Bei unterschiedlichen Tieren gelten zum Teil verschiedene Substanzen als Vitamine. So können etwa die meisten Tiere Vitamin C selbst produzieren, anstatt es mit der Nahrung aufnehmen zu müssen. Trockennasenprimaten, zu denen auch Menschen zählen, einige Familien in der Ordnung der Fledertiere und Sperlingsvögel, alle Echten Knochenfische sowie Meerschweinchen können dies nicht, weil ihnen das Enzym L-Gulonolactonoxidase fehlt.^[1][2] Somit ist Vitamin C für die meisten Tiere kein Vitamin, sondern ein Metabolit. Katzen benötigen ebenfalls Retinol (oder Vitamin A₁), nehmen aber eine Sonderstellung ein, da sie im Gegensatz zu fast allen anderen Tieren β-Carotin nicht in Retinol umwandeln können.^[3]

Beim Menschen gilt die oben angegebene Definition für 13 organische Verbindungen. Von diesen können 11 auf keine Weise vom Organismus selbst synthetisiert werden. Cholecalciferol (auch Colecalciferol oder kurz Calciol; Vitamin D₃ oder ungenau Vitamin D) kann der Körper selbst herstellen, sofern ausreichend Sonnenexposition besteht (Photosynthese). Eigensynthese besteht auch für Niacin, das aus der Aminosäure Tryptophan hergestellt werden kann. Die notwendige Niacinzufuhr richtet sich nach der Menge an zugeführtem Protein und wird damit von den Ernährungsgewohnheiten beeinflusst.

Aufgabe und Funktion

Vitamine sind (im Vitaminhaushalt) an vielen Reaktionen des Stoffwechsels beteiligt. Ihre Aufgabe besteht in einer Regulierung der Verwertung von Kohlenhydraten, Proteinen (umgangssprachlich auch als Eiweiß bezeichnet) und Mineralstoffen, sie sorgen für deren Ab- beziehungsweise Umbau und dienen somit auch der Energiegewinnung. Vitamine beeinflussen das Immunsystem^[4] und sind unverzichtbar beim Aufbau von Zellen, Blutkörperchen, Knochen und Zähnen. Die Vitamine unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Wirkungen.

Geschichte

Dass manche Krankheiten durch bestimmte Nahrungsmittel geheilt werden können, war im 16. Jahrhundert, als man diese Tatsache für den Skorbut erkannte, bereits bekannt.^[5] Im Jahr 1881 fütterte der russische Arzt und Chemiker Nikolai Lunin Mäuse mit einer künstlichen Mischung aus den separierten damals bekannten Bestandteilen von Milch, nämlich Proteine, Fette, Kohlenhydrate und Salze. Sie starben und Lunin schloss daraus, „dass natürliche Nahrung wie Milch deswegen neben den bisher bekannten Bestandteilen geringe Mengen lebenswichtiger Substanzen enthalten muss“.^[6]

Nach dem Lesen eines Artikels des niederländischen Arztes Christiaan Eijkman beschäftigte sich der polnische Biochemiker Casimir Funk 1911 intensiv mit der Isolierung des Wirkstoffes gegen die Vitaminmangelkrankheit Beri-Beri, eine bis dahin unerklärliche neue Krankheit, die in Japan und auf Java auftrat. Eijkman hatte in einem Militärhospital in Batavia beobachtet, dass neben Patienten und Personal auch die Hühner im Hof des Hospitals die Symptome der Krankheit Beri-Beri (zu deutsch: Schafsgang) zeigten. Die Hühner wurden mit demselben weißen, geschälten Reis gefüttert, den auch die Patienten und das Personal zu essen bekamen. Beri-Beri ging mit Lähmungen und Kräfteverlust einher. Diese Krankheit trat erst auf, nachdem man in diesen Ländern europäische Reisschälmaschinen eingeführt hatte. Es wurde eine Mangelkrankheit vermutet. Der japanische Arzt Takaki Kanehiro konnte die Krankheit heilen, indem er dem Reis die entfernte Reiskleie wieder zuführte. Casimir Funk isolierte aus Reiskleie einen Stoff, von dem er sich eine heilende Wirkung gegen die Mangelkrankheit erhoffte. Dieser 1912 von Funk irrtümlich als Beriberi-Vitamin bezeichnete Stoff, abgeleitet von vita (Leben) und Amine, war weder ein Amin, noch wirkte er gegen Beriberi. Auf der Suche nach dem Anti-Beriberi Faktor, dem Vitamin B₁ oder Thiamin, hatte er Nicotinsäure, das Vitamin B₃, isoliert. Letzteres ist nutzlos gegenüber Beriberi, zeigte aber bei der Behandlung von Pellagra Wirkung.^[7]

Die Bezeichnung erwies sich auch für andere Vitamine vom Wortsinn her als falsch, da viele Vitamine keine Aminogruppen besitzen. 1926 wurde das Vitamin B₁ (Thiamin) erstmals nach neunjähriger Arbeit von den holländischen Chemikern Barend C. P. Jansen und Willem F. Donath in kristalliner Form aus Reiskleie isoliert. 1932 ermittelte Windaus die elementare Zusammensetzung. 1936 wurde die Struktur von Vitamin B₁ etwa gleichzeitig von Adolf Windaus, Richard Kuhn, Robert R. Williams und Rudolf Grewe aufgeklärt. Die Synthese erfolgte 1936 durch Robert R. Williams und 1937 durch Hans Andersag und Kurt Westphal (1936).

Zwischen 1920 und 1980 wurden die für den Menschen heute bekannten 13 Vitamine^[8] erstmals rein dargestellt. Für diese Vitamine sind inzwischen auch chemische Synthesewege entwickelt worden.

Krankheiten als Folge von Vitaminmangelerscheinungen wurden erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts als solche erkannt. In der Annahme, dass es sich um ernährungsbedingte Krankheiten handele, versuchte man bestimmte Krankheiten wie Beri-Beri, Skorbut und Rachitis zunächst durch Zufuhr entsprechender Nahrungsmittel zu bekämpfen. Nachdem mit Hilfe von Tierversuchen die Hypothese bestätigt werden konnte, dass die Krankheiten durch das Fehlen bestimmter Nahrungsbestandteile verursacht wurden, führten weitere Tierversuche dazu, diese speziellen essentiellen Nahrungsbestandteile und aus diesen schließlich die jeweiligen Vitamine selbst zu isolieren.

1913 wurde die Bezeichnung der Vitamine mit großen Buchstaben des Alphabets durch den amerikanischen Biochemiker Elmer McCollum eingeführt. Somit gab es ein Vitamin A, B, C und D. Anschließend kamen noch die Vitamine E und K hinzu. Bei der Analyse der Nahrung, die Vitamin B enthielt, stellte sich heraus, dass es sich hier um mehr als einen Faktor handelte, der mehrere Symptome ausschalten konnte. Somit sprachen die Biologen von Vitamin B₁, B₂ usw.

In der Zeit des Nationalsozialismus (1933–1945) förderten die Machthaber in Deutschland die Versorgung der Bevölkerung mit den damals gerade erst entdeckten Vitaminen sehr aktiv. Sie wollten so den „Volkskörper von innen stärken“, weil sie davon überzeugt waren, dass Deutschland den Ersten Weltkrieg auch als Folge von Mangelernährung verloren hatte. In „Vitamin-Aktionen“ wurden Kinder, Mütter, Schwerstarbeiter und Soldaten mit Vitaminen versorgt, insbesondere mit Vitamin C, von dem die Wehrmacht noch 1944 200 Tonnen herstellen ließ.^[9]

Benennung von Vitaminen

Der polnische Biochemiker Casimir Funk nahm an, dass alle lebensnotwendigen Stoffe eine NH₂-Gruppe enthielten. Er prägte deshalb 1912 für einen derartigen Ergänzungsnährstoff den Begriff „Vitamin“ (aus lateinisch vita für Leben und amin für stickstoffhaltig bzw. organische stickstoffhaltige Verbindung^[10][11]). Spätere Untersuchungen zeigten aber, dass bei weitem nicht alle Vitamine Amine sind und auch nicht immer Stickstoffatome enthalten. Beispiele hierfür sind das Vitamin A (siehe Retinol) und das Vitamin C (Ascorbinsäure), eine Carbonsäure. Andere, heute weitgehend verschwundene Bezeichnungen für Vitamine waren: Komplettine, Nutramine und akzessorische Nährstoffe oder auch Ergänzungsstoffe, weil die chemisch reinen Fette, Eiweiße und Kohlenhydrate erst durch das Hinzukommen von Vitaminen (und Mineralstoffen) zu vollwertigen Nährstoffen ergänzt werden.

Der chemische Name eines Vitamins richtet sich nach seiner chemischen Struktur. Bei den Trivialnamen werden Buchstaben verwendet, teilweise kombiniert mit einer Nummer. Lücken in der Buchstabenreihe entstanden unter anderem, weil sich einige der ursprünglichen Isolierungen als nicht einheitliche Substanzen erwiesen und aus der Reihe der Vitamine entfernt wurden. Teilweise gab oder gibt es mehrere Trivialnamen, in der Regel hat sich aber jeweils nur ein Trivialname durchgesetzt.

Von den in der medizinischen Wissenschaft gegenwärtig bekannten 20 Vitaminen gelten 13 Vitamine für den Menschen als unerlässlich:

Die acht „B-Vitamine“ werden unter der Sammelbezeichnung Vitamin-B-Komplex oder einfach als Vitamin B zusammengefasst.

Weitere, in der Literatur und anderen Ländern verwendete Trivialnamen für (meist fälschlich als solche bezeichnete) Vitamine:

Vitaminabsorption

Im Körper können bestimmte Vitamine gespeichert werden, man kann diese sozusagen auf Vorrat essen, andere wiederum können nicht gespeichert werden, sondern müssen über die Nahrung laufend zugeführt werden. Danach werden die Vitamine in zwei Gruppen eingeteilt: in die Gruppe der fettlöslichen, speicherbaren Vitamine und die Gruppe der wasserlöslichen, nicht speicherbaren Vitamine.

Fettlösliche Vitamine

Fettlösliche Vitamine sind nichtpolare Moleküle, die sehr gut in Lipiden löslich sind. Ihre Resorption bedarf daher der Mizellenbildung. Sie werden in ähnlicher Weise wie Cholesterin in den Zellen der Darmschleimhaut in Chylomikronen eingebaut.

Die fettlöslichen Vitamine sind:

• Vitamin A (Retinol)
• Vitamin D (Cholecalciferol)
• Vitamin E (Tocopherol)
• Vitamin K (K₁, K₂, K₃, K₄ „Koagulationsvitamine“)

Vitamin K kann allerdings trotz seiner Fettlöslichkeit nur in geringem Maße vom Körper gespeichert werden.

Vitamin D wird wegen seiner Aufgaben im Körper von manchen offiziellen Stellen nicht mehr zu den Vitaminen, sondern zu den Hormonen gerechnet. Diese Einordnung ist allerdings zumindest ungenau, denn einzig das auf Basis von Vitamin D₃ über Zwischenstufen in der Niere hergestellte Calcitriol kann im Vollsinn als Hormon bezeichnet werden.^[14]

Wasserlösliche Vitamine

Die wasserlöslichen Vitamine sind Vorläufer von Coenzymen oder prosthetischen Gruppen verschiedener Enzyme.

Die wasserlöslichen Vitamine sind:

• Vitamin C (Ascorbinsäure)
• Vitamin B₁ (Thiamin)
• Vitamin B₂ (Riboflavin)
• Vitamin B₃ (Nicotinsäure, Niacin)
• Vitamin B₅ (Pantothensäure)
• Vitamin B₆ (Pyridoxin)
• Vitamin B₇ (Biotin, Vitamin H)
• Vitamin B₉ (Folsäure)
• Vitamin B₁₂ (Cobalamin)

Dabei bildet das Vitamin B₁₂ insofern eine Ausnahme, als es trotz seiner Wasserlöslichkeit vom Organismus gespeichert werden kann.

Wasserlösliche Vitamine werden im Dünndarm mittels Carriern oder Rezeptoren absorbiert. Während Vitamin B₂ durch passiven Transport aufgenommen wird, erfolgt die Absorption von Vitamin B₁, Vitamin B₁₂ und Vitamin C aktiv.

Vitaminbedarf und Vorkommen

Tabelle

Unter „Wirkungen“ und „Vorkommen“ werden hier nur einige Beispiele genannt. Genaueres steht in den Artikeln zu den einzelnen Vitaminen.

Hinweise

 

Biologische Werte sind nie absolut, sondern werden immer von einer Vielzahl von Faktoren bestimmt. Der Vitaminbedarf hängt nicht nur vom Geschlecht und vom Alter ab. Er kann bei körperlichen und psychischen Belastungen erhöht sein, beispielsweise bei beruflichem oder umweltbedingtem Stress, Krankheiten, Rauchen und Alkoholkonsum, bei Frauen außerdem in der Schwangerschaft und während der Stillzeit. Bei den Angaben zum Vitaminbedarf handelt es sich deshalb um Durchschnittswerte mit verallgemeinerndem Charakter.

Entsprechend variieren auch die Empfehlungen. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) empfiehlt beispielsweise, täglich 100 mg Vitamin C zu sich zu nehmen, die Weltgesundheitsorganisation (WHO) empfiehlt dagegen nur 30 mg pro Tag. Der Tagesbedarf liegt bei den meisten Vitaminen im Bereich von wenigen Milligramm (mg).

Von den 13 Vitaminen, die in der medizinischen Wissenschaft als essentiell (unerlässlich) gelten, sind zwei nicht in strengem Sinne essentiell, nämlich Vitamin D (Calciferol) und Niacin (Vitamin B₃). Stoffe mit Vitamin-D- und Niacin-Eigenschaften können nämlich vom Körper unter bestimmten Umständen selbst gebildet (synthetisiert) werden. Vitamin D₃ (Cholecalciferol) kann beispielsweise unter Einwirkung des Sonnenlichtes aus 7-Dehydrocholesterin, einem biologischen Derivat des Cholesterins, entstehen. Niacin kann beim Abbau des Tryptophans gebildet werden.

Einige Bakterien der Darmflora sind in der Lage, die Vitamine K und B₁₂ zu synthetisieren. Falls sie durch die Einnahme starker Antibiotika zerstört werden, kann leicht ein Mangel entstehen. Es gibt allerdings medizinische Möglichkeiten, diese Bakterien wieder im Darm anzusiedeln.

Der Vitamingehalt von Früchten ist abhängig von zahlreichen Faktoren wie Bodenbeschaffenheit, Lagerdauer etc. Es können auch die Zubereitungstemperatur und -dauer eine Rolle spielen.^[15]

Mangelerscheinungen und Überversorgungen

In Deutschland sind Mangelerscheinungen nur in Ausnahmefällen möglich. Lediglich beim Vitamin Folsäure ist häufiger eine mögliche Unterversorgung diskutiert worden. Menschen, die sich an die Ernährungsvorgaben der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) halten und ihre Ernährung auf ausreichend Obst, Gemüse, Vollkornprodukte, wenig Fleisch und Milchprodukte umstellen, sind ausreichend mit allen wichtigen Vitaminen versorgt und weisen dementsprechend einen suffizienten bzw. adäquaten Vitaminstatus^[16] auf, wenn sich entsprechende Biomarker im Bereich der etablierten Grenzwerte befinden.

Hypovitaminose

Bei einer Vitaminunterversorgung reicht die Vitaminzufuhr nicht aus, um den Bedarf zu decken.^[17] Ein Vitaminmangel kann entstehen als Folge eines erhöhten Bedarfs (während Schwangerschaft und Stillzeit, in der Kindheit und Jugend), aufgrund einer mangelnden Zufuhr, durch Malassimilation infolge anderer Grunderkrankungen, als Folge von Medikamenteneinnahme (orale Kontrazeptiva) oder nach parenteraler Ernährung ohne Vitaminzugabe. Auch durch Aufbewahrung und Zubereitung der Lebensmittel variiert der Vitamingehalt, so dass trotz Auswahl der richtigen Nahrungsmittel ein Mangel entstehen kann.

Dies kann zu Mangelerscheinungen führen, die graduell in eine Hypovitaminose oder Avitaminose unterteilt werden. Vitaminmangelkrankheiten sind unter den europäischen Ernährungsbedingungen selten geworden und meist auf Alkoholabhängigkeit zurückzuführen. Betroffen sein können auch alte Menschen, Raucher oder Vegetarier. Die Krankheitszeichen sind je nach dem betroffenen Vitamin verschieden. Je nach Art und Ausmaß der Schädigung kann sich der Organismus erholen. Bei Mangel an Vitamin B₁ kommt es zu Beri-Beri. Ein Mangel an Vitamin C führt zu Skorbut. Vitamin-A-Mangel führt zu Nachtblindheit und trockener Haut. Vitamin-K-Mangel erhöht die Blutungsneigung, da es zur Synthese einiger Gerinnungsfaktoren benötigt wird.

Bei Alkoholikern führen gleich mehrere Faktoren zu einem Vitaminmangel. Der chronisch Suchtkranke nimmt außer dem Suchtmittel kaum andere Nahrung zu sich, er leidet an einer Mangelernährung. Die Schleimhaut des Verdauungstraktes über Speiseröhre, Magen und Dünndarm kann schwer geschädigt sein, ebenso die Bauchspeicheldrüse. Nahrungseinnahme ist verbunden mit Übelkeit, Erbrechen, Durchfall. Die Verdauung und Aufnahme im Magendarmtrakt ist gestört (Malabsorption, Maldigestion). Zu Schäden des Blutbildes und des Nervengewebes kommt es v. a. durch Mangel der Vitamine B₁ (Wernicke-Korsakow-Syndrom), Vitamin B₆ und Folsäure (Polyneuropathie) und B₁₂ (perniziöse Anämie, funikuläre Myelose). Die Infektabwehr ist gemindert. Die Blutgerinnung ist – aus verschiedenen Gründen – gestört.

Hypervitaminose

Eine Vitaminüberversorgung wird Hypervitaminose genannt. Die fettlöslichen Vitamine (E, D, K, A) können im Körper, meist in der Leber, gespeichert werden. Damit kann es auch zu Überdosierungen kommen. Die wasserlöslichen Vitamine werden über die Niere rasch ausgeschieden.

Als Hypervitaminosen werden jene Erscheinungen zusammengefasst, die bei übermäßiger Zufuhr der entsprechenden Vitamine auftreten können. Dies ist durch herkömmliche Ernährung nicht zu erreichen. In Frage kommen aber hochdosierte Vitamingaben.

Vitamin D ist in Verbindung mit Calcium unstrittig bei der Behandlung der Osteoporose. Bei chronischer Einnahme von Konzentrationen über 0,3 mg/d kann durch die dauerhafte Ansammlung im Körper der gegenteilige Effekt erreicht werden, die Knochenentkalkung und damit die Entstehung einer Osteoporose werden gefördert. Das Provitamin Beta-Carotin (Vorstufe des Vitamin A) kann hochdosiert bei Rauchern vermutlich das Lungenkrebsrisiko erhöhen. Für die Vitamine der B-Gruppe (wasserlöslich) sind unerwünschte Wirkungen bei hohen Dosen nur für Vitamin B₆ bekannt, bei Einnahme von mehr als 50 mg pro Tag – der zwanzigfachen Tagesdosis – resultiert eine sensorische Polyneuropathie.^[18] Das Bundesinstitut für Risikobewertung erarbeitet regelmäßig Höchstmengenvorschläge für die Verwendung von Vitaminen (und Mineralstoffen) in Lebensmitteln und Nahrungsergänzungsmitteln.^[19]

Literatur

Ältere Literatur

• Richard Kuhn: Vitamine und Arzneimittel. In: Die Chemie. (Angewandte Chemie, neue Folge) 55(1/2), S. 1–6 (1942), ISSN 1521-3757
• Hans Glatzel: Sinn und Unsinn der Vitamine. Kohlhammer Verlag, 1987, ISBN 3-17-009574-9.
• Ludwig Weissbecker: Krankheiten des Vitaminhaushaltes. In: Ludwig Heilmeyer (Hrsg.): Lehrbuch der Inneren Medizin. Springer-Verlag, Berlin/Göttingen/Heidelberg 1955; 2. Auflage ebenda 1961, S. 1083–1098.
• Otto Westphal, Theodor Wieland, Heinrich Huebschmann: Lebensregler. Von Hormonen, Vitaminen, Fermenten und anderen Wirkstoffen. Societäts-Verlag, Frankfurt am Main 1941 (= Frankfurter Bücher. Forschung und Leben. Band 1), insbesondere S. 36–56 (Geschichte der Vitaminforschung).

Aktuelle Literatur

• Manfred Eggersdorfer, Dietmar Laudert, Ulla Létinois, Tom McClymont, Jonathan Medlock, Thomas Netscher, Werner Bonrath: Einhundert Jahre Vitamine – eine naturwissenschaftliche Erfolgsgeschichte, Angewandte Chemie, Volume 124, Issue 52, pages 13134–13165, December 21, 2012, doi:10.1002/ange.201205886
• Wolfgang Herrmann, Rima Obeid (Hrsg.): Vitamins in the prevention of human diseases. 2011, ISBN 978-3-11-021448-2.
• Andreas Hahn, Alexander Ströhle, Maike Wolters: Ernährung. Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft, Stuttgart 2005, ISBN 3-8047-2092-7.
• Georg Dallmeier, Dagmar Fronius-Gaier, Renate Schuhmayer: Kalorien, Nährstoffe, Vitamine. Compact Verlag, 2003, ISBN 3-8174-5514-3.
• Harald Friesewinkel: Das Wichtigste über Vitamine. Knauer Verlag, 2004, ISBN 3-417-24718-7.
• Hans Konrad Biesalski, Josef Köhrle, Klaus Schürmann: Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Thieme, 2002, ISBN 3-13-129371-3.
• Karl-Heinz Bässler, Ines Golly, Dieter Loew: Vitamin-Lexikon. Urban & Fischer, 2002, ISBN 3-437-21141-2.
• Melinda Wenner Moyer: Vitamine auf dem Prüfstand. In: Spektrum der Wissenschaft. – Übersetzung des Originalartikels: Nutrition: Vitamins on trial. In: Nature. 510, 2014, S. 462–464, doi:10.1038/510462a.

Siehe auch

• Antivitamine
• Nahrungsergänzungsmittel
• Mikronährstoff (Medizin)
• Anreicherungsverordnung
• Verordnung über vitaminisierte Lebensmittel

Weblinks

Wiktionary: Vitamin – Bedeutungserklärungen, Wortherkunft, Synonyme, Übersetzungen

• Die Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr der Deutschen Gesellschaft für Ernährung e. V.
• Heißes Eisen: Frühstücksflocken. Überdosierung in Cerealien
• Zusammenfassender Bericht zur Geschichte, Marketing und Risiko von Vitaminen in „SWR Betrifft: Die Vitaminfalle“, Programminfo des Senders
• Vitamine im grafischen Überblick Zusammenfassung der wichtigsten Information in grafischer Form von Vitamine.com