Was bedeutet Bioverfügbarkeit bei Vitaminen und Mineralstoffen?

Was bedeutet Bioverfügbarkeit?

Bioverfügbarkeit beschreibt, welcher Anteil eines aufgenommenen Nährstoffs dem Körper am Ende tatsächlich für Stoffwechselvorgänge oder zur Speicherung zur Verfügung steht. Der Begriff umfasst also mehr als die reine Aufnahme über die Darmwand: Er schließt Freisetzung, Absorption, Transport, Umwandlung und Verwertbarkeit ein.

Im europäischen Regelungsrahmen ist der Begriff bewusst funktional gefasst. Die EFSA verweist in ihrer Leitlinie zur Bewertung neuer Mikronährstoffquellen darauf, dass Bioverfügbarkeit in der einschlägigen europäischen Gesetzgebung als „available to be used by the body“ definiert ist – zurückgehend auf Erwägungsgrund 11 der Nahrungsergänzungsmittel-Richtlinie 2002/46/EG, wonach die verwendeten Vitamin- und Mineralstoffquellen nicht nur sicher sein, sondern „vom Körper auch verwertet werden können“ müssen.

Eine numerisch operationalisierte Definition gibt es dagegen nicht. Das ist keine Nachlässigkeit, sondern folgt aus der Sache: Bioverfügbarkeit ist keine feste Stoffeigenschaft, sondern das Ergebnis eines Zusammenspiels aus Verbindung, Matrix, Mahlzeit, Dosis und Zustand der aufnehmenden Person.

Absorption, Bioaccessibility und Bioverfügbarkeit sind drei verschiedene Dinge

In der Fachliteratur werden drei Stufen unterschieden, die im Alltagsgebrauch regelmäßig vermischt werden.

Vom Präparat zur Verwertung: vier Stufen, drei Begriffe

1. Stufe 1FreisetzungDer Nährstoff löst sich aus der Matrix. Das ist die Bioaccessibility – meist nur in vitro geprüft.
2. Stufe 2AbsorptionÜbertritt über die Darmwand. Gemessen mit Isotopenmarkierung oder Bilanzverfahren.
3. Stufe 3Transport und UmwandlungVerteilung im Körper und präsystemischer Stoffwechsel.
4. Stufe 4BioverfügbarkeitVerfügbar für Stoffwechsel und Speicher. Nachweis über Status- und Funktionsmarker.

Die EFSA ordnet diese Stufen in ihrem gestuften Bewertungsansatz klar ein: In-vitro-Daten zur Bioaccessibility und Tierstudien gelten als unterstützende Evidenz, während Humanstudien als die verlässlichste Grundlage zur Abschätzung der Bioverfügbarkeit einer neuen Quelle im Vergleich zu einer Referenzquelle bezeichnet werden. Wer also eine Werbeaussage zur Bioverfügbarkeit prüfen will, sollte zuerst fragen, auf welcher dieser Stufen die zugrunde liegenden Daten erhoben wurden.

Ein zweiter Begriff ist wichtig: die relative Bioverfügbarkeit. Sie bezeichnet die Bioverfügbarkeit aus einer neuen Quelle im Vergleich zu einer Referenzquelle. Aussagen wie „doppelt so bioverfügbar“ sind immer relative Angaben – ohne Nennung der Referenz sind sie inhaltsleer.

Welche Faktoren beeinflussen die Bioverfügbarkeit?

Die wichtigsten Einflussgrößen lassen sich in sechs Gruppen ordnen: Bedingungen im Verdauungstrakt, Transportmechanismen, die Lebensmittelmatrix, die Begleitmahlzeit, Wechselwirkungen zwischen Nährstoffen sowie Eigenschaften der Person selbst.

Verdauungstrakt und Magensäure

Die Freisetzung eines Nährstoffs aus seiner Bindung ist bei mehreren Vitaminen und Mineralstoffen säureabhängig. Vitamin B12 wird durch Salzsäure und Magenproteasen aus der Lebensmittelmatrix gelöst; wird die Säuresekretion gehemmt – etwa durch Protonenpumpenhemmer oder H2-Blocker –, kann das die Aufnahme von nahrungsgebundenem Vitamin B12 beeinträchtigen. Eine atrophische Gastritis, die etwa 2 % der Allgemeinbevölkerung, aber 8 bis 9 % der über 65-Jährigen betrifft, vermindert sowohl die Salzsäure- als auch die Intrinsic-Factor-Produktion.

Ein zweites gut dokumentiertes Beispiel ist Calcium: Calciumcarbonat ist für seine Auflösung stärker auf Magensäure angewiesen als Calciumcitrat. Bei niedriger Magensäureproduktion kann die Aufnahme aus Carbonat daher geringer ausfallen, sofern es nicht zu einer Mahlzeit eingenommen wird.

Transportmechanismen: sättigbar oder passiv

Viele Nährstoffe werden über spezifische, in ihrer Kapazität begrenzte Transportsysteme aufgenommen; ein kleinerer Teil gelangt zusätzlich passiv durch Diffusion in den Körper. Diese Unterscheidung erklärt einen großen Teil der Dosisabhängigkeit.

• Eisen: Zentral reguliert wird die Aufnahme über das Peptidhormon Hepcidin, das den Eisenexporter Ferroportin abbaut und damit die Weitergabe von aufgenommenem Eisen aus der Darmzelle in den Kreislauf drosselt.
• Magnesium: Ein parazellulärer, konzentrationsgetriebener Weg im Dünndarm steht neben einem sättigbaren transzellulären Weg über die Kanäle TRPM6/TRPM7.
• Vitamin B12: Der Intrinsic-Factor-Komplex wird im terminalen Ileum rezeptorvermittelt aufgenommen; daneben existiert eine wenig effiziente passive Diffusion.
• Vitamin D: Aufnahme durch einfache passive Diffusion und über membranständige Trägerproteine.

Lebensmittelmatrix

Die Matrix, in der ein Nährstoff vorliegt, kann die Aufnahme um ein Vielfaches verändern. Die Calciumabsorption liegt bei Spinat bei etwa 5 %, bei Milch dagegen bei etwa 27 % – Oxalat und Phytat bilden schwer lösliche Verbindungen. Bei Zink reicht die Aufnahme aus Lebensmitteln je nach Phytatgehalt der Kost von 5 % bis über 50 %.

Die EFSA erkennt Matrixeffekte ausdrücklich an, verlangt aber, dass sie im Studiendesign kontrolliert werden – andernfalls misst eine Vergleichsstudie die Matrix und nicht die Nährstoffform.

Mahlzeit und Nahrungsfett

Bei fettlöslichen Vitaminen und Carotinoiden erhöht Fett in der Begleitmahlzeit die Aufnahme. In einer randomisierten Untersuchung an 50 gesunden älteren Personen lag die maximale Plasmakonzentration von Vitamin D3 zwölf Stunden nach einer Einzeldosis bei fetthaltiger Mahlzeit um 32 % (95-%-Konfidenzintervall 11 bis 52 %) höher als bei fettfreier Mahlzeit. Das Verhältnis einfach zu mehrfach ungesättigter Fettsäuren spielte dabei keine Rolle.

Bei Carotinoiden sind die Effekte noch ausgeprägter: Die Zugabe von Avocado zu einem Salat erhöhte in einer Crossover-Untersuchung die Fläche unter der Plasmakurve für β-Carotin um das 15,3-Fache, für Lutein um das 5,1-Fache. Diese Zahlen sind allerdings postprandiale Surrogatwerte aus sehr kleinen Gruppen (jeweils elf Personen) und keine Absorptionsquoten.

Wechselwirkungen zwischen Nährstoffen

Nährstoffe konkurrieren um Transportwege oder unterstützen sich gegenseitig – meist dosisabhängig und meist weniger eindeutig, als Ratgebertexte nahelegen.

• Vitamin C und Eisen: Ascorbinsäure hebt die hemmende Wirkung von Phytat und Polyphenolen auf die Nicht-Häm-Eisen-Aufnahme teilweise auf. Praktisch werden molare Verhältnisse von 2:1 bei geringer bis mittlerer Hemmstofflast genannt, bei hoher Hemmstofflast über 4:1 – was im Alltag kaum umsetzbar ist.
• Calcium und Eisen: Die Datenlage ist widersprüchlich. In einer kleinen Brotmahlzeit hemmten 165 mg Calcium die Eisenaufnahme um etwa 50 %; dieselbe Calciummenge als Milch zu einer Steakmahlzeit hatte keinen Effekt. Eine generelle Regel lässt sich daraus nicht ableiten.
• Zink und Kupfer: Zinkdosen ab 50 mg können die Kupferaufnahme beeinträchtigen.
• Eisen und Zink: Werden 25 mg elementares Eisen oder mehr zeitgleich mit Zink eingenommen, kann die Zinkaufnahme sinken.

Ein methodisch zentraler Vorbehalt: Effektgrößen aus Einzelmahlzeitstudien überschätzen die Langzeitwirkung in gemischter Kost regelmäßig. In Studien mit mehreren Mahlzeiten und gleichzeitig vorhandenen Hemm- und Förderfaktoren fällt der Effekt einzelner Komponenten deutlich geringer aus.

Alter, Versorgungsstatus und Regulation

Die körpereigene Regulation ist bei mehreren Mineralstoffen der stärkste Einzelfaktor. Bei gesunden Personen verhält sich die Eisenaufnahme umgekehrt proportional zur Serumferritinkonzentration, besonders unterhalb von 60 µg/l. In einer Übersichtsarbeit zur Eisenbioverfügbarkeit wird das ausdrücklich so gewichtet: Der Eisenstatus habe in der Regel einen größeren Einfluss als die Zusammensetzung der Kost.

Auch das Alter wirkt: Die Netto-Calciumaufnahme liegt bei Säuglingen und Kleinkindern bei bis zu 60 %, im Erwachsenenalter bei etwa 25 % und nimmt weiter ab.

Beispiele: Wie stark unterscheiden sich die Aufnahmeraten?

Eisen

Eisen ist das am besten untersuchte Beispiel für Bioverfügbarkeitsunterschiede. Häm-Eisen aus Fleisch und Fisch macht in westlichen Ländern nur etwa 10 bis 15 % der Zufuhr aus, wird aber deutlich besser aufgenommen. Die EFSA nennt für Häm-Eisen eine Absorption von rund 25 %; in einer direkten Vergleichsuntersuchung an acht nicht anämischen Männern standen 37,3 % Häm-Eisen-Absorption 5,3 % für Nicht-Häm-Eisen gegenüber.

Häm-Eisen wird rund siebenmal besser aufgenommen als Nicht-Häm-Eisen

Für die Gesamtkost werden 14 bis 18 % bei gemischter Ernährung mit Fleisch, Fisch und Vitamin C und 5 bis 12 % bei vegetarischer Kost angegeben. Polyphenolhaltige Getränke wirken stark hemmend: Getränke mit 20 bis 50 mg Gesamtpolyphenolen pro Portion senkten die Eisenaufnahme aus einer Brotmahlzeit um 50 bis 70 %, bei 100 bis 400 mg pro Portion um 60 bis 90 %. Für schwarzen Tee wurden 79 bis 94 % Hemmung gemessen. Milchzugabe zu Kaffee oder Tee änderte daran wenig bis nichts.

Hemmung der Nicht-Häm-Eisen-Aufnahme durch polyphenolhaltige Getränke

Magnesium

Die Angaben zur Magnesiumaufnahme streuen erheblich. Das NIH Office of Dietary Supplements nennt typischerweise 30 bis 40 % der zugeführten Menge; die EFSA nennt 40 bis 50 % als gängige Annahme, verweist aber auf publizierte Werte zwischen 10 und 70 % und darauf, dass die fraktionelle Aufnahme mit steigender Zufuhr abnimmt – was den Vergleich zwischen Studien erschwert.

Zur Frage organischer gegenüber anorganischen Salzen ist die Datenlage nicht robust. Gut löslichere Formen werden vollständiger aufgenommen als schlecht lösliche, und Magnesiumoxid schneidet in mehreren Untersuchungen schlecht ab – in einer Arbeit mit 4 % fraktioneller Absorption, allerdings über die Urinausscheidung als Surrogat und mit kleiner Stichprobe. Ein systematischer Review kam zu dem Schluss, anorganische Formulierungen erschienen weniger bioverfügbar als organische, hielt zugleich aber fest, dass alle untersuchten Präparate bei Gesunden ohne vorbestehendes Defizit physiologische Spiegel aufrechterhalten konnten. Andere Humanstudien fanden keine signifikanten Unterschiede. Die pauschale Aussage „organisch schlägt anorganisch“ ist damit nicht belegt.

Vitamin B12

Vitamin B12 zeigt den Sättigungseffekt am deutlichsten. Der Intrinsic-Factor-vermittelte Weg ist bei etwa 1,5 bis 2,0 µg pro Mahlzeit ausgeschöpft – diese Größenordnung nennen EFSA, FAO/WHO und das US-amerikanische Institute of Medicine übereinstimmend. Darüber hinausgehende Mengen werden nur noch passiv aufgenommen, mit etwa 1 bis 3 % der Dosis.

Praktisch bedeutet das: Aus 500 µg werden etwa 2 % aufgenommen, aus 1.000 µg etwa 1,3 %. Die absolute aufgenommene Menge steigt also weiter, aber sehr flach – während die deklarierte Dosis um ein Vielfaches wächst.

Folsäure und Nahrungsfolat

Folat ist ein Sonderfall, weil die Bioverfügbarkeitsunterschiede direkt in die Referenzwerte eingerechnet werden. Nach dem Konzept der Folat-Äquivalente gilt: Nur etwa 50 % des natürlich in Lebensmitteln enthaltenen Folats ist bioverfügbar, während synthetische Folsäure zu mindestens 85 % (mit Mahlzeit) bis nahezu 100 % (nüchtern) bioverfügbar ist.

Wichtig für den deutschsprachigen Raum: DGE und EFSA rechnen unterschiedlich. Die DGE setzt 1 µg Folat-Äquivalent gleich 1 µg Nahrungsfolat gleich 0,5 µg synthetische Folsäure; EFSA und das Institute of Medicine verwenden den Multiplikator 1,7. Zahlen aus beiden Systemen dürfen deshalb nicht direkt verglichen werden, ohne die zugrunde liegende Konvention zu nennen. Die EFSA hat den Faktor 1,7 zudem selbst relativiert: Die zugrunde liegende Studie sei nicht darauf ausgelegt gewesen, Äquivalenz nachzuweisen, und ein fehlender statistischer Unterschied bestätige die Gültigkeit des Multiplikators nicht.

Warum bedeutet eine hohe Dosis nicht automatisch eine hohe Aufnahme?

Weil die prozentuale Aufnahme mit steigender Einzeldosis sinkt. Sättigbare Transportsysteme arbeiten bei hoher Konzentration an ihrer Kapazitätsgrenze; darüber hinaus bleibt nur der wenig effiziente passive Weg. Die absolute aufgenommene Menge steigt daher deutlich langsamer als die zugeführte.

Je höher die Einzeldosis, desto kleiner der aufgenommene Anteil

• niedrigste geprüfte Zufuhr
• höchste geprüfte Zufuhr

Bei Eisen kommt ein aktiver Regelmechanismus hinzu. In zwei offenen randomisierten Studien an eisenverarmten Frauen führte die tägliche Gabe von 60 mg zu einer kumulativen fraktionellen Aufnahme von 16,3 %, die Gabe jeden zweiten Tag dagegen zu 21,8 %. Absolut wurden 131,0 mg gegenüber 175,3 mg aufgenommen. Ursache war ein höherer Hepcidinspiegel unter täglicher Gabe. Das Aufteilen einer Tagesdosis auf zwei Einzelgaben erhöhte den Hepcidinspiegel ebenfalls, ohne die Aufnahme zu verbessern. Die Ergebnisse stammen aus einer eng definierten Gruppe (junge, eisenverarmte Frauen); die Autoren fordern selbst eine Bestätigung bei manifest anämischen Patientinnen.

Bioverfügbarkeit und Dosierung sind zwei verschiedene Fragen

Eine hohe deklarierte Menge und eine gute Bioverfügbarkeit sind unabhängig voneinander. Ein Produkt kann eine gut aufnehmbare Verbindung in einer Dosierung enthalten, die den sättigbaren Transportweg weit überschreitet – dann geht der Vorteil der Verbindung im Sättigungseffekt unter. Umgekehrt kann eine moderate Dosierung einer schlechter löslichen Form ausreichen, wenn kein Defizit vorliegt.

Wie sich die verschiedenen Bezugsgrößen zueinander verhalten – Referenzmenge auf dem Etikett, empfohlene Zufuhr und tolerierbare Höchstmenge –, erläutern wir im Beitrag EFSA, DGE, NRV und UL: Welche Nährstoffwerte bedeuten was?.

Was Bioverfügbarkeitsstudien aussagen – und was nicht

Der wichtigste methodische Vorbehalt des gesamten Themenfelds lautet: Eine gemessene Absorptionssteigerung ist kein Nachweis eines besseren Versorgungsstatus.

Belegt wurde das an Vitamin D. Dieselbe Arbeitsgruppe, die den fettabhängigen Absorptionsvorteil zeigte, wies in einer weiteren Untersuchung nach, dass Mahlzeitbedingungen zwar die Aufnahme von supplementiertem Vitamin D3 beeinflussen, nicht aber die Plasmakonzentration von 25-Hydroxyvitamin D – also den etablierten Statusmarker. Kurzfristige Aufnahmeunterschiede setzen sich damit nicht zwangsläufig in messbare Versorgungsunterschiede um.

Beim Lesen von Bioverfügbarkeitsaussagen helfen deshalb vier Fragen:

• Welche Referenz? Relative Bioverfügbarkeit ohne benannte Vergleichsquelle ist keine Aussage.
• Welcher Endpunkt? Plasmaverlauf über Stunden oder Statusmarker über Wochen?
• Welche Dosis? Vergleiche sollten idealerweise äquimolare Dosen gegenüberstellen, weil relative Bioverfügbarkeit selbst dosisabhängig sein kann.
• Welches Design? In vitro, Tiermodell oder Humanstudie – die EFSA gewichtet diese Stufen ausdrücklich unterschiedlich.

Fazit

Bioverfügbarkeit ist keine Eigenschaft, die einem Nährstoff oder einem Produkt fest anhaftet. Sie ergibt sich aus dem Zusammenspiel von chemischer Verbindung, Matrix, Begleitmahlzeit, Dosis und dem Zustand der aufnehmenden Person – und der letzte Punkt wiegt bei mehreren Mineralstoffen schwerer als alle übrigen.

Für die Beurteilung von Produkten folgt daraus vor allem eines: Eine hohe Zahl auf dem Etikett sagt wenig über die tatsächlich verwertete Menge aus, und eine im Labor gemessene bessere Aufnahme sagt für sich genommen noch nichts über einen gesundheitlichen Nutzen. Beides sind sinnvolle Teilinformationen – aber eben Teilinformationen.

Häufige Fragen

Ist eine höhere Bioverfügbarkeit immer besser?

Nicht zwangsläufig. Eine bessere Aufnahme ist nur dann von Vorteil, wenn ein Bedarf besteht, der andernfalls nicht gedeckt würde. Bei ausreichender Versorgung reguliert der Körper die Aufnahme bei mehreren Mineralstoffen ohnehin herunter. Zudem ist eine höhere Aufnahme nicht gleichbedeutend mit einem messbar besseren Versorgungsstatus.

Sollte man Nahrungsergänzungsmittel zu einer Mahlzeit einnehmen?

Das hängt vom Nährstoff ab. Für fettlösliche Vitamine und Carotinoide ist Fett in der Begleitmahlzeit förderlich. Bei Calciumcarbonat verbessert eine Mahlzeit die Auflösung. Bei Vitamin C wird die Aufnahme nüchtern nicht beeinträchtigt; bei Folsäure ist sie nüchtern sogar höher. Eine pauschale Regel für alle Nährstoffe gibt es nicht.

Warum enthalten manche Produkte ein Vielfaches der Referenzmenge?

Ein Grund liegt in der sinkenden fraktionellen Aufnahme bei hohen Einzeldosen: Um bei Vitamin B12 über den passiven Weg eine relevante Menge aufzunehmen, sind rechnerisch hohe Dosen nötig. Ein zweiter Grund ist die Stabilität über die Haltbarkeit. Ein dritter ist schlicht die Wirkung hoher Prozentangaben in der Vermarktung. Diese Gründe sind nicht gleichwertig, und die Höhe der Dosis allein sagt nichts über die Sinnhaftigkeit aus.

Kann man die eigene Bioverfügbarkeit messen?

Die Bioverfügbarkeit selbst wird in Studien mit Isotopenmarkierung oder Bilanzverfahren bestimmt – das ist keine Routinediagnostik. Im individuellen Fall lässt sich lediglich der Versorgungsstatus über geeignete Blutparameter beurteilen, und auch das gehört in ärztliche Hände.

Hemmen Kaffee und Tee die Eisenaufnahme wirklich?

Ja, und der Effekt ist erheblich – für schwarzen Tee wurden Hemmwirkungen von 79 bis 94 % auf die Nicht-Häm-Eisen-Aufnahme aus einer Testmahlzeit gemessen. Diese Werte stammen allerdings aus Einzelmahlzeitversuchen; über eine gemischte Kost hinweg fällt der Effekt geringer aus. Praktisch relevant ist er vor allem für Personen mit niedrigem Eisenstatus.

Quellen

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Dieser Beitrag dient der allgemeinen Information und ersetzt keine ärztliche Beratung.