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Projekte

Einfluss hydrogencarbonatreicher Mineralwässer auf den Säure-Basen-Status und Parameter des Knochenumsatzes

Leitung:

Prof Dr. Andreas Hahn

Bearbeitung:

Paulina Wasserfurth, Dr. Josefine Nebl, Dr. Inga Schneider

Laufzeit:

März 2017 bis Februar 2018

Hintergrund

Damit alle Lebensvorgänge störungsfrei ablaufen können, muss der pH-Wert des Organismus, sowohl intra- als auch extrazellulär, innerhalb enger Grenzen konstant gehalten werden. Dies zu gewährleisten ist Aufgabe der Säure-Basen-Regulation des menschlichen Körpers, die auf verschiedenen Puffersystemen basiert. Eine zentrale Bedeutung kommt dabei dem Kohlensäure-Hydrogencarbonat-Puffersystem des Blutes zu, das als offenes Puffersystem über besondere Regulationsmöglichkeiten verfügt. Es trägt wesentlich dazu bei, den pH-Wert des Blutes konstant zu halten und eine Azidose (Übersäuerung, Abfall Blut-pH-Wert) oder Alkalose (Basenüberschuss, Anstieg Blut-pH-Wert) zu verhindern. Eine zunehmende Bedeutung wird inzwischen der „latenten Azidose“ beigemessen, die durch eine dauerhaft erhöhte Säurelast im Körper charakterisiert ist. Der wichtigste exogene Einflussfaktor ist dabei die Ernährung. Die in westlichen Industrieländern übliche Ernährung weist im Mittel einen Säureüberschuss von 50-100 mEq/Tag auf.

Inzwischen ist unstrittig, dass die erhöhte Säurelast vor allem einen negativen Einfluss auf den Knochenstoffwechsel ausübt, da sie zu erhöhten Verlusten von Calcium mit dem Urin führt. Gleichzeitig stellt sie einen starken Stimulus für die Aktivierung von Osteoklasten dar. Diese knochenabbauenden Zellen besitzen eine wesentliche Bedeutung für das „Remodeling“ des Knochens, das durch ständige Auf-, Ab- und Umbauprozesse charakterisiert ist. Osteoklasten sorgen hierbei für die Resorption, d.h. den Abbau, von Knochensubstanz. Nimmt ihre Aktivität überhand, so wird mehr Knochen ab- als aufgebaut. Ein ausgeglichener Säure-Basen-Status trägt dazu bei, die Osteoklastenaktivität zu vermindern und die Knochensubstanz zu erhalten. Mit einer erhöhten Säurelast kann außerdem langfristig die Bildung von Nierensteinen sowie Herz-Rhythmus Störungen begünstigt werden.

Um eine Säureüberlast auszugleichen, kann die Aufnahme von Basenäquivalenten erhöht werden, vor allem durch eine pflanzenbetonte Ernährung. Eine weitere Möglichkeit einer Azidose entgegenzuwirken ist die zusätzliche Zufuhr von Hydrogencarbonat.

Methoden

Im Rahmen einer offenen, randomisierten, kontrollierten, vergleichenden Interventionsstudie sollte der Einfluss hydrogencarbonatreicher Mineralwässer auf den Säure-Basen-Status unter Beibehaltung der üblichen Ernährungsweise (Mischkost) untersucht werden. Dazu erhielten 129 gesunde Männer und Frauen im Alter von 18-65 Jahren eines von vier verschiedenen Mineralwässern (vgl. Tabelle 1). In dem vierwöchigen Zeitraum der Studie wurden die Studienteilnehmer angewiesen, täglich min. 1500 ml und max. 2000 ml des jeweiligen Mineralwassers zu trinken. Darüberhinausgehender Flüssigkeitsbedarf konnte mit Leitungswasser in Reinform, Tee, Kaffee oder Saftschorle ergänzt werden. Zur Bestimmung der Untersuchungsparameter wurde zu Beginn und zum Ende der Studie ein Ernährungsprotokoll geführt, Blut abgenommen, 24-h-Urin gesammelt sowie eine Spontanurinprobe abgegeben. Die Untersuchungsparameter umfassten u.a. die Berechnung der potentiellen renalen Säurelast (PRAL) über die Ernährung sowie die Analyse der Nettosäureausscheidung über die Niere (NAE) und den pH-Wert im 24-h-Urin.

Ergebnisse

Die aus der individuellen Ernährungsweise errechneten PRAL-Werte unterschieden sich innerhalb der Gruppen über die Zeit sowie zwischen den Gruppen nicht signifikant voneinander. Somit war sichergestellt, dass der Einfluss auf den Säure-Basen-Status allein durch die unterschiedlichen Gehalte an Hydrogencarbonat bestand. Die NAE (vgl. Tabelle 2), d.h. die nahrungsinduzierte Säurebelastung, sank in den drei Gruppen mit hohem Gehalt an Hydrogenkarbonat im Mineralwasser (1816 mg/l; 1846 mg/l; 2451 mg/l) signifikant (p<0,005) nach vier Wochen. In der Gruppe mit niedrigerem Gehalt an Hydrogenkarbonat im Mineralwasser (403 mg/l) sank die NAE ebenfalls, aber nicht signifikant (p=0,173). Der pH-Wert des 24-h-Urins stieg in den Gruppen mit 1846 mg/l bzw. 2451mg/l signifikant (p<0,008) sowie auch in der Gruppe mit 1816 mg/l (p=0,068), wenn auch nicht signifikant. Dagegen sank der pH-Wert des 24-h-Urins in der Gruppe mit 403 mg/l (p=0,143).  Ein steigender pH-Wert zeigt an, dass der Urin über die 4 Wochen basischer geworden ist. Dies entspricht einer niedrigeren Säureausscheidung und damit einem geringeren Anfall von Säuren im Körper.  

Schlussfolgerung

Der Konsum von mind. 1,5 l/d hydrogenkarbonatreichem Mineralwasser führte bei gleichbleibender Ernährung zu einer signifikanten Verbesserung der mit dem Säure-Basen-Status assoziierten Parameter. Hydrogenkarbonatreiches Mineralwasser kann somit einer nahrungsinduzierten Säurebelastung entgegenwirken und den Säure-Basen-Status ausgleichen.

Tabelle 1: Zusammensetzung der Mineralwässer

Elektrolyte [mg/l]

Mineralwasser 1

Mineralwasser 2

Mineralwasser 3

Mineralwasser 4

HCO3-

1816

2451

1846

403

Ca2+

348

168

99

528

Mg2+

108

241

59

124

Na+

118

261

564

29

Cl-

40

14

139

29

SO42-

38

17

0

1463

K+

11

37

0

7

Gesamt

2479

3189

2707

2583

 

 

Tabelle 2: NAE [mEq/d] im 24-Stunden Urin

 

n

Baseline (t0)

Woche 4 (t4)

p

Mineralwasser 1

25

23,89 ± 14,68

17,37 ± 11,85

-6,51 ± 17,78

0,179*

Mineralwasser 2

26

20,57 ± 13,81

11,13 ± 6,49

-9,44 ± 13,66

0,001*

Mineralwasser 3

25

23,37 ± 22,11

10,06 ± 9,20

-13,32 ± 21,52

0,001*

Mineralwasser 4

22

23,43 ± 21,43

11,78 ± 9,45

-11,65 ± 19,02

0,005*

p

 

0,750~

0,009~

 

 

                      * Wilcoxon-Test, ~ Kruskal-Wallis-Test

 Für weitergehende Informationen: Link zur Publikation

Bioverfügbarkeit von Calcium aus Mineralwasser

Leitung:

Prof Dr. Andreas Hahn

Bearbeitung:

Theresa Greupner, Dr. Inga Schneider

Laufzeit:

 Dezember 2015 bis September 2016 (abgeschlossen)

Kurzbeschreibung:

Calcium bestimmt wesentlich die Festigkeit des Knochengewebes. Die langfristige Calciumversorgung ist damit eine Determinante für die Knochengesundheit in allen Lebensphasen. Auch eine Vielzahl anderer Stoffwechselwege, wie die neuromuskuläre Erregungsweiterleitung, die Muskelkontraktion, die Blutgerinnung oder die Stabilisierung von Zellmembranen, ist auf eine ausreichende Versorgung mit diesem Mineralstoff angewiesen.

Hauptquellen für Calcium sind in Deutschland Milch, Milcherzeugnisse und Käse sowie alkoholfreie Getränke. Laut Nationaler Verzehrsstudie II wird die empfohlene tägliche Zufuhr von 1000 mg pro Tag von 46 % der Männer und 55 % der Frauen nicht erreicht. Die Calciumzufuhr sinkt bei den Männern mit zunehmendem Alter kontinuierlich ab. Bei den Frauen steigt die Calciumzufuhr bis zum Alter von 35-50 Jahren leicht an und sinkt danach deutlich ab.

Zur Verbesserung der Calciumversorgung bieten sich calciumhaltige Nahrungsergänzungsmittel an, vor allem aber Mineralwasser, da dieses auch die oft zu geringe Flüssigkeitszufuhr verbessert. Nicht abschließend geklärt war bislang, wie sich die Verfügbarkeit von Calcium aus Mineralwasser im Vergleich zu anderen Lebensmitteln darstellt, und ob die jeweilige Lebensmittelmatrix sowie weitere Lebensmittelinhaltsstoffe einen Einfluss auf die Bioverfügbarkeit ausüben.

Im Rahmen einer monozentrischen, randomisierten, vergleichenden Biokinetikstudie im Cross-over-Design wurde die Bioverfügbarkeit von 300 mg Calcium aus verschiedenen Mineralwässern, Milch (1,5 % Fettgehalt, laktosefrei) und einem Nahrungsergänzungsmittel verglichen (vgl. unten stehende Tabelle). Die Studienteilnehmer erhielten im Abstand von sieben Tagen an den Untersuchungstagen in randomisierter Reihenfolge je ein Prüfprodukt. Im Anschluss wurde über 10 h zu definierten Zeitpunkten Blut abgenommen sowie über 24 h der Urin gesammelt. Den Studienteilnehmern wurden über die gesamte Untersuchungsdauer (24 h) des jeweiligen Untersuchungstages energieadjustierte und calciumarme Mahlzeiten sowie vorgegebene Trinkmengen eines calciumarmen Mineralwassers verabreicht, um standardisierte Bedingungen zu gewährleisten.

Die Untersuchungen zeigten nach Auswertung der Blut- und Urinparameter keine signifikanten Unterschiede in der Bioverfügbarkeit des Calcium aus den Mineralwässern, der Milch und des Nahrungsergänzungsmittels. Die Bioverfügbarkeit wurden mittels der mittleren Fläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (area under curve, AUC) der Serum Calcium-Konzentrationen über 10 h sowie der 24-h-Urin-Ausscheidung von Calcium ermittelt.

Aus den Ergebnissen kann geschlossen werden, dass die Bioverfügbarkeit von Calcium aus Mineralwasser vergleichbar ist mit der Bioverfügbarkeit des Mineralstoffs aus Milch sowie aus dem Nahrungsergänzungsmittel. Die unterschiedliche Mineralisation, insbesondere bezogen auf die Sulfat- und Bicarbonat-Konzentration, hatte bei den untersuchten Mineralwässern keinen Einfluss auf die Aufnahme von Calcium. Mineralwasser stellt damit eine kalorienfreie Alternative für die Zufuhr von Calcium über die Ernährung dar.

Für weitergehende Informationen: LINK ZUR PUBLIKATION

             Tabelle: Zusammensetzung der Prüfprodukte

Elektro-lyte

MW 1

MW 2

MW 3

Milch

Calcium-Supplement

 

Ca2+

290 mg/L

528 mg/L

348 mg/L

125 mg/100 ml

300 mg/Tabl.

Mg2+

137 mg/L

124 mg/L

108 mg/L

n. a.

10 mg/Tabl.

Na+

100 mg/L

28.8 mg/L

118 mg/L

n. a.

-

Cl-

181 mg/L

28,9 mg/L

40 mg/L

n. a.

-

SO42-

8.8 mg/L

1463 mg/L

38 mg/L

n. a.

-

HCO3-

1519 mg/L

403 mg/L

1816 mg/L

n. a.

 

              MW: Mineralwasser; Tabl.: Tablette

 

 

Bioverfügbarkeit von Magnesium aus Mineralwasser

Leitung:

Prof Dr. Andreas Hahn

Bearbeitung:

Theresa Greupner, Dr. Inga Schneider

Laufzeit:

Dezember 2015 bis September 2016 (abgeschlossen)

Kurzbeschreibung:

Magnesium ist an der Knochenmineralisierung und dem Knochenwachstum beteiligt. Jedoch steht die Funktion von Magnesium als essentieller Cofaktor von einer Vielzahl an Enzymen im Vordergrund. Ein Magnesiummangel führt zu unspezifischen Symptomen, die das zentrale Nervensystem, die Muskulatur, den Gastrointestinaltrakt und das Herz-Kreislaufsystem betreffen.

Für Magnesium sind die Hauptquellen in Deutschland alkoholfreie Getränke und Brot. Nach Daten der Nationalen Verzehrsstudie II erreichen 26 % der Männer und 29 % der Frauen die empfohlene tägliche Zufuhr nicht. Die Magnesiumzufuhr steigt bei beiden Geschlechtern bis zur Altersgruppe der 35-50-Jährigen leicht an und sinkt in den Altersgruppen darüber wieder ab.

Zur Verbesserung der Magnesiumversorgung bieten sich magnesiumhaltige Nahrungsergänzungsmittel an, vor allem aber Mineralwasser, da dieses auch die oft zu geringe Flüssigkeitszufuhr verbessert. Nicht abschließend geklärt war bislang, wie sich die Verfügbarkeit von Magnesium aus Mineralwasser im Vergleich zu anderen Lebensmitteln darstellt, und ob die jeweilige Lebensmittelmatrix sowie weitere Lebensmittelinhaltsstoffe einen Einfluss auf die Bioverfügbarkeit ausüben.

Im Rahmen einer monozentrischen, randomisierten, vergleichenden Biokinetikstudie im Cross-over-Design wurde die Bioverfügbarkeit von 100 mg Magnesium aus verschiedenen Mineralwässern, Vollkornbrot und einem Nahrungsergänzungsmittel verglichen (vgl. unten stehende Tabelle). Die Studienteilnehmer erhielten im Abstand von sieben Tagen an den Untersuchungstagen in randomisierter Reihenfolge je ein Prüfprodukt. Im Anschluss wurde über 10 h zu definierten Zeitpunkten Blut abgenommen sowie über 24 h der Urin gesammelt. Den Studienteilnehmern wurden über die gesamte Untersuchungsdauer (24 h) des jeweiligen Untersuchungstages energieadjustierte und magnesiumarme Mahlzeiten sowie vorgegebene Trinkmengen eines magnesiumarmen Mineralwassers verabreicht, um standardisierte Bedingungen zu gewährleisten.

Die Untersuchungen zeigten nach Auswertung der Urin- und Blutparameter keine signifikanten Unterschiede in der Bioverfügbarkeit des Magnesium aus den Mineralwässern, des Vollkornbrots und des Nahrungsergänzungsmittels. Die Bioverfügbarkeit wurden mittels der 24-h-Urin-Ausscheidung von Magnesium, des Verhältnis der renalen Ausscheidung von Magnesium zu Creatinin sowie der mittleren Fläche unter der Konzentrations-Zeit-Kurve (area under curve, AUC) der Serum Magnesium -Konzentrationen über 10 h ermittelt.

Aus den Ergebnissen kann geschlossen werden, dass die Bioverfügbarkeit von Magnesium aus Mineralwasser vergleichbar ist mit der Bioverfügbarkeit des Mineralstoffs aus Vollkornbrot sowie aus dem Nahrungsergänzungsmittel. Die unterschiedliche Mineralisation, insbesondere bezogen auf die Calcium-, Sulfat- und Bicarbonat-Konzentration, hatte bei den untersuchten Mineralwässern keinen Einfluss auf die Aufnahme von Magnesium. Mineralwasser stellt damit eine kalorienfreie Alternative für die Zufuhr von Magnesium über die Ernährung dar.

Für weitergehende Informationen: LINK ZUR PUBLIKATION

               Tabelle: Zusammensetzung der Prüfprodukte

Elektro-lyte

MW 1

MW 2

MW 3

MW 4

Vollkornbrot

Magnesium-Supplement

Mg2+

137 mg/L

124 mg/L

108 mg/L

241 mg/L

5,3 mg/100 g

110 mg/Tabl.

Ca2+

290 mg/L

528 mg/L

348 mg/L

168 mg/L

n. a.

 

Na+

100 mg/L

28.8 mg/L

118 mg/L

261 mg/L

n. a.

-

Cl-

181 mg/L

28,9 mg/L

40 mg/L

14 mg/L

n. a.

-

SO42-

8.8 mg/L

1463 mg/L

38 mg/L

17 mg/L

n. a.

-

HCO3-

1519 mg/L

403 mg/L

1816 mg/L

2451 mg/L

n. a.

 

 

              MW: Mineralwasser; Tabl.: Tablette