G. Alberts-Goebel, G. SchwedtSelen in Arznei- und Na

Bedeutung für den Organismus

Bei einer Reihe von Stoffwechselprozessen (Energiegewinnung, Synthese, Detoxifikation) werden freie Radikale und aggressive Peroxide gebildet. Aber auch und zunehmend durch äußere Einflüsse wie Ozon, UV-Strahlung und Stickoxide können Radikale entstehen, die zu Mutationen führen, die wiederum in der Krebsentstehung eine große Rolle spielen [1]. Während einer Chemo- oder Strahlentherapie schützt Selen vor den Folgen radikalbildender Prozesse wie Proteinvernetzung und DNA-Schädigungen und damit vor erneuten Mutationen. Hier werden Selenpräparate häufig zur Unterstützung empfohlen. Therapeutisch erwünschte Strahlenschäden an den Tumorzellen werden durch die Anwesenheit von Selen nicht verhindert. Der Mechanismus dieser Peroxidentgiftung ist in Abbildung 1 skizziert.

Aus Studien [2] gehen noch andere Antitumoreffekte hervor und zwar die Beeinflussung der Expression von Genen mit antikarzinogener Funktion (z. B. p53), auch ein direkter Einfluss von Selenmetaboliten auf Proliferation und Apoptose von Tumorzellen konnte gefunden werden. Selen sollte möglichst schon in der Anfangsphase einer Tumorerkrankung supplementiert werden und zwar mit 900 µg Selen Tagesdosis während und 300 µg zwischen und nach Chemotherapien. Viele Studien belegen die Korrelation von schlechter Selenversorgung mit erhöhter Krebsinzidenz.

Inzwischen gibt es auch Zwischenergebnisse aus In-vitro-Studien an kultivierten Kolonkarzinomzellen, die belegen, dass durch Co-Medikation mit Selen ein signifikanter Wirkungsanstieg von Zytostatika, u. a. Oxaliplatin ([(1R,2R)-1,2-Cyclohexandiamin N,N'][oxalato(2-)-O,O']platin) und 5-FU [5 Fluor 2,4 (1H,3H)pyrimidindion)] zu beobachten ist [3]. Dies weist auf einen noch nicht bekannten, selenspezifischen Wirkmechanismus hin.

Wie viel Selen braucht der Körper?

Der National Research Council (NRC) der USA empfiehlt für Männer eine tägliche Selenzufuhr von 70 µg, für Frauen 55 µg, 50 bis 200 µg Selen täglich gelten als angemessen und unbedenklich. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt bis zu 100 µg Selen pro Tag. Selen wirkt in höheren Dosen toxisch. Für die akute Toxizität gilt: die LD50 liegt unter 10 mg Selen pro kg Körpergewicht. Anzeichen einer Überdosierung sind knoblauchartiger Atemgeruch, Müdigkeit, Übelkeit, Diarrhö und abdominelle Schmerzen.

Chronische Toxizität (Selenose in China) zeigt sich ab ca. 750 µg Selenaufnahme pro Tag durch knoblauchartigen Geruch der Atemluft, metallischen Geschmack im Mund, Erbrechen, Durchfälle, Haarausfall und Veränderung der Fingernägel. Im Tierversuch erwies sich Selen in sehr hohen Dosen auch als mutagen und teratogen. Selen wird als Trimethylselenium-Ion renal und intestinal ausgeschieden, je nach Selenstatus auch als flüchtiges Dimethylselenid (Knoblauchgeruch bei akuter oder chronischer Intoxikation) über die Lunge.

Selenmangelerkrankungen

Die tägliche durchschnittliche Selenzufuhr, zu zwei Dritteln durch Zufuhr von tierischem Eiweiß gedeckt, liegt in den alten Bundesländern bei 28 µg für Frauen und 47 µg für Männer. In den neuen Bundesländern werden nur Werte zwischen 20 und 25 µg Selen pro Tag erreicht, somit ist die nötige Versorgung nicht immer gedeckt. Das Risiko der Selenunterversorgung besteht besonders bei Schwermetall- und Oxidanzienbelastungen, bei gastrointestinalen Erkrankungen, Morbus Crohn und bei besonderen Diäten oder Ernährungsgewohnheiten (z. B. parenterale Ernährung oder Vegetarier). Als Selenmangelerkrankungen beim Menschen sind die Keshan-Krankheit, eine endemisch auftretende Kardiomyopathie und die Kaschin-Beck-Krankheit mit starker Verformung der Gelenke bekannt [5].

Verfügbare Selenquellen

Tierische und pflanzliche Nahrung enthält Selen hauptsächlich als Selenomethionin und Selenocystein. Zu den selenreichen Nahrungsmitteln zählen Eigelb, Fisch und Fleisch, besonders vom Huhn und Schwein. Der Gehalt in Pflanzen variiert sehr stark, je nach Selengehalt des Bodens [1].

In der medizinischen Fachpresse [6] werden Arzneimittel oder Nahrungsergänzungsmittel, die Selen als Selenhefe enthalten, nicht empfohlen. Die Selenhefe wird als schwer verdaulich beschrieben, sie wird fast unverändert wieder ausgeschieden. Die Verdauungsorgane von Menschen und Fleisch fressenden Tieren können Cellulose (Polysaccharid aus Glucoseeinheiten unter β(1,4)-Verknüpfung) nicht spalten. Natriumselenitpräparate werden dagegen gut aus dem Magen-Darm-Trakt resorbiert. Anorganische Selenpräparate diffundieren überwiegend passiv, werden aber auch aktiv durch einen natriumabhängigen Transportmechanismus aus dem Zwölffingerdarm resorbiert.

Im Blut wird Selenit von Erythrocyten aufgenommen und enzymatisch zu Selenwasserstoff reduziert. Selenwasserstoff dient als zentraler Selenpool für den gezielten Einbau in Selenoproteine und auch für die Ausscheidung über das Trimethylseleniumion [7, 14]. Selenomethionin und Selenocystein werden aktiv resorbiert und zufuhrabhängig in unspezifische Proteine eingebaut (inaktiver Selenpool) oder ebenfalls zuerst enzymatisch zum biologisch aktiven Selenwasserstoff metabolisiert und dann erst in die Selenoproteine eingebaut.

Selenbestimmungen in verschiedenen Präparaten

Aus den vielfältigen Angeboten auf dem Arznei- bzw. Nahrungsergänzungsmittelmarkt wurden vier Präparate (zu Überprüfungszwecken auch noch ein fünftes, standardisiertes, verschreibungspflichtiges Präparat) ausgewählt und mit dem Verfahren der Atomabsorptionsspektrometrie(AAS)-Hydridtechnik analysiert, welche auch für das Element Selen [8, 10] spezifisch ist. Die selenhaltigen Arznei- bzw. Nahrungsergänzungsmittel (Tab. 1) wurden stufenweise, aufeinander aufbauend vorbehandelt und der jeweils lösliche Anteil an Selen bestimmt. Um Selen mit dieser Methode bestimmen zu können, müssen die Proben aufgeschlossen und das Selen in die vierwertige Oxidationsstufe überführt werden. Um den Einfluss der unterschiedlichen Lösungsmittel auf die Messungen vergleichen zu können, wurde mit einem salzsauren Milieu begonnen, in dem auch die Standards vorliegen.

Die Selenpräparate lösten sich in 0,02 mol/l HCl nach 12 h digerieren bei 37 °C nicht vollständig auf, es blieben gallertartige bzw. cellulosehaltige Filterrückstände zurück, die einen großen Anteil des Selens der Messung unzugänglich machten. Ausgenommen hiervon ist lediglich Präparat Nr. 5. Die Mengen in den Filterrückständen sind in Tabelle 2 wiedergegeben.

Die Messungen zeigten deutlich, dass Selen aus den Selenhefepräparaten mit dieser Extraktionsmethode nicht erfasst wird, also nicht als Se4+ (Selenit) in Lösung gebracht werden konnte. Allein der Wert für das Präparat Selenase (Natriumselenitlösung in isotonischer Kochsalzlösung) stimmte mit den Herstellerangaben überein (99,85%), hier können weder Filterrückstände noch Löslichkeitsprobleme eine Rolle spielen. Dieser Wert war gut reproduzierbar und bestätigt somit die Anwendbarkeit des Analyseverfahrens mit der Hydrid-AAS. Für die Selenhefepräparate wurden dagegen nur negative Werte ermittelt.

Selenbestimmungen aus synthetischem Magensaft

Der synthetische Magensaft wurde wie folgt für jede Untersuchung frisch zubereitet: 290 mg NaCl, 70 mg KCl, 27 mg KH2PO4, 370 mg HCl, 100 mg Pepsin und 300 mg Mucin wurden genau gewogen und mit bidestilliertem Wasser auf 100 ml aufgefüllt (pH 1,2). Die Tabletten und Kapseln wurden in je 25 ml Magensaft 12 h bei 37 °C im Inkubator digeriert und anschließend über 1,2 µm Cellulosenitrat-Filter membranfiltriert. Je 1 ml der so vorbereiteten Proben wurde anschließend mit 5 mol/l HCl im Messkolben auf 50 ml aufgefüllt und gemessen. Es blieben hier ähnliche Filterrückstände wie in Tabelle 2 festgehalten zurück. Alle Selenhefepräparate ergaben nur Messwerte unter der Nachweisgrenze (5 µg/l). Für das Natriumselenitpräparat Cefasel wurde ein mittlerer Messwert von 595,5 µg/l (59,5%) gefunden. Offensichtlich werden Anteile des Selens durch Bestandteile des synthetischen Magensaftes (z. B. Mucin) gebunden.

Selenbestimmungen aus synthetischem Magen-Darmsaft

Die Tabletten und Kapseln wurden zuerst in synthetischem Magensaft gelöst und anschließend in den synthetischen Darmsaft überführt. Der pH-Wert wurde dazu mittels pH-Elektrode mit NaHCO3 auf 7,5 eingestellt. Die Proben wurden anschließend 12 h bei 37 °C digeriert, für den ersten Messdurchgang über Papierfilter filtriert und 5 ml des Filtrats mit 6 mol/l HCl auf 25 ml aufgefüllt. Für den zweiten Messdurchgang wurde membranfiltriert, je 2 Tropfen Entschäumer zugesetzt und 1 ml der Proben mit 6 mol/l HCl auf 50 ml aufgefüllt. Für die Überprüfung wurden die Standards mit je 12,5 ml Magen- und 12,5 ml Darmsaft und Salzsäure auf 50 ml aufgefüllt.

Die gemessenen Werte schwankten sehr stark (siehe Tab. 3). Dies lag erstens daran, dass wieder große Filterrückstände (s. o.) zurück blieben, lediglich Präparat Nr. 4 löste sich recht gut. Zweitens hatten alle Präparate gemeinsam, dass nach Zugabe der 10 ml HCl zu den 5 ml Probelösung (1 : 5 Verdünnung, 1. Probenvorbereitungsvariante) zum Ansäuern für die Anwendung der Hydridmethode wieder starke Ausflockungen infolge von Peptidfällungen auftraten, so dass nochmals filtriert werden musste. Drittens – und dies ist wohl die wichtigste Ursache für die Messwertschwankungen – trat eine deutliche Störung durch die pH-Wert-Einstellung mit NaHCO3 auf. Nach Zugabe der Salzsäure zeigte sich zusätzlich zu den oben erwähnten Ausfällungen eine starke Schaumbildung durch CO2-Entwicklung.

Mit Hilfe der Membranfiltration und Wahl einer mittleren Verdünnung konnte das Schäumen vermieden werden. Dieses Verfahren lieferte aber nur für das Natriumselenitpräparat reproduzierbare Ergebnisse. Die Werte lagen zwischen 126,3 µg/l und 134,5 µg/l ohne Korrektur durch die Standardaddition und bei 195 µg/l mit der Korrektur, also eine deutliche Verringerung gegenüber der Wiederfindung aus Magensaft und aus dem nur salzsauren Milieu. Für alle Selenhefepäparate lagen die Messwerte unter der Nachweisgrenze. Da Selen hier als Selenomethionin bzw. Selenocystein vorliegt, entspricht dies, zumindest teilweise, den Erwartungen (s. o.). Es wurden aber auch die zugesetzten Standards nicht wieder gefunden. Zusätzlich wurden alle Messungen mit dem Standardadditionsverfahren abgesichert.

Einfluss des pH-Wertes

Es ist also an dieser Stelle keine Aussage möglich, ob in diesem Milieu durch die zugesetzten Magen-Darm-Enzyme überhaupt Se4+ aus Selenomethionin-Hefe freigesetzt wird. Wie eingangs beschrieben, ist Hefe für den menschlichen Darm schwerverdaulich. Die sehr stark schwankenden Analysewerte (Tab. 3) deuten allerdings darauf hin, dass auch im Magen-Darm-Milieu bereits geringe Mengen detektierbares Selen der Oxidationsstufe +4 vorliegen. Hinzuweisen ist an dieser Stelle auf die Vitamin-C-Zusätze: Ascorbinsäure reduziert Se4+ bis zum elementaren Selen. Ascorbinsäure wird als Antidot bei Selenintoxikation eingesetzt [7]. Die Cellulose der Natriumselenit-Tablette hingegen beeinflusst die Standardzusätze nahezu überhaupt nicht. Die Standards werden zu mehr als 95% wieder gefunden. Im gleichen Messzyklus wurden auch die Einflüsse von Magen-Darm-Milieu und unterschiedlichen Salzsäurekonzentrationen auf die Standardlösungen untersucht. Es ergab sich eine Erhöhung der Absorption für die höheren (als vielfach in der Literatur [8, 10, 11] allerdings ungenau beschriebenen) Salzsäurekonzentrationen für die Standardherstellung.

Selen der Oxidationsstufe +6 kann nicht direkt mit NaBH4 das mit der Hydridmethode detektierbare Selenhydrid bilden, es muss vorher zu Selen der Oxidationsstufe +4 reduziert werden [8, 9, 10]. Am Beispiel von Präparat Nr. 1 wird in Abbildung 3 der unterschiedlich starke Einfluss der verschiedenen Milieus auf die Wiederfindung von Selen graphisch dargestellt.

Deutlich wird gezeigt, dass, um die Gesamtgehalte an Selen bestimmen zu können, ein Aufschluss der Präparate durch geeignete Säuren unumgänglich ist [8, 9, 10, 11, 12]. Verständlich ist dies auch, wenn man davon ausgeht, dass Selen in Selenhefe als Selenomethionin vorliegt, welches sehr säurestabil ist (s. o.). Es lässt sich in diesem Milieu nicht aus der kovalenten Bindung in die für die Hydridtechnik notwendige Oxidationsstufe +4 bringen. Außerdem stören die Matrices aus den Verdauungssäften und vor allem aus den Kapselbestandteilen ohne Aufschluss so stark, dass selbst das Standardadditionsverfahren mit dieser Methode keine verwertbaren Ergebnisse liefert.

Einfluss einzelner Kapselbestandteile auf die Selen-Wiederfindung

Um die gefundenen Phänomene zu erklären, wurden Modellpräparate mit Selenit-Standard unter Zusatz von Hefe, Ascorbinsäure und Kapselmasse in verschiedenen Varianten untersucht, unter zusätzlicher Berücksichtigung des Einflusses der Bestandteile des simulierten Magen-Darmsaftes. Die Proben wurden entweder in 0,02 mol HCl oder Magen-Darmsaft gelöst, zu den Proben 8 und 16 wurde die Ascorbinsäure unmittelbar vor der Messung hinzugefügt. Alle Proben, die Ascorbinsäure enthielten, zeigten sofort eine rötliche Trübung durch entstehendes elementares Selen, welches ebenfalls wie die ausfallenden Peptide vor der Messung abfiltriert werden musste. In den Proben 1, 4, 5, 7, 13 und 15 konnte Selen daher auch nur noch im Bereich der Nachweisgrenze gefunden werden.

Probe 9 als entsprechende Magen-Darmsaft-Probe zeigte lediglich 33 µg/l Selen, also etwa 10% der zugesetzten Menge. Der Zusatz von Hefe oder einer Kapsel verminderte die Wiederfindung um etwa 50% auf 175 bzw. 184 µg/l im HCl-Milieu. Wurden Hefe und Kapsel zugegeben, konnten noch etwa 30% Se4+ detektiert werden, ebenfalls im HCl-Milieu. Im Magen-Darm-Milieu addierten sich bei Zugabe von Hefe (Probe 10) oder Kapsel (Probe 11) und Kapsel (Probe 14) die Matrixeinflüsse von Magen-Darmsaft und Kapselbestandteilen, während die reduzierende Wirkung von Ascorbinsäure durch das Magen-Darm-Milieu abgeschwächt wurde. Dies spricht für einen Verbrauch des Reduktionsmittels Ascorbinsäure durch die Komponenten des Magen-Darmsaftes. Für alle ascorbinsäurefreien Präparate waren die Wiederfindungsraten aus dem Magen-Darm-Milieu deutlich niedriger als aus dem salzsauren Milieu (siehe Tab. 4).

Die unmittelbar vor der Messung zugesetzte Ascorbinsäure, welches einem zeitnahen Verzehr von Vitamin-C-haltigen Nahrungs- oder Nahrungsergänzungsmitteln mit Selenpräparaten entsprechen würde (das Gleiche gilt aber auch für reduzierende Zucker), reduziert den verfügbaren Se4+-Gehalt auf 10% (Probe 8), bzw. 13% (Probe 16). Elementares Selen ist nicht bioverfügbar.

Selenbestimmungen aus Magen-Darmsaft nach Aufschluss

Die Gesamtselengehalte der Präparate wurden nach oxidierendem Aufschluss bestimmt, wobei die Zusammensetzung und Konzentration der Säuren, Aufschlussdauer und Aufschlusszeit optimiert wurden. Die Messergebnisse nach optimalen Bedingungen sind in Tabelle 5 dargestellt.

Festzustellen ist, dass die Veränderung des HClO4/HNO3-Verhältnisses die Ergebnisse beim Natriumselenit-Präparat wesentlich stärker als bei den Selenhefepräparaten beeinflusst, wahrscheinlich verhindert die höhere HNO3-Konzentration hier zum Teil die anschließende Reduktion, während bei den Selenhefepäparaten die HNO3 vermutlich vollständig zur Oxidation des hier kovalent gebundenen Selens verbraucht wird.

Um die Filterrückstände der Selenhefepräparate zu untersuchen, wurden diese durch 25 ml 10%-ige KOH von den Filtern und Magnetrührern abgespült und aufgelöst. Diese Lösung wurde in 25 ml 37%-ige HCl überführt. Bei diesem Schritt entstanden wiederum – allerdings wesentlich geringere – Filterrückstände, die abfiltriert wurden. Im Filtrat wurden noch Selenkonzentrationen gefunden, die zu den in Tabelle 5 dokumentierten korrigierten Messwerten hinzuaddiert wurden. Diese Ergebnisse führten dann auch für alle Selenhefepräparate zu sehr guten Ergebnissen (Tabelle 5, letzte Spalte).

Freisetzung aus anorganischen Verbindungen am größten

Die erhaltenen Ergebnisse (Tab. 5) zeigen, dass die Selenuntersuchungen mittels der Hydrid-AAS zuverlässige Ergebnisse liefern. Dies gilt allerdings nur dann, wenn der zwingend notwendige Aufschluss in einem geschlossenen System durchgeführt wird, wobei das Reaktionsgefäß wegen der Selenabsorption am Normalglas aus Quarz sein muss [9, 13]. Reaktionsbedingungen, wie Konzentrationen der einzelnen Säuren, Reaktionszeiten und -temperaturen müssen eingehalten werden. Nach der Reduktion muss sofort gemessen werden. Nach allen Aufschlussmethoden verblieben bei den Kapselpräparaten Filterrückstände. Sie lösten sich erst im stark Alkalischen auf und enthielten noch zwischen 3 (Präparat 2) und 14% des gesamten Selengehaltes.

Die Stärke des Matrixeinflusses einzelner Kapselbestandteile wurde untersucht. Vitamin-C-Zusätze zu den einzelnen Modellzusammensetzungen führten zu Reduktion des Se+ zu Se0, deutlich an der roten Trübung in der Lösung zu erkennen. Die Kapselmasse allein absorbiert ca. 50% des Selengehaltes, Gleiches gilt für den Zusatz von Hefe. Kapselmasse und Hefe lösen sich zudem in simuliertem Magen-Darm-Milieu nur unvollständig auf. Dies legt nahe, dass Selen aus solchen Nahrungsergänzungsmitteln während des Verdauungsvorgangs zumindest nicht in exakt definierbaren Mengen resorbiert wird. Auch in der Literatur [15] wurde bereits auf die Problematik von Selenhefepräparaten hingewiesen. Nach den vorgestellten Untersuchungen ist festzustellen, dass eine definierte und die höchste Freisetzung von Selen in einem Darm-Magensaft-Milieu nur aus einer anorganischen Spezies, dem Selenit, gewährleistet ist.

Literatur [1] Pfannhauser, W.: Essenzielle Spurenelemente in der Nahrung, Springer-Verlag, Berlin/Heidelberg, 49 – 54 (1988). [2] Combs, G. F.: Chemopreventive Mechanisms of Selenium. Med. Klin. 94(3), 18 – 24 (1999). [3] Berg, C.: Selen im Fokus der Onkologie, Pharm. Ztg. 147(24), 27 – 28 (2002). [4] Sonderveröffentlichung Selen Fa. Cefak AG Kempten, 34 (2003). [5] Mutschler, E.: Arzneimittelwirkungen, Wissenschaftliche Verlagsgesellschaft Stuttgart (1996). [6] Ärztliche Praxis, Sonderdruck 72, (1998). [7] ABDA Datenbank, Wirkstoffdossier komplett, Natriumselenit, Stand Juli 1998. [8] Welz, B.; Melcher, M.: Determination of selenium in human body fluids by hydride-generation atomic absorption spectrometry. Analytica Chimica Acta, 165, 131 – 140 (1984). [9] Guadagnino, E.; Corumluoglu, O.: Collaborative study into the analysis of total selenium and selenium valence states in glass. Glastechn. Ber., Glass. Sci. Technol. 73, 18 – 27 (2000). [10] Irsch, B.; Schäfer, K.: Inst. für Tierzucht u. Ernährung: Nassveraschung von Proben pflanzlicher und tierischer Herkunft für die vergleichende Bestimmung von Selen mit dem Fresenius Z. Anal. Chemie 320, 37 – 40 (1985). [11] Sager, M.: Spurenanalytik des Selens, in: Günzler, H.; Borsdorf, R.; Danzer, K.; Fresenius, W.; Lüderwald, I.; Tölg. G.; Wisser, H. (Hrsg): Analytiker Taschenbuch, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, Bd. 12, 289 – 291 (1994). [12] Oster, O.; Prellwitz, W.: A methological comparision of hydride and carbon fornace atomic absorption spectroscopy for the determination of selenium in serum. Clin. chim. act. 124, 277 – 291, (1982). [13] Piwonka, J.; Kaiser, G.; Tölg, G.: Determination of Selenium at ng/g- and pg/g-Levels by Hydride Generation-Atomic Absorption Spectrometry in Biotic Materials. Fresenius Z. Anal. Chem. 321: 225 – 234 (1985). [14] Fresenius AG, Fachinformation Seltrans, Dezember 1997. [15] Cases, J.; Vacchina, V.: Selenium from selenium-rich spirulina is less bioavailable than selenium from sodium selenite and selenomethionine in selenium-deficient rats, J. Nutr. 131(9), 2343 – 2350 (2001).