Selen

Selen ist als Bestandteil verschiedener Enzyme an der Radikalabwehr in der Zelle beteiligt.Es beeinflusst unter anderem: das Immunsystem, Zellteilungsprozesse sowie die Aktivierung von Schilddrüsenhormonen. Bei Vergiftungen mit Cadmium, Quecksilber oder Silber bindet Selen an diese und verhindert so die Bindung an wichtige Eiweiße.

Chemie und Stoffwechsel

Selen ist ein allotroper Erzbildner (Halbmetall). Es kommt in der Erdkruste in oxidierten und mineralisierten Formen in unterschiedlichen Konzentrationen vor. Selen wird im Organismus anstelle von Schwefel in die Aminosäuren Methionin und Cystein eingebaut. Es liegt in pflanzlichen Nahrungsmitteln sowie in Hefen als Selenomethionin vor, in tierischen Nahrungsmitteln in Form von Selenoenzymen, Selenoprotein P sowie Selenocystein. Selen wird im oberen Dünndarm (Duodenum) resorbiert. Die Absorptionsrate liegt in Abhängigkeit der Konzentration sowie verschiedenen Begleitsubstanzen zwischen 40 und 70%. Die Selenspeicher betragen beim Erwachsenen etwa 8 bis 18 mg (0,15 bis 0,2 mg pro Kilogramm Körpergewicht).

Selen wurde im Jahr 1817 von Jöns Jakob Berzelius  (1779-1848) als Element entdeckt. Er gab dem Selen nach dem griechischen Wort „selene“ für Mond seinen Namen. 1957 wurde Selen erst als essenzielles Spurenelement eingestuft.

Selen ist ein allotroper Erzbildner (Halbmetall). Es kommt in der Erdkruste in oxidierten und mineralisierten Formen in unterschiedlichen Konzentrationen vor. Selen wird im Organismus anstelle von Schwefel in die Aminosäuren Methionin und Cystein eingebaut. Es liegt in pflanzlichen Nahrungsmitteln sowie in Hefen als Selenomethionin vor, in tierischen Nahrungsmitteln in Form von Selenoenzymen, Selenoprotein P sowie Selenocystein.

Die biologisch verfügbaren Formen sind Selenit und Selenat (wird im Organismus zu Selenit reduziert). Selenide sind unlöslich (z.B. Cadmium- und Quecksilberselenid) und werden in den Nieren als inerte Verbindungen abgelagert. Selenwasserstoff sowie methylierte Selenverbindungen sind leicht flüchtig und werden mit Atemluft und Urin ausgeschieden.

Selen wird im oberen Dünndarm (Duodenum) resorbiert. Die Absorptionsrate liegt in Abhängigkeit der Konzentration sowie verschiedenen Begleitsubstanzen zwischen 40 und 70%. Anorganisches Selen (Selenit) wird durch den Transporter Natriumsulfat-Cotransporter aufgenommen. Das organisch gebundenen Sele (Seleno-Methionin, Seleno-Cystein) hingegen wird durch aktive Transportmechanismen resorbiert. Diese Art der Aufnahme ist für den menschlichen Organismus effizienter. Die Aufnahme von Selenat wiederum erfolgt über einen natriumabhängigen carriervermittelten Transport.

Die Absorptionsrate wird wesentlich durch Nahrungsaufnahme beeinflusst.

Selenocystein wird über eine spezifische pyridoxalphosphatabhängige Lyase in der Leber zu Selenwasserstoff und Alanin abgebaut. Selenwasserstoff wird sofort in die reduzierte Selenform in einem Enzymkomplex für die Synthese von Selenphosphat und später Selenocystein verwendet. Selenit und Seleno-Cystein münden in einen gemeinsamen Stoffwechselweg. Über die Zwischenverbindung Selenid findet der gezielte Einbau in Selenoproteine statt.  Seleno-Methionin wird zu Seleno-Cystein umgeformt oder unspezifisch in Proteinen angereichert. Der Proteinabbau wird zur Synthese von Selenid genutzt. Hierbei handelt es sich um einen metabolisch inaktiven Pool ohne physiologische Funktion.

Die Selenverbindungen werden im Blut an Albumin gebunden transportiert.

Die Selenspeicher betragen beim Erwachsenen etwa 8 bis 18 mg (0,15 bis 0,2 mg pro Kilogramm Körpergewicht). Es kommen nur geringe Mengen an freiem Selen vor. Dieses wird zumeist proteingebunden gespeichert. Die größten Speicher sind

  • die Skelettmuskulatur (größter Speicher mit 40 bis 50%)
  • Innereien (Niere, Herz, Leber)
  • Nieren
  • Milz
  • Blut (Erythrozyten, Neutrophile, Lymphozyten, Thrombozyten)
  • Gehirn und Testes.

In Abhängigkeit der jeweiligen Selenverbindung finden sich in Organen und Geweben unterschiedliche Selenverbindungen und -mengen und weisen variierende Turnover (Umsätze) auf. So erhöht beispielsweise Selenomethionin den schnellsten Anstieg in den Erythrozyten.

Eine Selenitsupplementation erhöht bei Dialysepatienten schnell die Konzentration an Selenoprotein P und der Plasmaglutathionperoxidase. Bei einem Mangel wird Selen umverteilt, wobei Leber und Muskelgewebe Selen zugunsten der endokrinen Gewebe, der Gonaden und des zentralen Nervensystems schnell mobilisieren können.

Selen wird zu etwa 60% als Trimethylseleniumion (15-45 µg/ l) über die Nieren ausgeschieden. Die Regulation der Homöostase im Blut wird über die Nieren gewährleistet. Liegt ein Überschuss vor, wird dieser in Form von Dimethylselenid (nach Knoblauch riechend) über die Expirationsluft abgeatmet. Diese Reaktion dient als früher Indikator für eine Intoxikation. Ein geringer Selenanteil wird über den Fäzes und die Haut (flüchtige Verbindungen) ausgeschieden. Die Elimination mit der Muttermilch liegt zwischen 5 und 18 µg/ l (keine Plazentaschranke).

Bioverfügbarkeit

In der Nahrung liegt Selen frei oder gebunden vor. Eiweißgebundenes Selen muss vor der Verstoffwechselung gespalten werden. Die Aufnahme erfolgt im oberen Dünndarm in Abhängigkeit weiterer Nahrungsbestandteile. So kann Vitamin C in normalen Mengen die Aufnahme fördern, während hohe Mengen hemmend wirken. Durch die starke industrielle Verarbeitung der Lebensmittel kommt es zu hohen Selenverlusten. Die Bioverfügbarkeit sinkt zudem durch antagonistische Wechselwirkungen mit Schwermetallen wie Cadmium, Quecksilber, Blei, Arsen. Der Langzeitstatus kann über Vollblut, Erythrozyten oder Plasma bestimmt werden.

Die Bioverfügbarkeit sinkt durch:

  • Vorkommen als Selenide sowie elementares Selen in sauren, nassen Böden (schlechte Verfügbarkeit, Antagonist Schwefel)
  • antagonistische Wechselwirkungen mit Schwermetallen wie Cadmium, Quecksilber, Blei, Arsen
  • Verluste infolge Lebensmittelverarbeitung (bei Getreide schwankt Höhe in Abhängigkeit des Ausmahlungsgrades)
  • Hitze
  • Methionin, Phosphor
  • Megadosen Vitamin C (> 1 g)

Die Bioverfügbarkeit steigt durch:

  • Vorkommen als Selenat in gut belüfteten, alkalischen Böden (gute Verfügbarkeit)
  • hohes Vorkommen von Methionin und Proteinen
  • hohes Vorkommen der Vitamine E und A
  • Antioxidantien (Vitamin C)
  • Thiole

Selenomethionin

  • wird direkt in Proteine eingebaut (Selenakkumulation) und ist erst beim vollständigen Proteinabbau verfügbar
  • eignet sich aufgrund geringer akuter Toxizität als Supplement (Selenomethionin-haltige Hefen)

Selenit und Selenat

  • sind sofort verfügbar und dienen als Vorstufen für Selenocystein
  • eignen sich nicht als therapeutische Supplemente (akute Toxizität)

Selenocystein

  • ist nicht direkt verfügbar, sondern erst nach Abbau durch Selenocysteinlyase
  • steht anschließend der Selenophosphatsynthase zur Verfügung

Funktionen und Aufgaben

Selen ist als Bestandteil verschiedener Enzyme an der Radikalabwehr in der Zelle beteiligt. Es beeinflusst unter anderem das Immunsystem, Zellteilungsprozesse sowie die Aktivierung von Schilddrüsenhormonen. Bei Vergiftungen mit Cadmium, Quecksilber oder Silber bindet Selen an diese und verhindert so die Bindung an wichtige Eiweiße.

Selen ist an der Aktivierung und der Deaktivierung der Schilddrüsenhormone Thyroxin (T4) und Triiodthyronin (T3) über die selenabhängigen Enzyme Deiodasen (Iodthyronin-Deiodasen) beteiligt. Davon existieren 3 Typen mit Selenocystein im aktiven Zentrum. Diese kommen in Leber, Nieren und Muskulatur vor. Die Enzyme katalysieren dabei die Umwandlung des Prohormons Thyroxin (T4) zum biologisch aktiven Schilddrüsenhormon Triiodothyronin (T3) sowie die Umwandlung von T3 und reversem T3 (rT3) zu inaktivem Diiodothyronin (T2).

Selen ist des Weiteren integraler Bestandteil des Enzyms Glutathionperoxidase (GSH-Px) zur Entgiftung von zellschädigenden Radikalen, insbesondere von Wasserstoffperoxid und Lipidperoxiden. Es ist auch an der Entgiftung von Schwermetallen wie Cadmium, Quecksilber und Arsen beteiligt. Durch die Bildung stabiler Schwermetallkomplexe wird deren Bindung an lebenswichtige Proteine verhindert. Derzeit sind 4 selenhaltige Glutathionperoxidasen (GPx) bekannt, die von unterschiedlichen Genen codiert werden:

  • zytosolische GPx
  • gastrointestinale GPx
  • Plasma-GPx
  • Phospholipid-Hydroperoxid- GPx

Selenhaltige Glutathionperoxidasen sind vor allem in den Erythrozyten (roten Blutkörperchen), Thrombozyten (Blutplättchen), Phagozyten (Fresszellen)  sowie in Leber, Schilddrüse und Augen enthalten. Diese erreichen ihr Aktivitätsmaximum bei einer Selenaufnahme zwischen 60 und 80 µg/ Tag.

Selen stimuliert die humorale und zelluläre Immunantwort zusammen mit antioxidativ wirksamen Vitaminen. Es ist dabei an der Regulation von Chemotaxis, Phagozytose sowie fungiziden und bakteriziden Reaktionen beteiligt und stimuliert die Lymphozytenproliferation, die Synthese von Antikörperm (IgG), Interferonen und TNF. Gleichzeitig hemmt es die Bildung von T-Suppressorzellen, erhöht die Zytotoxizität von natürlichen Killerzellen und zytotoxischen T-Lymphozyten. Die Immunsystem-stimulierenden Wirkungen hängen von der Höhe der Selenaufnahme ab.

Der Mineralstoff ist in der Lage, den Körper vor schädigenden Schwermetallen wie Blei, Cadmium und Quecksilber zu schützen. Selen geht mit den Schwermetallen einen schwerlöslichen, biologisch inaktiven Selenid-Eiweißkomplex ein und macht Schwermetalle so unschädlich. Dadurch wird deren Resorption wesentlich herabgesetzt. Eine hohe Belastung mit Schwermetallen kann den Bedarf an Selen beträchtlich steigern, da das Spurenelement ständig für die Schwermetallbindung bereitgestellt werden muss.

Selenophosphat-Synthase

Dieses Enzym kontrolliert den ersten Schritt der Selenoproteinsynthese.

Selenoprotein W

Dieses Eiweiß kommt im Muskel, Gehirn und anderen Geweben von Tieren vor. Es ist vermutlich an der Pathogenese der Muskeldystrophie bei kombiniertem Selen-Vitamin E-Mangel beteiligt.

Selenoprotein P

Selenoprotein P ist ein Selen-bindendes Protein im Plasma. Es transportiert Selen in Glutathion-Peroxidase-abhängige Gewebe und besitzt vermutlich antioxidative Eigenschaften (Mobilisierung von Selen aus der Leber in andere Organe wie Gehirn und Nieren). Zudem ist es vermutlich am Abbau von Peroxinitrit beteiligt. Selenoprotein P kleidet das Endothel aus und bindet Schwermetalle.

Weitere Proteine

In den Gonaden sind weitere Selenoproteine lokalisiert. Diese üben bei Tieren eine spezifische Rolle in der Spermatogenese und Reproduktion aus. Beim Menschen ist die Rolle noch unklar, derartige Proteine liegen in Ovarien, Nebennieren und Pankreas vor. Einige sind vermutlich bei der Tumorbildung von Bedeutung.

Thioredoxinreduktase

Dieses Enzym gehört zur selenhaltigen Thioredoxinreduktasefamilie (TrxR1, TrxR3, TGR), die eine Rolle bei der Reduktion von oxidiertem Thioredoxin und anderen Substanzen wie der Dehydroascorbinsäure sowie von Lipidhydroperoxiden spielt.

Das Enzym dient dabei der Elektronenübertragung und der Regulation des zellulären Redoxstatus (Thioredoxinsystem) und ist an den Glutathionstatus gekoppelt. Es reguliert Transkriptionsfaktoren und nukleäre Rezeptoren und beeinflusst über die Reduktion von Disulfidbrücken die Proteinfaltung.

Des Weiteren ist es an der DNA-Biosynthese, am Zellwachstum und an der Apoptose (programmierter Zelltod) beteiligt, ist für die Regenerierung des antioxidativ wirksamen Vitamin E von Bedeutung und an den Einbau von Seleno-Cystein gekoppelt.

Interaktionen

Der Selenstoffwechsel wird durch Schwermetalle sowie einige wenige andere Wirkstoffe beeinflusst. Arsen, Cadmium, Kobalt, Schwefel und Zinn fungieren als Gegenspieler des Selens. Auch Vitamin C und Vitamin E nehmen Einfluss auf den Selenstoffwechsel.

Mangelerscheinungen

Gründe für die Ausprägung eines Mangels können eine eiweißarme Kost (z.B. phenylalaninarme Kost bei der Phenylketonurie [PKU]), parenterale Ernährung sowie Aufnahmestörungen des Darms sein. Im Vordergrund der Symptomatik stehen Schilddrüsenfunktions- und Fortpflanzungsstörungen sowie unspezifische Symptome wie Gewichtsverlust, Darmträgheit, Verdauungsstörungen, Schlaflosigkeit, Gedächtnisverlust, Immunschwäche, Kopfschmerzen und Gelenkschmerzen. Besteht eine Unterversorgung über einen längeren Zeitraum, kann es zur Ausbildung der Keshan-Krankheit (Herzmuskelschwäche) sowie Kashin-Beck-Krankheit (Störungen des Knochen- und Gelenkstoffwechsels) kommen.

Ein in klinisch manifester Selen-Mangel ist im Allgemeinen beim Menschen selten. Bei einer unzureichenden Selenversorgung wird über Urin und Stuhl weniger ausgeschieden.

Ursachen und Risikofaktoren

  • Gegenden mit selenarmen Böden und selenarmem Trinkwasser
  • totale parenterale Ernährung
  • Erkrankungen
  • Dialyse/ Niereninsuffizienz
  • Alkoholismus
  • Phenylketonurie
  • Mukoviszidose
  • Kurzdarmsyndrom
  • Iodmangel
  • Aufnahme von Mykotoxinen
  • proteinarme Ernährung

Selen-Unterversorgung

Ein leichter Mangel geht mit einer verminderten Aktivität der Glutathionperoxidase ohne klinische Symptomatik einher. Es können auftreten:

  • Myopathien
  • Anstieg von Lebertransaminasen und Kreatinkinase
  • Nagelveränderungen (weiße Flecken)
  • dünne, blasse Haare
  • Hämolyserate
  • verringerte Aktivität der GSH-Px

Risikogruppen

  • Vegetarier und Veganer
  • Personen mit extrem einseitiger Ernährung sowie Alkoholiker
  • Bulimie- und Anorexia nervosa-Patienten
  • Personen mit starken Selen-Verlusten über Blut, Stuhl und Urin
  • Patienten mit PKU oder chronischer Hämodialyse

Toxizität

Bei sehr großen Selenmengen wird die Selenhomöostase auch über die Atmung reguliert. Selen wird als Dimethylselenid abgeatmet und verursacht den knoblauchartigen Geruch der Atemluft. Eine übermäßige Selenzufuhr geht mit schwerwiegenden gesundheitlichen Störungen einher. Das Verhältnis von Bedarf chronischer Toxizität zu akuter Toxizität beträgt 1:50:500. Der NOEL (no observed effect level) liegt bei 800 µg/ d. Eine chronische sichere Zufuhr über die Nahrung liegt noch etwa bei 400 µg pro Tag.

Die deutsche Trinkwasserverordnung erlaubt maximal 0,01 mg Selen/ l Wasser (2001). Bis zu einer einmaligen Dosis von 1.000 µg wurden keine toxischen Effekte beobachtet.

Zwischen Selenit und Glutathion kommt es vermutlich zur Bildung von Glutathionselenid. Dies führt zur intrazellulären Depletion von reduziertem Glutathion. Das Ergebnis ist eine schwere Störung des Redoxstatus im Organismus. Selenverbindungen reagieren zudem mit den SH-Gruppen in Proteinen und Enzymen, was zu Funktionsbeeinträchtigungen dieser führen kann. In der Leber kommt es zur Inaktivierung der Methionin-Adenosyltransferase, was zur Depletion von Adenosylmethionin führt. Das Ergebnis ist hier eine Störung des Methioninzyklus sowie der Methylierungsreaktionen von Selenid und anderen Verbindungen.

Chronische Toxizität

Ab einer längerfristigen Zufuhr von 800 µg täglich treten Symptome einer chronischen Vergiftung auf:

  • nach Knoblauch und Zwiebeln riechende Ausatemluft
  • rissige und brüchige Finger- sowie Zehennägel
  • Haarausfall
  • Schäden des Zentralnervensystems (periphere Polyneuropathien)
  • Leberzirrhose
  • Herzinsuffizienz
  • schuppende Dermatose

Supplemente sind immer unter ärztlicher Kontrolle einzunehmen.

Akute Toxizität

  • Übelkeit/ Erbrechen und Diarrhoe
  • abdominelle Schmerzen
  • Atemstörungen (> 10 mg)
  • Gaben von 1 mg/ kg Körpergewicht in Tierversuchen führte zu schweren Kariesformen
  • nach Knoblauch riechende Ausatemluft
  • Haarausfall, Hautveränderungen
  • Deformation, Brüchigkeit von Nägeln
  • Leberschäden (Verlängerung der Prothrombinzeit)
  • Störungen des ZNS

Vorkommen und Zufuhrempfehlungen

Die Selenzufuhr erfolgt vor allem über Fisch und Fleisch sowie Hühnereier. Auch Linsen und Spargel sind gute Lieferanten. Der Gehalt in pflanzlichen Lebensmitteln ist stark vom Selengehalt des Bodens abhängig. Große Verluste treten hingegen durch die Lebensmittelverarbeitung auf. Die optimale Zufuhr variiert in Abhängigkeit vom Gesundheitsstatus und ist bei Stress sowie chronischen Entzündungen erhöht. Die Zufuhr deckt in Deutschland in etwa den von den DACH-Gesellschaften angesetzten Bedarf, ist aber sehr variabel (30 bis 100 µg/ d). Die durchschnittliche Zufuhr liegt bei 35 µg/ d (Frauen) bzw. 50 µg/ d (Männer).

Die Aufnahme von Selen erfolgt vor allem über Fleisch, Fisch, Leber, Nüsse sowie Hühnereier. Gute Lieferanten sind zudem Linsen und Spargel. Der Gehalt in pflanzlichen Lebensmitteln ist stark vom Selengehalt des Bodens abhängig, wodurch unterschiedliche Gehalte in Tierkörper, Pflanzen und Mensch bedingt sind. Der Gehalt ist in proteinreichen Nahrungsmitteln am höchsten.

Große Verluste treten hingegen durch die Lebensmittelverarbeitung auf. Brauner Reis enthält zum Beispiel 15 mal mehr Selen als polierter Reis und weißes Mehl durchschnittlich 50% weniger Selen als Vollkornmehl. Insgesamt gilt: Gehalt Fisch, Innereien > Muskelfleisch, Eier, Milchprodukte > Getreide > Gemüse > Früchte. In der EU werden die Nutztiere gut über Mineralstoffmischungen mit Selen versorgt.

Unabhängig vom Körpergewicht wird von einem Bedarf von mindestens 55 µg/ d ausgegangen. Bei dieser Menge werden keine maximalen Aktivitäten Selen-abhängiger Enzyme erreicht. Diese Empfehlungen berücksichtigen jedoch keine Risikogruppen. In der Muttermilch sind zwischen 15 und 30 µg/ l enthalten. Die größte Menge liefert dabei Kolostrummilch.

Der Gehalt nimmt mit zunehmender Stilldauer ab. Die Versorgung gestillter Säuglinge liegt höher als bei nicht-gestillten Säuglingen.

Der Bedarf wurde von der Aktivität der Glutathionperoxidase (GSH-Px) im Plasma nach Supplementation bei Mangel abgeleitet. Genaue Bedarfswerte lassen sich schwer bestimmen, da Mangelerscheinungen kaum auftreten. Es handelt sich hier also um reine Schätzwerte.

Die optimale Zufuhr variiert in Abhängigkeit vom Gesundheitsstatus und ist bei Stress sowie chronischen Entzündungen erhöht.

Die Zufuhr deckt in Deutschland in etwa den von den DACH-Gesellschaften angesetzten Bedarf, ist aber sehr variabel (30 bis 100 µg/ d). Die durchschnittliche Zufuhr liegt bei 35 µg/ d (Frauen) bzw. 50 µg/ d (Männer).

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