Unter Biomarkern werden objektiv messbare Merkmale von biologischen Prozessen verstanden, die z. B. als Indikator für normale oder pathogene biologische Prozesse dienen (Strimbu et al., 2010). In der vorliegenden Arbeit wurden sowohl biochemische als auch physiologische Marker betrachtet. Erstere sind Substanzen, die in menschlichen Körperflüssigkeiten (oder Geweben), insbesondere in Blut und Urin, nachgewiesen werden können. Letztere stehen im Zusammenhang mit homöostatischen Prozessen oder Organsystemen, die zu physiologischen (oder pathologischen) Veränderungen führen (z. B. Blutdruck) (Benzie, 1999). Da klinische Endpunkte (z. B. Herzinfarkt) in jungen Lebensjahren selten auftreten, ist es sinnvoll, Biomarker als Risikomarker für beginnende Krankheitsprozesse zu bestimmen.
In der vorliegenden Arbeit wird zwischen Biomarkern des Nährstoffstatus (Folat, Vitamin B12 und Ferritin) sowie des kardiovaskulären Risikos (Blutfette, Homocystein, Harnsäure, HbA1c und Blutdruck) unterschieden. Diese werden im Folgenden näher beschrieben.
2.3.1 Biomarker des Nährstoffstatus
Eine ausreichende Versorgung mit Nährstoffen ist in jedem Lebensalter wichtig für die Gesundheit. Im Kindes- und Jugendalter ist der Bedarf an Mikro- und Makronährstoffen aufgrund von Wachstum und Entwicklung im Verhältnis zur Energiezufuhr jedoch besonders hoch (Gidding et al., 2006; Spear, 2002).
Biochemische Marker des Nährstoffstatus Vitamine
Vitamin B12 (Cobalamin) ist ein wasserlösliches Vitamin. Im menschlichen Organismus ist es als Coenzym an enzymatischen Reaktionen im Rahmen der Zellteilung, Blutbildung und der Funktion des Nervensystems beteiligt. Neben einer geringfügigen Synthese von Vitamin B12 durch Mikroorganismen im Dickdarm, muss dieses Vitamin über die Nahrung aufgenommen werden. Da Vitamin B12 in tierischen Lebensmitteln enthalten ist, kann es vor allem bei Veganern zu einer verminderten Zufuhr kommen (Robert Koch-Institut (Hrsg.), 2009). Als Biomarker wird Vitamin B12 eingesetzt, da ein Mangel zu Störungen des Folatstoffwechsels
sowie zur Hyperhomocysteinämie führen kann, die wiederum Risikofaktoren für kardiovaskuläre Erkrankungen darstellen (Hallbach, 2006; Mann et al., 1997).
Folate sind ebenfalls wasserlösliche Vitamine, die zu den B-Vitaminen gehören (Vitamin B9). Folate sind u. a. wichtig für die Eiweißsynthese sowie Zellteilung und -neubildung (Schlieper, 1997, S. 202). Darüber hinaus trägt eine ausreichende Folatzufuhr zur Senkung des Homocysteinspiegels bei (McKinley, 2000). Niedrige Folat-Konzentrationen stehen im Zusammenhang mit Neuralrohrdefekten während der Embryonalentwicklung (Busby et al., 2005). Außerdem war die Zufuhr von Folat in epidemiologischen Studien negativ mit dem Risiko für koronare Herzkrankheiten assoziiert (Drogan et al., 2006; Wang et al., 2012).
Mineralstoffe
Der Serum-Ferritin-Spiegel ist ein Marker für eine unzureichende Eisenversorgung.
Diese steht im Zusammenhang mit vermindertem Wachstum, geschwächtem Immunsystem und verminderter körperlicher und geistiger Leistungsfähigkeit (MPHNE-Monitoring Public Health Nutrition in Europe (Hrsg.), 2003).
2.3.2 Biomarker des kardiovaskulären Risikos
In Deutschland stellen kardiovaskuläre Erkrankungen die häufigste Todesursache dar. Sie verursachen laut Statistischen Bundesamt etwa 40 Prozent aller Sterbefälle (Statistisches Bundesamt). Zu den sogenannten kardiovaskuläre Risikofaktoren, die die Entstehung dieser Erkrankungen begünstigen, gehören das Alter, Übergewicht, Bluthochdruck, erhöhter Cholesterinspiegel, Diabetes und Alkoholkonsum. Als grundlegende pathologische Veränderung ist in erster Linie die Arteriosklerose zu nennen, eine Verhärtung der Gefäße durch Einlagerungen. Als Folgeerkrankung treten Angina pectoris-Anfälle, Herzinfarkte, Herzrhythmusstörungen Kreislaufkollapse und Schlaganfälle auf. Auch arterielle Durchblutungsstörungen in den unteren Extremitäten und Bluthochdruck werden durch die Verkalkung der Arterien verursacht (Frattaroli et al., 2008; Henzen, 2001; Ohashi et al., 2011).
Kardiovaskuläre Krankheiten gehören zu den nicht übertragbaren (chronischen) Erkrankungen. Sie verursachen eine hohe Krankheitslast in der Bevölkerung sowie hohe Kosten im Gesundheitswesen u. a. für Diagnostik, Therapie, Rehabilitation und Pflege. Krankheiten des Kreislaufsystems (darunter Hypertonie und ischämische Herzkrankheiten) verursachten z. B. mit 36,9 Milliarden Euro im Jahr 2008 14,5 %
aller Krankheitskosten in Deutschland. Darüber hinaus entstehen durch nicht übertragbare Krankheiten auch indirekte Kosten aufgrund erkrankungsbedingter Arbeitsunfähigkeit, Invalidität oder vorzeitiger Todesfälle (Statistisches Bundesamt, 2008). Damit stellen nicht übertragbare Krankheiten eine große Herausforderung im Bereich Public Health dar. Da diese Erkrankungen neben genetischen Faktoren vor allem durch Lebensstilveränderungen beeinflusst werden, ergibt sich ein großes Präventionspotential. Neben körperlicher Inaktivität sowie Alkohol- und Tabakkonsum ist dabei vor allem die Ernährung von Bedeutung. Hohe Verzehrsmengen an Obst, Gemüse und Fisch, die Zufuhr von ungesättigten Fettsäuren und Kalium sowie ein geringer bis moderater Alkoholkonsum haben eine protektive Wirkung gegenüber kardiovaskulären Erkrankungen. Dagegen weisen eine erhöhte Zufuhr von gesättigten und Transfettsäuren sowie ein hoher Salzkonsum eine risikoerhöhende Wirkung auf (WHO/FAO, 2003). Bezüglich Adipositas wirken sich eine hohe Zufuhr an gezuckerten Softdrinks und Fruchtsäften sowie von Lebensmitteln mit geringer Nährstoff- und Mikronährstoffdichte risikoerhöhend aus, die Zufuhr von Nicht-Stärke-Polysacchariden dagegen senkt das Risiko (WHO/FAO, 2003).
Biochemische und physiologische Marker des kardiovaskulären Risikos Blutfette
Cholesterin ist ein lebenswichtiges Lipid, das zum Aufbau von Zellmembranen und Lipoproteinen sowie als Grundbaustein von Steroidhormonen benötigt wird. Da es schlecht wasserlöslich ist, wird Cholesterin im Blutplasma an verschiedene Lipoproteine gebunden transportiert. Der überwiegende Teil des Cholesterins bindet an low density lipoprotein (LDL), der Rest an high densitiy lipoprotein (HDL) und very low density lipoprotein (VLDL) (Riesen, 2008). Die Erhöhung des Serum-Cholesterins (Hypercholesterinämie) zählt zu den wichtigsten bekannten und behandelbaren Risikofaktoren für die Entstehung von Arteriosklerose. Dabei sind auch nicht optimale Konzentrationen von LDL und HDL in jungen Jahren assoziiert mit koronarer Arteriosklerose zwei Jahrzehnte später (Pletcher et al., 2010).
Ausschlaggebend ist die Erhöhung des LDL-Cholesterins. HDL-gebundenes Cholesterin ist dagegen negativ mit dem Herz-Kreislauf-Risiko assoziiert, da dieses zum Abbau in die Leber transportiert wird. Neben genetischen Ursachen spielen Bewegungsmangel sowie Über- und Fehlernährung eine wichtige Rolle für die
Entstehung erhöhter LDL- und erniedrigter HDL-Cholesterinwerte. Häufig tritt ein geringerer HDL-Cholesterinwert in Kombination mit Übergewicht und gestörten Blutzuckerstoffwechsel auf (Robert Koch-Institut (Hrsg.), 2009).
Homocystein
Homocystein ist eine schwefelhaltige Aminosäure, die beim Abbau der essentiellen Aminosäure Methionin entsteht und beim gesunden Menschen sofort abgebaut wird.
Erhöhte Blutkonzentrationen von Homocystein können verursacht sein durch eine chronische Nierenerkrankung, genetische Faktoren oder eine inadäquate Versorgung mit Vitamin B12, Vitamin B6 oder Folat (Hermann, 2008). Diese Vitamine sind notwendig für den Abbau von Homocystein. Dementsprechend haben Studien einen negativen Zusammenhang zwischen Homocystein-Konzentrationen und Folat als auch Vitamin B12, und im geringem Maße auch Vitamin B6, ermittelt (McKinley, 2000). Darüber hinaus wird Homocystein in den letzten Jahren als unabhängiger Risikofaktor für die Entstehung von Arteriosklerose diskutiert (Pang et al., 2014).
Harnsäure
Harnsäure entsteht im menschlichen Körper als Endprodukt des Purinstoffwechsels und wird über die Nieren ausgeschieden. Eine verminderte Ausscheidung oder eine Überproduktion führen zu Erhöhung der Harnsäurekonzentration im Serum (Hyperurikämie). Ist die Harnsäurekonzentration langfristig erhöht, führt das zu Gicht. Hyperurikämie kann genetisch bedingt sein oder aber durch eine starke Über- und Fehlernährung (proteinreiche Ernährung; Alkoholkonsum) und mangelnde körperliche Bewegung beeinflusst werden (Thomas, 2008a). Es wird angenommen, dass Harnsäure eine Rolle im Rahmen des metabolischen Syndroms16 spielt (Feig et al., 2008; Soltani et al., 2013).
Blutzucker
Glykolisiertes Hämoglobin (HbA1c) ist ein Reaktionsprodukt, welche durch eine enzymatische Reaktion von Serumproteinen und Hämoglobin mit Glucose (Glykosilierung) entsteht. Im Serum gemessene HbA1c-Spiegel lassen Rückschlüsse auf den Blutzuckerspiegel in den vorangegangenen 6-8 Wochen zu (Thomas, 2008b).
HbA1c dient damit als Langzeitparameter zur Kontrolle des Verlaufs eines bekannten
16 Unter der Bezeichnung „metabolisches Syndrom“ wird das gleichzeitige Auftreten von Übergewicht, Bluthochdruck, Fettstoffwechselstörung und einer erhöhten Glukosetoleranz oder Insulinresistenz zusammengefasst.
Diabetes mellitus, kann aber auch in epidemiologischen Studien verwendet werden, um Personen mit einem unerkannten Typ-2-Diabetes mellitus bzw. mit hohem Diabetes-Risiko zu ermitteln (Hallbach, 2006).
Blutdruck
Das Blut wird im menschlichen Organismus durch das Herz mit einem bestimmten Druck durch die Blutgefäße gepumpt. Dieser Druck kann am Oberarm gemessen werden. Der systolische Blutdruckwert ist dabei der höchste Wert des Blutdrucks bei maximaler Kontraktion des Herzmuskels in der Anspannungs- und Auswurfphase.
Der diastolische Blutdruck ist der niedrigste Wert des Blutdrucks bei Erschlaffung des Herzmuskels in der Entspannungs- und Füllphase (Pschyrembel Medizinisches Wörterbuch, 1994). Erhöhter Blutdruck (Hypertonie) ist der häufigste und wichtigste Risikofaktor für Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Niereninsuffizienz. Nach Schätzungen der Weltgesundheitsorganisation (WHO) leidet weltweit jeder dritte Erwachsene an Hypertonie. Damit war zu hoher Blutdruck 2010 das weltweit wichtigste Gesundheitsrisiko, welches an 13 % aller Todesfälle beteiligt gewesen ist (Lim et al., 2012).
Hypertonie weißt ein sehr hohes Präventionspotential auf, da entsprechende Lebensstilfaktoren, die das Risiko eines erhöhten Blutdrucks reduzieren, bekannt sind. Dazu gehören körperliche Aktivität, gesunde Ernährung (niedriger Kochsalzkonsum, hoher Konsum von Obst und Gemüse) sowie Vermeidung von Übergewicht und Stress (Boeing et al., 2012; Stamler et al., 1999).