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Vom Proteinbaustein zum Therapeutikum?

Arginin ist eine Aminosäure, die mit der Nahrung aufgenommen und vom Körper auch selbst produziert wird. In den letzten Jahrzehnten wurden durch intensive Forschung in den verschiedensten Gebieten die vielseitigen Einsatzmöglichkeiten von Arginin untersucht und immer mehr Wissen über diese facettenreiche Aminosäure angesammelt. Arginin hat sich in einigen Bereichen bereits als innovative und natürliche Therapieform bewährt. Ein Portrait über ein kleines Molekül, das Großes schafft.

Aminosäuren sind die natürlichen Baustoffe für Proteine und kommen in allen menschlichen, tierischen und pflanzlichen Organismen vor. Einige davon sind essentiell, das heißt, sie müssen mit der Nahrung aufgenommen werden, andere wiederum werden selbst vom Körper produziert und müssen nicht von außen zugeführt werden. Arginin wird aus den Aminosäuren Prolin, Glutamin und Glutamat (dem Anion der Glutaminsäure) im menschlichen Körper hergestellt. ¹ Arginin ist die Vorstufe von Stickstoffmonoxid (NO, Engl. nitric oxide), welches verschiedene Funktionen im Körper hat: Im Gehirn dient es als Neutransmitter, im Immunsystem ist es für Abwehrfunktionen zuständig und im kardiovaskulären System wirkt es gefäßerweiternd und antiatherogen (gegen die Entstehung einer Atherosklerose gerichtet). ⁴

Arginin ist eine semi-essentielle Aminosäure: für einen erwachsenen, gesunden Organismus ist sie nicht essentiell, bei Entzündung oder Infektion reichen die vom Körper selbst produzierten Argininmengen allerdings nicht aus, um den metabolischen Bedarf zu decken. Darüber hinaus können frühgeborene Kinder Arginin nicht selbst herstellen, weshalb es für sie essentiell ist. Auch im Bereich der männlichen und weiblichen Fruchtbarkeit scheint Arginin eine tragende Rolle zu spielen¹. Die durchschnittliche Aufnahme von Arginin mit der Nahrung liegt bei etwa 4,4g¹ bzw. 5g⁴ pro Tag. Im Blutplasma beträgt die Konzentration von Arginin zwischen 80-120 µmol/L², im Speichel rund 50µmol/¹⁷.

Arginin ist ein Bestandteil von Nahrungsprotein und Körperflüssigkeiten und spielt beim Menschen bei einer Reihe von Stoffwechselvorgängen eine Rolle, die in diesem Artikel beleuchtet werden sollen.

Positive Wirkung auf Fruchtbarkeit, Empfängnis und Schwangerschaft

Arginin kommt überall dort im Gewebe vor, wo es hohe Zellteilungs- und Zelldifferenzierungsvorgänge gibt, wie zum Beispiel in den Reproduktionsorganen. In der männlichen Samenflüssigkeit ist eine besonders hohe Konzentration von Arginin vorhanden, was nachgewiesenermaßen die Spermienqualität beeinflusst. In einem 9tägigen Versuch am Menschen führte eine Arginin-arme Kost zu einer Verringerung der Anzahl und der Beweglichkeit der Spermien um satte 90%. In einer anderen Studie wurde den Probanden für sechs bis acht Wochen zusätzlich Arginin verabreicht, wodurch Spermienzahl und -beweglichkeit signifikant verbessert wurden. Darüber hinaus dient Arginin auch noch der befruchteten Eizelle als Nahrung und fördert Zellteilung und Wachstum. ¹

Über die Empfängnis hinaus verbesserte Arginin im Tierversuch die Überlebensrate von befruchteten Eizellen im Uterus und förderte das embryonale Wachstum der Embryonen. Beim Menschen scheint Arginin auch während verschiedener Probleme in der Schwangerschaft oder bei Präeklampsie (ugs. Schwangerschaftsvergiftung mit den Leitsymptomen Hypertonie und Proteinurie) zu helfen: Intravenös zugeführtes Arginin konnte in einer Studie die Symptome der Präeklampsie verbessern, das Geburtsgewicht der Säuglinge erhöhen und vorzeitigen Wehen vorbeugen. Bei frühgeborenen Säuglingen wird Arginin in der Sondenernährung eingesetzt, um verschiedenen Komplikationen in diesem Lebensabschnitt entgegenzuwirken. Neugeborene (reif Geborene) scheinen keine zusätzliche Argininzufuhr über die Nahrung zu benötigen. ¹

Linderung endothelialer und gastrointestinaler Dysfunktionen

Das Endothel ist eine dünne Schleimhautschicht, die das Innere von Blutgefäßen auskleidet. Es dient als Barriere zum angrenzenden Gewebe und produziert NO, welches der Regulation im Herz-Kreislauf-System dient. ¹⁶ Endotheliale Dysfunktionen liegen bei metabolischen Funktionsstörungen wie Diabetes, Hypercholesterinämie und Bluthochdruck vor. Arginin kann diese Erkrankungen positiv beeinflussen, indem über die Produktion von NO aus Arginin die Vorgänge am Endothel wieder normalisiert werden. Verschiedene Studien konnten außerdem zeigen, dass Arginin die Darmbarrierefunktion stärkte und dadurch die gastrointestinalen Funktionen verbesserte. ^{1, 3}

Fit und gesund dank Arginin – vielversprechende Forschungsansätze

Arginin fördert das Muskelwachstum, indem es die Proteinsynthese ankurbelt und gleichzeitig den Abbau von Proteinen im Muskelgewebe hemmt. In Studien am Menschen konnte die orale Gabe von Arginin Ausdauer und Muskelkraft verbessern. Arginin könnte sich auch als Therapieform bei Adipositas qualifizieren: Im Tierversuch erniedrige Arginin die Plasmakonzentrationen von Glucose (Zucker), Fettsäuren und Triglyceriden und verbesserte die Insulinsensitivität bei Ratten. Ähnliche Ergebnisse wurden auch beim Menschen erzielt. Der zugrunde liegende Mechanismus könnte die durch NO erfolgende Oxidation von Fettsäuren und Zucker sein. ¹

Karies ist keine klassische Infektionserkrankung, sondern eine bakterielle biofilminduzierte Erkrankung. Die Beeinflussung des bakteriellen Biofilms gilt als vielversprechende Präventionsmaßnahme bei Karies. ( © Fotolia, Antonio Guillem)

Arginin in der Zahnmedizin

Über Jahrzehnte hinweg galt Fluorid als der Goldstandard in der Kariesprävention, wobei diese Substanz ihre natürlichen Grenzen aufweist. Fluorid verbessert zwar die Remineralisierung am Zahn und hemmt die Demineralisierung; der kariogene, saure Biofilm auf der Zahnoberfläche wird davon allerdings nicht beeinflusst. Aus diesem Grund forscht man bereits seit den 1970er Jahren an der Beeinflussung des Biofilms mit Substanzen, die den pH-Wert von kariogenem Biofilm erhöhen und damit die Demineralisierung durch kariogene Angriffe begrenzen. Einen vielversprechenden Ansatz hierfür fand man in Arginin.

In physiologisch gesundem Biofilm leben spezielle Bakterienarten, die in der Lage sind, Arginin aus der Nahrung und dem Speichel über das Arginin-Deiminase-System (AD-System) zu der Base Ammoniak (NH₃) zu verstoffwechseln, was einen Anstieg des pH-Werts des Biofilms bewirkt. ⁷ Zu den arginolytischen Bakterien gehören Streptococcus gordonii ^{5, 17}, Streptococcus sanguinus ⁵, Streptococcus parasanguinis und Streptococcus mitis. Auch bestimmte Laktobazillen und Aktinomyzeten wirken arginolytisch. Der pH-Wert im Biofilm auf der Zahnoberfläche wird unter anderem durch die Produktion von Milchsäure aus niedermolekularen Kohlenhydraten (Zucker) beziehungsweise von NH₃ aus Arginin und anderen Proteinen und Peptiden bestimmt. Der pH-Wert wiederum bestimmt die Zusammensetzung des Biofilms und das Wachstum der darin lebenden Bakterien. In klinischen Studien konnte gezeigt werden, dass kariesfreie Individuen höhere Ammoniakkonzentrationen, einen höheren pH-Wert und eine signifikant höhere Argininkonzentration im Speichel sowie eine höhere Arginin-Deiminase-Aktivität in der Plaque und im Speichel besitzen. ¹⁷

Arginin destabilisiert den oralen Biofilm

Arginin wirkt nicht nur über die Verstoffwechselung zu NH₃ kariesprotektiv, es verhindert auch die bakterielle Anheftung, erschwert die Zell-Zell-Kommunikation und beeinflusst den bakteriellen Metabolismus verschiedener in der in Mundhöhle lebender Bakterienspezies. Darüber hinaus ist Arginin auch in der Lage, den Biofilm zu zersetzen und damit zu destabilisieren. In diesen destabilisierten Biofilm können antimikrobiell wirksame Substanzen wie Cetylpyridiniumchlorid (CPC) besser eindringen und dort antibakteriell wirken. Dies scheint vielversprechend für die Biofilmkontrolle zu sein, da Bakterien im Biofilm aufgrund seiner schützenden Schleimschicht bis zu 1.000mal weniger empfindlich als in der planktonischen, frei beweglichen Form sind. Arginin in millimolarer Konzentration beeinflusst sogar das Anheften des kariogenen Streptococcus mutans ⁶ sowie des parodontalpathogenen Porphyromonas gingivalis ⁸ an die Zahnoberfläche. Millimolare Konzentrationen von Arginin können bereits durch die Verwendung von elmex® SENSITIVE PROFESSIONAL™ Zahnpasta (8% Arginin) und Mundspülung (0,8% Arginin) erreicht werden. ⁶

Arginin wirkt nicht direkt antimikrobiell, sondern kann vielmehr als Präbiotikum bezeichnet werden, das die Lebensgrundlage der „guten“ Bakterien darstellt, die in einem physiologisch gesunden Biofilm vorkommen. In einer klinischen Studie über acht Wochen wurden bei Verwendung einer fluoridhaltigen Zahnpasta mit 8%iger Argininkonzentration Veränderungen im Mikrobiom des Speichels festgestellt. Darüber hinaus konnte ein Anstieg der arginolytischen Aktivität festgestellt werden, während die Verstoffwechselung von Zucker zu Milchsäure gehemmt wurde. Gleichzeitig stieg in dieser Studie die Anzahl der Spezies Veillonella an, einer Bakterienart, die Milchsäure verstoffwechselt. ⁹

In einer in vitro Studie konnte gezeigt werden, dass Arginin in Kombination mit Fluorid die Fluoridaufnahme von Schmelzproben signifikant erhöhte und diese besser war als mit Fluorid alleine. Arginin übt dadurch einen leichten Remineralisierungseffekt aus. Dies scheint von die Affinität des positiv geladenen Arginin zur negativ geladenen Dentinoberfläche sowie zu den negativ geladenen Fluoridionen her rühren, mit denen es interagiert. In einer Zahnpasta mit 8%iger Argininkonzentration führt dies zur Ablagerung von Calcium und Phosphat auf der Dentinoberfläche mit Verstopfung der Dentintubuli und zur Linderung schmerzempfindlicher Zähne. ¹⁰

In verschiedenen Studien mit argininhaltigen Zahnpasten (1,5% oder 8% Konzentration) konnte gezeigt werden, dass diese

1. die Demineralisierung hemmen und die Remineralisierung fördern,
2. frühe initiale Koronal- und Wurzelkaries aufhalten und sogar reversieren können und
3. das Voranschreiten der Karies zu einer Kavität aufhalten können. ¹²

Konkret wurde in einer klinischen Studie über sechs Monate gezeigt, dass die Verwendung einer fluoridhaltigen Zahnpasta mit 1,5% Arginin initiale Kariesläsionen um 51% reduzierte und eine überlegene Wirksamkeit in der Arretierung und Reversion initialer Kariesläsionen im Vergleich zu einer herkömmlichen Fluoridzahnpasta zeigte.¹⁵ In zwei zweijährigen klinischen Studien mit insgesamt über 10.000 Probanden konnte durch zweimal tägliche Anwendung einer fluoridhaltigen Zahnpasta mit 1,5% Arginin die Neubildung von Karies im Zeitraum von zwei Jahren bis zu 20% im Vergleich zu einer herkömmlichen fluoridhaltigen Zahnpasta reduziert werden. ^{13, 14}

Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Verwendung einer fluoridhaltigen Zahnpasta mit Arginin zu einer Veränderung der bakteriellen Biofilmzusammensetzung in Richtung eines ökologisch gesunden oralen Umfeld beiträgt, in dem die Etablierung von säuretoleranten und mit Karies assoziierten pathogenen Mikroorganismen erschwert ist. ¹⁷

Literaturliste

von
Mag. Sabine Remmel
Dental Science Liaison Manager
Colgate-Palmolive GmbH

Foto © privat

Arginin spielt eine große Rolle in der Spermienbildung und -reifung und schützt die Mutter und ihr ungeborenes Kind vor Problemen in der Schwangerschaft. Foto © Evgenia Tiplyashina  – fotolia.de

Besonders hohe Konzentrationen von Arginin finden sich in bestimmten Samen und Nüssen, Fleisch, Fisch und Milch (1, 22) Foto © prophy.at