Selen ist ein wesentliches Spurenelement, das in der Erdkruste vorkommt und für viele biologische Funktionen im menschlichen Körper von Bedeutung ist. Es ist bekannt für seine antioxidative Wirkung und spielt eine Rolle in der Funktion des Immunsystems, der Schilddrüsenhormonproduktion und der Reproduktion.
Selen Herkunft und Vorkommen
Selen kommt natürlich in der Umwelt vor: in Wasser, Boden und in einigen Nahrungsmitteln. Die Selenkonzentrationen in verschiedenen Teilen der Welt variieren stark, abhängig von der Bodenbeschaffenheit. Dies beeinflusst den Selengehalt in Pflanzen und Tieren:
Selen in Luft und Wasser
Selen ist ein essentielles Spurenelement, das in der natürlichen Umwelt vorkommt und für die menschliche Gesundheit von grundlegender Bedeutung ist. Es ist in der Erdkruste, insbesondere in Karbonatgesteinen, vulkanischen und sedimentären Böden vorhanden. Etwa 40% der Selenemissionen in atmosphärische und aquatische Umgebungen werden durch verschiedene industrielle Aktivitäten wie bergbaubezogene Operationen verursacht(Tan LC, Nancharaiah YV, van Hullebusch ED, Lens PNL. Selenium: environmental significance, pollution, and biological treatment technologies. Biotechnol Adv. 2016 Sep-Oct;34(5):886-907. doi: 10.1016/j.biotechadv.2016.05.005. Epub 2016 May 25. PMID: 27235190).
Grosse geografische Unterschiede bei Vorkommen
Die Konzentration von Selen in der Umwelt variiert geografisch stark. Die durchschnittliche Selengehalt in der Erdkruste liegt bei etwa 50 µg/kg, wobei die Konzentration in verschiedenen geografischen Regionen (China, Japan, Russland, Kanada, USA) von 10 bis 2000 µg/kg variiert. In Europa sind Finnland, Belgien, Deutschland und England die Hauptproduzenten von Selen. (Genchi G, Lauria G, Catalano A, Sinicropi MS, Carocci A. Biological Activity of Selenium and Its Impact on Human Health. Int J Mol Sci. 2023 Jan 30;24(3):2633. doi: 10.3390/ijms24032633. PMID: 36768955; PMCID: PMC9917223.
Diese extremen geografischen Variationen in den Selenkonzentrationen in Böden und Nahrungspflanzen haben zu erheblichen Gesundheitsproblemen geführt, die mit einem Mangel oder Überschuss an Selen in der Umwelt zusammenhängen (Lenny H. E. Winkel, C. Annette Johnson, Markus Lenz, Tim Grundl, Olivier X. Leupin, Manouchehr Amini, and Laurent Charlet, “Environmental Selenium Research: From Microscopic Processes to Global Understanding”,Environmental Science & Technology 2012 46 (2), 571-579,DOI: 10.1021/es203434d).
Die verfügbare Selenkonzentration im Boden ist ein kritischerer Faktor als die Gesamtkonzentration von Selen im Boden für die Bestimmung der Selenkonzentration in Getreide. Beispielsweise war die obere Grenze der Selenkonzentration in Paddy-Böden fast dreimal höher als in Trockenlandböden. Dies deutet darauf hin, dass die Bioverfügbarkeit von Selen in Paddy-Böden mit hohen Selenkonzentrationen höher ist. (Yuanzhe Ma, Nanchun Zhang, Yanan Li, Haolin Zhao, Fei Zhou, Mingyue Xue, Lihui Lyu, Jing Yang, Yu Ban Man, Fuyong Wu, Dongli Liang, Differences in selenium concentration and bioavailability between paddy and dryland soils of China: A study based on literature collection and field sampling, Journal of Hazardous Materials, Volume 445, 2023,130467,ISSN 0304-3894,https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2022.130467.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0304389422022610)
Endemische selenbezogene Krankheiten
Endemische selenbezogene Krankheiten sind gesundheitliche Störungen, die in bestimmten geografischen Gebieten auftreten, wo entweder ein Mangel oder ein Überschuss an Selen im Boden und in der Nahrungskette besteht. Die bekanntesten dieser Krankheiten sind:
Keshan-Krankheit: Diese Krankheit ist mit einem Selenmangel verbunden und führt zu einer spezifischen Form der Kardiomyopathie (Herzmuskelerkrankung). Sie wurde erstmals in der Keshan-Region in China beobachtet, wo der Selengehalt im Boden besonders niedrig ist. Die Krankheit äußert sich in Herzinsuffizienz und kann tödlich sein.
Kashin-Beck-Krankheit Diese Krankheit tritt ebenfalls in Selenmangelgebieten auf, vor allem in Teilen Asiens. Sie ist eine osteoartikuläre Erkrankung, die zu Verformungen und Beeinträchtigungen der Gelenke, insbesondere der Knie und Hände, führt. Sie ist gekennzeichnet durch Gelenkschmerzen, eingeschränkte Beweglichkeit und kann zu Wachstumsstörungen bei Kindern führen.
Selenose: Im Gegensatz zu den beiden anderen Krankheiten wird Selenose durch einen übermässigen Selenkonsum verursacht. Diese Erkrankung kann in Gebieten auftreten, in denen der Selengehalt im Boden ungewöhnlich hoch ist. Die Symptome der Selenose umfassen Haarausfall, Nagelveränderungen, Zahnverfärbungen, neurologische Störungen, Übelkeit, Durchfall und in extremen Fällen kann sie tödlich sein.
Diese Krankheiten illustrieren die Notwendigkeit eines ausgewogenen Selenhaushalts für die menschliche Gesundheit. Sowohl Selenmangel als auch -überschuss können zu ernsthaften Gesundheitsproblemen führen.
Die mittlere Selenkonzentration in Böden in China beträgt 0,171 mg/kg, wobei die Se-Konzentrationen in verschiedenen Regionen stark variieren. Die Verteilung wird durch eine Kombination aus der zugrunde liegenden Geologie, der Geomorphologie, dem Bodentyp und menschlicher Aktivität kontrolliert. Endemische selenbezogene Krankheiten stehen im Zusammenhang mit dem Selengehalt im Boden. (Hanliang Liu, Xueqiu Wang, Bimin Zhang, Zhixuan Han, Wei Wang, Qinghua Chi, Jian Zhou, Lanshi Nie, Shanfa Xu, Dongsheng Liu, Qingqing Liu, Xiaojuan Gou, Concentration and distribution of selenium in soils of mainland China, and implications for human health, Journal of Geochemical Exploration, Volume 220, 2021, 106654, ISSN 0375-6742, https://doi.org/10.1016/j.gexplo.2020.106654. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0375674220306142)
In der Umwelt ist Selen weit verbreitet, aber sein natürlicher geogener Konzentrationsgrad liegt in der Regel unter 1 µg/1 in natürlichen Gewässern oder unter 1000 µg/kg in Gesteinen und Böden, sofern die anthropogenen Einflüsse nur mäßig sind. Die Verteilung reicht von Selenmangelregionen wie dem Vereinigten Königreich bis hin zu Regionen mit höheren Konzentrationen. (Gebreeyessus, G.D., Zewge, F. A review on environmental selenium issues. SN Appl. Sci. 1, 55 (2019). https://doi.org/10.1007/s42452-018-0032-9)
Diese Informationen verdeutlichen die Bedeutung der geografischen und umweltbedingten Faktoren, die die Selenkonzentrationen in der Natur beeinflussen.
Bioverfügbarkeit von Selen
Organische Selenverbindungen wie Selenomethionin werden besser aufgenommen als anorganische Formen. Die verschiedenen chemischen Formen von Selen und ihre Bioverfügbarkeit sind zentrale Aspekte in der Forschung über dieses essentielle Spurenelement.
Formen von Selen
Selen tritt in der Natur in verschiedenen Oxidationsstufen auf, darunter Selenat, Selenit, elementares Selen und Selenid. Diese anorganischen Formen werden von biologischen Systemen in bioverfügbare organische Formen umgewandelt, hauptsächlich in die beiden Seleno-Aminosäuren Selenocystein und Selenomethionin. Selenocystein ist häufig im aktiven Zentrum von Enzymen vorhanden und ist für deren katalytische Aktivität unerlässlich. (Mangiapane E, Pessione A, Pessione E. Selenium and selenoproteins: an overview on different biological systems. Curr Protein Pept Sci. 2014;15(6):598-607. doi: 10.2174/1389203715666140608151134. Erratum in: Curr Protein Pept Sci. 2018;19(7):725. PMID: 24910086.)
Bioverfügbarkeit
Selenomethionin: Mehr als 90% des Selenomethionins in der Nahrung wird absorbiert.
Selenocystein: Diese Form scheint ebenfalls sehr gut absorbiert zu werden.
Selenat: Etwa 100% des Selenats werden absorbiert, aber ein signifikanter Anteil geht im Urin verloren.
Selenit: Mehr als 50% des Selenits werden absorbiert, wobei die genaue Rate von verschiedenen Faktoren abhängen kann.(Susan J Fairweather-Tait, Rachel Collings, Rachel Hurst, Selenium bioavailability: current knowledge and future research requirements12345, The American Journal of Clinical Nutrition, Volume 91, Issue 5, 2010, Pages 1484S-1491S, ISSN 0002-9165, https://doi.org/10.3945/ajcn.2010.28674J. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0002916523018439)
Die Umwandlung von anorganischem Selen in organische Formen in Pflanzen hat wichtige Implikationen für die menschliche Ernährung und Gesundheit. Pflanzen können Selenat, Selenit und organische Selenverbindungen, einschließlich Selenomethionin (SeMet) und Selenocystein (SeCys), absorbieren und für ihr Wachstum und ihre Entwicklung nutzen. (Liu, X., Cheng, H., Cheng, S. et al. Advances in research on influencing factors of selenium enrichment in plants. Plant Growth Regul (2023). https://doi.org/10.1007/s10725-023-01107-9) / (Pyrzynska K, Sentkowska A. Selenium in plant foods: speciation analysis, bioavailability, and factors affecting composition. Crit Rev Food Sci Nutr. 2021;61(8):1340-1352. doi: 10.1080/10408398.2020.1758027. Epub 2020 May 2. PMID: 32363893.)
Organische Selenverbindungen sind für den Menschen im Vergleich zu anorganischen Verbindungen besser absorbierbar. Selenomethionin und Selenocystein sind die Hauptformen von Selen in der Nahrung. Bei Nahrungsergänzungsmitteln werden häufig die anorganischen Formen Selenit und Selenat verwendet. (Kieliszek M. Selenium?Fascinating Microelement, Properties and Sources in Food. Molecules. 2019 Apr 3;24(7):1298. doi: 10.3390/molecules24071298. PMID: 30987088; PMCID: PMC6480557.)
Gesundheitliche Vorteile von Selen
Antioxidative Eigenschaften von Selen
Selen spielt eine zentrale Rolle bei der Funktion von Glutathionperoxidasen, Enzymen, die den Körper vor oxidativem Stress schützen. Die wissenschaftlichen Erkenntnisse zeigen, dass Selen ein wichtiger Nährstoff mit vielfältigen positiven Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit ist. Seine antioxidativen Eigenschaften spielen dabei eine zentrale Rolle.
Allgemeine Wirkung: Selen ist bekannt für seine antioxidative Aktivität, was ein enormes Interesse an der Untersuchung von Selen und seinen Verbindungen in der Krebsprävention, Herz-Kreislauf-Erkrankungen und der Immunfunktion geweckt hat. (Tinggi U. Selenium: its role as antioxidant in human health. Environ Health Prev Med. 2008 Mar;13(2):102-8. doi: 10.1007/s12199-007-0019-4. Epub 2008 Feb 28. PMID: 19568888; PMCID: PMC2698273.)
Anti-Aging: Selen spielt eine kritische Rolle im Anti-Aging-Prozess, da es das Ungleichgewicht zwischen den durch reaktive Sauerstoffspezies (ROS) verursachten Schäden und den antioxidativen Abwehrmechanismen des Organismus ausgleicht. (Bjørklund G, Shanaida M, Lysiuk R, Antonyak H, Klishch I, Shanaida V, Peana M. Selenium: An Antioxidant with a Critical Role in Anti-Aging. Molecules. 2022 Oct 5;27(19):6613. doi: 10.3390/molecules27196613. PMID: 36235150; PMCID: PMC9570904.) / (Bjørklund G, Shanaida M, Lysiuk R, Antonyak H, Klishch I, Shanaida V, Peana M. Selenium: An Antioxidant with a Critical Role in Anti-Aging. Molecules. 2022 Oct 5;27(19):6613. doi: 10.3390/molecules27196613. PMID: 36235150; PMCID: PMC9570904.)
Herz-Kreislauf-Erkrankungen und Mortalität: Untersuchungen haben das Potenzial von Selen zur Beeinflussung von Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Krebs und allgemeiner Sterblichkeit nach Selen-Supplementierung allein oder in Kombination mit anderen Antioxidantien erforscht. (Jenkins DJA, Kitts D, Giovannucci EL, Sahye-Pudaruth S, Paquette M, Blanco Mejia S, Patel D, Kavanagh M, Tsirakis T, Kendall CWC, Pichika SC, Sievenpiper JL. Selenium, antioxidants, cardiovascular disease, and all-cause mortality: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. Am J Clin Nutr. 2020 Dec 10;112(6):1642-1652. doi: 10.1093/ajcn/nqaa245. PMID: 33053149; PMCID: PMC7727482.)
Rolle in Selenoproteinen: Selen ist ein wesentlicher Bestandteil von 25 Selenoproteinen, von denen die meisten für ihre antioxidativen Eigenschaften bekannt sind, wie z.B. Glutathion-Peroxidasen (GPxs) und Thioredoxin-Reduktasen (TXNRDs). (Ojeda ML, Nogales F. Dietary Selenium and Its Antioxidant Properties Related to Growth, Lipid and Energy Metabolism. Antioxidants (Basel). 2022 Jul 19;11(7):1402. doi: 10.3390/antiox11071402. PMID: 35883893; PMCID: PMC9312218.)
Gesundheitliche Vorteile von Selen
Krebsprävention: Die antioxidativen Eigenschaften von Selen tragen zur Krebsprävention bei, indem sie die Zellen vor oxidativen Schäden schützen.
Schutz vor Herz-Kreislauf-Erkrankungen: Selen kann zur Verringerung des Risikos von Herz-Kreislauf-Erkrankungen beitragen, indem es die oxidative Belastung im Körper reduziert.
Verbesserung der Immunfunktion: Durch seine antioxidative Wirkung kann Selen das Immunsystem stärken und so zur Vorbeugung verschiedener Krankheiten beitragen.
Reduzierung von Entzündungen: Selen wirkt anti-entzündlich und kann dadurch zur Linderung von Entzündungsprozessen im Körper beitragen.
Unterstützung des Immunsystems: Es trägt zur normalen Funktion des Immunsystems bei, indem es die Proliferation von Immunzellen unterstützt.
Schilddrüsenfunktion: Selen ist wichtig für die Umwandlung von Thyroxin (T4) in das aktive Trijodthyronin (T3) und schützt die Schilddrüse vor Schäden durch freie Radikale.
Reproduktionsgesundheit: Es hat eine Schlüsselrolle bei der männlichen Fertilität, insbesondere in Bezug auf die Spermienmotilität.
Prävention von Krankheiten: Einige Studien deuten darauf hin, dass Selen zur Prävention von bestimmten Krebsarten und Herz-Kreislauf-Erkrankungen beitragen kann, jedoch sind die Ergebnisse nicht eindeutig.
Mögliche Nebenwirkungen und Toxizität
Toxizität: Eine übermässige Aufnahme von Selen kann zu Selenose führen, einem Zustand, der durch Symptome wie gastrointestinale Störungen, Haarausfall und neurologische Beeinträchtigungen gekennzeichnet ist.
Empfohlene Tagesdosis: Die empfohlene Tagesdosis variiert je nach Alter, Geschlecht und anderen Faktoren. Eine übermässige Einnahme von Selenpräparaten sollte vermieden werden.
Weiteere Referenzen
1. Rayman, M.P. “The importance of selenium to human health.” The Lancet (2000).
2. Combs, G.F., Jr. “Selenium in global food systems.” British Journal of Nutrition (2001).
3. Arthur, J.R., McKenzie, R.C., Beckett, G.J. “Selenium in the immune system.” Journal of Nutrition (2003).
4. Broome, C.S., et al. “An increase in selenium intake improves immune function and poliovirus handling in adults with marginal selenium status.” American Journal of Clinical Nutrition (2004).
5. Allen, L., Benoist, B., Dary, O., Hurrell, R. “Guidelines on food fortification with micronutrients.” World Health Organization and Food and Agricultural Organization of the United Nations (2006).
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