Cholesterin
| Sicherheitshinweise | |||||||||
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Das Cholesterin, auch Cholesterol (gr. χολή cholé ‚Galle‘ und στερεός stereós ‚fest‘), ist ein in allen tierischen Zellen vorkommender Naturstoff. Der Name leitet sich davon ab, dass Cholesterin bereits im 18. Jahrhundert in Gallensteinen gefunden wurde.
| Strukturformel | |
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| Allgemeines | |
| Name | Cholesterin |
| Andere Namen |
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| Summenformel | C27H46O |
| CAS-Nummer | 57-88-5 |
| PubChem | 5997 |
| DrugBank | EXPT00945 |
| Kurzbeschreibung | weißer, fast geruchloser Feststoff |
| Eigenschaften | |
| Molare Masse | 386,67 g/mol |
| Aggregatzustand | fest |
| Dichte | 1,07 g/cm3 (20 °C) |
| Schmelzpunkt | 147–150 °C |
| Siedepunkt | Zersetzung bei 360 °C |
| Löslichkeit | praktisch unlöslich in Wasser |
Funktion
Cholesterin ist ein lebenswichtiges Sterol und ein wichtiger Bestandteil der Plasmamembran (Zellmembran). Es erhöht die Stabilität der Membran und trägt gemeinsam mit Proteinen dazu bei, Signalstoffe in die Zellmembran einzuschleusen und wieder hinauszubefördern. Der menschliche Körper enthält etwa 140 g Cholesterin, über 95 % des Cholesterins befindet sich innerhalb der Zellen und Zellmembranen. Um die Zellen mit Cholesterin, welches lipophil (fettlöslich), jedoch hydrophob (in Wasser unlöslich) ist, über das Blut versorgen zu können, wird es für den Transport an Lipoproteine gebunden. Diese können von unterschiedlicher Dichte sein und werden nach ihrem Verhalten beim Zentrifugieren bzw. in der Elektrophorese unterteilt in Chylomikronen, VLDL, IDL, LDL, HDL und Lipoprotein a.
Cholesterin dient im Körper unter anderem als Vorstufe für Steroidhormone und Gallensäuren. Für die Bildung von Hormonen wandelt das Cholesterin-Seitenkettentrennungsenzym Cholesterin zu Pregnenolon um. Dieses ist die Ausgangsverbindung, aus der der Körper die Geschlechtshormone Testosteron, Östradiol und Progesteron und Nebennierenhormone (Corticoide) wie Cortisol und Aldosteron aufbaut. Auch Gallensäuren wie Cholsäure und Glykocholsäure basieren auf der Ausgangssubstanz Cholesterin.
Ein Zwischenprodukt der Cholesterinbiosynthese, das 7-Dehydrocholesterin, ist das Provitamin zur Bildung von Vitamin D durch UV-Licht.
Neue Forschungen zeigen zudem, dass der Körper Cholesterin zur Biosynthese herzwirksamer Glykoside nutzt. Welche Bedeutung diese endogen synthetisierten Glykoside haben, ist noch weitgehend unbekannt.
Aufgrund von Sedimentfunden mit chemischen Cholesterin-Verwandten (Sterolen) wird von einigen Forschern angenommen, dass das Cholesterinmolekül, sofern es nie anders als in belebter Materie auftrat, evolutionsgeschichtlich sehr alt sein müsse. Die Biosynthese des Moleküls könne allerdings erst funktionieren, seitdem Sauerstoff in der Atmosphäre vorhanden sei. In Bakterien und den Membranen von Mitochondrien findet sich aus diesem Grund kaum Cholesterin; Pflanzen und Pilze enthalten ebenfalls kein Cholesterin, dafür aber andere, strukturell ähnliche Sterole.
Chemische Einordnung
Cholesterin ist ein polyzyklischer Alkohol. Herkömmlich wird es als zur Gruppe der Sterine (Sterole) gehörendes Steroid zu den Lipiden gerechnet. Entgegen einer verbreiteten Verwechslung ist es jedoch kein Fett. Die Steroide gehören zu den Isoprenoiden, die im Gegensatz zu den Fetten keine Ester aus Fettsäure und Alkohol sind, sondern hydrophile Pole als diverse Muster in ihrer hydrophoben Grundstruktur aufweisen können.
Cholesterin ist, wie viele Substanzen, sensibel gegenüber Oxidantien. Autoxidationsprozesse können zu vielen Reaktionsprodukten führen. Bisher sind bereits über achtzig solcher Substanzen bekannt, die häufig beachtliche physiologische Wirkungen haben. Die Isolierung und Reindarstellung der Oxidationsprodukte gelingt durch chromatographische Verfahren. Ihre sichere Identifizierung erfolgt durch spektroskopische Methoden wie z. B. der Massenspektrometrie. Eine umfassende Darstellung dieser Cholesterinoxidationsproduke gibt das Werk von Leland L. Smith: Cholesterol Autoxidation.
Physiologie
Cholesterin ist ein für Menschen und Tiere lebenswichtiges Zoosterin. Beim Menschen wird Cholesterin zum Großteil (90 %) im Körper selbst hergestellt (synthetisiert), beim Erwachsenen in einer Menge von 1 bis 2 g pro Tag, und nur zu einem kleinen Teil mit der Nahrung aufgenommen. Die Cholesterinresorption liegt im Durchschnitt bei 0,1 bis 0,3 g pro Tag und kann höchstens auf 0,5 g pro Tag gesteigert werden. Das entspricht 30 bis 60 % des in der Nahrung enthaltenen Cholesterins.
Alle Tiere synthetisieren Cholesterin. Ausgehend von „aktivierter Essigsäure“, dem Acetyl-CoA, wird über Mevalonsäure in vier Schritten Isopentenyldiphosphat erzeugt. Weitere drei Reaktionsschritte führen zum Squalen. Nach dem Ringschluss zum Lanosterin folgen etwa ein Dutzend enzymatischer Reaktionen, die auch parallel verlaufen können, bis schließlich Cholesterin entstanden ist. Dieser letzte Abschnitt ist nicht in allen Einzelheiten bekannt, die beteiligten Enzyme sind jedoch identifiziert.
Cholesterin wird über die Leber ausgeschieden, indem es in Form von Gallensäuren über die Gallenwege in den Darm sezerniert wird (etwa 500 mg pro Tag). Gallensäuren sind für die Resorption wasserunlöslicher Nahrungsbestandteile, also auch von Cholesterin, erforderlich. Cholesterin wird durch Gallensäuren emulgiert und im Dünndarm resorbiert. Da etwa 90 % der Gallensäuren wieder aufgenommen werden, ist die Ausscheidung von Cholesterin entsprechend ineffektiv. Durch Medikamente wie Colestyramin, die Gallensäuren binden und damit ihre Wiederaufnahme erschweren, kann die Cholesterinausscheidung gesteigert werden. Allerdings wird dann die Senkung des Cholesterinspiegels durch Zunahme der LDL-Rezeptordichte auf Leberzellen und die damit gesteigerte Cholesterinaufnahme aus dem Blut in die Leber, teilweise auch durch eine vermehrte Neusynthese, ausgeglichen.
Biosynthese
Die Biosynthese des Cholesterins, die insbesondere durch Arbeiten von Konrad Bloch, Feodor Lynen, George Joseph Popják und John W. Cornforth aufgeklärt wurde, geht von den Endprodukten des Mevalonatbiosyntheseweges, von Dimethylallylpyrophosphat und von Isopentenylpyrophosphat aus und benötigt 13 weitere Reaktionen. Beim Menschen sind die Leber und die Darmschleimhaut die Hauptorte der Cholesterinsynthese.
Regulation
Das Gleichgewicht zwischen benötigtem, selbst produziertem und über die Nahrung aufgenommenem Cholesterin wird über vielfältige Mechanismen aufrechterhalten. Als wichtig kann dabei die Hemmung der HMG-CoA-Reduktase, des wichtigsten Enzyms der Cholesterinbiosynthese, durch Cholesterin gelten (noch stärker wird die HMG-CoA-Reduktase durch Lanosterol, eine Vorstufe von Cholesterin, gehemmt). Damit hemmen Produkte dieses Stoffwechselwegs (Cholesterinsynthese) „ihr“ Enzym; dies ist ein typisches Beispiel negativer Rückkopplung. Außerdem verkürzt sich die Halbwertszeit der HMG-CoA-Reduktase bei erhöhtem Lanosterolspiegel stark, da sie dann vermehrt an Insigs (insulininduzierte Gene) bindet, was schließlich zu ihrem Abbau im Proteasom führt. Es gibt noch viele andere, weniger direkte Regulationsmechanismen, die auf transkriptioneller Ebene ablaufen. Hier sind die Proteine SCAP, Insig-1 und -2 wichtig, die in Anwesenheit von Cholesterin, für das sie eine Bindungsstelle besitzen, über die proteolytische Aktivierung von SREBPs die Aktivität einer größeren Anzahl Gene regulieren. Auch Insulin spielt hier eine Rolle, da es u.a. die Transkription von SREBP1c steigert.
Die HMG-CoA-Reduktase, das Schlüsselenzym der Cholesterinbiosynthese, kann spezifisch und effektiv durch verschiedene Substanzen gehemmt werden (beispielsweise Statine, die als HMG-CoA-Reduktase-Hemmer eine bestimmte Klasse von Medikamenten darstellen). Über den LDL-Rezeptor wird die Aufnahme in die Zelle aktiviert.
Die Höhe des Cholesterinspiegels hängt vor allem von der körpereigenen Produktion ab und erst in zweiter Linie von der Zufuhr über die Nahrung. Daneben gibt es eine Vielzahl genetisch bedingter Hypercholesterinämien. Auch als Folge anderer Erkrankungen kann der Cholesterinspiegel erhöht sein (beispielsweise durch Hypothyreose, Niereninsuffizienz oder metabolisches Syndrom).
Cholesterintransport (Lipoproteine)
Da Cholesterin in Wasser unlöslich ist, erfolgt der Transport im Blutplasma zusammen mit anderen lipophilen Substanzen wie Phospholipiden, Triglyceriden oder Fettsäuren, mit Hilfe von Transportvesikeln, den Lipoproteinen.
Das über die Nahrung zugeführte Cholesterin sowie Triglyceride werden nach der Resorption aus dem Darm von den Chylomikronen aufgenommen und von dort in die Leber transportiert. Lipoproteine verschiedener Dichte (VLDL, IDL und LDL) transportieren selbst hergestelltes und aufgenommenes Cholesterin von der Leber zu den Geweben. HDL nehmen Cholesterin aus den Geweben auf und bringen es zur Leber zurück (reverser Cholesterintransport). Das Cholesterin in den Lipoproteinen ist überwiegend mit Fettsäuren verestert. Das Spektrum dieser Fettsäuren ist in starkem Maße durch die mit der Nahrung aufgenommenen Triglyceride zu beeinflussen. Dies zeigen insbesondere Studien an Bevölkerungsgruppen mit speziellen Ernährungsformen wie z.B. Vegetarier und Veganer.
Für den Abbau des LDL-Cholesterins im Blut gibt es im menschlichen Körper zwei voneinander unabhängige Wege, den LDL-Rezeptorweg und den sogenannten Scavenger-Pathway. Der größte Teil, ca. 65 % des LDL-Cholesterins im Plasma, wird über LDL-Rezeptoren verstoffwechselt. LDL-Rezeptoren findet man in allen Zelltypen der Arterien und in Hepatozyten (Leberzellen). Neben dem LDL-Rezeptorweg werden circa 15 % des LDL-Cholesterins im Plasma über den Scavenger-Pathway in den Blutgefäßen abgebaut. Als Scavenger-Zellen werden die Makrophagen bezeichnet. Sie besitzen sogenannte Scavenger-Rezeptoren, über die chemisch modifizierte (oxidierte) LDL ungehemmt und konzentrationsunabhängig aufgenommen und gespeichert werden können.
Zusammenfassend lassen sich drei verschiedene Wege beschreiben, die das Cholesterin (unabhängig ob über die Nahrung oder selbst synthetisiert) im Organismus nimmt:
- Ausscheidung in die Galle und damit in einen enterohepatischen Kreislauf (Leber → Galle → Darm → Blut über die Vena portae → Leber).
- Umwandlung zu Gallensäuren, die an den Darm abgegeben werden.
- Abgabe ins Blut in Form von Lipoproteinen (VLDL → LDL → HDL) zur Synthese von Steroiden und Bildung von Membranen in anderen Organen.
Blutspiegel
Der durchschnittliche Gesamtcholesterinspiegel wie auch die LDL- und HDL-Spiegel der gesunden Normalbevölkerung sind von Land zu Land verschieden und darüber hinaus alters- und geschlechtsabhängig. Es besteht eine positive Korrelation zwischen den Blutcholesterin-Werten und dem Body-Mass-Index.
Gesamtcholesterinspiegel
Generell nimmt der Gesamtcholesterinspiegel mit dem Alter deutlich zu. In der Regel ist er bei jungen Frauen etwas niedriger als bei jungen Männern. Mit zunehmendem Alter gleicht sich dieser Unterschied jedoch aus, und ältere Frauen haben schließlich im Mittel einen höheren Cholesterinspiegel als ältere Männer. Einen Sonderfall stellt die Schwangerschaft dar, in der der Gesamtcholesterinspiegel im Normalfall deutlich erhöht ist.
Der durchschnittliche Gesamtcholesterinspiegel der Altersgruppe zwischen 35 und 65 Jahren in Deutschland liegt bei etwa 236 mg/dl (entspricht 6,1 mmol/l), die Standardabweichung bei ±46 mg/dl. Das bedeutet näherungsweise, dass etwa zwei Drittel der deutschen Bevölkerung in dieser Altersgruppe einen Gesamtcholesterinwert im Bereich zwischen 190 mg/dl und 282 mg/dl aufweisen und je ein Sechstel der Deutschen in dieser Altersgruppe Werte oberhalb beziehungsweise unterhalb dieses Bereichs. In manchen Teilen Chinas liegt der durchschnittliche Cholesterinwert bei 94 mg/dl mit Normwerten zwischen 70 mg/dl und 170 mg/dl, wobei die geringeren Cholesterinwerte mit einer geringeren Wahrscheinlichkeit an Herz- und Krebserkrankungen korrelieren.
LDL-Cholesterinspiegel
Der LDL-Cholesterinspiegel unterliegt einer ähnlichen alters- und geschlechtsabhängigen Verteilung. Auch hier ist der altersabhängige Anstieg bei den Frauen deutlich stärker ausgeprägt als bei den Männern. Der Mittelwert der Altersgruppe zwischen 35 und 65 Jahren liegt dabei bei den deutschen Frauen bei 164 mg/dl (Standardabweichung ±44 mg/dl), bei den Männern bei 168 mg/dl (±43 mg/dl).
HDL-Cholesterinspiegel
Der durchschnittliche HDL-Spiegel unterscheidet sich stärker zwischen den beiden Geschlechtern, wobei Frauen im mittleren Alter einen höheren HDL-Spiegel aufweisen als Männer. Die Altersabhängigkeit zeigt sich hier bei beiden Geschlechtern in einem Absinken ab einem Alter von etwa 55 Jahren. Der durchschnittliche HDL-Spiegel bei den deutschen Frauen in der Altersgruppe zwischen 35 und 65 Jahren liegt bei 45 mg/dl (±12 mg/dl), bei den Männern bei 37 mg/dl (±11 mg/dl).
Quotienten
Auf Grundlage der vorgenannten Parameter werden gelegentlich Quotienten aus diesen Werten bestimmt. Der Mittelwert des Quotienten aus LDL- und HDL-Spiegel liegt für die deutschen Frauen zwischen 35 und 65 Jahren bei 3,9 (±1,6), bei den Männern bei 4,9 (±1,9). Die entsprechenden Durchschnittswerte für den Quotienten aus dem Gesamtcholesterin- und dem HDL-Spiegel liegen für die Frauen bei 5,7 (±2,1), für die Männer bei 7,0 (±2,3).
Messung und Labor-Referenzwerte
Die Bestimmung der Konzentration von Cholesterin im Blut in medizinischen Routinelabors gehört heute zu den Bestimmungsmethoden, die in Deutschland ringversuchspflichtig sind. Ein Ringversuch ist die externe Qualitätskontrolle von Laborparametern, die von der Bundesärztekammer kontrolliert und zertifiziert wird. An die so genannten „Richtlinien der Bundesärztekammer“ (RiLiBÄK) muss sich jedes Labor in Deutschland halten. Der Referenzbereich (oftmals irreführend als „Normalwert“ bezeichnet) ist vom Messgerät und der Methode abhängig. Für die Bestimmung von Cholesterin werden in Deutschland in den meisten Labors Geräte von Roche Diagnostics (früher Boehringer Mannheim) verwendet. Auf dem Modell Hitachi wird als Referenzwert für das Gesamtcholesterin 110–230 mg/dl angegeben. Beim neueren Gerät Modular wird als Referenzbereich < 240 mg/dl angegeben. Die Referenzbereiche wurden in den letzten Jahren mehrfach nach oben korrigiert. Um eine Verfälschung der Ergebnisse auszuschließen, wird die Bestimmung häufig erst 12 bis 16 Stunden nach der letzten Mahlzeit durchgeführt.
Lange Zeit wurde im Labor nur das Gesamtcholesterin bestimmt, da die direkte Messung der verschiedenen Lipoproteine nicht möglich bzw. sehr aufwendig war. Das hat sich mittlerweile geändert. Das LDL-Cholesterin wird nicht direkt bestimmt, sondern aus den direkt gemessenen Werten für Gesamtcholesterin, Triglyceride und HDL nach Friedewald et al. abgeschätzt als Gesamtcholesterin minus HDL-Cholesterin minus ein Fünftel des Triglyceridwertes (alle Angaben in mg/dl). Diese Methode kann nicht angewendet werden für Triglyzeridwerte über 400 mg/dl oder bei Vorliegen einer Chylomikronämie. Verschiedene Korrekturfaktoren sind vorgeschlagen worden, um die Präzision dieser Abschätzung zu erhöhen, jedoch sind sie bisher nicht in die klinische Praxis eingegangen. Der Referenzbereich für den LDL-Cholesterinspiegel wird für Frauen und Männer zwischen 70 und 180 mg/dl angegeben.
Einheiten und Umrechnung
In Westdeutschland wird für die Angabe der Konzentration von Cholesterin im Blut häufig die Einheit „mg/dl“ (Milligramm pro Deziliter) verwendet. In Ostdeutschland wird dagegen – wie im angelsächsischen Sprachraum – überwiegend die Einheit „mmol/l“ (Millimol pro Liter, vergleiche Milli und Mol) benutzt. Für Cholesterin (nicht jedoch für Triglyceride oder andere Stoffe) gilt der folgende Zusammenhang zwischen diesen Maßeinheiten:
- 1 mg/dl = 0,02586 mmol/l
- 1 mmol/l = 38,67 mg/dl
Beispiel:
- 236 mg/dl = 236 · 0,02586 mmol/l = 6,10 mmol/l
- 6,10 mmol/l = 6,10 · 38,67 mg/dl = 236 mg/dl
Für Triglyceride gelten die folgenden Umrechnungsformeln:
- 1 mg/dl = 0,0113 mmol/l
- 1 mmol/l = 88,57 mg/dl
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Datum der letzten Änderung: Jena, den: 24.10. 2024