Carnosin: Alles zur Wirkung des Wunderstoffs

Carnosin ist ein Dipeptid, also eine Substanz, die aus zwei Aminosäuren besteht: ß-Alanin und L-Histidin. An Carnosin können Methyl-Gruppen geheftet werden. Methylierte Carnosin-Formen sind Anserin und Ophidin (auch bekannt als: Balenin). Zusätzlich gibt es nicht-methylierte Carnosin-Formen, etwa Acetylcarnosin und Homocarnosin – zusammen nennt man diese Gruppe „Histidin-enthaltenden Dipeptide“ (engl. Histidine-containing dipeptides, HCD). Entdeckt wurde Carnosin vor über 100 Jahren (1900) von einem russischen Chemiker namens Gulewitsch – der hatte nach Substanzen in Liebigs bekanntem Fleischextrakt gesucht.

 

Wo findet sich Carnosin?

Was uns auch direkt zum nächsten Punkt bringt: Carnosin und seine methylierten Formen („HCDs“) finden sich ausschließlich im Fleisch – weder in Pflanzen noch in Pilzen wurde Carnosin oder davon abgeleitete Substanzen (Anserin und Co.) entdeckt. Da sich Carnosin fast ausschließlich im Skelettmuskel findet (bis 99 % des Gesamtvorkommens im Organismus), wurde die Grundlagenforschung hauptsächlich daran durchgeführt. Sehr hohe Carnosin-Werte weist die Muskulatur von …

• Hühnchen und Pute auf (pro kg rund 10 g HCDs insgesamt, davon jeweils 2 bis 3 g Carnosin und etwa 7 g Anserin),
• Büffel (pro kg ca. 6 g Carnosin und 1-2 g Anserin),
• Schwein (pro kg ca. 3 g Carnosin, kaum Anserin),
• Pferd (pro kg ca. 5 g Carnosin, 1 g Anserin),
• Rind (pro kg ca. 3 g Carnosin, 0,5 g Anserin)

… auf.

Bemerkenswert: Grundsätzlich findet sich in jedem Säugetier Carnosin und zusätzlich eine methylierte Form (sprich Anserin oder Ophidin), außer bei uns Menschen. Hier findet sich (bisher) ausschließlich Carnosin. Darüber hinaus enthalten viele Lebewesen mehr Anserin als Carnosin. Ophidin hingegen kommt oft bei marinen Lebewesen vor. Bezogen auf die Carnosin-Konzentration in Geweben, weist – neben der Skelettmuskulatur – nur noch der Riechkolben ähnliche Werte auf. Die übrigen Geweben enthalten lediglich ein Tausendstel der Carnosin-Konzentration – wenn es überhaupt in dem jeweiligen Gewebe vorkommt.

Wie wird Carnosin im Körper gebildet?

Grundsätzlich kann der Körper Carnosin selbst herstellen, nämlich aus den Vorstufen ß-Alanin und Histidin, umgesetzt durch ein Enzym namens Carnosin-Synthase (CS). Es zeigt sich allerdings, dass die endogen gebildeten ß-Alanin-Mengen nicht ausreichen, um die Carnosin-Synthese optimal zu speisen. Gleichzeitig lässt sich der Carnosin-Gehalt der Muskulatur dosisabhängig steigern. Das bedeutet, dass Menschen Carnosin oder die Vorstufe ß-Alanin über die Nahrung zu sich nehmen müssen, damit die Carnosin-Speicher in den Geweben größer werden. Bei Menschen ist das Carnosin-abbauende Enzym Carnosinase sehr aktiv im Blut. Zum einen ändert das allerdings nichts, da das Abbauprodukt ß-Alanin von den jeweiligen Geweben aufgenommen werden kann. Zum anderen zeigt sich, dass das in Lebensmitteln ebenfalls vorkommende Anserin die Enzymfunktion hemmt und so den Carnosin-Abbau verlangsamt.

Carnosin Wirkungen

Carnosin allgemein

• Carnosin findet sich möglicherweise deshalb so hochkonzentriert in der Muskulatur, da es ein starker Säurepuffer ist. In Meerestieren kann Carnosin fast 50 % der Pufferkapazität des Muskels ausmachen. Bei uns Menschen möglicherweise nur etwa 10 % – dies sind allerdings konservative Schätzungen, da Carnosin im Gegensatz zu Proteinen frei in Muskelzellen diffundieren können, was in solche Berechnungen nicht berücksichtigt wird.
• Carnosin bindet zweiwertige Metalle, allen voran Kupfer, Zink, Kobalt, Nickel, Cadmium. Möglicherweise auch Arsen.
• Carnosin wirkt gegen Radikale (= antioxidativ): Es neutralisiert Superoxid-Anionen (das typische Sauerstoffradikal) ungefähr so gut wie Vitamin E und Vitamin C, entgiftet ganz passabel die extrem giftigen Hydroxyl-Radikale und zeigt sich als effektiver Schutz vor „nitronativem Stress“ in Form von Peroxynitrit. Ähnliches wurde für Anserin beschrieben. Darüber hinaus schützt Carnosin dosisabhängig vor dem Radikal, das das Immunsystem bildet (Hypochlorit-Radikal).
• Carnosin wirkt auf der einen Seite antioxidativ – auf der anderen Seite hilft es, das körpereigene Antioxidantien-System zu stabilisieren.
• Sehr potent wirkt Carnosin gegen sogenannte AGEs (advanced glycation end-products) und ALEs (advandced lipoxidation end-products) – hierbei reagieren beispielsweise Fette und vor allem Zucker mit Proteinen. Diese Stoffe spielen eine Rolle beim Altern und bei der Entstehung vieler Krankheiten.

Carnosin im Muskel

Ein Schüler vom Carnosin-Entdecker Gulewitsch namens Severin entdeckte, dass sich ein Froschmuskel kaum ermüden lässt, wenn man Carnosin oder Anserin ins Medium gibt – diese Beobachtung wurde „das Severin-Phänomen“ getauft. Anfang des 20. Jahrhunderts wurde vermutet, dass Carnosin für gut 50 % der Pufferkapazität des intensiv belastenden Muskels verantwortlich ist. Und es lässt sich vermuten, dass Carnosin sich genau aus diesem Grund so hochkonzentriert im Muskel findet. Beim Sport entsteht die bekannte Milchsäure, die zum ebenfalls bekannten Laktat dissoziiert und dabei sauer wirkt. Carnosin könnte dies puffern.

Typischerweise findet sich Carnosin vor allen in jenen Muskelnfaser-Typen, die bei hohen Belastungen oder partieller Sauerstoffunterversorgung „zugeschaltet“ werden. Aus diesem Grund finden sich extrem hohe HCD-Werte bei Walen – sie müssen tauchen und greifen dabei auch auf den sauerstoffunabhängigen Glukose-Umsatz zurück, bei dem große Mengen Milchsäure anfallen. In solchen Tieren kann Carnosin aufgrund der extrem hohen Konzentration bis zu 50 % der Pufferkapazität ausmachen. Bei uns Menschen finden sich niedrigere Werte, weswegen von etwa 10 % ausgegangen wird. Nichtsdestotrotz handelt es sich dabei, wie vorhin angesprochen, um konservative Schätzungen.

Doch Carnosin schützt den Muskel möglicherweise nicht nur vor Übersäuerung, sondern auch vor Radikalen: So konnte in Experimenten an Ratten gezeigt werden, dass Carnosin die unter Belastung anfallenden Radikale abfängt. Ebenfalls diskutiert wird eine Rolle als Kupfer-Chelator – der Carnosin-Kupfer-Komplex könnte so möglicherweise Einfluss auf den Energiestoffwechsel des Muskels haben.

Carnosin kann darüber hinaus die Kontraktilität des Muskels verbessern, indem es Einfluss auf den Calcium-Haushalt des Muskels hat. Calcium ist bekanntermaßen verantwortlich dafür, dass der Muskel überhaupt kontrahieren kann.

Zusätzlich wird diskutiert, ob die Muskulatur eine Art Carnosin-Speicher für den Körper darstellt: In Geweben findet sich entweder eine hohe Fähigkeit zur Synthese oder eine hohe Fähigkeit zum Abbau von Carnosin. Drum glauben einige Wissenschaftler, dass die Muskulatur (= hohe Synthesrate) Carnosin z. B. bei Belastung in den Blutkreislauf abgeben kann. Es gelangt dann z. B. zu Carnosin-abbauenden Geweben, in denen es dann ß-Alanin und Histidin bereitstellt.

Wie bereits geschrieben, weist die Skelettmuskulatur die höchsten Carnosin-Werte überhaupt auf. Es liegt nahe zu glauben, dass eine Steigerung der Carnosin-Werte auch Einfluss auf hochintensive sportliche Belastungen hat. Grundsätzlich können die Carnosin-Gehalte der Muskulatur von Mensch zu Mensch sehr verschieden sein und sich um den Faktor 4 unterscheiden. Die schnellen Typ-2-Fasern enthalten beispielsweise bis zu 100 % mehr Carnosin im Vergleich zu Typ-1-Fasern. Sprinter verfügen deshalb über höhere Carnosin-Werte als Ausdauer-Athleten.

Darüber hinaus wurde gezeigt, dass Carnosin Androgen-abhängig gebildet wird: Männer können bis zu 100 % mehr Carnosin in ihrer Muskulatur enthalten als Frauen und in Tiermodellen konnte die Testosteron-Gabe auch die Carnosin-Werte erhöhen. Zudem fällt Carnosin-Gehalt der Muskulatur mit dem Alter ab. Vegetarier haben bis zu 20 % weniger Carnosin in ihrer Muskulatur – das endogen gebildete ß-Alanin reicht nicht aus, um die Carnosin-Speicher zu füllen. Daraus folgt, dass der Carnosin-Gehalt der Muskulatur streng davon abhängt, wie viel Carnosin, Anserin und Co. über die Nahrung zugeführt wird. Die stärkste bisher gezeigte Erhöhung der Carnosin-Menge in Muskel beläuft sich auf etwa 100 % – hier wurde 10 bis 12 Wochen lang ß-Alanin supplementiert. Die Carnosin-Anreicherung im Muskel wird möglicherweise durch Insulin verbessert – wieder einmal: Insulin-Wirkung ist wichtig.

2007 wurde von Hill und Kollegen gezeigt, dass die chronische ß-Alaningabe die Leistung bei untrainierten Probanden um etwa 15 % erhöhen kann – hier durften die Probanden bei 110% der Maximalpower (Wmax) radeln. Ähnliches wurde später auch in gut trainierten Athleten gezeigt. Nicht alle Studien zeigen leistungsfördernde Effekte durch die ß-Alanin-Gabe. Dies mag an der Art der Belastung liegen: Eine Meta-Studie (15 Studien ausgewertet) kam zum Schluss, dass die ß-Alanin-Gabe bei Belastungen zwischen einer und vier Minuten förderlich wirken kann, während das kaum für längere (> vier Minuten) oder kürzere (< eine Minute) Belastungen gilt.

Carnosin im Gehirn

Die Carnosin-Synthese ist an einem Ort im Gehirn bzw. im Nervensystem besonders ausgeprägt: im Riechkolben ist die Carnosin-Synthase-Konzentration ca. 10 mal höher als im Muskel und 50 bis 100 mal höher als in anderen Gehirnstrukturen. Aus diesem Grund wurde spekuliert, dass Carnosin an der Neurotransmission dieser sensorischen Nervenzellen beteiligt ist. In anderen Gehirnbereichen kommt Carnosin auch vor, allerdings niedriger konzentriert – es wurde vermutet, dass Carnosin dort als Antioxidans wirkt, unter anderem dadurch, dass es Metalle binden kann. Darüber hinaus könnte es das Gehirn vor Verzuckerung (=> AGEs) schützen. Dieses Szenario ist deshalb realistisch, weil Glutathion, Vitamin C und Vitamin E, also klassische Antiox-Systeme, weniger stark im Gehirn vertreten sind. Carnosin könnte diese Rolle übernehmen.

Carnosin im Herzkreislauf-System

Carnosin scheint Einfluss auf den Blutdruck zu haben, indem es die Arterien weitstellt („Vasodilatation“). Da Carnosin diesbezüglich ziemlich stark wirkt, wird angenommen, dass auch endogen gebildetes Carnosin an der normalen Regulation der Hämodynamik beteiligt ist. Dies könnte beispielsweise durch Zink-Carnosin-Komplexe möglich sein, die mit Histamin-Rezeptoren wechselwirken. Auch andere Mechanismen kommen infrage, etwa via Modulation des NO-Haushalts. In Experimenten konnte zudem gezeigt werden, dass Carnosin die Schlagkraft des Herzens deutlich erhöhen kann.

Carnosin und Diabetes

In Tiermodellen schützt Carnosin vor Diabetes und hemmt dosisabhängig die negativen Effekte. Dies liegt möglicherweise zum einen daran, dass Carnosin das autonome Nervensystem regulieren kann, zum anderen aber auch daran, dass es die Insulin-produzierenden Bauchspeicheldrüsen-Zellen schützt und sogar eine Vermehrung anregt. Carnosin schützt vor den negativen Effekten des Diabetes vor allem durch das Entgiften von AGEs und dem Schutz vor Verzuckerung von Proteinen.

Carnosin und Krebs

In Tiermodellen schützt Carnosin auch vor Krebs – es vermag das Krebswachstum zu hemmen. Zudem wurde anhand von Zellversuchen gezeigt, dass Carnosin selektiv Tumorzellen angreift. Es hat keinen Einfluss auf normale menschliche Zellen. Carnosin scheint hierbei vor allem die ATP- sprich Energie-Produktion der Tumorzellen zu hemmen. Zwei Mechanismen wurden beschrieben, weswegen Carnosin so wirkt: zum einen hemmt es den Zuckerabbau (Glykolyse) in Tumorzellen, zum anderen hemmt es die Bildung der für das Tumorwachstum nötigen Sauerstoffradikale.

Carnosin und die Heilung

An Nagern wurde gezeigt, dass Carnosin die Wundheilung beschleunigt, indem es die Bildung der dafür nötigen Wachstumsfaktoren stimulierte. Ähnliches wurde an menschlichen Zellkulturen der Haut gezeigt, die in Zucker gebadet wurden. Carnosin (zusammen mit Zink als Carnosin-Zink-Komplex) beschleunigt die Heilung vom Knochengewebe, macht den Darm „dicht“ (Stichwort Leaky Gut) und schützt die Leber vor den Effekten von Giften.

Carnosin und das Altern