Baldrian (Valeriana officinalis) – Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Baldrian (Valeriana officinalis L.) gehört zu den bekanntesten europäischen Arzneipflanzen. Verwendet werden vor allem die getrockneten unterirdischen Pflanzenteile beziehungsweise daraus hergestellte Extrakte. Für die ernährungsphysiologische und pharmakologische Betrachtung sind insbesondere Valerensäuren, Valepotriate und verschiedene Bestandteile des ätherischen Öls von Bedeutung [1, 2].

Da Baldrian ein komplexes Gemisch zahlreicher sekundärer Pflanzenstoffe enthält, unterscheiden sich deren Resorption, Stoffwechsel und Verteilung. Am besten untersucht ist die Valerensäure (Valerenic acid), die zugleich als wichtiger Marker für Baldrianextrakte dient [1, 3].

Definition

Der Echte Baldrian (Valeriana officinalis L.) ist eine mehrjährige krautige Pflanze. Für pflanzliche Zubereitungen wird überwiegend die Baldrianwurzel (Valerianae radix) verwendet. Sie kann als getrocknete Droge, Tee, Tinktur oder in Form verschiedener Trocken- und Flüssigextrakte eingesetzt werden [1, 2].

Zu den charakteristischen Inhaltsstoffen zählen [1, 3, 4]:

• Valerensäuren (Sesquiterpensäuren), insbesondere Valerensäure, Acetoxyvalerensäure und Hydroxyvalerensäure,
• Valepotriate, beispielsweise Valtrat, Isovaltrat und Didrovaltrat,
• Bestandteile des ätherischen Öls, darunter Bornylacetat, Borneol und verschiedene Sesquiterpene,
• Flavonoide und Lignane sowie weitere sekundäre Pflanzenstoffe.

Die Zusammensetzung der Baldrianwurzel kann durch genetische Faktoren, Wachstumsbedingungen, Erntezeitpunkt und Verarbeitung beeinflusst werden. So schwanken insbesondere die Gehalte an ätherischem Öl, Valerensäuren und Valepotriaten im Verlauf der Vegetationsperiode [4].

Synthese der Inhaltsstoffe

Besonders gut untersucht ist die Biosynthese der Valerensäure. Sie gehört zu den Sesquiterpenen (aus drei Isopreneinheiten aufgebaute sekundäre Pflanzenstoffe). Ausgangspunkt ist Farnesyldiphosphat (FPP), eine zentrale Vorstufe der pflanzlichen Sesquiterpenbiosynthese [5, 6].

Spezifische Terpensynthasen in der Baldrianwurzel wandeln Farnesyldiphosphat in Valerenadien-Verbindungen um. Diese bilden Vorstufen für die weitere Biosynthese der Valerensäure [5]. Anschließende Oxidationsschritte werden unter anderem durch Cytochrom-P450-Enzyme sowie Alkohol- und Aldehyddehydrogenasen vermittelt. Auf diese Weise kann aus dem Valerenadien-Grundgerüst schließlich Valerensäure entstehen [6].

Diese Biosynthese findet vor allem in den unterirdischen Pflanzenteilen statt. Entsprechend zeigen auch die an der Bildung beteiligten Enzyme beziehungsweise deren Gene eine ausgeprägte Aktivität im Wurzelgewebe [5, 6].

Valepotriate gehören dagegen zu den Iridoiden (monoterpenartige sekundäre Pflanzenstoffe). Sie liegen als veresterte Iridoidverbindungen vor und sind chemisch vergleichsweise instabil. Bei Verarbeitung und Lagerung können sie in verschiedene Abbauprodukte, unter anderem Baldrinale, übergehen [1].

Resorption

Nach oraler Einnahme eines Baldrianpräparats werden lösliche Inhaltsstoffe aus der pflanzlichen Matrix freigesetzt und können anschließend über den Gastrointestinaltrakt (Magen-Darm-Trakt) aufgenommen werden. Humanpharmakokinetische Daten liegen insbesondere für die Valerensäure vor [7].

In einer Untersuchung an sechs gesunden Erwachsenen wurde nach einer einmaligen Einnahme von 600 mg eines Baldrianpräparats Valerensäure im Serum nachgewiesen. Bei fünf der sechs Probanden wurde die maximale Serumkonzentration nach etwa ein bis zwei Stunden erreicht. Die gemessenen Spitzenkonzentrationen lagen zwischen 0,9 und 2,3 ng/ml [7].

Die Untersuchung zeigt damit, dass Valerensäure nach oraler Einnahme aus einem Baldrianpräparat resorbiert wird und systemisch verfügbar ist. Die gemessenen Konzentrationen unterschieden sich allerdings deutlich zwischen den einzelnen Personen [7].

Tierexperimentelle Untersuchungen bestätigen die gastrointestinale Aufnahme. Bei Ratten wurde für oral verabreichte Valerensäure eine Bioverfügbarkeit (Anteil einer aufgenommenen Substanz, der dem Organismus zur Verfügung steht) von etwa 34 % ermittelt [8]. Dieser Wert lässt sich jedoch nicht unmittelbar auf den Menschen übertragen.

Für Valepotriate und zahlreiche weitere Baldrianinhaltsstoffe liegen wesentlich weniger pharmakokinetische Daten beim Menschen vor. Aufgrund ihrer chemischen Instabilität können Valepotriate zudem bereits während Verarbeitung, Verdauung und Stoffwechsel in andere Verbindungen übergehen [1, 9].

Transport und Stoffwechsel

Nach der Resorption gelangt Valerensäure in den Blutkreislauf. Der Nachweis im Serum zeigt, dass sie zumindest vorübergehend in unveränderter Form systemisch zirkuliert [7]. Über die Bindung der Valerensäure an bestimmte Plasmaproteine und spezifische Transportmechanismen liegen beim Menschen bislang nur begrenzte Daten vor.

Die Valerensäure wird vergleichsweise rasch aus dem Blut eliminiert. In der Humanstudie betrug ihre mittlere Eliminationshalbwertszeit etwa 1,1 Stunden; noch mindestens fünf Stunden nach der Einnahme waren messbare Konzentrationen vorhanden [7].

Untersuchungen an Leberzellen zeigen zudem, dass Baldrianinhaltsstoffe metabolisch verändert werden können. Beispielsweise kann Acetoxyvalerensäure durch Deacetylierung (Abspaltung einer Acetylgruppe) in Hydroxyvalerensäure umgewandelt werden. Auch Valepotriate wie Valtrat, Isovaltrat und Didrovaltrat werden deutlich metabolisiert [9]. Da diese Ergebnisse überwiegend aus experimentellen Untersuchungen mit tierischen Leberzellen stammen, lässt sich das genaue Ausmaß dieser Stoffwechselwege beim Menschen bislang nicht sicher bestimmen.

Verteilung im Körper

Über die Gewebeverteilung von Baldrianinhaltsstoffen beim Menschen liegen nur wenige direkte Untersuchungen vor. Die im Serum nachweisbare Valerensäure erreicht nach der intestinalen Aufnahme den systemischen Kreislauf und kann grundsätzlich in verschiedene Gewebe verteilt werden [7].

Tierexperimentelle pharmakokinetische Untersuchungen deuten für Valerensäure auf ein relativ großes Verteilungsvolumen hin. Dies könnte für eine ausgeprägtere Verteilung beziehungsweise Bindung in Geweben sprechen [8]. Eine direkte Übertragung dieser Ergebnisse auf den Menschen ist jedoch nur eingeschränkt möglich.

Auch für eine mögliche Verteilung in das zentrale Nervensystem liegen bislang keine ausreichenden pharmakokinetischen Humandaten vor. Die bekannten Effekte von Valerensäure auf GABA-A-Rezeptoren (Rezeptoren für den hemmenden Neurotransmitter Gamma-Aminobuttersäure) liefern pharmakologische Hinweise auf eine Wirkung im zentralen Nervensystem, erlauben jedoch keine quantitative Aussage darüber, welche Konzentrationen im menschlichen Gehirn erreicht werden [1].

Nach Resorption und Verteilung werden Valerensäure und ihre Metaboliten schließlich weiter verstoffwechselt und ausgeschieden. Die genauen Ausscheidungswege und die quantitative Bedeutung einzelner Metaboliten sind beim Menschen bislang weniger gut untersucht als die frühe Aufnahme und Elimination aus dem Blut [7-9].

Fazit

Baldrian (Valeriana officinalis) enthält ein komplexes Gemisch sekundärer Pflanzenstoffe, zu denen insbesondere Valerensäuren, Valepotriate und Bestandteile des ätherischen Öls gehören [1, 3]. Die Valerensäure entsteht in der Pflanze über den Sesquiterpenstoffwechsel aus Farnesyldiphosphat und mehreren enzymatisch gebildeten Zwischenstufen [5, 6].

Nach oraler Einnahme wird Valerensäure beim Menschen resorbiert und ist im Serum nachweisbar. Maximale Konzentrationen werden ungefähr ein bis zwei Stunden nach der Einnahme erreicht; anschließend erfolgt eine vergleichsweise rasche Elimination [7]. Über die genaue Gewebeverteilung sowie die Pharmakokinetik vieler weiterer Baldrianinhaltsstoffe liegen dagegen bislang deutlich weniger Humandaten vor.

Literatur

1. Orhan IE. A Review Focused on Molecular Mechanisms of Anxiolytic Effect of Valerina officinalis L. in Connection with Its Phytochemistry through in vitro/in vivo Studies. Curr Pharm Des. 2021;27(28):3084-3090. doi: 10.2174/1381612827666210119105254.
2. European Medicines Agency, Committee on Herbal Medicinal Products. European Union herbal monograph on Valeriana officinalis L., radix. EMA/HMPC/150848/2015. Amsterdam: European Medicines Agency; 2016.
3. Shi DQ, Liu JJ, Feng YM, Zhou Y, Liao CC, Liu D, Li RT, Li HM. Iridoids and sesquiterpenoids from Valeriana officinalis and their bioactivities. Phytochemistry. 2023 Jan;205:113478. doi: 10.1016/j.phytochem.2022.113478.
4. Bos R, Woerdenbag HJ, van Putten FM, Hendriks H, Scheffer JJ. Seasonal variation of the essential oil, valerenic acid and derivatives, and velopotriates in Valeriana officinalis roots and rhizomes, and the selection of plants suitable for phytomedicines. Planta Med. 1998 Mar;64(2):143-7. doi: 10.1055/s-2006-957392.
5. Pyle BW, Tran HT, Pickel B, Haslam TM, Gao Z, MacNevin G, Vederas JC, Kim SU, Ro DK. Enzymatic synthesis of valerena-4,7(11)-diene by a unique sesquiterpene synthase from the valerian plant (Valeriana officinalis). FEBS J. 2012 Sep;279(17):3136-46. doi: 10.1111/j.1742-4658.2012.08692.x.
6. Wong J, d'Espaux L, Dev I, van der Horst C, Keasling J. De novo synthesis of the sedative valerenic acid in Saccharomyces cerevisiae. Metab Eng. 2018 May;47:94-101. doi: 10.1016/j.ymben.2018.03.005.
7. Anderson GD, Elmer GW, Kantor ED, Templeton IE, Vitiello MV. Pharmacokinetics of valerenic acid after administration of valerian in healthy subjects. Phytother Res. 2005 Sep;19(9):801-3. doi: 10.1002/ptr.1742.
8. Sampath C, Haug K, Thanei S, Hamburger M, Derendorf H, Frye R, Butterweck V. Pharmacokinetics of valerenic acid in rats after intravenous and oral administrations. Planta Med. 2012 Apr;78(6):575-81. doi: 10.1055/s-0031-1298301.
9. Simmen U, Saladin C, Kaufmann P, Poddar M, Wallimann C, Schaffner W. Preserved pharmacological activity of hepatocytes-treated extracts of valerian and St. John's wort. Planta Med. 2005 Jul;71(7):592-8. doi: 10.1055/s-2005-871262.