Ätherische Zitrusöle in der Aromatherapie: Therapeutische Wirkungen und Mechanismen

Schlüsselwörter:Ätherische Zitrusöle; Aromatherapie; natürliche aromatische Verbindungen;therapeutische Wirkungen vonZitrus-EOs; Charakterisierung von Zitrus-EOs

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1. Einleitung

Zitrusfrüchte sind eine der am häufigsten vorkommenden Früchte der Welt und enthalten erhebliche Mengen an nützlichen Sekundärmetaboliten [1]. Unter ihnen sind ätherische Zitrusöle (EOs) wichtige Sekundärmetaboliten; Dabei handelt es sich in der Regel um aromatische Verbindungen, die in Öldrüsen in Blüten, Blättern und Fruchtschalen vorkommen. Die meisten EOs von Zitrusfrüchten werden jedoch aus Fruchtschalen, d. h. Fruchtschalen, oder Flavedo (grüner Teil) und Albedo (weißer Teil) gewonnen. Diese Zitrus-EOs enthalten 85–99 Prozent flüchtige und 1–15 Prozent nichtflüchtige Bestandteile [2] und ihr Gehalt sowie ihre chemische Zusammensetzung hängen von der Art und den Extraktionsmethoden ab [3–5]. Diese flüchtigen Bestandteile enthalten große Mengen an Monoterpen-Kohlenwasserstoffen (70–95 Prozent) und D-Limonen, eine gute Quelle für Antioxidantien, in allen gemeldeten Orangenarten [6].

Aromatherapie mit Zitrus-EOs wird seit der Antike als Behandlungsmethode praktiziert. Aromatherapie wird zur Linderung vieler Symptome wie Körperschmerzen, Übelkeit, Erbrechen, Angstzustände, Depressionen, Stress, Schlaflosigkeit usw. eingesetzt [7]. Es wurden mehrere wissenschaftliche Berichte über den Einsatz von EOs bei der Behandlung einer Reihe medizinischer Probleme veröffentlicht, darunter Bluthochdruck, Hypotonie, kognitive Dysfunktion [8–12], physischer und psychischer Stress sowie Erschöpfung [13]. EOs werden aus Pflanzen gewonnen und in der Aromatherapie kontrolliert und mit wenigen oder keinen Nebenwirkungen eingesetzt. Derzeit erfreuen sich EOs großer Beliebtheit als sichere und natürliche Wirkstoffe mit medizinischen und therapeutischen Eigenschaften und wurden von der US-amerikanischen Food and Drug Administration (FDA) zugelassen.

Zitrus-EOs sind duftende, flüchtige Moleküle, die beim Einatmen die hämodynamischen Parameter oder den Blutfluss im Körper verändern können, indem sie die Durchblutung des autonomen Nervensystems steuern. Zitrus-EOs wurden auch auf ihre antimikrobielle [14] und antioxidative Wirkung [15,16] untersucht. Viele Zitrus-EOs wie Orange [17] und Bitterorange [18,19] haben anxiolytische, antidepressive, antikonvulsive, analgetische und beruhigende Wirkungen gezeigt und beeinflussen das gesamte emotionale Verhalten. Zu den Hauptbestandteilen der Zitrus-EOs gehören bioaktive Verbindungen wie Monoterpene und ihre Derivate, Aldehyde, Ketone, Ester, Alkohole, Limonen, -Pinen und -Terpinen [20].

Globale Produktion und Konsum von Zitrusfrüchten

Naturprodukte erfreuen sich aufgrund ihres Nährwerts und ihrer geringen oder keinen Nebenwirkungen weltweit großer Beliebtheit. Die Nachfrage nach Zitrus-EOs ist kontinuierlich gestiegen, um qualitativ hochwertigere Nutrazeutika, Lebensmittel und Getränke, Backwaren, natürliche Konservierungsmittel für Gemüse, Fleisch und Fisch, Pharmazeutika, Aromatherapie, Parfüme, Toilettenartikel und Körperpflegeprodukte sowie Zutaten für Kräutertees und kosmetische Zutaten herzustellen usw. [21]. Die wichtigsten Zitrusanbauländer, die Klimaverträglichkeit und die jährliche Produktion der verschiedenen Zitrusfrüchte in verschiedenen geografischen Regionen sind in Abbildung S1 (Ergänzungsmaterialien) dargestellt. Der weltweite Markt für Zitrus-EOs belief sich im Jahr 2018 auf 6,31 Milliarden US-Dollar und wird bis zum Jahr 2025 voraussichtlich um 6,5 Prozent wachsen. Schätzungen zufolge wird der Markt bis zum Jahr 2028 auf 9,43 Milliarden US-Dollar anwachsen [22,23]. ]. Die Marktaufteilung ätherischer Zitrusöle und der globale Markt für Zitrus-EOs basierend auf ihren Hauptanwendungen (in Prozent; bis zum Jahr 2018) sind in Abbildung S2 (Ergänzungsmaterialien) dargestellt.

Der weltweite Zitrusölmarkt nach Anwendung (bis zum Jahr 2018) [22,24] und die Marktwertprognose für EO für Zitrusfrüchte [25] sind in Abbildung S3a,b (Ergänzungsmaterialien) dargestellt. Der Markt für aus Zitrusfrüchten gewonnene EOs (Datenjahr 2020) und sein für das Jahrzehnt prognostizierter Marktwert sind auf der Weltkarte in Abbildung 1 dargestellt. Viele Länder im asiatisch-pazifischen Raum haben aufgrund ihrer Verwendung eine hohe Nachfrage nach EOs aus Zitrusfrüchten in verschiedenen Lebensmitteln und Getränken, kosmetischen Präparaten und Therapeutika. Ebenso wird erwartet, dass die Nachfrage in Europa und den USA aufgrund ihrer stärkeren Verwendung in der Lebensmittel- und Getränkeindustrie und der erheblichen Verwendung dieser Produkte in Aromatherapien steigen wird. Darüber hinaus werden Zitrus-EOs auch zu einem bevorzugten Inhaltsstoff in grünen Repellentien und Pestiziden gegen Insekten und Schädlinge [26].

Abbildung 1. Markt für aus Zitrusfrüchten gewonnene ätherische Öle, (2020) (Hinweis: Das Balkendiagramm wurde für die wichtigsten Import- und Exportländer erstellt; die Karte wurde mit ArcGIS 10.8.1 mit UTM-Projektion unter Verwendung des WGS84-Datums erstellt) [24]

2. Extraktions-, Charakterisierungs- und Authentifizierungsmethoden für Zitrus-EOs

EOs sind in den Öldrüsen in der Schale und der Kutikula der Schale oder Fruchtwand von Zitrusfrüchten vorhanden. Die EOs werden freigesetzt, wenn Ölsäcke bei der Saftgewinnung zerdrückt werden oder unter Druck beim Kaltpressen der Schalenabfälle. Der Hauptbestandteil der EOs ist D-Limonen [14,20]. Kaltpressen ist eine traditionelle Methode zur Gewinnung ätherischer Öle und das Ergebnis ist eine wässrige Emulsion. Letzteres wird zentrifugiert, um die EOs zu gewinnen [27]. Alternativ erfolgt die Extraktion von EOs auch mittels Stream-Stripping- und Destillationsverfahren. Diese Methoden haben sich als wirksam und effizient bei der Entfernung von Ölbestandteilen aus ölgemahlenem Schlamm erwiesen. Zu den modernen Methoden gehören Destillationstechniken, z. B. Mikrowellen-Dampfdestillation (MSD), Mikrowellen-Hydrodiffusion und Schwerkraft (MHG) und Instant Controlled Pressure Drop Technique (DIC). Die DIC-Technologie (Instant Controlled Pressure Drop) erleichtert die Extraktion ätherischer Öle sowie die Expansion der Pflanzenmatrix. Dadurch wird die Extraktion des Öls deutlich verbessert. Bei dieser Methode wird für kurze Zeit (~5–60 s) konstant ein hoher Dampfdruck (~0,6–1,0 MPa) angelegt, gefolgt von einem sofortigen Druckabfall in Richtung Vakuum 5 kPa mit einer Rate größer oder gleich 0,5 MPa s−1 . Diese Behandlung führt zu einer schnellen Expansion der Probenmatrix, einer automatischen Verdampfung und einer schnelleren Abkühlung, wodurch die Extraktion flüchtiger Verbindungen und EOs innerhalb von 1–4 Minuten ermöglicht wird. Es wurde beobachtet, dass sich die durch Destillation gewonnenen EOs aufgrund der Instabilität der Terpenkohlenwasserstoffe, z. B. D-Limonen, leicht verschlechtern und einen unangenehmen Geruch entwickeln [28]. Die überkritische Fluidextraktion (SFE) ist eine aufstrebende und kostengünstige Technik zur Extraktion und Isolierung von EOs [29]. Mit dieser Methode kann eine effiziente und schnelle Extraktion bei Umgebungstemperaturen ohne Einbeziehung von Reinigungsschritten und ohne schädliche organische Lösungsmittel durchgeführt werden. Kohlendioxid (CO2) wird bei der SFE-Methode aufgrund seiner nicht explosiven und ungiftigen Natur sowie der einfachen Verfügbarkeit verwendet. CO2 kann als ideales Lösungsmittel angesehen werden und kann leicht aus extrahierten Produkten entfernt werden [30,31].

MHG ist eine hocheffiziente Methode, da es den Extraktionsprozess um ein Vielfaches beschleunigt. Darüber hinaus ermöglicht es auch die Rückgewinnung von EOs ohne Änderungen der Ölzusammensetzung. MSD-Techniken haben gegenüber MSD einen Vorteil, da sie unter starken Mikrowellen ein schnelleres Aufbrechen der Zellwand des Pflanzenmaterials bewirken, wodurch das Zellzytoplasma, das Öle enthält, schnell freigesetzt wird. Die wichtigsten Extraktionsmethoden/-techniken zur Gewinnung von Zitrus-EOs sind in Tabelle S1 (Ergänzungsmaterialien) [4] zusammengefasst.

Der Extraktionsprozess ergibt eine Matrix, die eine Mischung aus sekundären Pflanzenstoffen enthält, die einer Trennung, Reinigung und Isolierung unterzogen werden sollten, um einzelne Verbindungen zu erhalten. Citrus EO ist eine komplexe Mischung aus etwa 400 flüchtigen und halbflüchtigen Verbindungen. Säulenchromatographie, Hochgeschwindigkeits-Gegenstromchromatographie (HSCC) und Hochleistungsflüssigkeitschromatographie (HPLC) werden im Allgemeinen unter Verwendung von Lösungsmittelkombinationen wie Hexan:n-Butanol, Ethylacetat:Hexan, Butanol:Wasser, Chloroform:Methanol eingesetzt usw. im grundlegenden Prozess der Reinigung und Trennung von Verbindungen. Die verschiedenen Verbindungen werden mithilfe einer Kombination moderner Instrumente, nämlich UV-sichtbares Licht, Massenspektroskopie und HPLC, nachgewiesen und quantitativ bestimmt. GC und ihre Erweiterungen wie MDGC, enantioselektive Kapillargaschromatographie (eCGC), Ultrahochleistungsflüssigkeitschromatographie usw. werden aufgrund ihrer Flüchtigkeit und Komplexität der meisten natürlichen Öle am häufigsten zur EO-Trennung, Identifizierung und quantitativen Charakterisierung eingesetzt [ 32]

Die Gaschromatographie (GC) ist eine der beliebtesten Methoden zur Charakterisierung einphasiger Dampfproben und eignet sich für Proben mit 2 (molekularer Wasserstoff) bis 1500 Masseneinheiten. Fast alle EOs fallen in diesen Massenbereich. Eine Kombination von GC und MDGC mit anderen Techniken wie Massenspektroskopie (MS) und Raman-Spektroskopie wird eingesetzt, um die Effizienz der Trennleistung der Chromatographie zu verbessern und komplexere Strukturen zu analysieren. Solche gekoppelten Analysen verbessern die Datenqualität und weisen eine gute Trennleistung auf [33]. Durch den Einsatz von zwei oder mehr Techniken lassen sich Verfälschungen in EOs, die aus den Schalen und Abfällen von Zitrusfrüchten gewonnen werden, genauer erkennen [34]. Die Forscher verwendeten Techniken der simultanen Destillation und Extraktion (SDE)-GC-MS und MDGC-MS, um die Enantiomerenverhältnisse der chiralen Verbindungen in den Zitrus-EOs zu untersuchen und zu authentifizieren. Diese Techniken halfen bei der Identifizierung von 67 flüchtigen Verbindungen, darunter Limonen, Terpinen und Linalool als Hauptverbindungen sowie Sabinen, Camphen und Phellandren als sekundäre und chirale aromatische Komponenten in Zitrone und Limette. Eine Kombination aus MDGC und GCC-IRMS wird verwendet, um die Echtheit der aus Neroli (ägyptische Bitterorangen-FL-Blume) und Limette extrahierten EOs zu bestimmen [35]. Eine vergleichende Analyse wurde für Eos auf Kalkbasis (Citrus aurantifolia Swingle und Citrus latifolia Tanaka) nach zwei unterschiedlichen Ansätzen unter Verwendung von MDGC und Gaschromatographie-Verbrennungsisotopenverhältnis-Massenspektrometrie (GC-C-IRMS) durchgeführt. Diese Studie ist die erste, die aus persischem Kalk und Key Lime gewonnenes Eos unterscheidet. Mithilfe von GC-C-IRMS wurde eine Reihe von Komponenten identifiziert, darunter Limonen, Geranial, -Caryophyllen, trans- -Bergamoten und -Pinen sowie Germacren B. MDGC bestimmte die Enantiomerenverteilung von Camphen, Limonen, Linalool, -Phellandren, -Phellandren, -Pinen, Terpinen-4-ol, -Terpineol, Sabinen und -Thujene in Limettenölen. Solche kombinierten Techniken werden auch erfolgreich bei der Untersuchung aromatisierter Getränke auf Zitrusölbasis eingesetzt. Italienischer alkoholischer Sirup wurde durch Vergleich der Kohlenstoffisotopenverhältnisse untersucht, um das Vorhandensein echter kaltgepresster Schalenöle festzustellen. Zu diesem Zweck wurde eine Festphasen-Mikroextraktion durchgeführt, gefolgt von einer GC mit IRMS. Zur Bestimmung der Enantiomerenverteilung der ausgewählten flüchtigen chiralen Proben wurde GC verwendet, während qualitative Analysen der Proben mittels Massenspektrometrie durchgeführt wurden. Die Ergebnisse wurden mittels enantioselektiver Gaschromatographie bestätigt [36].

Für die Fingerabdruckbestimmung von Zitronenöl werden Ultrahochleistungs-Flüssigkeitschromatographie-Flugzeit-Massenspektrometrie (UHPLC-TOF-MS)-Profilierung und 1H-Kernspinresonanz (NMR)-Nahinfrarotspektroskopie eingesetzt [37]. Metabolitenvariationen wurden auch in Zitronenölproben untersucht. Eine solche Analyse besteht in der Duftstoff- und Geschmacksstoffindustrie für Terpenoide, Citronensäure, Bergamotte, Furocumarine, Flavonoide und Fettsäuren in hohem Maße. Die Charakterisierung auf der Grundlage einer quantitativen Analyse der in EOs enthaltenen Substanzen ist ein wichtiger Prozess in der auf ätherischen Ölen basierenden Industrie. Die verschiedenen Methoden/Techniken zur Charakterisierung/Authentifizierung von Zitrus-EOs wurden in Tabelle S2 (Ergänzungsmaterialien) zusammengefasst.

3. Bestandteile von Zitrus-EOs

Zitrusarten sind reich an verschiedenen EOs und enthalten viele chemische Komponenten, die für die Aromatherapie von Interesse sind. Mehrere Inhaltsstoffe, die in Pharmazeutika und Kosmetika verwendet werden, werden aus Zitrus-EOs gewonnen [38–41]. Etwa 400 Verbindungen, die 85–99 Prozent der gesamten Ölfraktion ausmachen, haben flüchtige und halbflüchtige Eigenschaften [38,39,42,43]. Zitrus-EOs können in fünf Hauptklassen eingeteilt werden: Kohlenwasserstoff-Monoterpene, sauerstoffhaltige Monoterpene, Kohlenwasserstoff-Sesquiterpene und sauerstoffhaltige Sesquiterpene. Der Hauptbestandteil von Zitrus-EOS ist Limonen, das in Mengen zwischen 32 und 98 Prozent enthalten ist [44]. Kohlenwasserstoffe, aliphatische Aldehyde sowie sauerstoffhaltige Mono- und Sesquiterpene sind die zweitwichtigsten Verbindungsklassen in Zitrus-EOs, die antioxidative Eigenschaften aufweisen. Mehrere Terpene liegen als funktionalisierte Derivate vor, bei denen es sich um flüchtige Verbindungen handelt, und Flavonoide, Diterpenoide, Sterole, Cumarine und Fettsäuren gehören zu den nichtflüchtigen Verbindungen [45]. Mehrere Studien haben über die chemische Zusammensetzung von EOs berichtet, die aus Zitrusblüten, -blättern und -schalen stammen. Die Zusammensetzung der EOs von Zitrusfrüchten variiert je nach Zitrusart, Herkunft, klimatischen und geografischen Bedingungen, Reifung, Extraktionsmethode usw. [14]. Die molekularen Strukturen der flüchtigen und nichtflüchtigen Verbindungen in Zitrus-EOs sind in Abbildung S4 (Ergänzungsmaterialien) dargestellt. Die Zusammensetzung der aromatherapeutischen Komponenten in den EOs häufiger Zitrusarten [3,14] ist in Abbildung S5 (Ergänzungsmaterialien) zusammengefasst.

4. Aromatherapie: Mechanismen

4.1. Entwicklung der Aromatherapie

Stressbedingungen verändern den Atmungsprozess und eine veränderte Atmung aktiviert das limbische System (Amygdala, Hippocampus und Hypothalamus) im Gehirn und löst psychophysiologische Reaktionen aus. Letzteres kann die emotionalen Reaktionen verändern. Auf diese Weise hängt die Atmung mit dem emotionalen Verhalten und den Gehirnfunktionen zusammen. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass Lungenerkrankungen das Wachstum von Gehirnzellen beeinträchtigen und die Sauerstoffversorgung im Körper und Gehirn verringern, was zu neurophysiologischen und neurologischen Verhaltensstörungen, insbesondere Angstzuständen und Depressionen, führt. Darüber hinaus transportiert der systemische Kreislauf, der Blut mit unzureichender Sauerstoffversorgung führt, auch Lungenentzündungsmediatoren. Letztere lösen adaptive Reaktionen im Gehirn und im Körper aus. Es wurde beobachtet, dass die Anwendung von EOs neuroprotektive und Anti-Aging-Wirkungen sowie eine Linderung von Atemwegsverstopfungen und Schmerzen, Schlaflosigkeit, Angstzuständen, Depressionen, Stress und anderen psychologischen und physiologischen Störungen bewirkt, hauptsächlich aufgrund seiner antioxidativen Eigenschaften [46]. Beim Einatmen können die EOs das Geruchs-, Atmungs- und Magen-Darm-System stimulieren, und die EOs setzen Endorphine frei, um ein Gefühl des Wohlbefindens und eine analgetische Wirkung auszulösen [7]. Es wurde berichtet, dass Zitrus-EOs bei der Behandlung von Schlaflosigkeit sicher und wirksam sind. Darüber hinaus können diese durch ihre kurz- oder langfristige Einnahme die Nebenwirkungen von Medikamenten und Schlafstörungen verringern [47]. Die EOs haben in der klinischen und wissenschaftlichen Forschung Beachtung gefunden, weil sie harmlos sind und keine Nebenwirkungen haben [46]. Es gibt drei Möglichkeiten, wie EOs die Atmungs-, Kreislauf- und Zentralnervensysteme erreichen und direkt darauf wirken können, nämlich (i) Inhalation über die Atemwege; (ii) orale Einnahme in Form von Kapseln, Tropfen oder Nahrung; und (iii) topische Absorption durch die Haut [48].

4.2. Mechanismus

4.2.1. Inhalation

Ein Mensch kann mehr als 10000 Arten von Aromen unterscheiden. Menschen besitzen etwa 400 funktionelle Gene, die für olfaktorische sensorische Neuronen (OSNs) kodieren. Jeder Rezeptor drückt eine spezifische Art der Geruchsstoffaufnahme aus [49,50]. Inhalation ist die schnellste und effektivste Methode, um innerhalb weniger Sekunden Reaktionen im Zentralnervensystem auszulösen. Durch die Inhalation der EO-Moleküle werden aktive flüchtige Verbindungen über (a) den Riechlappen bzw. (b) das Atmungssystem an das Gehirn und das Kreislaufsystem abgegeben. Das Riechsystem beginnt in der Nasenhöhle und führt zum Riechlappen, der sich in der Nähe des Gehirns befindet. Der Riechlappen ist mit mehreren Hirnarealen verbunden, z. B. dem Hypothalamus und dem Hippocampus. Die flüchtigen Moleküle in den Zitrus-EOs dringen durch die Nasenhöhle ein, passieren den Riechlappen, aktivieren die in der Riechschleimhaut vorhandenen sensorischen Neuronen und die Axone der sensorischen Neuronenzellen übermitteln schließlich die Signale an das Zentralnervensystem (ZNS) [ 51–53]. Die „Aktivierung“ ist die Auslösung elektrischer Signale (durch die Duftstoffmoleküle) im Riechlappen. Das Signal wird vom Riechlappen an die Riechrinde weitergeleitet. Die Reize modulieren spezifische physiologische Reaktionen, einschließlich Stimmung und Verhaltenshandlungen (Emotion und Kognition), Hormonproduktion, Regulierung der Körpertemperatur, Verdauungsreaktionen, Gedächtnis, Stressreaktionen, Sedierung, sexuelle Stimulation, Blutdruck, Herzfrequenz usw. [54,55 ]. Es wurde beobachtet, dass bei Verlust des Geruchssinns bei Patienten mit Angstzuständen und Depressionen eingeatmete flüchtige Moleküle über den Gasaustausch über das Kreislaufsystem in die Lunge gelangen und den Heilungsprozess auslösen. Ein weiterer Weg der EOs nach der Inhalation verläuft über das Atmungssystem, wobei ein Gasaustausch über Diffusion in den Blutkreislauf in den Alveolen stattfindet [49]. Es wurde erklärt, dass die Wirkung von EO auf die Gehirnfunktion über drei grundlegende Mechanismen erfolgt: (a) Aktivierung nasaler olfaktorischer Chemorezeptoren, (b) direkte Absorption der aktiven EO-Moleküle in den neuronalen Weg, (c) Absorption aktiver EO-Moleküle in die alveoläre Blutzirkulation.

Die Wege, denen EOs aus Zitrusfrüchten folgen, sind in Abbildung 2 dargestellt.

(a) Aktivierung nasaler olfaktorischer Chemorezeptoren

Dies beinhaltet die Aktivierung nasaler olfaktorischer Chemorezeptoren und die daraus resultierenden Auswirkungen der olfaktorischen Signale auf die jeweiligen Gehirnsegmente. Das EO wandert beim Einatmen durch das Innere des Nasengangs, wo das Endothel in der inneren Auskleidung dünn ist und sich in der Nähe des Gehirns befindet. Daher gelangen die EO-Moleküle leicht in den lokalen Kreislauf und ins Gehirn. Ein bestimmter Geruchsstoff kann einen einzelnen oder eine Reihe von OSN-Rezeptoren aktivieren und ein elektrophysiologisches Signal zur Übertragung an das Gehirn erzeugen. So können verschiedene Gerüche identifiziert und unterschieden werden. Die olfaktorische Epithelschicht wird durch verschiedene Arten von OSNs unterstützt. Ein Geruch wird durch die Aktivierung nasaler olfaktorischer Chemorezeptoren identifiziert. Die Duftstoffmoleküle nähern sich dem Riechepithel und binden an die in den OSNs vorhandenen Dendritenrezeptoren. Dabei wird durch die Induktion eines Aktionspotentials ein elektrophysiologisches Signal erzeugt. Die Axone der OSNs erstrecken sich und konvergieren in der entsprechenden Glomeruluszelle. Letzteres ist mit einer bestimmten Mitral- und Büschelzelle verbunden. Die Signale werden über Dendriten des Glomerulus durch verbundene Mitral- und Büschelzellen und schließlich an die Pyramidenneuronen im olfaktorischen Kortex übertragen. In der Kortexregion stimulieren die übertragenen elektrophysikalischen Signale die Zielregionen im Gehirn zusätzlich [56,57]. Der olfaktorische Kortex des Gehirns ist in weitere kleinere Regionen unterteilt, nämlich den piriformen Kortex, den Tuberculum olfactorius und den entorhinalen Kortex. Jede dieser Regionen projiziert Informationen an die Amygdala (reguliert Aggression, Essen, Trinken und Sexualverhalten), den Hippocampus (reguliert Emotionen, Lernen, Gedächtnis, Geruchsgedächtnis) und den Hypothalamus (reguliert den Blutzuckerspiegel, Salz, Blutdruck und Hormone). ) oder „limbisches System“. Die Geruchssignale werden direkt in den Kortex übertragen und Reaktionen auf die Reize werden in Form von Geruch, Gedächtnis, Emotionen und endokrinen Funktionen ausgedrückt [58].

(b) Direkte Absorption der EO-aktiven Moleküle in den neuronalen Weg

Die in den EOs vorhandenen kleinen und flüchtigen Moleküle können entweder über extrazelluläre oder intrazelluläre Transportmechanismen transportiert werden. Beim intrazellulären Mechanismus passieren die EO-aktiven Moleküle direkt den neuronalen Weg im Riechlappen und werden an das Gehirn weitergeleitet. Die Moleküle binden an die olfaktorische Rezeptoroberfläche der Neuronen und initiieren eine rezeptorvermittelte Endozytose (Zellen nehmen außerhalb des Zellkörpers vorhandene Substanzen auf, indem sie sie in einem Vesikel einschließen, das sich innerhalb der Zelle wieder öffnet und die Substanz zu einem Teil des Zytoplasmas wird). Die im OSN absorbierten Moleküle werden von Endosomen entlang der Axone zum Riechkolben transportiert. Beim extrazellulären Transportmechanismus passieren die EO-aktiven Moleküle den parazellulären Spalt zwischen dem OSN und den Stützzellen und gelangen durch Bewegung in der Flüssigkeit in die Lamina propria (Bindegewebe). Von der Lamina propria aus werden die EO-aktiven Moleküle entlang der Axone weiter in den Perineuralraum transportiert und gelangen schließlich zum Gehirnparenchym. Schließlich dringen die EO-aktiven Moleküle durch die Blut-Hirn-Schranke und die Blut-Liquor-Schranke ein und breiten sich in verschiedenen Regionen des Gehirns aus. Die EO-aktiven Moleküle interagieren nun mit den Neurotransmitterrezeptoren, nämlich TRP-Kanalproteinen (Transient Receptor Potential), Glutamat und -Aminobuttersäure (GABA), 5-Hydroxytryptamin (5-HT) und Dopamin (DA) und erzeugen anxiolytische und antidepressive Wirkungen [58].

(c) Absorption von EO-aktiven Molekülen im alveolären Blutkreislauf

Die EO-Dampfmoleküle wandern beim Einatmen in die Lunge und haben eine sofortige und lindernde Wirkung auf Atembeschwerden, die bei Erkältung und Stauung auftreten. Die im eingeatmeten Dampf vorhandenen EO-aktiven Moleküle passieren die Atemwege, gelangen in die Lunge und erreichen die Alveolarsäcke, wo der Gasaustausch zwischen den Zellen der Alveolen und den Blutzellen in den Kapillaren stattfindet. Gleichzeitig werden einige Moleküle auch von der inneren Schleimhaut der Atemwege, Bronchien und Bronchiolen aufgenommen. Durch tiefes Atmen erhöht sich tendenziell die Menge aller EO-Komponenten, die auf diesem Weg vom Körper aufgenommen werden. EO-aktive Moleküle gelangen in den neuronalen Weg und die Absorption der EO-aktiven Moleküle im alveolären Blutkreislauf ist in Abbildung 3 dargestellt.

Abbildung 3. Inhalation der Zitrus-EOs und Abgabe der Reaktion an das Zentralnervensystem über den Riechlappen sowie das Atmungs- und Kreislaufsystem. a) Aktivierung der nasalen olfaktorischen Chemorezeptoren (b) Direkte Absorption der EO-aktiven Moleküle in den neuronalen Signalweg (c) Absorption der EO-aktiven Moleküle im alveolären Blutkreislauf.

Die löslichen Moleküle im EO-Dampf, der mit der eingeatmeten Luft transportiert wird, können die Luft-Blut-Schranke überwinden. Ein Großteil der EO-Komponenten ist lipophiler und hydrophober Natur (lipidlösliche Terpenfamilie). Lipophile EO-Komponenten können die Blut-Hirn-Schranke überwinden und zum ZNS transportieren [58]. Es wurde erklärt, dass die EO-Wirkung in der Aromatherapie durch den Inhalationsprozess auf die Gehirnfunktion über drei grundlegende Mechanismen erfolgt, nämlich die Aktivierung nasaler olfaktorischer Chemorezeptoren und direkte Absorption der aktiven Moleküle. Es ist bekannt, dass Aromatherapie die Stimmung und bestimmte leichte Symptome stressbedingter Störungen wie Angstzustände, Depressionen, Appetitlosigkeit, Konzentrationsverlust und chronische Schmerzen verbessert. Die Vorteile der Aromatherapie wurden sowohl durch die physiologischen als auch psychologischen Auswirkungen beim Einatmen flüchtiger EO-Komponenten nachgewiesen. Die aktiven EO-Komponenten wirken über das limbische System, nämlich den Hippocampus, den Hypothalamus und den pyriformen Kortex.

4.2.2. Oralaufnahme

Zitrusfrüchte und ihr Saft sind seit der Antike in tropischen und subtropischen Ländern ein wichtiges Heilmittel gegen Bauchprobleme und werden neben ihrer Verwendung in Lebensmitteln, Bäckereien und Süßwaren auch verwendet. Aufgrund der Duft- und Frischewirkung ihrer aromatischen flüchtigen Bestandteile werden die Limettenfrüchte zur Herstellung von geruchshemmenden Mitteln verwendet. Ätherische Bergamottenöle werden in der pharmazeutischen Industrie verwendet, um unangenehme Gerüche von Arzneimitteln zu absorbieren und antiseptische und antibakterielle Eigenschaften zu verleihen. Darüber hinaus wird der Saft Trinkwasser sowie alkoholischen und alkoholfreien Getränken zugesetzt, um den Geschmack und die Antioxidantien zu verstärken. Der charakteristische Geschmack von Zitrusölen ist hauptsächlich auf das Vorhandensein bestimmter Bestandteile zurückzuführen, nämlich Linalool, Citral und Linalylacetat [59]. Allerdings erwiesen sich die in der EO-Zusammensetzung enthaltenen Limonene und Pinene als nicht besonders beliebt. Darüber hinaus sind sie relativ instabile Verbindungen und zersetzen sich, wenn sie Hitze und Licht ausgesetzt werden. Sie werden aus dem Öl entfernt, um die Lebensdauer der Produkte zu verlängern [59,60]. Die Wurzeln der Linde werden in der traditionellen Medizin als fiebersenkendes und fiebersenkendes Mittel verwendet. Die Rinde des Zitronenbaums wird oft in Wasser gekocht, um einen Sud zu erhalten und als Heilmittel gegen Gonorrhoe und damit verbundene Erkrankungen eingenommen. Bei vielen Stammesvölkern werden die Wurzeln der Pflanze getrocknet und gekaut, um Kopfschmerzen zu lindern und eine wurmlösende Wirkung auf Magen und Darm zu haben. Die Zitrus-EO-Komponenten haben bei oraler Einnahme aufgrund ihrer antiviralen, antiseptischen, antimikrobiellen, adstringierenden, stärkenden, stimulierenden und antioxidativen Eigenschaften mehrere Vorteile [12,46,48,61–65].

Bergamotte EO besitzt einen bitter-aromatischen Geschmack und ein charakteristisches angenehmes Aroma. In vielen Ländern ist es ein beliebtes Arzneibuch. Es wurde auch wegen seiner hypolipämischen und hypoglykämischen Wirkung sowie seiner entzündungshemmenden und krebsbekämpfenden Eigenschaften berichtet [66–70]. In der Volksmedizin vieler Länder wird es häufig bei Fieber und parasitären Erkrankungen eingesetzt. Aufgrund seiner signifikanten antimikrobiellen Eigenschaften hat es sich bei der Behandlung von Infektionen im Mund, der Haut, den Atemwegen und Harnwegen, Gonokokkeninfektionen, Leukorrhoe, vaginalem Pruritus, Mandelentzündung und Halsschmerzen als nützlich erwiesen [71]. Es wurde beobachtet, dass BEO und Dämpfe eine Resistenz gegen häufige, durch Lebensmittel übertragene Krankheitserreger aufweisen. Die EO-Komponente Linalool gilt als die wirksamste antibakterielle Komponente [72]. BEO wurde auch wegen seiner antibakteriellen und antimykotischen Wirkung gegen mehrere Mikrobenstämme wie Campylobacter jejuni, Escherichia coli O157, Listeriamono-Zytogenese, Bacillus cereus, Staphylococcus aureus, Dermatophyten und durch Candida-Arten verursachte Infektionen beschrieben [73–75]. Es wurde berichtet, dass BEO-inkorporierte Chitosan-basierte Filme mit Konzentrationen von 0,5, 1, 2 und 3 Gewichtsprozent eine signifikante dosisabhängige Hemmwirkung gegen Penicillium italicum zeigen [76].

Bergamotte (5-geranoxypsoralen), ein wichtiger Bestandteil des Eos, ist ein natürliches Furanocumarin. Es kann aus dem Fruchtfleisch von Pampelmusen und Grapefruits sowie aus der Schale und dem Fruchtfleisch von Bergamottenorangen gewonnen werden. In experimentellen Studien an Meerschweinchen wurde festgestellt, dass es die elektrokardiographischen Veränderungen deutlich verringert. Letzteres ist typisch für durch Pressen hervorgerufene Koronararterienkrämpfe und Herzrhythmusstörungen. Es wurde auch festgestellt, dass Bergamottin die Ouabain-Dosis erhöht, die erforderlich ist, um ventrikuläre Extrasystolen, ventrikuläre Tachyarrhythmien und den Tod auszulösen. Die experimentellen Studien legen nahe, dass Bergamotte potenziell antianginöse und antiarrhythmische Eigenschaften besitzt [77]. In einem anderen experimentellen Modell der Angioplastie bei Ratten wurde beobachtet, dass eine Vorbehandlung mit einer flüchtigen Fraktion von Bergamotte-EO in dosisabhängiger Weise die Neointima-Proliferation zusammen mit der Bildung freier Radikale und der LOX-1-Expression verringert. Es ist bekannt, dass der Lektin-ähnliche Oxy-LDL-Rezeptor -1 (LOX-1) an der Proliferation glatter Muskelzellen und der Neo-Intima-Bildung in verletzten Blutgefäßen beteiligt ist [66]. Darüber hinaus wurde auch beobachtet, dass das Bergamotte-EO eine Gefäßrelaxation der Mausaorta induziert, indem es K-Plus-Kanäle aktiviert und den Ca2-Plus-Einstrom hemmt [78]. Letzteres moduliert den intrazellulären Ca2-Plus-Spiegel in vaskulären Endothelzellen und glatten Muskelzellen unterschiedlich [79]. Diese Forschungsergebnisse deuten insgesamt darauf hin, dass Bergamotte-EO potenziell als gefäßerweiterndes Mittel bei Herz-Kreislauf-Erkrankungen wirkt. Es wurde beobachtet, dass Zitrus-EOs bei oraler Verabreichung bei der Behandlung von Angstzuständen von Nutzen sind [80].

Die EOs aus Zitrusfrüchten unterliegen nach der Aufnahme im Verdauungssystem einer erheblichen Biotransformation, die nachweislich ihre Auswirkungen auf die Gesundheit verändert. Bei oraler Einnahme gelangen die EOs in das Verdauungssystem und ihre Bestandteile entfalten ein breites Wirkungsspektrum. Es wurde beobachtet, dass vor allem die Monoterpenoide D-Limonen, Carvon, cis- und trans-Carveol (CAR), Perillylalkohol (POH) und Geraniol die Karzinogenese exogener Substanzen lindern. Es wurde festgestellt, dass andere EO-Komponenten wie Linalool und Citral zusammen mit Carvon und Geraniol antimikrobielle Aktivitäten im Verdauungssystem verleihen. Die antimikrobiellen Eigenschaften der Zitrus-EOs werden auf das Vorhandensein reichlicher Mengen an Limonen und Flavonoiden in ihrer Zusammensetzung zurückgeführt [81]. Leber-CYPs (Cytochrom P450) wandeln Limonen in eine Vielzahl von Produkten um. Die CYPs wirken auf verschiedene Arten von Substraten oder Zielmolekülen, und es wurde beobachtet, dass mehr als ein P450 auf denselben Substrattyp wirken kann, wodurch mehrere Produkte aus demselben Substrat entstehen. Beim Menschen erfolgt die Biotransformation von Limonen über vier Wege, nämlich die Oxidation endo- und exozyklischer Doppelbindungen, die Oxidation der Methylseitenkette und die allylische Oxidation des C6--Rings [82]. Die Oxidation der im Limonenmolekül vorhandenen exocyclischen Doppelbindung erzeugt Limonen (LMN)-8,9-OH, während die anderen drei Wege Perillylalkohol (POH), Periodsäure (PA) und cis erzeugen - und Trans-Carveol (CAR).

Die Biotransformation von -Pinen, dem zweiten Hauptbestandteil von Zitrus-EOs, erzeugt Myrtenol, cis- und trans-Verbenol. Darüber hinaus wird Pflege in Caren-10-ol, Caren-10-carbonsäure und Caren-3,4-diol umgewandelt [82]. Die Biotransformation der Zitrus-EOs verändert deren Bioverfügbarkeit. Beispielsweise wird der Hauptbestandteil der Zitrusfrucht Eos, Limonen, leicht aus dem Verdauungstrakt ins Blut aufgenommen. Es wird berichtet, dass das d-Limonen (markiert mit einer radioaktiven Substanz) in 1,{{10}} Stunden in der Leber absorbiert wird, mit einer Spitzenkonzentration von 45,1 dpm (Zerfall pro Minute)/mg. Innerhalb der nächsten 1,0 Stunden wurde festgestellt, dass die Spitzenkonzentration des markierten D-Limonens in den Nebennieren und in der Niere 77,3 bzw. 21,8 dpm/mg betrug [83]. Die Biotransformation von Limonen ist ein schneller Prozess und die Konzentration von Limonen und seinen Metaboliten wird innerhalb von 24 Stunden nach der Einnahme (orale Einnahme) nicht mehr nachweisbar. Die Produkte der Biotransformation von Limonen (in Zitrus-EOs) werden nach oraler Einnahme über Urin (~60 Prozent), Kot und Atem aus dem Körper ausgeschieden [83].

Die Produkte der Zitrus-EOs zeigen nach der Biotransformation bestimmte gesundheitsfördernde Wirkungen. Es wurde beobachtet, dass Perillylalkohol die Inzidenz und Diversität von koloninvasiven Adenokarzinomen bei Ratten verringert (induziert durch die Injektion des Karzinogens Methoxymethan (oder Azoxymethan (AOM)). Darüber hinaus wurde festgestellt, dass Perillylalkohol im Vergleich zu Limonen im Hinblick auf den Chemoprotektionseffekt wirksamer ist bösartiger Krebs [84]. Der Metabolismus von D-Limonen und -Pinen in der Leber und die Absorption von Citrus-EO-Bestandteilen in das Kreislaufsystem durch die Darmzotten ist in Abbildung 4 dargestellt. Die Mechanismen des Magenschutzes, der Krebsbekämpfung und der Anti- Die tumorhemmenden, entzündungshemmenden, antimikrobiellen und lipolytischen Wirkungen der Zitrus-EO-Komponenten sind in Abbildung 5 zusammengefasst.

Abbildung 4: Katabolismus von Lizenz und Tobinen in der Leber, Aufnahme von EO-Bestandteilen aus Zitrusfrüchten in das Kreislaufsystem durch die Darmzotten

Abbildung 5: Mechanismen der gastroprotektiven, krebshemmenden, tumorhemmenden, mikrobiellen und lipolytischen Wirkung von E0-Komponenten aus Zitrusfrüchten. Caspase (wichtiges Apoptose-induzierendes Protein) (85-2). Abkürzungen; PPAR-: (Peroxisom-Proliferator-aktivierter Rezeptor Alpha), bd 2 (B-Zell-Lymphom-Protein 2)Bax bcl 2-assoziiertes X),NF-KB Nuclear Factor-B), LXR- (Leber-X-Rezeptor Beta) , TGS LDL. ([Riglyceride 8 Lipoproteine ​​niedriger Dichte),FBC (Nüchternblutzucker),ROS (Reaktive Sauerstoffspezies), TNF-a (Tumornekrosefaktor-Alpha), ILs (Interleukine), ATP (Adenosintriphosphat).

Der Mechanismus der Chemoprotektion durch Monoterpene wurde durch mehrere Hypothesen erklärt, nämlich G1-Blockade, Induktion von Zellapoptose oder Zelltod, Verschlimmerung des Stresszustands im endoplasmatischen Retikulum und Veränderung des Mevalonat-Stoffwechselwegs. Es wird angenommen, dass Perillylalkohol hauptsächlich die Modifikation von Ras-Onkoproteinen blockiert; hemmen Farnesyl-Protein-Transferase (FPTase) und Geranylgeranyl-Protein-Transferasen (GGPTasen), während andere Metaboliten der Limonen-Biotransformation, nämlich cis- und trans-Carveol (CAR), eine entzündungshemmende Aktivität induzieren, indem sie die Bildung von Superoxiddismutase (SOD) unterdrücken. und Stickoxid- und NF-κB-Signalweg. Darüber hinaus wurde beobachtet, dass Myrtenol sowie cis- und trans-Verbenol (Produkte der Pinen-Biotransformation) gastroprotektive und antiischämische Wirkungen hervorrufen [82,93].

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