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Mineralstoffe

Abstract

Mineralstoffe sind essentielle Nahrungsbestandteile, müssen also mit der Nahrung zugeführt werden und erfüllen wichtige Funktionen im menschlichen Organismus. Man unterscheidet bei den Mineralstoffen die Mengenelemente von den Spurenelementen: Mengenelemente (bspw. Natrium, Kalium, Calcium) kommen im Organismus in einer Konzentration von über 50 mg/kg Körpergewicht vor, während die Konzentration der Spurenelemente (bspw. Eisen, Iod, Kupfer) 50 mg/kg Körpergewicht nicht übersteigt.

Die Spurenelemente erfüllen jeweils sehr spezifische Funktionen. Zumeist sind sie Bestandteil von Proteinen und dienen häufig als Cofaktoren von Enzymen (ähnlich wie Vitamine). Eisen bspw. ist Bestandteil des Häms und in dieser Form das wichtigste Speicher- und Transportmedium für Sauerstoff; Kupfer ist Cofaktor zahlreicher Redox-Enzyme und Iod wichtiger Bestandteil der Schilddrüsenhormone.

Werden Spurenelemente nicht adäquat mit der Nahrung zugeführt, oder bestehen Resorptionsstörungen, kommt es zu Mangelerscheinungen. Sehr häufig ist bspw. ein Eisenmangel, der sich in einer mikrozytären, hypochromen Anämie äußert, oder ein Iodmangel, der zur Bildung einer Struma (umgangssprachlich: „Kropf“) führt.

Allgemeines und Übersichtstabelle

  • Spurenelemente: Mineralstoffe, deren Konzentration im Körper unter 50 mg/kg Körpergewicht liegt. Bspw. Eisen, Kupfer, Zink, Iod und Selen
  • Mengenelemente: Mineralstoffe, die im Körper in einer Konzentration über 50 mg/kg Körpergewicht vorliegen. Bspw. Calcium, Natrium, Kalium, Magnesium, Phosphor, Chlor und Schwefel
Spurenelement Funktion Mangelerscheinungen
Eisen
Kupfer
Zink
  • Wundheilungsstörungen
Iod
  • Iodmangelstruma
Selen

Die Superoxid-Dismutase ist sowohl Kupfer- als auch Zink-haltig!

Eisen

Eisen (Fe2+, Fe3+) ist das häufigste Spurenelement im menschlichen Organismus. Es kann im Gegensatz zu anderen Metallionen nicht nur mit Anionen, sondern auch mit neutralen Molekülen (z.B. O2) reagieren. Eisen wird damit als Cofaktor der Häm-haltigen Enzyme und Proteine zum wichtigsten Transport- und Speichermedium für Sauerstoff.

Allgemeines

Reduzierende und antioxidative Substanzen (wie z.B. Ascorbinsäure) erleichtern die Resorption des Eisens, Komplexbildner (wie z.B. Gerbstoffe in Tee und Kaffee) behindern sie.

Resorption und Transport

Der Großteil des Plasmaeisens (etwa 80%) gelangt ins Knochenmark und wird dort direkt ins Häm eingebaut!

Eisenspeicherung und -ausscheidung

Nach Freisetzung aus dem Transferrin wird Eisen entweder gleich in Proteine und Enzyme eingebaut oder als Ferritin gespeichert. Eine weitere, seltenere Speicherform des Eisens ist das Hämosiderin.

Hämosiderin wird zwar zu den Eisenspeicherformen gezählt, tatsächlich scheint es sich aber eher um ein Abbauprodukt von z.B. Hämoglobin zu handeln. Das erklärt auch, warum sich das Hämosiderin-Eisen so schlecht mobilisieren lässt!

Frauen sind deutlich häufiger von Eisenmangel betroffen als Männer: Bei der Menstruation gehen etwa 10-15mg Eisen zusätzlich verloren, dies kann jedoch im Normalfall problemlos durch eine erhöhte Eisenresorption ausgeglichen werden. In der Schwangerschaft bleibt die Menstruationsblutung zwar aus, der Eisenbedarf steigt aber aufgrund der vermehrten Blutbildung auf etwa das Doppelte an.

Laborwert Ferritin
Ein Teil des Ferritins wird nicht in den Zellen gespeichert, sondern an das Plasma abgegeben. Dieser Teil ist proportional zum Gesamt-Ferritingehalt. Das Plasmaferritin stellt damit einen Indikator für die Eisenreserven des Organismus dar (siehe auch "Laborparameter des Eisenstoffwechsels").

Eisenmangel
Eisenmangel ist die weltweit häufigste Mangelerkrankung des Menschen. Die Ursachen für den Mangelzustand können sehr unterschiedlich sein, wobei verstärkte Menstruationsblutungen, Schwangerschaft und Mangelernährung die häufigsten Gründe darstellen. Klinisch macht sich ein Eisenmangel durch eine Eisenmangelanämie (mikrozytär, hypochrom) bemerkbar. Außerdem geht er mit spezifischen Veränderungen (Mundwinkelrhagaden, Nagel- und Haarveränderungen) einher.

Herzfehlerzellen
Hämosiderin findet sich besonders häufig in Makrophagen und meistens dort, wo Blut ins Gewebe getreten ist. Bei der Linksherzinsuffizienz kommt es beispielsweise zu einem Rückstau von Blut in die Lungen. Die dort ansässigen Alveolarmakrophagen phagozytieren die pathologisch ausgetretenen Erythrozyten und verdauen sie. Als Verdauungsprodukt bleibt das Hämosiderin zurück, welches sich in der Berliner-Blau-Färbung darstellen lässt. Diese Makrophagen bezeichnet man dann als Herzfehlerzellen.

Funktion

Eisen ist das Zentralatom des Häms und damit wichtiger Cofaktor der Häm-haltigen Enzyme und Proteine. Es gibt jedoch auch Nicht-Häm-Enzyme, die auf Eisen als Cofaktor angewiesen sind.

Regulation des Eisenstoffwechsels

Die zytosolische Aconitase darf nicht mit der mitochondrialen Aconitase, die ein Enzym des Citratzyklus ist, verwechselt werden!

Kupfer

Kupfer- und Eisenstoffwechsel stehen in engem Zusammenhang - Kupfer wird sowohl für die Eisenresorption als auch für die physiologische Verwertung des Eisens (z.B. Einbau in das Häm) benötigt.

Morbus Wilson
Der Morbus Wilson ist eine vererbbare Erkrankung, bei der durch eine Mutation des Wilson-Proteins die Ausscheidung des Kupfers über die Galle gestört ist. Als Folge lagert sich das Kupfer in der Leber ab. Außerdem wird überschüssiges Kupfer in Form von freiem Kupfer ans Blut abgegeben und gelangt somit auch in alle anderen Organe. Auch in der Kornea finden sich diese Ablagerungen. Diese sind von besonderer diagnostischer Bedeutung, da sie als pathognomonischer „Kayser-Fleischer-Ring“ sichtbar werden. Unbehandelt kommt es zu Leberentzündung (Hepatitis) sowie im Endstadium zur Leberzirrhose. Außerdem kann das Kupfer im Blut direkt toxisch wirken und bspw. hämolytische Anämien auslösen. Therapeutisch werden Chelatbildner eingesetzt, die Kupfer binden und seine Ausscheidung über die Nieren fördern.

Zink

  • Bedarf: ca. 10–15 mg pro Tag
  • Menge und Verteilung im Organismus
    • Menge: ca. 2–3 g
    • Verteilung: 99% intrazellulär
  • Zink in der Nahrung
    • Quellen: Innereien, Fisch, Meeresfrüchte, rotes Fleisch, Weizen
  • Resorption und Transport
    • Aufnahme im Darm: Über einen energieabhängigen Zink-Transporter
    • Transport im Blut: Gebunden an Albumin
    • Aufnahme in die Zielzellen: Über spezifische Zinktransporter (ZnT)
  • Ausscheidung: Über Galle und Pankreassekret mit den Fäzes
  • Funktion

Zink kann im Körper nicht gespeichert werden!

Zinkmangel, Acrodermatitis enteropathica
Ein Zinkmangel kann akut bei Infektionen, Entzündungen und Stresssituationen auftreten, chronisch bspw. durch Ernährungsfehler oder Leberzirrhose. Führendes Symptom sind Wundheilungsstörungen, da Zink eine wichtige Rolle im Verhornungsprozess der Haut und der Produktion von Bindegewebe spielt. Neben diesem erworbenen Zinkmangel kommt auch - sehr selten - angeborener Zinkmangel vor: Bei der sogenannten Acrodermatitis enteropathica liegt ein Defekt des Zink-Ionen-Transportergens vor, was zu Resorptionsstörungen führt. Die Krankheit manifestiert sich bereits im Säuglingsalter, neben Wundheilungsstörungen kommt es hier auch zu chronischen Durchfällen mit Gedeihstörung und krustig-blasigen Hauterscheinungen. Die Therapie besteht in einer lebenslangen Zink-Substitution.

Iod

Struma durch Iodmangel
Iodmangel resultiert meist aus einer mangelnden Zufuhr mit der Nahrung und führt zu einer verminderten Synthese der Schilddrüsenhormone (Hypothyreose). Der Körper reagiert darauf mit einer erhöhten Ausschüttung von TSH (Thyreoid-stimulierendes-Hormon), wodurch sich das Gewebe vermehrt, was als "Struma" (oder umgangssprachlich: Kropf) sichtbar wird. Weitere Symptome sind Störungen des Wachstums und der Intellektentwicklung.

Selen

  • Bedarf: Ca 0,1 mg pro Tag
  • Menge im Organismus: Ca. 3–15mg
  • Selen in der Nahrung
    • Quellen: Fisch, Fleisch, Leber, Getreide u.a.
  • Resorption und Transport
  • Ausscheidung: Mit Urin, Fäzes und Atemluft
  • Funktion: In Form der Aminosäure Selenocystein ist Selen Bestandteil von Enzymen, z.B.:

Die wichtigste Funktion von Selen ist die Abwehr von oxidativem Stress!

Schwefel

  • Bedarf: Da Schwefel normalerweise in ausreichender Menge über die Nahrung zugeführt wird, gibt es keine Empfehlung für eine tägliche Zufuhr.
  • Menge im Organismus: ca. 150 g
  • Vorkommen in der Nahrung
  • Resorption und Transport: siehe "Resorption und Transport der Aminosäuren"
  • Funktion

Wiederholungsfragen zum Kapitel Spurenelemente

Eisen

Wieviel des mit der Nahrung aufgenommenen Eisens wird in etwa durch den Darm resorbiert und in welcher Form kann es am effizientesten aufgenommen werden?

Welche Substanzen erleichtern typischerweise die Eisenresorption im Darm und warum?

Beschreibe den Weg der Eisen-Ionen aus dem Darmlumen ins Blut und zum extraintestinalen Gewebe!

Was beschreibt die sog. Transferrinsättigung und wie hoch ist sie in etwa bei einem Gesunden?

Welchen Einfluss hat ein Eisenmangel auf die Erythrozytenform?

Wie wird Eisen im Körper gespeichert?

Wie wird die Eisenresorption im Darm bzw. der Eisenexport aus den Enterozyten ins Blut reguliert?

Erkläre die Funktion der zytosolische Aconitase für die Regulation des Eisenstoffwechsels!

Kupfer und Zink

Kupfer und Zink sind Bestandteil bzw. Cofaktoren zahlreicher Enzyme. Welches Erythrozytenenzym enthält sowohl Kupfer als auch Zink?

Wie wird überschüssiges Kupfer ausgeschieden?

Eine Sammlung von allgemeineren und offeneren Fragen zu den verschiedenen prüfungsrelevanten Themen findest du im Kapitel Beispielfragen aus dem mündlichen Physikum.