Mineralstoffe

Natrium (Na) 

Natrium ist mit Abstand das wichtigste Kation im Extrazellulärraum. Die Natriumkonzentration ist dort 15 mal höher als die des Kaliums. Im Intrazellulärraum ist dies genau umgekehrt. Chlorid ist das wichtigste Anion im Extrazellulärraum. Natrium und Chlorid bestimmen deshalb im wesentlichen das Volumen und den osmotischen Druck im Extrazellulärraum. Die Konzentrationsunterschiede zwischen Natrium und Kalium an der Zellmembran sorgen für einen elektrochemischen Gradienten, das Membranpotential der Zelle. Das Membranpotential der Zelle wird durch Ionenpumpen in der Zellmembran aufrechterhalten, die Natrium aus der Zelle im Austausch gegen Kalium befördern. Diese Ionenpumpen benötigen sehr viel Energie, schätzungsweise werden 20 bis 40 Prozent der Ruheenergie eines Erwachsenen für die Funktion dieser Pumpen benötigt.

Das Renin-Angiotensin-Aldosteron-System ist von zentraler Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Extrazellulärraums. Ein Abfall der Natriumkonzentration, die in der Regel auch mit Wasserverlusten verbunden ist, führt zur Bildung von Angiotensin, welches wiederum in den Nebennieren die Freisetzung von Aldosteron bedingt. Aldosteron verstärkt wiederum die Rückresorption von Natrium in die Nieren und fördert die Kaliumausscheidung.

Natrium ist nicht nur wichtig für den osmotischen Druck, das Membranpotential und die Blutdruckregulation, sondern auch für die Regulation des Säure-Basen-Haushalts. Verschiedene Nährstoffe, wie z.B. Glukose, Aminosäuren und Vitamin C, werden mittels eines osmotischen Gradienten aufgenommen und sind deshalb auch von einer ausreichenden Natriumverfügbarkeit abhängig. Natrium beeinflusst auch Enzymaktivitäten, z.B. die Aktivität der Alpha-Amylase, die für den Stärkeabbau benötigt wird.

In der heutigen Zeit ist die Kochsalzzufuhr häufig zu hoch und mit dem Risiko für verschiedene Erkrankungen assoziiert, dazu zählen Magenkrebs, Osteoporose, arterielle Hypertonie. Das meiste Natrium und Chlorid in der Nahrung kommt durch Kochsalz, wobei insbesondere verarbeitete Nahrungsmittel meist zuviel Kochsalz enthalten.

 

Kalium (K)

Der Kaliumbestand des menschlichen Körpers beträgt bei Frauen ca. 100 g, bei Männern ca. 150 g. Kalium ist das bedeutendste intrazelluläre Kation und zusammen mit Phosphaten und Proteinen für den osmotischen Druck in der Zelle verantwortlich. Obwohl sich nur zwei Prozent des Kaliums im Extrazellulärraum befinden, reagiert der Organismus sehr empfindlich auf Veränderungen des Kaliumspiegels. Kalium ist neben Natrium von zentraler Bedeutung für die Aufrechterhaltung des Membranpotentials erregbarer Zellen. Die Na+/K+-ATPase ist eine Ionenpumpe, die unter ATP-Verbrauch Natrium im Austausch gegen Kalium aus den Zellen pumpt.

Kalium ist auch für die Aktivierung einiger Enzymsysteme erforderlich, z.B. für ein wichtiges Enzym im Kohlenhydratstoffwechsel, die Pyruvatkinase. Außerdem wird Kalium für die Aufnahme von Glukose in Leber- und Muskelzellen benötigt. Auch die oxidative Phosphorylierung, also die ATP-Synthese, ist kaliumabhängig.

In unverarbeiteten Nahrungsmitteln kommt Kalium hauptsächlich in Verbindung mit bicarbonatbildenden Vorläufermolekülen vor. Eine kaliumreiche Ernährung auf der Basis von Früchten und Gemüse kann den Säurebasenhaushalt günstig beeinflussen, weil diese Nahrungsmittel reichlich Vorstufen von Bicarbonat enthalten. Außerdem beeinflusst Kalium die Säureausscheidung über die Nieren sowie die Insulinfreisetzung aus Betazellen.

Der Western Diet Ernährungsstil ist u.a. dadurch gekennzeichnet, dass umgerechnet auf molarer Basis die Kochsalzzufuhr drei mal höher ist als die tägliche Aufnahme von Kalium. Der relative Kaliummangel in der modernen Ernährung spielt für die Pathologie einiger Erkrankungen eine Rolle. Verschiedene Studien haben gezeigt, dass eine hohe Kaliumzufuhr stärker blutdrucksenkend wirkt als eine Einschränkung der Kochsalzzufuhr. Durch eine hohe Kaliumzufuhr kann auch der Blutdruckanstieg durch Kochsalz vermieden werden.

Die erhöhte Kaliumzufuhr sollte durch einen vermehrten Verzehr von Obst und Gemüse erfolgen und nicht durch Einnahme von Kaliumsupplementen. Kaliumsupplemente sollten ausschließlich nach ärztlicher Verordnung eingenommen werden.

Eine unzureichende Kaliumzufuhr erhöht auch das Risiko für Nierensteine und Osteoporose sowie das Risiko für Schlaganfälle. Bei einer Hypokaliämie kommt es zu Herzrhythmusstörungen, einer Muskelschwäche und zu einer Glukoseintoleranz.

 

Calcium (Ca)

Eine Person mit 70 kg Körpergewicht enthält etwa 1,1 kg Calcium, das bis auf wenige Gramm Bestandteil des Knochensystems und der Zähne ist. Die Knochen bestehen zu etwa 50 Prozent aus Kollagenen und zu 50 Prozent aus der Calciumverbindung Hydroxyapatit. Der Zahnschmelz besteht sogar zu 95 Prozent aus Hydroxyapatit. Die zehn Gramm Calcium, die nicht im Knochengewebe gebunden sind, haben zahlreiche wichtige Funktionen im Stoffwechsel. Calciumionen haben eine herausragende Bedeutung als "second messenger", d.h. als Botenstoffe für die Regulierung von Signalen im Zellstoffwechsel. Erregbare Zellen wie die Nervenzellen und die Muskelzellen enthalten Calciumkanäle, die eine schnelle Veränderung der Calciumkonzentrationen ermöglichen. Calcium ist erforderlich für die Nervenimpulsübertragung, die Muskelkontraktion, die Verengung und Erweiterung von Blutgefäßen und die Freisetzung von Hormonen wie Insulin etc.

Calcium ist wichtig für die Aktivierung verschiedener Enzyme. Dies geschieht unter Einbeziehung Calcium-bindender Proteine wie Calmodulin. Auch die Gerinnungsfaktoren benötigen Calcium für ihre Aktivierung. Die Calciumkonzentrationen im Blut und im Extrazellulärraum werden eng kontrolliert, weil dies zur Aufrechterhaltung normaler physiologischer Funktion von zentraler Bedeutung ist. Bereits ein geringfügiger Abfall der Calciumkonzentration im Serum führt zu einer erhöhten Freisetzung des Parathormons aus den Nebenschilddrüsen. Das freigesetzte Parathormon bewirkt dann die Umwandlung von 25(OH)D3 in die aktive Form 1,25(OH)2D. Zusammen mit dem Parathormon stimuliert 1,25(OH)2D die Freisetzung von Calcium aus dem Knochengewebe. Sobald der Calciumspiegel wieder normale Werte erreicht hat, kommt es auch wieder zu einer Normalisierung der Hormonkonzentrationen.

Verschiedene Ernährungsfaktoren beeinflussen die Calciumverfügbarkeit im Stoffwechsel. Eine hohe Kochsalzzufuhr erhöht z.B. die Calciumausscheidung im Urin, ebenso wie eine hohe Zufuhr tierischer Proteine und Kaffee. Vitamin D spielt eine wichtige Rolle für die optimale Calciumaufnahme und Calciumverwertung.

Es gibt einen Zusammenhang zwischen der Calciumkonzentration und dem Risiko für mehrere Erkrankungen. Ein optimaler Calciumspiegel vermindert das Risiko für Darmkrebs, Osteoporose, arterielle Hypertonie und prämenstruelles Syndrom. Bei Kindern ist Calcium vor allem auch wichtig zur Verminderung der Toxizität von Blei. Calciumsupplemente sollten aber nicht leichtfertig eingenommen werden, sondern abgestimmt auf die gemessene Konzentration im Blutserum.

 

Magnesium (Mg)

Der Körperbestand an Magnesium beträgt rund 25 g, von denen sich etwa 60 Prozent in den Knochen befinden. Magnesium ist ein typischer intrazellulärer Mineralstoff, nur etwa ein Prozent des Magnesiums befindet sich außerhalb der Zellen. Magnesium ist Cofaktor und Aktivator von ca. 300 Enzymen. Es bildet Komplexe mit Adenosintriphosphat (ATP), das für die meisten energieverbrauchenden Reaktionen im Stoffwechsel die Energie liefert. Magnesium ist auch für die ATP-Synthese erforderlich, so dass bei einem Magnesiummangel die Energiebereitstellung im Stoffwechsel beeinträchtigt ist, und es deshalb zu einer Verlangsamung von Stoffwechselprozessen kommt.

Magnesium ist ein physiologischer Calcium-Antagonist, es vermindert z.B. die calciumabhängige Acetylcholin-Freisetzung an den Synapsen, und es verhindert eine Calciumüberladung in den Mitochondrien (Kraftwerke der Zelle). Magnesium hat eine entspannende Wirkung auf die Muskulatur und auf die Blutgefäße. In Bezug auf das Herz-Kreislauf-System entfaltet Magnesium eine stressabschirmende Wirkung und begünstig die Erweiterung der peripheren und koronaren Blutgefäße. Magnesium ist auch wichtig für den Funktionszustand von NMDA-Rezeptoren. Bei Magnesiummangel kommt es zu einer erhöhten Ansprechbarkeit der NMDA-Rezeptoren auf exzitatorische Neurotransmitter, was mit Nervosität, Migräne etc. verbunden ist. Ähnlich wie Calcium ist Magnesium auch an der Regulation der zellulären Signalübertragung beteiligt, vor allem für die Signalübertragung von Hormonen und Neurotransmittern.

Ein Magnesiummangel kann zu zahlreichen Symptomen führen, z.B. zu einer neuromuskulären Übererregbarkeit mit Muskelkrämpfen und Verspannungen, zu Opstipation und Darmkrämpfen. Ein Magnesiummangel kann sich im Herz-Kreislauf-System in Form von Herz-Rhythmus-Störungen, Bluthochdruck, endothelialer Dysfunktion zeigen. Ein Magnesiummangel begünstigt einen Anstieg der Triglyceride und des Gesamtcholesterins; es kann zu einer Verschlechterung der Insulinsensivität kommen. Das Risiko für Typ-2-Diabetes und metabolisches Syndrom nimmt zu.

Nicht zu unrecht gilt Magnesium als der "Antistress-Mikronährstoff" und ist bei einer Vielzahl von Erkrankungen einsetzbar. Wie bereits erwähnt, ist Magnesium kein reiner "Nervenmikronährstoff", sondern auch von zentraler Bedeutung für den Energiestoffwechsel. Deshalb ist eine Magnesiumsupplementierung auch bei Erschöpfungszuständen häufig von großem Nutzen.

Erwähnt werden muss auch, dass Magnesium für den Metabolismus von Vitamin B1 und Vitamin D eine zentrale Bedeutung hat. Bei einem Magnesiummangel ist auch die Wirksamkeit von von Vitamin-D beeinträchtigt.

Magnesium wird häufig auch in pharmakologischen Dosen zur Behandlung verschiedener Erkrankungen eingesetzt. Pharmakologisch heißt, dass Magnesium in höherer Dosierung arzneiähnliche Wirkungen entfaltet. Diese werden z.B. bei der Behandlung des Herzinfarkts, der Migräne, bei Asthmaanfällen, Diabetes mellitus, Bluthochdruck etc. genutzt.

 

Eisen (Fe)

Der Gesamteisenbestand des menschlichen Körpers beträgt etwa vier bis fünf Gramm. Rund 60 Prozent des Eisens befinden sich im Hämoglobin; täglich werden etwa 300 Milliarden rote Blutzellen neu gebildet. Bis zu 600 mg Eisen findet man in Makrophagen, ungefähr 300 mg befinden sich im Myoglobin der Muskelzellen. Eisen kann relativ leicht zwischen den Oxidationsstufen Fe2+ und Fe3+ wechseln und spielt deshalb eine wichtige Rolle bei der Übertragung von Elektronen. Biochemisch werden verschiedene Eisenverbindungen unterschieden: Häm-Proteine, Eisen-Schwefel-Proteine, Transport-Speicher-Proteine sowie Nicht-Häm-Enzyme. Eisen ist nicht nur für den Sauerstofftransport und die Sauerstoffspeicherung notwendig, sondern hat eine Vielzahl biochemischer Funktionen.

In der Atmungskette der Mitochondrien kommen mehrere eisenhaltige Verbindungen vor. Ein Eisenmangel kann deshalb die ATP-Synthese beeinträchtigen. Die Hämgruppe ist auch ein Cofaktor der Zytochrom-P450-Proteine, die für Entgiftungsreaktionen in der Leber benötigt werden. Verschiedene CYP-Proteine sind auch am Stoffwechsel der Steroidhormone, am Cholesterinstoffwechsel etc. beteiligt. Eisen ist ein Cofaktor für die Synthese von Carnitin, das eine zentrale Rolle im Energiestoffwechsel spielt.

Eisen ist Bestandteil der Katalasen und Peroxidasen, wichtiger Enzyme der antioxidativen Abwehr des Organismus. Die Bildung des Signalgases Stickstoffmonoxid erfolgt mit Hilfe eisenhaltiger Enzyme. Die eisenhaltige Guanylatzyklase bildet das Signalmolekül cGMP, das eine ganze Reihe von Signalen im Stoffwechsel vermittelt, z.B. Entspannung der Muskulatur, Ionentransport in Nieren und vieles mehr.

Die Schwankungsbreite der Serumeisenkonzentration ist relativ hoch, deshalb ist das Serumeisen kein geeigneter Parameter zum Nachweis oder zum Ausschluss eines Eisenmangels. Häufig müssen verschiedene Parameter bestimmt werden, um die Eisenversorgung beurteilen zu können: die Transferrinsättigung, Ferritin, der lösliche Transferrin-Rezeptor. Eisenmangel gehört zu den häufigsten Mikronährstoffmängeln und betrifft rund 2 Millionen Menschen weltweit. Obwohl die Anämie die offensichtlichste klinische Manifestation eines Eisenmangels ist, dürften die neuropsychiatrischen Effekte eine sehr große Rolle spielen. Ein Eisenmangel in der frühesten Kindheit zum Beispiel kann zu Lern- und Gedächtnisstörungen führen, die trotz Eisentherapie dann weiter bestehen.

 

Zink (Zn)

Der Gesamtkörperbestand des Erwachsenen von Zink beträgt etwa 1,5 bis 2,5 Gramm. Zink ist deshalb nach Eisen das zweithäufigste essentielle Spurenelement im menschlichen Organismus. In den Geweben und Organen liegt Zink größtenteils intrazellulär vor. Im Gegensatz zu den Eisenreserven verfügt der Organismus über keine großen Zinkreserven, so dass eine unzureichende Zufuhr rasch zu Mangelerscheinungen führt. Eine kontinuierliche Aufnahme von Zink ist deshalb von wesentlicher Bedeutung.

Zink ist für die Aktivität von mehr als 200 verschiedenen Enzymen essentiell. Außerdem ist Zink in Form von so genannten Zinkfingern für die Struktur von Proteinen und Zellmembranen wichtig. Zinkfingerproteine spielen auch eine zentrale Rolle für die Genregulation. Ferner ist Zink für verschiedene Neurotransmittersysteme (GABA, Glycin, Glutamat, Dopamin) erforderlich, so dass ein Zinkmangel sehr häufig mit Hirnleistungsstörungen und psychischen Befindlichkeitsstörungen assoziiert ist.

Alle Wachstums- und Regenerationsprozesse sind zinkabhängig, ebenso wie die Zellproliferation und Zelldifferenzierung. Zink ist von zentraler Bedeutung für die Immunkompetenz sowie für den Hautstoffwechsel, für die Funktion aller Sinnesorgane, für die Spermatogenese, den Vitamin-A-Stoffwechsel und vieles mehr. Entsprechend seinen vielseitigen Funktionen im Stoffwechsel gibt es auch viele Indikationen für eine Zinksupplementierung, z.B. Hauterkrankungen, Erkältungserkrankungen, Tinnitus, Depressionen, Allergien und vieles mehr.

 

Kupfer (Cu)

Kupfer ist mit einem Körperbestand von 80 – 100 mg nach Eisen und Zink das dritthäufigste Spurenelement. Es ist ein essentieller Cofaktor verschiedener kupferhaltiger Metalloenzyme. Zum Beispiel ist Kupfer Bestandteil der Zytochrom-C-Oxidase, einem wichtigen Enzym für die mitochondriale ATP-Synthese. Das Protein Coerulo-Plasmin ist für die Eisenverwertung erforderlich; es sorgt für die Oxidation von Fe2+ zu Fe3+, wodurch der Eisentransport und auch die Hämoglobinsynthese erst möglich wird. Kupfer ist wichtig für Bindegewebe, Haut, Knochen und Knorpel. Das Enzym Lysyl-Oxidase wird für die Quervernetzung von Kollagen und Elastin benötigt. Kupferhaltige Enzyme sind sowohl an der Synthese der Katecholamine wie auch an deren Abbau beteiligt. Ein Kupfermangel führt zu einer Störung der Hautpigmentierung. Kupfer wird auch für die Synthese von Myelin gebraucht und hat eine gewisse Bedeutung innerhalb des antioxidativen Zellschutzes.

Erhöhte Kupferkonzentrationen im Serum kommen bei verschiedenen Erkrankungen vor, z.B. bei Infektionen, Herzinfarkt, Schilddrüsenüberfunktion, Leukämien; aber auch bei Gaben von Östrogenen und am Ende einer Schwangerschaft. Niedrige Kupferspiegel findet man häufig bei einer Proteinmangelernährung.

 

Selen (Se)

Der Selengehalt der Böden ist geographisch sehr unterschiedlich - entsprechend groß sind auch die regionalen Schwankungen der Selenkonzentration in pflanzlichen Lebensmitteln. Selen ist Bestandteil verschiedener Selenoproteine, z.B. der Glutathionperoxidasen, die eine wichtige Gruppe antioxidativer Enzyme darstellen. Eine wichtige Rolle spielen die Deiodasen, die in der Schilddrüse für die Umwandlung von T4 zu T3 eine zentrale Rolle spielen. Die Thioredoxin-Reduktase wird für die Regulierung der Genexpression und für die Aufrechterhaltung des intrazellulären Redoxgleichgewichts benötigt.

Es gibt im Organismus eine Hierarchie der Selenoproteine. Bei einem Selenmangel kommt es zu einer Umverteilung des Selenpools aus Leber und Muskulatur zugunsten der Hormondrüsen, der Fortpflanzungsorgane und des ZNS.

Das Selenoprotein P ist das am meisten vorkommende Selenoprotein im Plasma. Selen ist im Plasma überwiegend an Selenoprotein gebunden. Bei einer Akutphasenreaktion (z.B. Entzündungen, Infekte) kommt es zu einem Abfall von Selenoprotein P im Sinne eines negativen Akutphasenproteins. Deshalb ist die Selenbestimmung im Blutserum/ Plasma bei Entzündungen/ Infekten nur bedingt aussagekräftig – im Gegensatz zur Bestimmung im Vollblut.

Das aus der Nahrung stammende Selenomethionin kann anstelle der Aminosäure Methionin in Proteine eingebaut werden. Das Selenocystein kann nicht direkt zur Synthese von Selenoproteinen verwendet werden, vielmehr erfolgt von Seiten des Stoffwechsel zuerst ein Abbau zu Selenit. Zur Synthese zu Selenocystein sind die anorganischen Selensalze Selenit und Selenat im Vergleich zu Selenomethionin und Selenocystein akut verfügbar. Selenomethionin ist deshalb eher zur langfristigen Supplementierung geeignet. Sowohl zu niedrige als auch zu hohe Selenspiegel können mit gesundheitlichen Störungen assoziiert sein. Deshalb ist bei einer Selentherapie eine engmaschige labordiagnostische Überwachung anzuraten.

 

Mangan (Mn)

Der Körper eines Erwachsenen enthält ca. 10 bis 20 mg Mangan, wobei die Mitochondrien in den Zellen besonders hohe Manganwerte aufweisen. Mangan ist Bestandteil oder Aktivator mehrerer Enzyme wie z.B. der Glutaminsynthethase. Mangan ist damit für die die Glutaminbildung im Organismus notwendig. Mangan ist Bestandteil der Pyruvat Carboxylase, die für die Glukoneogenese eine zentrale Rolle spielt, und auch der Arginase und damit auch am Harnstoffzyklus beteiligt. Die manganhaltigen Glycosyltransferasen werden für die Bildung von Knorpeln und Knochen sowie für die Wundheilung benötigt. Die Mn-SOD ist ein wichtiges Antioxidans in den Mitochondrien und für die Mitochondrienfunktion von zentraler Bedeutung. Die Manganresorption wird durch zahlreiche Nahrungsbestandteile beeinflusst. Eine Calciumsupplementierung kann z.B. die Mangenbioverfügbarkeit vermindern. Eisen und Mangan konkurrieren um die gleichen Absorptions- und Transportmechanismen, weshalb bei einem Eisenmangel die Mangankonzentrationen oftmals erhöht sind.

Aufgrund der biochemischen Funktionen des Mangans lässt sich auch ableiten, dass eine Mangansupplementierung bei verschiedenen Krankheitsbildern sinnvoll sein kann, z.B. bei Diabetes mellitus, Arthrosen, Knochendeformationen, verminderter Glukosetoleranz etc. Beim Mangan besteht die Gefahr einer Anreicherung in bestimmten Geweben, z.B. im Gehirn. Bei einer Zufuhr von stark manganhaltigem Trinkwasser und bei beruflicher Exposition kann es deshalb auch zu einer Manganintoxikation kommen. Hohe Mangankonzentrationen führen zu einem Dopaminmangel und daraus resultierenden zentralnervösen Symptomen. In einem späteren Intoxikationsstadium kommt es zu Symptomen, die zu Morbus Parkinson führen.


Molybdän (Mo)

Molybdän ist Bestandteil einiger Enzyme und an der Harnsäurebildung sowie an der Fluorspeicherung im Körper beteiligt. Molybdän-Mangel begünstigt Zahnkaries. Therapeutisch wird es zur unterstützenden Behandlung von Störungen der Darmflora verwendet. Molybdän ist im Stoffwechsel ein Cofaktor einer Reihe von Metalloenzymen: Die Sulfit-Oxidase ist für den Stoffwechsel und den Abbau schwefelhaltiger Aminosäuren erforderlich. Die Xanthinoxidase wird für den Abbau von Nukleotiden zu Harnsäure benötigt. Die Aldehyd-Oxidase ist am Alkoholabbau in der Leber beteiligt. Ein Molybdänmangel bei Menschen ist sehr selten und trat bisher nur im Rahmen einer länger anhaltenden parenteralen Ernährung ohne ausreichenden Molybdängehalt auf. Auch klinisch manifeste Molybdänvergiftungen scheinen eher eine Rarität zu sein.


Chrom (Cr)

Das Spurenelement Chrom ist deshalb von Bedeutung, weil es an der Signalübertragung des Insulins beteiligt ist. Bei einem Chrommangel kann es zu einer Verschlechterung der Glukosetoleranz sowie zu einer Insulinresistenz kommen. Chrom ist Bestandteil eines Oligopeptids mit der Bezeichnung Chromodulin, das nach Bindung an den Insulinrezeptor die Weiterleitung des Insulinsignals ins Zellinnere ermöglicht. Chrom erhöht also die Effizienz von Insulin, so dass für eine vergleichbare Wirkung geringere Insulinmengen eingesetzt werden müssen. Mit zunehmendem Alter sinkt sowohl die Resorption von Chrom als auch die Chromkonzentration in den meisten Geweben und Organen. Dies wirkt sich dann ungünstig auf den Kohlenhydrat-, Protein- sowie Fettstoffwechsel aus.

Update: 08.08.2012
Bild: Scanrail, Fotolia.com

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