Mineralstoffe

 Info

Steckbrief

• Aktive Form: Ca²⁺
• Empfohlene Zufuhr: 1000 mg/Tag
• Hauptfunktion: Aufbau von Knochen und Zähnen

Definition:

Calcium ist ein zweiwertiges Erdalkalimetall. Mit einem Körperbestand von ca. 1 kg ist es der mengenmäßig wichtigste Mineralstoff im Organismus. 99% des Calciums befinden sich in Form von Hydroxylapatit in den Knochen. Die aktive Form ist das in Wasser gelöste Ion (Ca²⁺).

Funktionen:

• In Form von Hydroxylapatit:
  • Aufbau von Knochen & Zähnen
  • Reservoirfunktion
• In ionisierter Form:
  • Zellmigration & -teilung
  • Intrazelluläre Signaltransduktion
  • Neurotransmitterfreisetzung
  • Blutgerinnung (Funktion als Faktor IV)
  • Aufrechterhaltung des Membranpotenzials
  • Steuerung der Zell- & Kapillarpermeabilität
  • Nerven- & Muskelfunktion:
    • Neuromuskuläre Transmission (Reizweiterleitung)
    • Muskelkontraktion

Nahrungsquellen:

Milch- & Milchprodukte sind die besten Calciumquellen. Grünkohl, Spinat, Brokkoli und einige Mineralwassersorten sind ebenfalls reich an Calcium.

Klinik:

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Steckbrief

• Aktive Form: Mg²⁺
• Empfohlene Zufuhr: 300 mg/Tag (♀), 350 mg/Tag (♂)
• Hauptfunktion: Muskel- & Nervenfunktion, Cofaktor zahlreicher Enzyme…

Definition:

Magnesium zählt zu den Erdalkalimetallen. Der Körperbestand beträgt ca. 20-30 g, wovon etwa 99% intrazellulär vorliegen. Speicherorte für Magnesium sind v.a. Knochen, Zähne und Muskeln.

 Achtung

Nährstoffversorgung - Diagnostik

Nährstoffspiegel werden meist nur im Serum gemessen. Magnesium und einige andere Mikronährstoffe (z.B. Mangan, Zink oder Selen) liegen jedoch überwiegend intrazellulär vor. Plasma- und Serumkonzentrationen sind daher als Marker nur bedingt geeignet und stellen lediglich eine Momentaufnahme dar. Um eine genauere Beurteilung der Nährstoffversorgung zu ermöglichen, ist die Bestimmung der Konzentrationen im Vollblut erforderlich. 

Funktionen:

• Cofaktor zahlreicher Enzyme → Damit an vielzähligen Stoffwechselvorgängen beteiligt (Energiestoffwechsel, Proteinsynthese, Glykogensynthese, Vitaminstoffwechsel, etc.)
• Stabilisierung biologischer Membranen
• Nerven- & Muskelfunktion:
  • Neuromuskuläre Transmission (Reizweiterleitung)
  • Muskelkontraktion
• Aufbau von Knochen & Zähnen
• Calcium-antagonistische Wirkung

Nahrungsquellen:

• Tierische Produkte: Milch- und Milchprodukte, Fleisch, Fisch
• Pflanzliche Produkte: Haferflocken, Vollkornprodukte, Sonnenblumenkerne, Nüsse, Hülsenfrüchte

Klinik:

 Tipp

Magnesium- und Calciumhaushalt

Ein länger bestehender Magnesiummangel führt häufig zu einer calciumresistenten Hypokalzämie (mit therapierefraktärer Symptomatik). Der Grund dafür ist, dass wichtige Mechanismen des Calciumhaushaltes an Magnesium gekoppelt sind.

Ein Beispiel hierfür ist die Ausschüttung von Parathormon, das eine zentrale Rolle bei der Steuerung des Calciumspiegels spielt. Bei unzureichender Magnesiumversorgung kann die Funktion des Parathormons nicht vollständig gewährleistet werden, was zu einem Absinken des Calciumspiegels führen kann. Daher sollte bei Verdacht oder Nachweis eines Magnesium- oder Calciummangels stets auch der korrespondierende Serumspiegel des jeweils anderen Minerals überprüft werden.

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Neuromuskuläre Übererregbarkeit (Tetanie)

Magnesium und Calcium steuern gemeinsam die Muskelarbeit:

• Calcium: neuromuskuläre Erregbarkeit↑
• Magnesium: neuromuskuläre Erregbarkeit↓

Ein Mangel führt jedoch in beiden Fällen zur Tetanie (neuromuskuläre Erregbarkeit↑). Bei einem Calciummangel erhöht sich die Permeabilität der Zellmembranen für Natriumionen. Dies führt zu einer gesteigerten Erregbarkeit der Zellen und in der Folge zu unkontrollierten Muskelkontraktionen.

Magnesium ist für die Regulation der neuromuskulären Erregbarkeit verantwortlich und wirkt zusätzlich als Calciumantagonist. So verhindert Magnesium u.a. die intrazelluläre Anreicherung von Calcium. Ein Mangel führt dementsprechend zu einem Anstieg der intrazellulären Calciumkonzentration und damit sekundär zu einer Hypokalzämie.

• Sowohl ein Calcium- als auch ein Magnesiummangel führen zu neuromuskulärer Übererregbarkeit
• Aufgrund der engen Wechselwirkung kann ein Ungleichgewicht des einen Nährstoffs die Funktion des anderen beeinflussen und die Übererregbarkeit weiter verstärken

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Steckbrief

• Aktive Form: Na⁺
• Empfohlene Zufuhr: 1500 mg/Tag
• Hauptfunktion: Osmotische Aktivität, Membranpotenzial, Säure-Basen-Haushalt

Definition:

Natrium ist ein einwertiges Alkalimetall. Es ist sehr reaktiv und kommt in der Natur daher nur in Form von Verbindungen (Natrium-Salze) vor. Natrium ist das osmotisch wichtigste Kation des Extrazellulärraums.

• Extrazelluläre Konzentration: 135-145 mmol/l
• Intrazelluläre Konzentration: 10-15 mmol/l

Funktionen:

• Osmotische Aktivität (zelluläre Volumenregulation, Wasserbilanz)
• Membranpotenzial: gemeinsam mit Kalium Aufrechterhaltung des Membranpotenzials über Na-K-ATPase → Voraussetzung für:
  • Zelluläre Erregbarkeit & neuromuskuläre Impulsleitung
  • Sekundär-aktive Transportmechanismen
• Säure-Basen-Haushalt
• Blutdruckregulation

Nahrungsquellen:

• Tierische Produkte: Käse, Salami, Salzhering, geräucherter Schinken
• Andere Lebensmittel: Ketchup, Salzstangen, Sauerkraut

 Tipp

Natrium in der Ernährung

• Natrium wird v.a. in Form von Kochsalz (NaCl) aufgenommen
• Etwa 50% der Kochsalzzufuhr erfolgt durch eigenständiges Nachsalzen (→ Wird auf das Nachsalzen verzichtet, kann die Zufuhr stark reduziert werden)
• Der Natriumgehalt von Lebensmitteln hängt stark vom Verarbeitungsgrad ab (hohe Mengen z.B. in Fertiggerichten und gepökelten Speisen)
• Natriumreiche Lebensmittel enthalten i.d.R. wenig Kalium und umgekehrt

Klinik:

Sowohl Hypo- als auch Hypernatriämien sind mit zentralnervösen Symptomen verbunden. Die Schwere der Symptomatik hängt neben dem Ausmaß der Natriumentgleisung auch von der Geschwindigkeit der Konzentrationsverschiebung ab.

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Steckbrief

• Aktive Form: K⁺
• Empfohlene Zufuhr: 4000 mg/Tag
• Hauptfunktion: Osmotische Aktivität, Membranpotenzial, Säure-Basen-Haushalt

Definition:

Kalium ist ein einwertiges Alkalimetall. Es ist das mengenmäßig wichtigste Kation der menschlichen Zellen und kommt v.a. intrazellulär vor.

• Konzentration intrazellulär: 140-160 mmol/l
• Konzentration extrazellulär: 3,5-5,5 mmol/l

Funktionen:

• Osmotische Aktivität (zelluläre Volumenregulation, Wasserbilanz)
• Membranpotenzial:
  • Zelluläre Erregbarkeit & neuromuskuläre Impulsleitung
  • Sekundär-aktive Transportmechanismen
• Säure-Basen-Haushalt
• Blutdruckregulation
• Hormonsekretion
• Energiestoffwechsel (Aktivierung von Enzymen der Glykogen- & Proteinsynthese)

Nahrungsquellen:

Kalium ist in fast allen Lebensmitteln enthalten. Besonders kaliumreich sind z.B. Nüsse, Vollkornprodukte, Gemüse und Bananen.

Klinik:

 Tipp

Einfluss von Kalium auf den pH-Wert

Veränderungen der K⁺-Konzentration gehen meist mit pH-Verschiebungen einher:

• Hypokaliämie (freie K⁺-Konzentration↓) → Freie H⁺-Konzentration↓ = pH↑ (Alkalose)
• Hyperkaliämie (freie K⁺-Konzentration↑) → Freie H⁺-Konzentration↑ = pH↓ (Azidose)

Merkspruch: K⁺ verhält sich wie H⁺

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Steckbrief

• Aktive Form: PO₄^3-
• Empfohlene Zufuhr: 550 mg/Tag
• Hauptfunktion: Aufbau von Knochen & Zähnen, Energiestoffwechsel

Definition:

Phosphor zählt zu den Nichtmetallen und ist das häufigste Anion im Körper. Es liegt zu 85% als anorganisches Phosphat in den Knochen vor. Organisches Phosphat ist Bestandteil zahlreicher wichtiger Verbindungen.

Funktionen:

• Aufbau von Knochen & Zähnen (in Form von Hydroxylapatit)
• Energiestoffwechsel (Bestandteil von ATP & GTP)
• Säure-Basen-Haushalt (Phosphatpuffersystem)
• Baustein von Nukleinsäuren & Zellmembranen
• Regulierung von Enzymen
• Signalübertragung (cAMP)

Nahrungsquellen:

• Tierische Produkte: Milch- und Milchprodukte, Fleisch, Fisch
• Pflanzliche Produkte: Vollkornprodukte, Nüsse, Linsen

Klinik:

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• Empfohlene Zufuhr: 10-15 mg/Tag (♀), 10 mg/Tag (♂)
• Hauptfunktion: Sauerstofftransport

Definition:

Eisen gehört zu den Übergangsmetallen und ist das häufigste Spurenelement im Körper. Für den Organismus spielen nur die zwei- und dreiwertige Form des Eisens eine Rolle. Als freies Ion ist Eisen toxisch, weshalb es im Körper fast ausschließlich in gebundener Form vorkommt.

Funktionen:

• Sauerstofftransport & –speicher: als Fe²⁺ Bestandteil der Hämproteine Hämoglobin und Myoglobin
• Weitere Funktionen als Cofaktor verschiedener Enzyme:
  • Energiestoffwechsel
  • Aminosäurestoffwechsel
  • Zellproliferation
  • Antioxidative Funktion

Nahrungsquellen:

In der Nahrung kommt Eisen in unterschiedlichen Formen vor:

• Häm-Eisen (Fe²⁺):
  • In tierischen Produkten enthalten (Fleisch, Fisch)
  • Absorptionsrate: ca. 60%
• Nicht-Häm-Eisen (Fe³⁺):
  • V.a. in pflanzlichen Produkten enthalten (Gemüse, Obst, Nüsse, Hülsenfrüchte)
  • Absorptionsrate: ca. 3-8%

 Achtung

Bioverfügbarkeit von Eisen

Die Bioverfügbarkeit von Eisen ist je nach Form und Begleitstoffen sehr unterschiedlich. Enterozyten resorbieren nur zweiwertiges Eisen, während Fe³⁺ im Gastrointestinaltrakt erst reduziert werden muss. Häm-Eisen besitzt daher eine weitaus höhere Bioverfügbarkeit. Darüber hinaus bilden viele pflanzliche Inhaltsstoffe mit Eisen Komplexe, wodurch die Resorption zusätzlich gehemmt wird. Ein Beispiel hierfür ist der sekundäre Pflanzenstoff Phytinsäure. Obwohl Phytinsäure gesundheitsfördernde Wirkungen aufweist, wird sie aufgrund ihrer mineralstoffbindenden Eigenschaften auch als „Antinährstoff“ bezeichnet. Auf der anderen Seite gibt es aber auch Inhaltsstoffe, welche die Eisenresorption fördern. Beispiele hierfür sind Vitamin C, Essigsäure oder Milchsäure.

Eine mögliche Strategie zur Verbesserung der Eisenaufnahme (insb. bei pflanzlicher Ernährung) ist daher die Kombination eisenhaltiger Produkte mit Vitamin-C-reichen Lebensmitteln (Paprika, Brokkoli, Zitrusfrüchte etc.).

 Tipp

Zufuhrempfehlungen - Individuelle Anpassung

Aufgrund der unterschiedlichen Bioverfügbarkeit ist es schwierig, konkrete Zufuhrempfehlungen für Eisen zu formulieren. Als Richtwert für den täglichen Bedarf gelten 1-3 mg resorbiertes Eisen. Bei normaler Mischkost liegt die durchschnittliche Resorptionsrate bei ca. 10-20%, wodurch die allgemeinen Zufuhrempfehlungen i.d.R. zutreffen. Sowohl pflanzliche als auch fleischlastige Ernährungsweisen können jedoch zu starken Schwankungen der Eisenresorption führen, sodass in beiden Fällen eine Anpassung erforderlich ist. 

Klinik:

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• Empfohlene Zufuhr: 0,15-0,2 mg/Tag
• Hauptfunktion: Bestandteil der Schilddrüsenhormone

Definition:

Jod ist ein essenzielles Spurenelement und zählt zu den Halogenen. Der Körperbestand beträgt bei optimaler Versorgung zwischen 10-20 mg, wovon etwa 80% in der Schilddrüse lokalisiert sind.

Funktionen:

Jod ist Bestandteil der Schilddrüsenhormone Trijodthyronin (T3) und Thyroxin (T4). Eine adäquate Jodversorgung ist folglich eine grundlegende Voraussetzung für die Aufrechterhaltung einer normalen Schilddrüsenfunktion.

Nahrungsquellen:

Der Jodgehalt in Lebensmitteln ist sehr variabel und hängt u.a. von der Bodenbeschaffenheit ab. Besonders gute Jodquellen sind Seefische und Meeresfrüchte.

 Achtung

Deutschland gilt allgemein als Jodmangelgebiet. Um eine ausreichende Jodversorgung zu gewährleisten, ist die Verwendung von jodiertem Speisesalz unerlässlich. Zusätzlich wird der Verzehr von 1-2 Fischmahlzeiten pro Woche empfohlen.

Klinik:

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• Empfohlene Zufuhr: 1-1,5 mg/Tag
• Hauptfunktion: Cofaktor zahlreicher Metalloenzyme

Definition:

Kupfer ist ein Übergangsmetall und das dritthäufigste Spurenelement im menschlichen Körper. Es kommt ubiquitär in allen Geweben vor. Insgesamt werden ca. 100 mg im Körper gespeichert.

Funktionen:

• Cofaktor verschiedener Metalloenzyme → Damit u.a. bedeutend für:
  • Energiestoffwechsel
  • Neurotransmittersynthese
  • Melaninsynthese (Pigmentierung von Haut, Haaren und Augen)
  • Hämoglobinsynthese
  • Bildung & Erhaltung von Bindegewebe (Kollagen- & Elastinsynthese)
  • Antioxidative Funktion

Neben diesen gut erforschten Funktionen ist Kupfer neueren Untersuchungen zufolge u.a. auch für die Regulation des Fettstoffwechsels von Bedeutung.

Nahrungsquellen:

• Tierische Produkte: Fisch, Meeresfrüchte, Innereien
• Pflanzliche Produkte: Vollkornprodukte, Nüsse, Hülsenfrüchte, Kakao

Klinik:

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Morbus Wilson

Morbus Wilson ist eine Erbkrankheit, bei der die biliäre Ausscheidung von Kupfer gestört ist. In der Folge kommt es zur Akkumulation von überschüssigem Kupfer in verschiedenen Organen. Unbehandelt führt der Gendefekt u.a. zur Schädigung der Leber.

Von besonderer diagnostischer Bedeutung sind Ablagerungen in der Kornea, die als sog. „Kayser-Fleischer-Ring“ sichtbar werden. 

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Steckbrief

• Empfohlene Zufuhr: 7-10 mg/Tag (♀), 11-16 mg/Tag (♂)
• Hauptfunktion: Regenerationsprozesse, Immunabwehr, Cofaktor vieler Enzyme

Definition:

Zink zählt zu den Übergangsmetallen und ist nach Eisen das zweithäufigste Spurenelement im menschlichen Organismus. Der Körperbestand beträgt ca. 2 g, wovon sich der größte Teil in Knochen, Haut und Haaren befindet. 

Funktionen:

• Als Cofaktor zahlreicher Enzyme u.a. bedeutend für den Stoffwechsel von Kohlenhydraten, Proteinen, Nukleinsäuren, Lipiden und Alkohol
• Wachstums-, Entwicklungs- & Regenerationsprozesse
• Membranstabilisierung
• Immunabwehr & –modulation (bspw. Bestandteil von Thymulin → Notwendig für die Aktivierung von T-Lymphozyten)
• Hormonhaushalt (Testosteronsynthese, Insulinspeicherung)
• Genexpression (Bestandteil regulatorischer DNA-Bindungsproteine, sog. „Zinkfingerproteine“)
• Antioxidative Wirkung
• Unterstützung der Sinneswahrnehmung (Zink ist am Erhalt der Geruchs- und Geschmackswahrnehmung beteiligt)

Nahrungsquellen:

• Tierische Produkte: Fleisch, Innereien, Meeresfrüchte (v.a. Austern), Eier, Milch- & Milchprodukte
• Pflanzliche Produkte: Getreideprodukte (Haferflocken, Weizenkeimlinge etc.), Hülsenfrüchte

 Achtung

Zink - Bioverfügbarkeit

Tierische Produkte stellen die Hauptquelle der Zinkzufuhr dar. Dies liegt u.a. daran, dass die Bioverfügbarkeit von Zink aus pflanzlichen Lebensmitteln deutlich geringer ist. Zink bildet (ähnlich wie Eisen) mit bestimmten pflanzlichen Inhaltsstoffen schwer resorbierbare Komplexe. Im Gegensatz dazu wird die Zinkaufnahme durch tierische Proteine und bestimmte Aminosäuren gefördert. Für gewisse Risikogruppen (insb. bei pflanzlicher Ernährung) kann daher eine Supplementierung sinnvoll sein.

Klinik:

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Steckbrief

• Empfohlene Zufuhr: 0,06 mg/Tag (♀), 0,07 mg/Tag (♂)
• Hauptfunktion: Antioxidative Funktion

Definition:

Selen ist ein Halbmetall und wurde erst 1957 als essenzielles Spurenelement anerkannt. Der Körperbestand beträgt ca. 5-15 mg, wobei Selen v.a. als Bestandteil verschiedener Selenoproteine vorkommt.

Funktionen:

Die Funktionen von Selen sind noch nicht vollständig geklärt. Sicher ist aber, dass es in Form der Aminosäure Selenocystein Bestandteil verschiedener Enzyme (Selenoproteine) ist. Dazu zählen u.a.:

• Glutathion-Peroxidasen: Schutz vor oxidativem Stress, Entgiftung von Xenobiotika, etc.
• Thioredoxinreduktasen: DNA-Synthese & -Reparatur, Regulierung des Zellwachstums, etc.
• Dejodinasen: Aktivierung & Deaktivierung von Schilddrüsenhormonen → Umwandlung inaktiver Schilddrüsenhormone (T4) in ihre aktive Form (T3)
• Weitere Funktionen: Spermienproduktion, Immunmodulation, Stoffwechselfunktion

Nahrungsquellen:

• Tierische Produkte: Fisch, Innereien, Fleisch, Eier, Milchprodukte
• Pflanzliche Produkte: Getreideprodukte, Hülsenfrüchte, Nüsse, Pilze

Klinik:

 Info

Steckbrief

• Empfohlene Zufuhr: 3,1 mg/Tag (♀), 3,8 mg/Tag (♂)
• Hauptfunktion: Stabilisierung von Knochen & Zähnen

Definition:

Fluor zählt zur Gruppe der Halogene. Es ist sehr reaktionsfreudig und kommt in der Natur deshalb nur in Form von Verbindungen vor (Fluoride). Der Körperbestand beträgt zwischen 2-6 g, wovon etwa 95% in Knochen und Zähnen enthalten sind.

Funktionen:

• Knochenmineralisierung
• Aushärtung des Zahnschmelzes (Kariesprophylaxe)

Nahrungsquellen:

• Tierische Produkte: Fisch, Meeresfrüchte
• Pflanzliche Produkte: Walnüsse, schwarzer Tee

Klinik: