Dossier Eisen

Wissenschaftliches Dossier
zu
Eisen (Fe)
erstellt durch
Institut ISME
Weingartenstraße 2
64546 Mörfelden
verantwortlicher Autor
Dr. med. Kurt-Reiner Geiß
(ärztlicher Direktor)
im Februar 2009
Inhalt
1.
Einleitung
Seite 3 bis 4
2.
Chemische und ernährungsphysiologische Zuordnung
Seite 4
3.
Bestand und Verteilung im menschlichen Organismus
Seite 5
4.
Aufgaben und Funktionen
Seite 5
4.1
Sauerstofftransport
Seite 5 bis 6
4.2
Eisen als Co-Faktor
Seite 6
5.
Zufuhr
Seite 6 bis 7
6.
Zufuhrempfehlung
Seite 7
7.
Eisenresorption
Seite 7 bis 8
8.
Eisenmangelerscheinungen und Symptome
Seite 8 bis 10
Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden
2
1.
Einleitung
Eisen wird ernährungsphysiologisch den Mineralstoffen zugeordnet und
gehört hier zu der Untergruppe der Spurenelemente. Der Eisenbestand
eines 70 kg schweren Menschen liegt durchschnittlich bei 0,07 bis 0,09
mol, dies entspricht ca. 3,9 bis 5,0 g.
Eisen ist ein wesentlicher Bestandteil der sauerstoffübertragenden
Proteinverbindungen wie Hämoglobin (der Farbstoff der roten
Blutkörperchen) und Myoglobin. Darüber hinaus ist Eisen ein essentieller
Bestandteil sowie Co-Faktor für hunderte von Proteinen und Enzymen und
umfasst somit alle Bereiche des Lebens.
Unter Berücksichtigung der Bioverfügbarkeit der verschiedenen Eisenverbindungen wird die empfohlene tägliche Zufuhr bei Männern und Frauen
mit durchschnittlich 10 mg angegeben, schwangere, stillende und
menstruierende Frauen, Jugendliche, Heranwachsende und Sportler, aber
auch Vegetarier weisen einen höheren Eisenbedarf auf. Die intestinale
Eisenresorption (Eisenaufnahme durch den Darm) beträgt mindestens 6 bis
maximal 19% des zugeführten Eisens, wobei die Resorptionsrate durch die
Bioverfügbarkeit der verschiedenen Eisenverbindungen aber auch durch
die Inhaltsstoffe der Lebensmittel sowohl günstig, als auch ungünstig
beeinflusst werden kann.
Eisenmangelsituationen können kaum durch mangelhafte Eisenaufnahme,
vielmehr jedoch durch physiologischen Mehrbedarf, Blutverluste,
Resorptionsstörungen sowie bestimmte Nahrungsinhaltsstoffe ausgelöst
werden. Eisenmangelsymptome zeigen sich vorrangig in verschiedenen
Formen der Anämie (Blutarmut), erhöhte Infektanfälligkeit und Müdigkeit.
In den Industrieländern sind nur wenige Menschen, aufgrund des hohen
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Lebensstandard und der hieraus resultierenden Möglichkeit den Eisenbedarf über die Nahrung zu decken, von einem Eisenmangel betroffen:
Gemäß den verschiedenen Quellenangaben leiden maximal 2% der
Männer und 5% der Frauen unter einem Eisenmangel.
Ein Eisenmangel lässt sich im Blut leicht diagnostizieren und wird unter
Berücksichtigung der Ursache in der Regel medikamentös therapiert bzw.
substituiert. Zur Prophylaxe eines Eisenmangels können diätetische
Lebensmittel (Nahrungsergänzungspräparate) oder auch mit Eisen
angereicherte Lebensmittel oder Getränke konsumiert werden.
Als Erkrankung des Eisenstoffwechsels sind die Hämochromatose und die
Hämosiderose zu nennen, bei denen es zu einer Eisenüberladung der
inneren Organe kommen kann. Die Folgeerkrankungen wie Leberzirrhose,
Leberkarzinom, Bronzediabetes und Herzversagen führen unbehandelt
zum Tod.
2.
Chemische und ernährungsphysiologische Zuordnung
Eisen ist das 26. Element im Periodensystem der Elemente. Chemisch
setzt es sich aus drei Isotopen zusammen und gilt als ausgeprägt reaktives
Element, das mit dem Sauerstoff unter Bildung von Fe2+ und Fe3+
Verbindungen wie z. B. FeO oder Fe3O4 bildet. Darüber hinaus geht das
Eisen weitere chemische Verbindungen ein wie z. B. Eisen-II-Glukonat,
Eisen-II-Sulfat oder Eisen-III-Diphosphat.
Ernährungsphysiologisch gehört Eisen zu den Mineralstoffen und wird hier
der Untergruppe der Spurenelemente (wie z. B. auch Chrom, Jod, Kobalt
etc.) zugeordnet. Eisen ist ein essentieller Nährstoff, er kann also von dem
menschlichen Organismus selbst nicht gebildet werden und muss deshalb
mit der Nahrung zugeführt werden.
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3.
Bestand und Verteilung im menschlichen Organismus
Der Eisenbestand eines 70 kg schweren Menschen liegt durchschnittlich
bei 0,07 bis 0,09 mol, dies entspricht ca. 3,9 bis 5,0 g. Ca. 70% davon
liegen im Hämoglobin (roter Blutfarbstoff) gebunden vor, ca. 12% sind an
das Myoglobin und eisenhaltige Enzyme gebunden. Maximal 20% des
Eisenbestandes des menschlichen Organismus befinden sich in den
Depots, das Eisen liegt hier als Ferritin vor. Das Eisentransportprotein
(Transferrin) macht nur 0,1% des Gesamteisenbestandteils aus, so dass
von einem entsprechend hohen Umsatz des Eisenstoffwechsels
ausgegangen werden muss, da der Bedarf im Organismus ausschließlich
über das Transferrin gedeckt wird.
Exkursion:
Ergibt sich anhand von bestimmten Symptomen der Verdacht auf einen
Eisenmangel, ist die Bestimmung des Eisenspiegels im Blut sehr ungenau,
da sich der Eisenspiegel auch im Falle eines Eisenmangels innerhalb von
wenigen Minuten um mehr als das dreifache verändern kann. Die
Bestimmung der Laborparameter Hämoglobin (roter Blutfarbstoff),
Erythrozyten (rote Blutkörperchen) sowie die Bestimmung des Eisendepots
(Ferritin) und des Eisentransportproteins (Transferrin) sind daher zur
exakten Diagnostik unabdingbar.
4.
Aufgaben und Funktionen
4.1 Sauerstofftransport
Die Hauptaufgabe von Eisen ist sicherlich die Sauerstoffübertragung durch
das Blut-Herz-Kreislaufsystem in alle Zellen des menschlichen
Organismus.
Der Sauerstofftransport erfolgt hierbei durch die sauerstoffübertragenden
Proteinverbindungen Hämoglobin und Myoglobin.
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Der für den Organismus lebensnotwendige Sauerstofftransport sichert
dem Eisen den höchsten Stellenwert und somit seine Bedeutung gegenüber den anderen Spurenelementen.
4.2 Eisen als Co-Faktor
Eisen ist ein essentieller Bestandteil oder Co-Faktor für hunderte von
Proteinen und Enzymen, wobei allen voran die Redoxenzymsysteme zu
nennen sind. Darüber hinaus ist aber auch besonders auf die NADP-Cytochromreduktase und die Cytochrom c-Oxidase hinzuweisen. Alle diese
Enzymsysteme greifen in den Energiestoffwechsel ein, so dass dieser
im Falle eines Eisenmangels empfindlich gestört wird.
5.
Zufuhr
Die durchschnittliche Eisenzufuhr beträgt bei Männern und Frauen
zwischen 6,3 und 10,4 mg pro Tag. Diese Werte gelten aufgrund des
hohen Nahrungsangebotes verbunden mit einem hohen Lebensstandard
für alle westlichen Industrienationen. Als besonders eisenreiche Nahrungsquellen werden Fleisch und Wurstprodukte, Gemüse, Vollkorn, Eigelb und
Hülsenfrüchte eingestuft. Die verschiedenen Fischarten enthalten weniger
Eisen als Fleisch und Wurst, der niedrigste Eisengehalt findet sich in Milch
und Molkereierzeugnissen sowie in Backwaren und Obst.
Eisen liegt in Getränken in ionisierter Form vor.
Der Eisengehalt der Getränke variiert stark: So liegt der Eisengehalt von
Mineralwasser zwischen 0,02 und 0,08 mg/l, Bier und Cola enthalten
zwischen 0,3 und 0,75 mg/l. Fruchtsäfte können mit einem Eisengehalt von
durchschnittlich 1,6 mg/l angegeben werden. Rotwein enthält noch mehr
Eisen, bis zu 6,1 mg/l.
Anhand dieser Werte ist unschwer zu erkennen, dass bei einer allgemein
empfohlenen vollwertigen Mischkost ein Eisenmangel nicht aufgrund
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unzureichender Eisenzufuhr auftritt. Es gibt andere Gründe die einen
Eisenmangel bedingen, diese werden unter Punkt 8 weiterführend
dargestellt.
6.
Zufuhrempfehlungen
Da sich der Eisenbedarf z. B. alters- und geschlechtsspezifisch
unterscheidet, gelten die im Folgenden dargestellten allgemeinen Zufuhrempfehlungen:
1 bis 13 Jahre, männlich und weiblich
7 bis 10 mg Fe/Tag
14 bis 19 Jahre, männlich
12 mg Fe/Tag
14 bis 19 Jahre weiblich
15 mg Fe/Tag
20 bis 50 Jahre, männlich
8 bis 10 mg Fe/Tag
20 bis 50 Jahre, weiblich
15 bis 18 mg Fe/Tag
über 50 Jahre
8 bis 10 mg Fe/Tag
Die Zufuhrempfehlung für Schwangere wird mit 27 bis 30 mg Fe/Tag, die
für Stillende mit 20 mg Fe/Tag angegeben. Auch Sportler weisen einen
deutlich erhöhten Eisenbedarf auf, hier liegen die verschiedenen
Empfehlungen bei Werten zwischen 20 und 30 mg Fe/Tag und werden
maßgeblich beeinflusst von Alter, Geschlecht, Sportart und –intensität.
7.
Eisenresorption
Das Nahrungseisen aber auch die verschiedenen chemisch definierten
Eisenverbindungen werden unterschiedlich gut resorbiert. Die in dem Darm
aufgenommene Eisenmenge (intestinale Resorptionsrate) wird durch die
unterschiedliche biologische Verfügbarkeit beeinflusst und unterliegt
darüber hinaus einer Vielzahl von Interaktionen, die von anderen
Nahrungsbestandteilen ausgelöst werden. Daher wird die intestinale
Eisenresorption in einem Range von 6 bis 19% der zugeführten Eisen-
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menge angegeben.
Exkursion:
Unabhängig davon, durch welch einen Faktor ein Eisenmangel ausgelöst
wird, nimmt die intestinale Eisenresorptionsrate zu, offensichtlich, weil die
Darmschleimhaut über Regulationsmechanismen verfügt, die
Eisenresorptionsrate dann zu steigern, um somit dem erhöhten Bedarf des
Organismus gerecht zu werden.
Das mit der Nahrung zugeführte Eisen ist proteingebunden (Hämeisen). Es
wird im Magen durch die Salzsäure gelöst und gleichzeitig von Fe3+ zu Fe2+
reduziert, welches deutlich besser resorbierbar ist. Die Hauptmenge des
Eisens wird im oberen Dünndarm über die Darmschleimhaut aufgenommen. Genau hier lösen die anderen Nahrungsbestandteile die Interaktionen, die sich ungünstig oder günstig auf die Eisenaufnahme auswirken
können, aus: Verschiedene Aminosäuren, Zucker und Salzsäure erhöhen
die Eisenresorptionsrate und steigern sie in Verbindung mit Vitamin C
(Ascorbinsäure) signifikant. Kalzium, Karbonate, Phosphate, Proteine,
Phytate, Ballaststoffe, aber auch die im Tee sowie in Pflanzen und Gemüse
enthaltenen Polyphenole vermindern die Eisenresorption deutlich. Dies
erklärt, warum Vegetarier mit einem hohen Verzehr pflanzlicher
Lebensmittel, die darüber hinaus noch einen hohen Gehalt an Eisen
aufweisen, trotzdem zu der Risikogruppe gehören, die unter einer
(leichtgradigen) Anämie leiden können.
8.
Eisenmangelerscheinungen und Symptome
Wie bereits erwähnt, ist eine mangelhafte Eisenzufuhr in den westlichen
Industrienationen aufgrund des Nahrungsmittelangebotes als Ursache
eines Eisenmangels auszuschließen. Das Vorliegen eines physiologischen
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Mehrbedarfs (Wachstum, Menstruation, Schwangerschaft, Stillzeit,
intensives Sporttreiben) kann jedoch zu einem leichtgradigen bzw. latenten
Eisenmangel führen. Den Quellenangaben zu Folge, leiden 2% der Männer
und 5% der Frauen in den westlichen Industriestaaten unter einer
Eisenmangelanämie. Die Gründe hierfür sind dann eher in chronischen
Blutverlusten (bedingt z. B. durch Tumore oder Entzündungen), bei starker
Menstruation (Hypermenorrhoe), aber auch bei Resorptionsstörungen
(nach Darmoperationen oder einer chronischen Magenschleimhautentzündung) zu sehen. Nicht unerwähnt bleiben sollen hier die
regelmäßigen Blutspender, aber auch die regelmäßige Einnahme
bestimmter Medikamente können einen Eisenmangel bedingen.
Aufgrund der bereits beschriebenen Funktion des Eisens (Sauerstofftransport und Energiestoffwechsel) führt ein Eisenmangel zu einer
deutlichen Reduktion der physischen und psychischen Leistungsfähigkeit.
Als typische Zeichen sind weiterhin zu nennen: Blässe, Müdigkeit, Atemnot,
wunde Schleimhäute, rissige Haut und aufgrund der verminderten
Immunabwehr eine deutlich erhöhte Infektionsgefahr.
Aufgrund der o. g. Symptome wird in der Regel vom Arzt die Verdachtsdiagnose Eisenmangel gestellt, welche durch eine anschließende Blutentnahme laborchemisch leicht zu verifizieren ist. Es sollten hierbei die
Laborparameter Hämoglobin, Erytrozyten (Blutbild), aber vor allem auch
die für das Eisendepot und für den Eisentransport wichtigen Proteinverbindungen Transferrin und Ferritin mitbestimmt werden. Hieraus lässt
sich erkennen, welchen Grad der Eisenmangel (latente bis manifeste
Eisenmangelanämie) aufweist. Steht die Diagnose fest – und ist vor allem
die Ursache hiefür bekannt, wird die Erkrankung über einen gewissen
Zeitraum meist medikamentös behandelt. Es stehen hierzu eine Reihe
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pharmakologischer Präparate zur Verfügung, die in der Regel
entsprechende Mengen Eisen-II-Sulfat oder Eisen-II-Glukonat enthalten.
Um einen Eisenmangel vorbeugend zu verhindern, kann für die
Personengruppen, die einen physiologisch bedingten Mehrbedarf
aufweisen, die Verwendung von Lebensmitteln, die mit Eisen gezielt
angereichert sind, empfohlen werden: es sind dies diätetische
Lebensmittel, z. B. Nahrungsergänzungspräparate oder auch mit Eisen
angereicherte Getränke.
Abschließend muss noch der Hinweis erfolgen, dass Personen mit
Eisenspeicherkrankheiten wie z. B. Hämochromatose und Hämosiderose
eisenhaltige Lebensmittel und Getränke grundsätzlich vermeiden müssen, um
eine Überladung der inneren Organe mit Eisen und den daraus resultierenden
Folgeerkrankungen zu vermeiden.
Mörfelden, Februar 2009
Dr. med. K.-R. Geiß
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