Calcium: Funktionen, Bioverfügbarkeit und Versorgung

Der menschliche Körper enthält etwa 1,0 bis 1,5 kg an Calcium. Die harten Gewebe, also Knochen und Zähne machen bereits etwa 99% des Gesamtgehaltes aus. Die chemische Verbindung des Calciums, welche die Zahn- und Knochensubstanz als Gerüstsubstanz aufbaut, wird Hydroxylapatit genannt – sie weist die Formel Ca5(PO4)3OH auf. Apatit (im natürlichen Vorkommen ist die OH-Gruppe durch ein Fluor- oder auch Chlor-Atom ersetzt) ist eine äußerst stabile Substanz, die aufgrund dieser Eigenschaft Knochen und Zähnen ihre hohe Festigkeit verleiht.

Knochen enthalten 55% anorganische Salze, außer dem Calciumphosphat auch geringere Mengen an Calciumcarbonat, Magnesium und Fluorsalze. 20% sind Wasser, 25% organisches Material. Im Dentin, dem Zahnbein, sind Glykoproteine und Kollagen enthalten. Sowohl Dentin als auch Zahnschmelz bestehen zu 35 bis 36% aus Calcium und zu 17% aus Phosphat. Der Zahnstein besteht aus Niederschlägen von Calciumsalzen des Speichels, die wiederum aus Mikroorganismen und Speiseresten stammen können.

Die restlichen 1% des Calciums im Körper befinden sich außerhalb der Zellen und auf der Knochenoberfläche. In den Körperflüssigkeiten liegt Calcium entweder gelöst als Calcium-Ion oder gebunden an organische Stoffe (Proteine und organische Säuren) vor: 47% an Proteine, 6% an niedermolekulare Komplexbildner wie Citronensäure gebunden und 47% als "freie" Calciumionen. Die Plasma-Calcium-Konzentration beträgt normalerweise 2,5 mmol/l. Auch in pflanzlichen Lebensmitteln ist Calcium teilweise an organische Stoffe gebunden – z. B. an Pektine, die zur Gruppe der höhermolekularen Kohlenhydrate und ernährungsphysiologisch zu den Ballaststoffen zählen. Die Calciumsalze der Pektinsäuren sind die Hauptbestandteile der Mittellamellen von Pflanzenzellen.

Resorption, Stoffwechsel und Haushalt

Calcium ist nicht nur eine Bausubstanz für das menschliche Skelett, sondern bildet auch eine Reserve für den Calciumstoffwechsel insgesamt. Bei allen Formen der Erregungsübertragung und auch bei der Blutgerinnung spielt das Calcium eine wesentliche Rolle. Die Resorption von Calcium erfolgt im Darm (vorwiegend im Duodenum unter neutralen bis schwach alkalischen Bedingungen), wobei das Vitamin D mitwirkt. Auch Eiweißstoffe, die Calcium beim Transport binden können, Zitronensäure als Komplexbildner und die Lactose, welche die Darmflora beeinflusst, fördern die Resorption des Calciums.

Stoffe, die mit Calcium schwer lösliche Verbindungen eingehen wie Oxalsäure, Phosphorsäure und auch Phytinsäure, hemmen die Resorption. Das Phytin (Calcium-Magnesium-Salz) im Getreide wird jedoch bei der Teigbereitung und beim Backprozess weitgehend abgebaut, sodass diese organische Inosithexaphosphorsäure in unserer Ernährung keine negative Rolle spielt. Als Mechanismus der Resorption spielen zwei Prozesse eine Rolle: Der aktive Transfer, an dem ein "Calcium-Bindungsprotein" beteiligt ist, und die Diffusion von Calciumionen oder kleiner Calciumverbindungen durch die Darmschleimhaut.

Der Calciumstoffwechsel und damit die Konzentration im Blut wird durch entgegengesetzt wirkende Hormone geregelt. Sie sorgen für einen konstanten Blut-Calcium-Spiegel (Vorgänge im Rahmen der so genannten Homöostase = Gleichgewicht physiologischer Körperfunktionen). In der Nebenschilddrüse sorgt das Parathormon für eine Zufuhr von Calcium in das Blut, indem es Calcium aus den Knochen mobilisiert. Außerdem wird durch das Parathormon die Resorption aus dem Darm verbessert und auch Calcium, das sich bereits in den Nieren befindet, zurücktransportiert.

Hier greift auch das Vitamin D an, das die Wirkung des Parathormons unterstützt. In der Schilddrüse entfaltet das Gegenhormon, das antagonistisch wirkende Calcitonin seine Wirkung. Es sorgt für eine Senkung des Blut-Calcium-Spiegels durch die Einlagerung von Calcium in die Knochensubstanz.

Kommt es zu Störungen im Calciumhaushalt, so können bei einem Calciummangel bei Säuglingen Wachstumsstörungen (Rachitis) auftreten, bei Erwachsenen ist ebenfalls eine ungenügende Verkalkung der Knochen zu beobachten. Bei länger anhaltendem Mangel treten außerdem Krämpfe auf, d. h. Calcium beeinflusst die Erregbarkeit von Nerven und Muskeln. Zu hohe Blut-Calcium-Werte können zu krankhaften Ablagerungen (z. B. in den Nieren als Nierensteine, aber auch im Gehirn) führen.

Im Hinblick auf mögliche Calcium-Mangelerscheinungen ist heute die Osteoporose (Schwund des festen Knochengewebes verbunden mit einer Zunahme der Markräume) von größter Bedeutung: Bei Frauen kommt es nach der Menopause vermehrt zu Knochenbrüchen, auch bei Männern im höheren Alter zur Oberschenkelhalsfraktur.

Calcium-Versorgung

Milch und Milchprodukte, Brot und Backwaren, Obst und Gemüse aber auch Fische, die wie die Kieler Sprotten mit Gräten verzehrt werden, und Mineralwässer (mit hohen Calciumgehalten bis über 500 mg/l) decken unseren Bedarf an Calcium am besten. Die relativ hohen Calciumgehalte in Rhabarber sowie Spinat (s. Tabelle) sind wegen der hohen Gehalte an Oxalsäure nur in geringem Maße bioverfügbar (Bildung von schwer löslichem Calciumoxalat). Ähnlich sieht die Bioverfügbarkeit des Calcium in mit Ballaststoffen angereichertem Knäckebrot aus, wo Gruppen wie Pektine, Lignine und andere Ballaststoffe mit funktionellen Gruppen Calciumionen binden können.

Calciumtabletten (zur Nahrungsergänzung – meist mit dem Hinweis "unterstützt Knochen und Zähne") enthalten Calciumsalze (Calciumcarbonat) zusammen mit organischen Säuren (häufig Citronensäure) und Vitamin C (Ascorbinsäure) sowie Natriumhydrogencarbonat und/oder Natriumcarbonat (in Brausetabletten). Sind Phosphate enthalten, so kann die Bioverfügbarkeit (s. o.) herabgesetzt sein. Zusatzstoffe mit sehr unterschiedlichen Funktionen werden häufig als Calciumsalze eingesetzt, womit in manchen Fällen zugleich eine Erhöhung des Calciumgehaltes im Lebensmittel erreicht wird.

Zugelassen sind: Calciumsalze der Sorbin- und Benzoesäure, der schwefligen Säure, der Propionsäure (als Konservierungsmittel), der Essigsäure, Äpfelsäure und Weinsäure (als Säuerungsmittel), der Ascorbinsäure (Antioxidationsmittel), der Milchsäure (Säureregulator, Schmelzsalz), der Citronensäure (Säuerungsmittel, Stabilisator, Antioxidationsmittel), der Phosphorsäure (Schmelzsalz, Säuerungsmittel), der Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA; Antioxidationsmittel und Komplexbildner), der Alginsäure (Verdickungs-, Überzugs- und Geliermittel), der Salzsäure (Geschmacksverstärker, Festigungsmittel), der Schwefelsäure (Säureregulator, Trägerstoff, Trennmittel), der Kieselsäure (Calciumaluminiumsilicat als Trennmittel) der Gluconsäure (Säureregulator, Stabilisator), der Glutamin-, Guanyl- und Inosinsäure sowie 5'-Ribonucleosinsäure (Geschmacksverstärker), der Cyclohexansulfamidsäure und des Saccharins (Süßstoffe).

In der Diätverordnung werden als Zusatzstoffe der Kategorie 2 (Mineralstoffe) Calciumcarbonat, Calciumchlorid, Calciumsalze der Citronensäure, Calciumgluconat, Calciumglycerophosphat, Calciumsalze der Orthophosphorsäure, Calciumhydroxid und Calciumoxid aufgeführt.

Anschrift des Verfassers:
Prof. Dr. Georg Schwedt, 
Technische Universität Clausthal,
Institut für Anorganische und Analytische Chemie,
Paul-Ernst-Str. 4, 
38678 Clausthal-Zellerfeld, 
E-Mail: georg.schwedt@tu-clausthal.de

Literatur
G. Schwedt u. I. Könecke: Beitrag der Elementspeziesanalytik zur Frage der Bioverfügbarkeit von Calcium aus unterschiedlichen Brotsorten, Z Lebensm Unter Forsch 197: 389 – 394 (1993). G. Schwedt u. F. Schütte: Elementspezies-Analytik. Charakterisierung von Mineralstoffpräparaten und Antianämika, Deutsche Apotheker Zeitung 133 (Nr. 9): 697 – 701 (1993).