Eisen

Über den Metabolismus

Der Eisen-Metabolismus beruht auf einem komplexen Zusammenwirken sowohl intra- als auch extrazellulärer Proteine. Über die Nahrung gelangen pro Tag etwa 10 bis 15 mg in den Körper (ausgenommen Vegetarier), von denen aber nur etwa 20% resorbiert werden. Sie gelangen in das Serum (mit 11 – 25 µmol/l bei Frauen und 12 – 30 µmol/l bei Männern) und werden als Transferrin (ein Serumglykoprotein mit je 2 Fe(3+)-Ionen) komplex gebunden. Dieses Eisen(3+)2-Transferrin bindet an einen Rezeptor, wodurch der gesamte Komplex mittels Endozytose (durch örtliche Einstülpung der Zellmembran) in die Zellen aufgenommen wird. In den entstandenen Vesikeln wird intrazellulär der pH-Wert abgesenkt, das Eisen(3+)-Ion löst sich vom Protein und steht somit der Zelle zur Verfügung. Der Rest des Transferrins, als Apotransferrin, gelangt wieder in das Blut und steht erneut für einen Eisentransport zur Verfügung [1].

Resorption

Die Resorption des Eisens findet vor allem im oberen Dünndarm (und auch durch die Wände des Zwölffingerdarms) statt. Eisen in Lebensmitteln ist insgesamt schlecht verfügbar. Es ist unterschiedlich fest gebunden und muss von der Magensäure erst einmal in Lösung gebracht werden. Lebensmittel, die starke Komplexbildner enthalten, oder Säuren, die mit Eisen-Ionen schwer lösliche Verbindungen bilden wie die Oxalsäure (in Spinat und Rhabarber), verhindern bzw. verringern die Aufnahme an Eisen. In Produkten tierischer Herkunft liegt Eisen überwiegend an Hämoglobin gebunden (als Häm-Eisen) vor und kann durch einen bisher unbekannten Rezeptor fast vollständig in die Mukosazelle eingeschleust werden. Dort wird das Häm-Eisen durch ein Enzym, die Hämoxygenase, abgebaut und das Eisen freigesetzt. Liegen infolge einer Reduktion (z. B. durch Ascorbinsäure) im Magensaft bereits Eisen(II)-Ionen vor, so können diese direkt über einen anderen speziellen Rezeptor aufgenommen werden. Nach einer Oxidation zu Eisen(III)-Ionen kann dann wieder eine Bindung an das Apoferritin erfolgen.

Funktionen und Mangelerscheinungen

Eisen erfüllt im menschlichen Organismus drei Funktionen: Transport und Speicherung von Sauerstoff, Elektronentransport und enzymatische Reaktionen (Redox-Reaktionen von Substraten). Zum Transport von Sauerstoff aus der Lunge bis zu den zellulären Oxidasen wird Eisen als zentrales Atom (Oxidationsstufe +2) in einem Porphyrinring zum Eisen-Häm gebunden. Das geschwindigkeitsbestimmende Enzym für die Synthese des Porphyrins ist die Aminolävulinatsynthase, der Einbau des Eisens erfolgt durch die Ferrochelatase. Das Myoglobin im Zytoplasma der Muskelzellen enthält Häm, jedoch nur mit einer Proteinkette. Es erleichtert den Transport des Sauerstoffs von den Erythrozyten der Kapillaren in das Zytoplasma und in die Mitochondrien. In der inneren Mitochondrienmembran findet auf enzymatischem Wege eine Übertragung von Elektronen auf den Sauerstoff statt. Eisen dient also als Elektronenüberträger – vor allem den Oxidoreduktasen, z. B. zur Katalyse der Oxidation von Aldehyden oder anorganischem Sulfit.

Die roten Blutkörperchen, die das Hämoglobin mit über 70% des Gesamteisens im Körper enthalten, haben nur eine Lebensdauer von 100 bis 120 Tagen. Deshalb müssen täglich 8 bis 9 mg Hämoglobin neu synthetisiert werden, das entspricht einer Menge von 25 bis 30 mg Eisen. Da dieses aus Hämoglobin freigesetzte Eisen jedoch zum Teil noch im Körper weiter verwertet wird, nämlich sowohl zur Neusynthese von Hämoglobin als auch für die anderen bereits genannten Eisenverbindungen (s. o.), werden täglich aus der Nahrung nur 10 bis 15 mg benötigt.

Verluste an Eisen treten allgemein durch Hautschuppen, Schweiß, Urin sowie durch den Stuhlgang, bei Frauen infolge der Menstruation, auf. Der Eisenverlust beim Mann beträgt etwa 1,2 mg, bei der Frau etwa 1,7 mg pro Tag. Ein Säugling besitzt bei der Geburt einen Eisenvorrat für etwa sechs Monate, danach muss die Nahrung für einen Eisennachschub sorgen. Das Eisen der Muttermilch kann zu 50%, das der Kuhmilch dagegen nur zu 20% resorbiert werden [2].

Bei einem Eisenmangel wird eine Reihe von Symptomen beobachtet – wie eine allgemeine Müdigkeit, Kopfschmerzen, Appetitlosigkeit, Anfälligkeit gegenüber Infektionen, Nervosität, Veränderungen der Haut, Empfindungsstörungen in Händen und Füßen. Äußerlich können Entzündungen an der Zunge, Einrisse im Mundwinkel und eine Sprödigkeit der Haut auftreten. Kinder, die viel Süßigkeiten und Kuchen, aber wenig Fleisch, Obst und Gemüse essen, können leicht Symptome eines Eisenmangels aufweisen.

Eisenbedarf und -versorgung

Lebensmittel mit einer besonders guten Eisenverfügbarkeit sind Fleisch (mit 20 bis 30%) und Leber (mit 10 bis 20%). Aus Eiern (Eisen ist hier im Eigelb enthalten) und aus pflanzlichen Lebensmitteln werden nur 5 bis 8% des gesamten Eisens aufgenommen. Der Eisenbedarf wird in Deutschland etwa zu einem Viertel aus Brot- und Backwaren, zu 16% aus Wurst- und Fleischwaren, zu 10% aus Fleisch und zu je 7% aus Obst, Gemüse und Eiern gedeckt (s. auch Tabelle). Eine relativ starke Hemmung der Eisenaufnahme erfolgt durch Gerbsäure bzw. Gallotannine in Tee und Kaffee, so dass die Einnahme von Eisentabletten in Verbindung mit diesen Getränken vermieden werden muss. Auch Phytinsäure und Phosphate bilden mit Eisen-Ionen nicht absorbierbare Komplexe. Dagegen begünstigen Ascorbinsäure (Reduktion von Eisen(III)- zu Eisen(II)-Ionen), Citrat und die Aminosäuren Cystein und Methionin die Eisenverfügbarkeit. Bei der Verarbeitung von Lebensmitteln können erhebliche Veränderungen in den Bindungen des Eisens an Inhaltsstoffe (Eisenspezies) erfolgen, welche wiederum die Aufnahmefähigkeit beeinflussen [3 – 4]. Pharmazeutische Präparate gegen Eisenmangel enthalten Eisen(II)-Verbindungen, als Salze z. B. der Fumarsäure, Gluconsäure oder Citronensäure, zusammen mit Ascorbinsäure – häufig als trinkfertige Eisen-Brausetabletten [5].

Schon der griechische Geschichtsschreiber Herodot (482 – 429 v. Chr.) soll vorgeschlagen haben, alte Hufeisennägel in Äpfel zu stecken, und die Äpfel am anderen Morgen zur Heilung der Bleichsucht zu essen. Der englische Mediziner Thomas Sydenham (1624 – 1689) verordnete gegen Blutarmut Auflösungen von Eisenfeilspänen in saurem Wein. So genannte "Blaudsche Pillen" (bestehend aus Eisencarbonat und Zucker) wurden in der ersten Hälfte des 19. Jahrhunderts als Heilmittel verordnet.

Anschrift des Verfassers:

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

Literatur

_{[1]    Biesalski, H. K. u. P. Grimm: Taschenatlas der Ernährung,}

_{3. Aufl., Thieme, Stuttgart 2004}

_{[2]    Schwedt, G.: Unser täglich Brot. Inhaltsstoffe der Lebensmittel, Franckh, Stuttgart 1986}

_{[3]    Rummel, W. u. P. Wollenberg, Eisen: reichlich vorhanden, aber schwer verfügbar, in: H. J. Haas (Hrsg.): Mechanismen des Transports von Mineralstoffen und Spurenelementen,}

_{S. 73 –82, Wiss. Verlagsges., Stuttgart 1995}

_{[4]    Tawali, A. u. G. Schwedt: Eisenspezies und der enzymatische Bräunungsprozess in Kartoffeln (Solanum tuborosum), Deut- sche Lebensmittel-Rundschau 93, 387 – 390 (1997) und Tawali, A. u. G. Schwedt: Veränderungen der Eisenspezies während des Verarbeitungsprozesses von Sojabohnen zum fermentier- ten Produkt Tempeh, Nahrung 42 (1), 29 – 31 (1998)}

_{[5]    Schwedt, G. u. F. Schütte: Elementspezies-Analytik. Charakte- risierung von Mineralstoffpräparaten und Antianämika, Deut- sche Apotheker Zeitung 133, 69 – 701 (1993)}