Die Halogene Fluor, Chlor und Iod – als Salze

Fluorid

Seit 1942 ist bekannt, dass zwischen Karieshäufigkeit und Fluoridkonzentration im Trinkwasser ein proportionaler Zusammenhang besteht; je höher der Fluoridgehalt, um so niedriger die Karieshäufigkeit. 1972 wiesen die amerikanischen Wissenschaftler Schwarz und Millner nach, dass Fluor ein essenzielles Element für die wachsende Ratte ist [1].

Der Gesamtbestand im menschlichen Körper liegt zwischen 2 und 5 g, wovon sich fast 95% in den Knochen und Zähnen befinden. Fluoride werden in das Mineral Apatit [Ca5(PO4)3F] eingebaut – als Hydroxylapatit bildet das Phosphatmineral die Gerüstsubstanz von Zahnschmelz (neben Glykoproteinen und Kollagen im Dentin) und Knochen und bestimmt damit deren Stabilität (Härte und chemische Widerstandsfähigkeit). Zugleich hemmen Fluoride auch Enzyme kariogener Bakterien im Zahnbelag. Die Resorption des Fluorids ist sehr stark von dessen Bindungsform abhängig. Fluorid-Ionen werden aus wässriger Lösung fast vollständig aufgenommen, ein Viertel bereits im Magen. Die Ausscheidung erfolgt überwiegend über die Niere. Die Frage, ob Fluor zu den essenziellen Spurenelementen zählt, ist umstritten. Die zuvor genannte Funktion ist jedoch gesichert. Die tägliche Aufnahme an Fluorid insgesamt aus der Nahrung, Supplementen und dem Trinkwasser soll nach den "Richtwerten für eine angemessene Zufuhr" der Deutschen Gesellschaft für Ernährung 1 mg/Tag betragen, liegt jedoch tatsächlich nur zwischen 0,1 und 0,5 mg/Tag.

Mangelerscheinungen treten jedoch nicht auf. Da eine höhere Zufuhr wünschenswert ist, kann Kochsalz mit einem Fluoridzusatz von im Allgemeinen 0,058 bis 0,076% an Kaliumfluorid versehen werden. Zahncremes enthalten ebenfalls Fluoride – z. B. als Natriumfluorid und/oder Natriummonofluorophosphat sowie Aminfluoride. Die letzteren ziehen in Form kationischer organischer Ammoniumsalze auf die Zahnoberfläche besonders gut auf. Nach der Kosmetikverordnung beträgt die Höchstkonzentration 0,15%. Auch Mundwässern kann Natriumfluorid (z. B. zu 0,025%) zugesetzt werden. Eine überhöhte Fluoridzufuhr kann jedoch zu einer Dentalfluorose führen. Das "Fenster" einer optimalen Fluorid-Versorgung ist relativ klein. In Böden ist Fluorid nur in geringem Maße verfügbar, so dass pflanzliche Lebensmittel nur geringe Gehalte aufweisen. Aus Schwarzem Tee ist Fluorid gut verfügbar und weist im Getränk etwa 1 mg/l auf.

Chlorid

Chlorid- und Natrium-Ionen bestimmen als wichtigste Ionen im Extrazellulärraum dessen Volumen und osmotischen Druck [1]. Auch erfolgt der Transport anderer Ionen durch die Zellmembranen durch Cotransporter und Antiporter, die überwiegend von diesen Ionen abhängig sind. In Grundnahrungsmitteln ist Chlorid im Allgemeinen nur in geringen Mengen enthalten. Infolge der Bearbeitung bzw. Zubereitung nimmt der Chloridgehalt erheblich zu. Im menschlichen Körper sind durchschnittlich 1,2 g/kg Körpergewicht an Chlorid enthalten. Der Mindestbedarf an Chlorid in Form des Kochsalzes wird mit 1,5 g pro Tag angegeben, die tatsächliche Aufnahme ist jedoch durchschnittlich doppelt so hoch. Im Gastrointestinaltrakt erfolgt eine rasche und vollständige Resorption (eng mit der Natriumresorption verbunden). Die Ausscheidung über die Niere liegt täglich zwischen 6 und 9 g an Chlorid. Essenziell ist Chlor als Chlorid, weil es Bestandteil der Magensalzsäure ist.

Ein Mangel sowohl an Chlorid als auch Natrium führt zu Wasserverschiebungen in das Gewebe, vor allem in das Gehirn. Bei Erkrankungen mit Erbrechen tritt vor allem auch Chlorid-Verlust (bei exzessiven Diarrhöen ein Natrium-Verlust) auf. Um eine überhöhte Natrium-Zufuhr durch Natriumchlorid zu vermeiden (wegen der Bedeutung des Natriums hinsichtlich der Pathogenese und Behandlung der Hypertonie), dürfen nach der Diät-Verordnung des deutschen Lebensmittelrechtes als Kochsalzersatz-Salze die Chloride von Calcium, Magnesium (mit Einschränkungen) und Kalium verwendet werden.

Iod

Brom wurde als Element erst 1826 von dem jungen französischen Apotheker Antoine Jérôme Balard (1802 –1876) in den wässrigen Auszügen von Algenasche sowie in den Mutterlaugen von Meersalzlösungen durch die Reaktion mit Chlorwasser entdeckt. Fünfzehn Jahre vor dem Brom war Iod ebenfalls in den wässrigen Auszügen von Algenaschen entdeckt worden. Nach dem Zusatz von konzentrierter Schwefelsäure zu den eingedampften Lösungen beobachtete Bernard Courtois (1777–1838), dem zuvor 1804 gleichzeitig mit Sertürner die Isolierung des Morphiums gelungen war, 1811 violette Dämpfe, die sich beim Abkühlen als fast schwarze Kristalle niederschlugen [2]. Infolge der leichten Oxidierbarkeit von Iodid werden an den großen Meeresoberflächen durch die Wirkung des Sonnenlichtes täglich beträchtliche Mengen an Iod freigesetzt (nach Biesalski/Grimm 400 Tausend Tonnen pro Tag), die über den Regen in einem Kreislauf wieder in den Boden eingetragen und von Pflanzen aufgenommen werden können.

Die Hälfte des Gesamtiod-Gehaltes von 10 bis 20 Milligramm im Körper befindet sich in der Schilddrüse. Aus Iodid wird durch Oxidation mittels des Enzyms Peroxidase elementares Iod. Damit erfolgt in der Schilddrüse eine Iodierung der Tyrosinreste des Thyreoglobulins mit einer anschließenden Kondensation von je zwei Resten Monoiod- bzw. Diiodtyronin zum proteingebundenen Triiodtyronin (T3) – auch Thyroxin genannt – als Schilddrüsenhormon. Im Kolloid der Schilddrüsenfollikel bildet es einen Iod-Speicher, der für etwa zwei Monate ohne Zufuhr ausreicht (ausführlich in Biesalski/Grimm [3]). Als wichtige Wirkungen des Hormons sind u. a. zu nennen: Stimulation des Grundumsatzes und damit des Sauerstoffverbrauchs fast aller Gewebe sowie des gesamten Kohlenhydratstoffwechsels, Unterstützung der Lipolyse, normale Reifung und Entwicklung des Nervensystems und in synergistischer Wirkung mit Wachstumshormonen auch der Knochen, Interaktionen mit den Catecholaminen.

Die empfohlene Zufuhr an Iod pro Tag wird von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung mit 200 Mikrogramm angegeben. Bei Verwendung ausschließlich nicht-iodierter Lebensmittel wird er in der Regel nicht gedeckt. Die durchschnittliche Aufnahme durch die Nahrung beträgt etwa 30 bis 90 Mikrogramm. Bei Iodmangel tritt eine Vergrößerung der Schilddrüse, der so genannte Iodmangelkropf (Struma), auf. Ein Risiko infolge von Iodmangel wird für etwa eine Milliarde Menschen veranschlagt.

In der Schweiz wurde bereits 1922 iodiertes Speisesalz eingeführt. Nach der Diätverordnung des deutschen Lebensmittelrechtes kann Iod als Kalium- oder Natriumiodid bzw. Kalium- oder Natriumiodat zugesetzt werden. In der Regel wird Iod als Iodat zugesetzt, das zu Iodid (z. B. durch Ascorbinsäure) im Körper reduziert wird. Je nach Verwendung, diätetische Lebensmittel als Mahlzeit bzw. anstelle einer Mahlzeit, für Säuglingsnahrung, für Lebensmittel auf Getreidegrundlage, für iodierten Kochsalzersatz, betragen die Höchstmengen (außer bei bilanzierten Diäten) 300 Mikrogramm (bezogen auf Tagesverzehrmenge) und 150 Mikrogramm (pro Liter verzehrfähigen Erzeugnisses). Über die Nahrung lässt sich der tägliche Iodbedarf am besten durch Fisch decken: Schellfisch (243 Mikrogramm/100 g), Seelachs (200), Kabeljau (170), Tunfisch in Öl als Konserve (149), Rotbarsch (99), Heilbutt (52) und Makrele (49) [4].

Literatur

[1] I. Elmafda und C. Leitzmann: Ernährung des Menschen, Ulmer, 4. Aufl., Stuttgart 2004. [2] G. Schwedt: Noch mehr Experimente mit Supermarktprodukten. Das Periodensystem als Wegweiser, Wiley-VCH, Weinheim 2003. [3] H. K. Biesalski und P. Grimm: Taschenatlas der Ernährung, Thieme, Stuttgart, 3. Aufl. 2004. [4] Ternes/Täufel/Tunger/Zobel: Lexikon der Lebensmittel und der Lebensmittelchemie, Wiss. Verlagsges., Stuttgart, 4.Aufl. 2005.