Basiswissen Ernährung (Folge 19)

Zink gehört zu den Schwermetallen. Wegen seiner Stellung im Periodensystem wird es als Übergangselement bezeichnet [2]. Da es im Vergleich zu anderen zweiwertigen Übergangselementen der ersten Reihe einen relativ kleinen Ionenradius vorweist, verfügt Zink über eine höhere Stabilität in Komplexen. Zink und Kupfer ähneln sich in ihren physiko-chemischen Eigenschaften wie der Isoelektrizität, Koordinationszahl und sp3-Konfiguration. Daher bestehen zwischen beiden Elementen antagonistische Wechselwirkungen im Organismus [1].

Zink-Lagerstätten sind vielerorts auf der Welt zu finden, etwa in den USA, Kanada, Mexiko, Peru, Australien, aber auch in Teilen Europas. Zur industriellen Nutzung von Zink zählt z. B. der Rostschutz von Eisenteilen, -blechen und drähten genauso wie die Herstellung von Zinklegierungen wie Messing, Rotguss und Neusilber. Weiterhin werden Zinksulfate in der Galvanotechnik, der Textilindustrie, als Konservierungsmittel und als Ausgangssubstanz für Zinkfarben genutzt. Zinkoxid wird als Pigment (Zinkweiß), als Zusatzstoff in Gummimischungen, Kunststoffen und Druckfarben sowie in der Pharmazie und Kosmetik zur Herstellung von Pulvern und Salben verwendet; für solche Anwendungen kann aber auch Zinkstearat verwendet werden [2].

Vorkommen: In Austern, Leber und Nüssen

Zu den zinkreichen Nahrungsquellen zählen vor allem eher unbedeutende Lebensmittel. Beispielsweise können Austern bis zu 85 mg Zink/100 g enthalten. 20 g davon würden genügen, um den Tagesbedarf zu decken (Tab. 1). Ebenso sind Getreidekeime, Kalbsleber und Nüsse reich an Zink (Tab. 2). In der Gruppe der Grundnahrungsmittel stellt Fleisch die wichtigste Quelle dar, nicht zuletzt wegen der besseren Verfügbarkeit. In Getreide ist der Zinkgehalt vom jeweiligen Ausmahlungsgrad abhängig: Während Weizenvollkornmehl 4 mg Zink/100 g enthält, sind es bei Weißmehl gerade mal 1 mg/100 g. Milch gilt dagegen als zinkarm, doch in Hartkäse kann Zink auf 4 mg/100 g angereichert werden. Gemüse und Obst spielen mit Gehalten von rund 200 µg/100 g keine Rolle [3].

Bioverfügbarkeit: Tierisches ist besser

Die Bioverfügbarkeit von Zink ist aus tierischen Lebensmitteln in der Regel höher als aus pflanzlichen. Grund dafür ist der Phytinsäuregehalt in Pflanzen, der nicht nur die Bioverfügbarkeit , sondern auch die endogene Zink-Rückabsorption herabsenkt (Tab. 3). Liegt zudem Calcium in hohen Konzentrationen vor, wird dieser Effekt durch die Bildung von unlöslichen Ca-Zn-Phytinsäurekomplexen verstärkt.

Wenn während der Aufnahme von phytinsäurehaltiger Kost tierisches Protein verzehrt wird, ist die Bioverfügbarkeit dagegen verbessert. So wird bei der Aufnahme von Vollkornbrot, das im Gegensatz zu ausgemahlenem Weißmehl viel Phytat enthält, eine relativ geringe Zinkabsorption beobachtet. Werden aber gleichzeitig Milchprodukte verzehrt, lässt sich dieser Effekt wieder aufheben.

Weiterhin ist nach neueren Erkenntnissen bekannt, dass sich die Zink-Absorptionsrate im Organismus bei längerem Verzehr von phytatreicher Nahrung an die erschwerten Bedingungen anpassen kann, so dass der Körper trotzdem ausreichend mit dem Spurenelement versorgt ist. Außerdem vermindern Tannine in Kaffee und Tee die Bioverfügbarkeit. Auch Eisen senkt die Absorptionsrate, während erhöhte Calciumsupplementationen die enteralen Zinkverluste steigern. Dagegen sind Kupfer und Calcium oder Vitamin D in üblichen Dosen nicht von Bedeutung [1].

Stoffwechsel: Zink gehört in die Zellen

Die Zinkabsorption findet überwiegend im Dünndarm mit Hilfe eines energieabhängigen Transportsystems statt. Dabei ist der Eisencarrier DCT-1 sowie eine Reihe von Zink-spezifischen Carriern, die sogenannten Zip-Proteine, von Bedeutung. In der Mucosazelle erfolgt der Transport zur basolateralen Membran durch spezielle Proteine. Zu nennen ist das cysteinreiche Protein Metallothionein und das cysteinreiche intestinale Protein (CRIP). Die Synthese von Metallothionein wird induziert, sobald eine erhöhte Zinkzufuhr erfolgt ist. Es speichert das aufgenommene Zink in Form von Zinkthionein und gibt es erst bei Bedarf wieder an das Blut ab. Auch CRIP verfügt über eine ähnliche Funktion, wobei die Zink-Bindungsaffinität besonders hoch ist. Daher ist CRIP vor allem bei einem niedrigem alimentären Zinkangebot in den cytosolischen Zinktransport bzw. die Zinkspeicherung eingeschaltet.

Über die basolaterale Membran gelangt Zink ins Blut, wo es an Albumin gebunden zu den Zielzellen transportiert wird. Insgesamt beträgt der Körperbestand von Zink zwischen 1,4 und 2,5 g. Davon sind etwa 98% intrazellulär lokalisiert (Tab. 4). Da sich ein Großteil des Zinkbestandes in den Knochen befindet, ist eine kurzfristige Verfügbarkeit nicht möglich. Andere Gewebe und Organe, die hohe Zinkgehalte vorweisen, sind Haut, Haare, Nägel und Leber. Auch in der Retina und in den männlichen Reproduktionsorganen ist die Zinkkonzentration recht hoch. In den Zellen ist Zink meist an verschiedene Strukturproteine gebunden. Im Plasma sind Albumin und α₂ -Makroglobulin die wichtigsten Bindungspartner. Der Zink-Plasmagehalt liegt zwischen 11 und 17 mmol/l und unterliegt einem circadianen Rhythmus. Die Zinkkonzentration kann ferner durch Hormone und Cytokine beeinflusst werden. Insgesamt verfügt der Körper über keinen großen Zinkspeicher, wodurch eine kontinuierliche Zufuhr mit der Nahrung notwendig wird [4].

Oral oder parenteral aufgenommenes Zink wird größtenteils via Faeces ausgeschieden. Meist handelt es sich dabei um nicht resorbiertes Zink aus der Nahrung sowie um Zink aus abgeschilferten Enterozyten und der pankreatischen, intestinalen und biliären Sekretion. Über Schweiß, Haut und Haare geht dagegen nur sehr wenig Zink verloren, doch unter Umständen kann der Verlust bis zu 1 mg Zink/d betragen. Die renale Zinkausscheidung ist beim Gesunden ebenfalls nicht von großer Bedeutung, doch kann die Ausscheidung unter verschiedenen Bedingungen und Erkrankungen wie dem nephrotischen Syndrom, alkoholischer Leberzirrhose, Diabetes mellitus, Porphyrie, im Hungerzustand oder postoperativ erhöht sein. Der Gesamt-Turnover von Zink ist relativ langsam. So liegt die biologische Halbwertzeit zwischen 250 und 500 Tagen [2]. Insgesamt wird die Zinkhomöostase in erster Linie über die enterale Exkretion und über die intestinale Absorption reguliert [1].

Funktionen: An rund 300 Enzymen beteiligt

Die Funktionen von Zink sind sehr vielfältig. So beeinflusst das Spurenelement die Aktivität von etwa 300 verschiedenen Enzymen und ist so an verschiedensten Lebensvorgängen beteiligt. In ionisierter Form ist Zink bei über 50 Metalloenzymen ein spezifischer integraler Bestandteil; sobald das Metallion abgespalten ist, verlieren diese ihre katalytische Funktion (Tab. 5).

Bei anderen Enzymen kann es auch als Effektor wirken. Dabei ist die Bindung von Zink an das Enzymprotein eher lose und auch andere Übergangselemente sind in der Lage, als Cofaktor zu wirken. Der aktivierende Effekt der Elektrolyte ist somit konzentrationsabhängig.

Zink wirkt auf Enzyme aber nicht nur katalytisch, sondern auch strukturstabilisierend, wodurch sich ihre Resistenz gegenüber Hitze oder pH-Veränderungen verbessert. Nach dem neuesten Forschungsstand ist Zink auch in der Lage, die Genexpression von Enzymen zu regulieren. Auch allgemein hat Zink eine Bedeutung für die Genexpression: bei Zinkmangel treten Symptome wie Wachstumshemmung, eine Störung des Zellzyklus und der Mitose auf, die vermuten lassen, dass Zink für die Chromatinstruktur und die Genexpression von Bedeutung sind. Weiterhin ist Zink für Enzyme wie die RNA-Polymerase, die direkt an der Synthese von Nucleinsäuren beteiligt ist, essenziell. Auch ist es Bestandteil von Transkriptionsfaktoren, die für die Genexpression relevant sind und dient der Erkennung der spezifischen Bindungsstellen der DNA-Sequenzen.

Auch für das endokrine System scheint Zink relevant zu sein. So wird vermutet, dass es den Metabolismus von Insulin, Sexualhormonen und Wachstumshormon beeinflusst. Wird Wachstumshormon aus dem Hypophysenvorderlappen sezerniert, erfolgt dies in Form von Granula, die Zink und Wachstumshormon in einem Verhältnis von 1:1 enthalten. Die Speicherung und der Transport von Insulin erfolgt als Zink-koordinierter Hexamer, doch ist die Essenzialität von Zink für einen effizienten Zinktransport bislang nicht eindeutig geklärt. Weiterhin ist Zink für das Immunsystem wichtig. Bei einem Zinkmangel kommt es zur Atrophie des lymphoiden Gewebes. Insbesondere der Thymus ist betroffen, so dass die Konzentration der T-Lymphozyten erniedrigt ist. Zudem konnte in vivo bei Zinkmangel eine verringerte Aktivität von T-Helferzellen, T-Killerzellen und den natürlichen Killerzellen nachgewiesen werden. Auch das Zink-abhängige Thymushormon Thymulin, das die Transformation der Thymozyten in aktive T-Zellen reguliert, ist bei Zinkmangel reduziert. Schließlich wird vermutet, dass Zink mit dem Antioxidationssystem in Verbindung stehen könnte. Ist Zink an spezifische Moleküle gebunden, sollen diese vor oxidativen/peroxidativen Schäden geschützt werden. In vitro konnte gezeigt werden, dass Zink auf Thiolgruppen schützend wirkt, der Bildung von OH^∙ - und O₂ ^∙ -Radikalen vorbeugt und Malondialdehyd und andere konjugierte Diengruppen reduziert. Möglicherweise können diese Effekte mit der Bedeutung von Zink für die Cu/Zn-Superoxid-Dismutase (SOD), für die Synthese von Metallothionein bzw. für die Inhibierung des Cytochrom-P450-Systems erklärt werden [1].

Bedarf wird meist erreicht

Der Zinkbedarf ergibt sich aus Zinkbilanzen und dem Ersatz von obligatorischen Zinkverlusten. Über Exkrete und die Haut gehen beim Mann täglich 2,2 mg und bei der Frau 1,6 mg verloren. Für den Ersatz dieser Verluste und einer durchschnittlichen Absorptionsrate von 30% beträgt der Bedarf im Mittel 7,5 mg Zink/d für Männer und 5,5 mg Zink/d für Frauen. Zudem wird ein Variationskoeffizient von 15% und ein Zuschlag von 30% berücksichtigt, so dass sich schließlich die Empfehlung von 10 mg/d für Männer bzw. 7 mg/d für Frauen ergibt.

Gestillte Säuglinge nehmen über 750 ml Frauenmilch 1 mg Zink pro Tag auf und sind somit ausreichend versorgt. Vier Monate nach der Geburt beträgt die Zinkkonzentration in der Muttermilch 1,2 mg/l. Wird mit der Fütterung der Beikost begonnen, steigt die Zinkaufnahme an. Für Kinder und Jugendliche sind die Empfehlungen so gestaffelt, dass die Nährstoffdichte weitgehend gleich bleibt.

Für Schwangere und Stillende besteht ein Mehrbedarf. Ab der 2. Schwangerschaftshälfte wird ein Mehrbedarf von 0,8 mg/d und für Stillende von 1 mg/d angenommen. So wird eine Mehrzufuhr von 3 mg/d ab dem 4. Schwangerschaftsmonat bzw. 4 mg/d während der Stillzeit als angebracht angesehen [5].

Insgesamt werden diese Mengen in Deutschland normalerweise erreicht. Vor allem der vergleichsweise hohe Fleischkonsum trägt dazu bei. Doch für Patienten mit gastrointestinalen Erkrankungen sowie multimorbiden Senioren, Alkoholiker und HIV-infinzierte Personen ist die Versorgung kritisch [4].

Zinkmangel und die Folgen

Einen milden oder latenten Zinkmangel findet man bei Personen, deren ernährungsbedingte Zinkzufuhr unzureichend ist. Dazu sind Kinder, heranwachsende Jugendliche, Schwangere und Stillende sowie ältere Menschen zu zählen. Dagegen ist ein schwerer ernährungsbedingter Zinkmangel in den industrialisierten Staaten selten. Ein mäßiger Zinkmangel ist bei einer Reihe von Erkrankungen vorzufinden (Tab. 6). Dazu gehört das Malabsorptionssyndrom, chronisch entzündliche Darmerkrankungen wie Colitis ulcerosa und Morbus Crohn, die alkoholische und nichtalkoholische Leberzirrhose, Fettleber, chronische Nierenerkrankungen, Sichelzellanämie sowie anhaltende Formen der Unter- bzw. Fehlernährung [2]. Typische Symptome sind Dermatitis, Immunschwäche, Haarausfall sowie eine verzögerte Wundheilung. Auch kann es zu einer Abschwächung oder Veränderung des Geruchs- und Geschmacksempfinden kommen. Zu den schweren Formen des Zinkmangels gehört die Stoffwechselstörung Akrodermatitis enteropathica. Sie lässt sich durch eine angeborene, autosomol-rezessive Störung der Zinkabsorption charakterisieren und ist durch Symptome wie Haut- und Schleimhautläsionen, Alopezie, Diarrhö, gesteigerte Infektanfälligkeit sowie durch retardiertes Wachstum und neurologische Funktionsstörungen erkennbar [4]. Weiterhin können schwere Formen bei totaler parenteraler Ernährung ohne Zinksupplementierung und gelegentlich bei der Penicillamintherapie auftreten. Letztere wird zur Behandlung von Morbus Wilson eingesetzt und begünstigt eine erhöhte renale Ausscheidung. Die Therapie eines Zinkmangels orientiert sich an den Empfehlungen. Bei normaler Ernährung genügt eine 2 bis 3fach höhere Zufuhr; so werden 15 bis 30 mg/d verabreicht. Mehr als 40 bis 45 mg/d sollten nicht überschritten werden. Sofern ein Malabsorptionssyndrom ausgeschlossen werden kann, beträgt die Therapiedauer bis zu sechs Monate. Treten enorme Zinkverluste via Fäzes oder Urin auf, wird entsprechend dieser Verluste supplementiert. Zur oralen Therapie können Zinkverbindungen mit Sulfat, Gluconat, Hydroxyaspartat, Orotat und Histidinat verwendet werden. Besonders eignen sich Aminsosäurekomplexe wegen ihrer hohen Bioverfügbarkeit und der geringen Nebenwirkungen [2].

Präventive und therapeutische Aspekte

Nicht eindeutig ist der Nutzen einer Zinksupplementierung mittels Lutschtabletten bei Erkältungskrankheiten. Einige Studien konnten zwar zeigen, dass sehr hohe Zinkdosen (60 bis 140 mg/d) positive Effekte in Bezug auf die Schwere und Dauer der Erkrankung zeigten, doch andere Untersuchungen konnten dies nicht bestätigen. Laut einer Metaanalyse ist die Effektivität einer Zinktherapie bei Erkältungen bislang nicht belegt.

Weiterhin wird diskutiert, ob Zink zur Gesunderhaltung des Auges beitragen könnte. Dies ist vor allem im Hinblick auf die im Alter häufig auftretende Makuladegeneration von Bedeutung, da mit zunehmenden Alter einige Zink-abhängige Enzyme wie die Retinol-Dehydrogenase und Katalase in ihrer Aktivität reduziert sind. Zwar konnten epidemiologische Studien noch keinen Zusammenhang zwischen der Zinkaufnahme und dem Auftreten der Makuladegeneration feststellen, doch ergab eine placebokontrollierte Studie, dass eine langfristige hochdosierte Zinkzufuhr (80 mg Zinkoxid/d) das Fortschreiten der Erkrankung verlangsamen kann. Weiterhin weisen Aids-Patienten häufig einen unzureichenden Zinkstatus auf. Für diese Personen ist es möglich, mittels Zinksupplementierung die Immunabwehr zu verbessern und opportunistische Infektionen zu vermindern. Doch bestehen andererseits Hinweise, wonach bei erhöhter Zinkzufuhr die HIV-Replikation und damit das Fortschreiten der Krankheit begünstigt wird.

Letztlich können Ausdauersportler von einer moderaten Zinksupplementierung von 5 bis 10 mg/d profitieren, da bei ihnen nicht selten größere Zinkverluste über den Schweiß auftreten [4].

Zink-Intoxikation und die Folgen

Zink hat eine sehr hohe Toxizitätsschwelle. Vergiftungen können auftreten, wenn säurehaltige Lebensmittel oder Wasser, die in verzinkten Gefäßen aufbewahrt wurden, aufgenommen werden. Eine akute Vergiftung kann mit einer Dosis von 2 g Zink ausgelöst werden und verursacht Magen-Darm-Störungen und Fieber. Eine chronische Vergiftung tritt bei einer Dosis von > 110 mg/d auf. Zu den Symptomen sind die hypochrome Anämie und Neutropenie zu zählen, die wohl aufgrund einer Wechselwirkung mit Kupfer zustande kommen. Auch wenn kurzfristig 50 mg Zink/d aufgenommen werden, kommt es bereits zu Wechselwirkungen mit dem Eisen- und Kupferstoffwechsel. Daher wird von einer Zinkzufuhr von mehr als 30 mg/d abgeraten [5].

• Wachstumsretardation
• Verzögerte Reifung, Impotenz
• Hypogonadismus
• Alopezie
• Epithelläsionen (inklusive Glossitis, Haar- und Nagelveränderungen)
• Immunschwäche
• Verhaltensstörungen
• Vermindertes Geschmacksempfinden
• Verminderte Wundheilung
• Appetitverlust
• Augenveränderungen (inklusive Nachtblindheit)