Wissenschaftliches Dossier. Magnesium (Mg)

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1 Wissenschaftliches Dossier zu Magnesium (Mg) erstellt durch Institut ISME Weingartenstraße Mörfelden verantwortlicher Autor Dr. med. Kurt-Reiner Geiß (ärztlicher Direktor) im April 2007

2 Inhalt 1. Einleitung Seite 3 bis 4 2. Chemische und ernährungsphysiologische Zuordnung Seite 4 3. Bestand und Verteilung im menschlichen Organismus Seite 4 bis 5 4. Aufgaben und Funktionen Seite Aktivator im Energiestoffwechsel Seite 5 bis Regulator im neuromuskulären System Seite 6 bis 7 5. Zufuhr Seite 7 bis 8 6. Resorption Seite 8 7. Mangelerscheinungen und symptome Seite 9 bis Besondere Bedeutung im Sport Seite 10 bis 11 Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 2

3 1. Einleitung Magnesium gehört chemisch zu der Gruppe der Erdalkalimetalle. Ernährungsphysiologisch wird Magnesium den Mineralstoffen zugeordnet und hier in der Untergruppe zu den Mengenelementen. Der Magnesiumbestand eines 70 kg schweren Menschen liegt bei durchschnittlich 0,82 bis 0,98 mol, dies entspricht ca. 20 bis 24 g. Mengenmäßig steht somit Magnesium nach den Mengenelementen Natrium, Kalium und Kalzium an vierter Stelle. Die Hauptaufgabe von Magnesium besteht in der Aktivierung nahezu aller Enzymsysteme, die im Energiestoffwechsel von Bedeutung sind. Hervorzuheben sind in diesem Zusammenhang die wesentlichen Aufgaben, die dem Magnesium bei der Muskelkontraktion sowie bei der Nervenreizleitung zukommen. Mit einer gemischten Kost nimmt der Mensch täglich 250 bis 400 mg Magnesium auf. Von dieser Zufuhr werden im Darm aber physiologischer Weise durchschnittlich nur ca. 35% resorbiert. Die unterschiedliche Magnesiumresorptionsrate wird durch verschiedene Faktoren bedingt, es gilt jedoch als sicher, dass die gut wasserlöslichen Magnesiumsalze im Allgemeinen gut resorbiert werden. Als Magnesiumreiche Nahrungsquellen gelten Fleisch, Milch, Vollkornprodukte, Gemüse, Hülsenfrüchte und Nüsse. Trotzdem scheint sich heutzutage zunehmend ein Magnesiummangel-Syndrom auszubreiten. Neben einer Reihe unspezifischer Symptome und Funktionseinschränkungen finden sich dann bei einer Unterversorgung von Magnesium Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 3

4 aber auch Krämpfe, Tetanie und Tremor. Eine zusätzliche Magnesiumzufuhr (Substitution) ist daher bei Magnesiummangel medizinisch indiziert. Eine besondere Bedeutung wird dem Magnesium, das populärwissenschaftlich auch als Hochleistungselement des Stoffwechsels bezeichnet wird, im Sport zuteil. Aufgrund der intensiven körperlichen Belastung und der vermehrten Schweißproduktion wird der Magnesiumbedarf des Sportlers zwischen 500 und 700 mg pro Tag angegeben. Es gibt eine Reihe wissenschaftlicher Untersuchungen die belegen konnten, dass die Substitution von Magnesium bei Sportlern mit einer Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit einhergeht. 2. Chemische und ernährungsphysiologische Zuordnung Magnesium ist das zwölfte Element im Periodensystem der Elemente. Chemisch gehört es zu der Gruppe der wasserlöslichen Erdalkalimetalle. Als Kation liegt es zweiwertig vor (Mg ++ ) und geht eine Reihe von chemischen Verbindungen ein: z. B. Magnesium-Aspartat, Mg-Chelat, Mg- Zitrat, Mg-Hydrochlorid, Mg-Orotat etc. Ernährungsphysiologisch wird Magnesium als Mineralstoff definiert und der Untergruppe der Mengenelemente (Natrium, Kalium, Kalzium, Chlor) zugeordnet. 3. Bestand und Verteilung im menschlichen Organismus Der Magnesiumbestand eines 70 kg schweren Menschen beträgt durchschnittlich 0,82 bis 0,98 mol. Dies entspricht ca. 20 bis 24 g. Somit steht Magnesium mengenmäßig in der Rangliste der Mengenelemente Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 4

5 nach Natrium, Kalium und Kalzium an vierter Stelle. Über die Hälfte des Magnesiumbestandes (ca. 60%) befindet sich in den Knochen. Ca. 35% des Magnesiumbestandes befindet sich innerhalb der Zellen (intrazellulär) der Muskulatur und nur etwa 5% befindet sich in der Flüssigkeit außerhalb der Zelle (extrazellulär). Die intrazelluläre Konzentration schwankt zwischen 10 bis 60 mmol (dies entspricht etwa 240 bis mg pro Liter) und zeigt, dass Magnesium seitens der intrazellulären Konzentration demnach der zweitwichtigste Mineralstoff in der menschlichen Zelle ist. In der extrazellulären Flüssigkeit konkret im Plasma beträgt die Mg- Konzentration durchschnittlich 0,8 bis 1,0 mmol, also ca. 19 bis 25 mg pro Liter, wobei ca. 65 bis 70% als Magnesiumkationen frei gelöst sind und ca. 30 bis 35% an Plasma-Eiweißstoffe (Proteine) gebunden sind. Exkursion: Der deutliche Konzentrationsunterschied von Magnesium im intra- und extrazellulären Raum erklärt die Schwierigkeit der Interpretation von Magnesiumbestimmungen im Blut. Selbst wenn die Plasmaspiegel im Normbereich liegen, kann die Magnesiumkonzentration intrazellulär erniedrigt sein und der Blutwert täuscht so über einen bestehenden Magnesiummangel hinweg. 4. Aufgaben und Funktionen 4.1 Aktivator im Energiestoffwechsel Die Hauptaufgabe von Magnesium ist die Aktivierung nahezu aller Enzymsysteme, die im Energiestoffwechsel Bedeutung haben. Es sind dies über 300 Enzyme des Kohlenhydrat-, Fett- und Eiweißstoffwechsels, die Magnesium als Aktivator (Coenzym oder Cofaktor) benötigen. Vorrangig Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 5

6 werden die Enzymsysteme Aminopeptidase, Dipeptidase und Glukokinase aktiviert. Des Weiteren sind die Phosphatasen und hier vor allem die Enzymsysteme der oxidativen Phosphorylierung und nachgeschaltet die Enzymsysteme der Mutasen und Enolasen zu nennen. Magnesium gilt als der Aktivator im Energiestoffwechsel: Es unterstützt so eine optimale Bereitstellung der biologischen Energie Adenosintriphosphat (ATP) und begünstigt die körperliche Leistungsbereitschaft respektive Fähigkeit. 4.2 Regulator im neuromuskulären System Magnesium hemmt Acetylcholin. Acetylcholin ist sowohl im zentralen, als auch peripheren Nervensystem ein wichtiger Botenstoff, der unter anderem an der Signalübertragung an den Nervenenden beteiligt ist. In der Zelle ist Magnesium an der Aufrechterhaltung (Stabilität) und der Durchlässigkeit (Permeabilität) von Zellwänden (Zellmembranen) beteiligt. Magnesium übt hier einen Einfluss auf den Mineralstoffaustausch zwischen intra- und extrazellulärem Raum aus: Die in ihrer Aktivität magnesiumabhängige Natrium-Kalium-ATPase reguliert das Kalium/Natrium Konzentrationsgefälle zwischen Intra- und Extrazellulärraum und beeinflusst so auch die Konzentration des intrazellulären Kalziumspiegels. Ein erniedrigter Magnesiumspiegel bedingt eine erhöhte Zellmembranpermeabilität; dies führt zu einem verminderten Kalium/Natrium Gefälle zwischen Intra- und Extrazellulärraum und einem intrazellulären Kalziumanstieg. Hieraus resultiert zunächst eine grundsätzlich gesteigerte Erregbarkeit sowohl der quergestreiften, als auch der glatten Muskulatur. In der Skelettmuskulatur kommt es zu einer erhöhten Spannung (Tonus) Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 6

7 bis hin zu dem Auftreten von Krämpfen. Am Herzen bedingt die gesteigerte Erregbarkeit das vermehrte Auftreten von Herzrhythmusstörungen und eine damit verbundene Verminderung der Pumpleistung (Kontraktilität) und der Durchblutung des Herzen. Im weitesten Sinne ist das Magnesium als Gegenspieler zu dem Mineralstoff Kalzium zu interpretieren und es wird deshalb oft auch als Weichmacher der Muskulatur oder als physiologischer Kalziumantagonist bezeichnet. 5. Zufuhr Die tägliche Magnesiumaufnahme eines gesunden Erwachsenen wird in Zentraleuropa derzeit bei einer gemischten Kost mit 250 bis 410 mg angegeben. Als besonders magnesiumreiche Nahrungsquellen gelten Fleisch, Milch, Vollkornprodukte, Haferflocken, Gemüse und Salat (Bohnen, Blumen-, Grün- und Weißkohl, Rettich, Möhren, Tomaten, Spargel, Kopfund Feldsalat), Obst (Erdbeeren, Himbeeren und Kiwi), Hülsenfrüchte sowie Nüsse. Zu beachten sind des Weiteren magnesiumhaltige Heil- und Mineralwässer. Die allgemeinen Zufuhrempfehlungen liegen bei Kindern zwischen dem 1. bis 10. Lebensjahr zwischen 80 und 120 mg Magnesium pro Tag, bei Jugendlichen zwischen 10 und 15 Jahren zwischen 230 bis 310 mg Magnesium pro Tag und für Jugendliche und Erwachsene zwischen 300 bis 400 mg Magnesium pro Tag. Der letztgenannte Referenzwert gilt auch Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 7

8 für Schwangere und Stillende. Bei Sportlern wird eine Magnesiumauf- nahme von 500 bis 700 mg pro Tag empfohlen (vergleiche hierzu Kapitel Nr. 8) 6. Resorption Der Umfang der Magnesiumresorption wird in verschiedenen Publikationen unterschiedlich, insgesamt durchschnittlich mit ca. 35% des zugeführten Magnesiums angegeben. Leicht wasserlösliche anorganische Magnesiumsalze, z. B. Magnesiumaspartat, werden am besten resorbiert. Die Resorptionsrate wird von zahlreichen Faktoren beeinflusst: Sie ist abhängig vom Magnesiumangebot, der Verweildauer und Durchmischung der Speisen im Magen, der Beschaffenheit der Darmschleimhaut und dem im Darm vorliegenden ph-wert. Die Magnesiumresorption wird beeinträchtigt durch hohe Zufuhr von Kalzium, Eiweiß (Proteine), Fett, Phosphor, Alkohol und Ballaststoffen (insbesondere Phytat in den Kleiebestandteilen) sowie ein Mangel an den Vitaminen B1 und B6. Magnesium stellt somit für einige Bevölkerungsgruppen einen kritischen Nährstoff dar. Gefördert wird die Magnesiumresorptionsrate demgegenüber durch das Vitamin D und dem Parathormon. Die Regulation des Gesamtmagnesiumhaushaltes erfolgt weniger durch die Resorption im Darm, als vielmehr durch die Niere (renale Ausscheidung). Eine zusätzliche Magnesiumzufuhr ist daher nur bei einem Magnesiummangel sinnvoll, da jede Mehrzufuhr nach Deckung des Bedarfs und Absättigung der Speicher wieder ausgeschieden wird. Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 8

9 7. Mangelerscheinungen und -symptome Es gibt verschiedene Gründe, die zu einem Magnesiummangel führen können: Zunächst ist die bereits erwähnte ernährungsbedingte Beeinträchtigung der Magnesiumresorptionsquote als hauptsächliche Ursache zu nennen. Diskutiert wird aber auch die Entwicklung besonderer Nahrungspräferenzen (z. B. Fast Food) und geochemische Besonderheiten, die den Magnesiumgehalt der verschiedenen Lebens mittel beeinflussen. Nicht unerwähnt bleiben sollen die Medikamente, die zu einer vermehrten Magnesiumausscheidung führen (z. B. Diuretika). Aufgrund der zahlreichen und verschiedenen Aufgaben und Funktionen die das Magnesium im menschlichen Organismus übernimmt (vergleiche hierzu Kapitel 4), gibt es eine Reihe von Symptomen, die mit einem Magnesiummangel assoziiert sind, aber auch Krankheitsbilder, die durch einen Magnesiummangel entstehen. So wird als mögliche Folgeerscheinung eines Magnesiummangels die Entstehung aber auch Verschlechterung des Bluthochdruckes (Hypertonie) angenommen: Ein Magnesiummangel führt zu einer gesteigerten neuromuskulären Erregbarkeit und erhöht so die Spannung in der arteriellen Gefäßwänden. Die hieraus resultierende periphere Wider standserhöhung bedingt einen Anstieg des Blutdruckes. Die nachfolgend aufgelisteten und vielfach beobachteten klinischen Magnesiummangelsymptome sind sehr komplex und angesichts der vielfältigen Funktionen des Magnesiums im Zellstoffwechsel bis heute noch nicht befriedigend geklärt. Ein ausgeprägtes Magnesiummangelsymptom geht einher mit einer muskulären Schwäche, Kraftlosigkeit, Unruhe, Zittern, Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 9

10 Herzjagen und Herzrhythmusstörungen sowie Schwindelattacken. Durchfälle, die sich mit Verstopfungsphasen abwechseln, werden ebenso beschrieben wie Übelkeit, Muskelkrämpfe, Atemnot, Taubheit und Kribbeln an den Extremitäten sowie Kopfschmerzen. Des Weiteren können anfallweise Krampfzustände auftreten, die teilweise mit einer Epilepsie und/oder kurzzeitiger Bewusstlosigkeit verknüpft sind. 8. Besondere Bedeutung im Sport Grundsätzlich gelten für Sporttreibende bezüglich des Stoffwechsels der Mengenelemente die gleichen Voraussetzungen, wie für die Normalbevölkerung. Unter körperlicher Belastung verändert sich jedoch die hormonell gesteuerte Regulation, die insbesondere durch die vermehrte Stresshormonfreisetzung hervorgerufen wird. Der Anstieg der Hormone von Kortison, Adrenalin, Noradrenalin, Dopamin und Aldosteron beeinflusst die Magnesiumresorptionsrate ebenso wie die Verteilung und Ausscheidung. Darüber hinaus geht auch eine größere Menge Magnesium durch die vermehrte Schweißproduktion verloren. Magnesiummangelzustände im Ausdauersportbereich sind seit längerem bekannt und treten, je nach Trainingsumfang- und intensität, schon unter Trainingsbedingungen auf. Aber auch in zahlreichen anderen Sportarten kommt es häufig, aufgrund spezifischer Ernährungsformen wie z. B. bei eiweißreichen Diäten zur Gewichtsreduktion oder in der Trainingsaufbauphase zur Verbesserung der Kraftleistung, zu einem ausgeprägten Magnesiummangel. Der tägliche Magnesiumbedarf eines Sportlers liegt daher fast doppelt so hoch wie der der Normalbevölkerung und wird mit 500 bis 700 mg angegeben. Da diese hohe Zufuhr wohl eher selten über die tägliche Nahrung Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 10

11 erreicht werden kann, greifen zahlreiche Sportler zu Magnesiumsubstitutionspräparaten. Dies wohl zu Recht, da in zahlreichen Studien eine Verbesserung der körperlichen Leistungsfähigkeit unter Magnesiumsubstitution nachgewiesen werden konnte und so die Bedeutung der Magnesiumsubstitution im Sport wissenschaftlich untermauert wurde. Mörfelden, April 2007 Dr. med. K.-R. Geiß Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 11