Wissenschaftliches Dossier zu Eisen (Fe)

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1 Wissenschaftliches Dossier zu Eisen (Fe) erstellt durch Institut ISME Weingartenstraße Mörfelden verantwortlicher Autor Dr. med. Kurt-Reiner Geiß (ärztlicher Direktor) im Februar 2009

2 Inhalt 1. Einleitung Seite 3 bis 4 2. Chemische und ernährungsphysiologische Zuordnung Seite 4 3. Bestand und Verteilung im menschlichen Organismus Seite 5 4. Aufgaben und Funktionen Seite Sauerstofftransport Seite 5 bis Eisen als Co-Faktor Seite 6 5. Zufuhr Seite 6 bis 7 6. Zufuhrempfehlung Seite 7 7. Eisenresorption Seite 7 bis 8 8. Eisenmangelerscheinungen und Symptome Seite 8 bis 10 Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 2

3 1. Einleitung Eisen wird ernährungsphysiologisch den Mineralstoffen zugeordnet und gehört hier zu der Untergruppe der Spurenelemente. Der Eisenbestand eines 70 kg schweren Menschen liegt durchschnittlich bei 0,07 bis 0,09 mol, dies entspricht ca. 3,9 bis 5,0 g. Eisen ist ein wesentlicher Bestandteil der sauerstoffübertragenden Proteinverbindungen wie Hämoglobin (der Farbstoff der roten Blutkörperchen) und Myoglobin. Darüber hinaus ist Eisen ein essentieller Bestandteil sowie Co-Faktor für hunderte von Proteinen und Enzymen und umfasst somit alle Bereiche des Lebens. Unter Berücksichtigung der Bioverfügbarkeit der verschiedenen Eisenverbindungen wird die empfohlene tägliche Zufuhr bei Männern und Frauen mit durchschnittlich 10 mg angegeben, schwangere, stillende und menstruierende Frauen, Jugendliche, Heranwachsende und Sportler, aber auch Vegetarier weisen einen höheren Eisenbedarf auf. Die intestinale Eisenresorption (Eisenaufnahme durch den Darm) beträgt mindestens 6 bis maximal 19% des zugeführten Eisens, wobei die Resorptionsrate durch die Bioverfügbarkeit der verschiedenen Eisenverbindungen aber auch durch die Inhaltsstoffe der Lebensmittel sowohl günstig, als auch ungünstig beeinflusst werden kann. Eisenmangelsituationen können kaum durch mangelhafte Eisenaufnahme, vielmehr jedoch durch physiologischen Mehrbedarf, Blutverluste, Resorptionsstörungen sowie bestimmte Nahrungsinhaltsstoffe ausgelöst werden. Eisenmangelsymptome zeigen sich vorrangig in verschiedenen Formen der Anämie (Blutarmut), erhöhte Infektanfälligkeit und Müdigkeit. In den Industrieländern sind nur wenige Menschen, aufgrund des hohen Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 3

4 Lebensstandard und der hieraus resultierenden Möglichkeit den Eisenbedarf über die Nahrung zu decken, von einem Eisenmangel betroffen: Gemäß den verschiedenen Quellenangaben leiden maximal 2% der Männer und 5% der Frauen unter einem Eisenmangel. Ein Eisenmangel lässt sich im Blut leicht diagnostizieren und wird unter Berücksichtigung der Ursache in der Regel medikamentös therapiert bzw. substituiert. Zur Prophylaxe eines Eisenmangels können diätetische Lebensmittel (Nahrungsergänzungspräparate) oder auch mit Eisen angereicherte Lebensmittel oder Getränke konsumiert werden. Als Erkrankung des Eisenstoffwechsels sind die Hämochromatose und die Hämosiderose zu nennen, bei denen es zu einer Eisenüberladung der inneren Organe kommen kann. Die Folgeerkrankungen wie Leberzirrhose, Leberkarzinom, Bronzediabetes und Herzversagen führen unbehandelt zum Tod. 2. Chemische und ernährungsphysiologische Zuordnung Eisen ist das 26. Element im Periodensystem der Elemente. Chemisch setzt es sich aus drei Isotopen zusammen und gilt als ausgeprägt reaktives Element, das mit dem Sauerstoff unter Bildung von Fe 2+ und Fe 3+ Verbindungen wie z. B. FeO oder Fe 3 O 4 bildet. Darüber hinaus geht das Eisen weitere chemische Verbindungen ein wie z. B. Eisen-II-Glukonat, Eisen-II-Sulfat oder Eisen-III-Diphosphat. Ernährungsphysiologisch gehört Eisen zu den Mineralstoffen und wird hier der Untergruppe der Spurenelemente (wie z. B. auch Chrom, Jod, Kobalt etc.) zugeordnet. Eisen ist ein essentieller Nährstoff, er kann also von dem menschlichen Organismus selbst nicht gebildet werden und muss deshalb mit der Nahrung zugeführt werden. Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 4

5 3. Bestand und Verteilung im menschlichen Organismus Der Eisenbestand eines 70 kg schweren Menschen liegt durchschnittlich bei 0,07 bis 0,09 mol, dies entspricht ca. 3,9 bis 5,0 g. Ca. 70% davon liegen im Hämoglobin (roter Blutfarbstoff) gebunden vor, ca. 12% sind an das Myoglobin und eisenhaltige Enzyme gebunden. Maximal 20% des Eisenbestandes des menschlichen Organismus befinden sich in den Depots, das Eisen liegt hier als Ferritin vor. Das Eisentransportprotein (Transferrin) macht nur 0,1% des Gesamteisenbestandteils aus, so dass von einem entsprechend hohen Umsatz des Eisenstoffwechsels ausgegangen werden muss, da der Bedarf im Organismus ausschließlich über das Transferrin gedeckt wird. Exkursion: Ergibt sich anhand von bestimmten Symptomen der Verdacht auf einen Eisenmangel, ist die Bestimmung des Eisenspiegels im Blut sehr ungenau, da sich der Eisenspiegel auch im Falle eines Eisenmangels innerhalb von wenigen Minuten um mehr als das dreifache verändern kann. Die Bestimmung der Laborparameter Hämoglobin (roter Blutfarbstoff), Erythrozyten (rote Blutkörperchen) sowie die Bestimmung des Eisendepots (Ferritin) und des Eisentransportproteins (Transferrin) sind daher zur exakten Diagnostik unabdingbar. 4. Aufgaben und Funktionen 4.1 Sauerstofftransport Die Hauptaufgabe von Eisen ist sicherlich die Sauerstoffübertragung durch das Blut-Herz-Kreislaufsystem in alle Zellen des menschlichen Organismus. Der Sauerstofftransport erfolgt hierbei durch die sauerstoffübertragenden Proteinverbindungen Hämoglobin und Myoglobin. Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 5

6 Der für den Organismus lebensnotwendige Sauerstofftransport sichert dem Eisen den höchsten Stellenwert und somit seine Bedeutung gegen- über den anderen Spurenelementen. 4.2 Eisen als Co-Faktor Eisen ist ein essentieller Bestandteil oder Co-Faktor für hunderte von Proteinen und Enzymen, wobei allen voran die Redoxenzymsysteme zu nennen sind. Darüber hinaus ist aber auch besonders auf die NADP-Cytochromreduktase und die Cytochrom c-oxidase hinzuweisen. Alle diese Enzymsysteme greifen in den Energiestoffwechsel ein, so dass dieser im Falle eines Eisenmangels empfindlich gestört wird. 5. Zufuhr Die durchschnittliche Eisenzufuhr beträgt bei Männern und Frauen zwischen 6,3 und 10,4 mg pro Tag. Diese Werte gelten aufgrund des hohen Nahrungsangebotes verbunden mit einem hohen Lebensstandard für alle westlichen Industrienationen. Als besonders eisenreiche Nahrungsquellen werden Fleisch und Wurstprodukte, Gemüse, Vollkorn, Eigelb und Hülsenfrüchte eingestuft. Die verschiedenen Fischarten enthalten weniger Eisen als Fleisch und Wurst, der niedrigste Eisengehalt findet sich in Milch und Molkereierzeugnissen sowie in Backwaren und Obst. Eisen liegt in Getränken in ionisierter Form vor. Der Eisengehalt der Getränke variiert stark: So liegt der Eisengehalt von Mineralwasser zwischen 0,02 und 0,08 mg/l, Bier und Cola enthalten zwischen 0,3 und 0,75 mg/l. Fruchtsäfte können mit einem Eisengehalt von durchschnittlich 1,6 mg/l angegeben werden. Rotwein enthält noch mehr Eisen, bis zu 6,1 mg/l. Anhand dieser Werte ist unschwer zu erkennen, dass bei einer allgemein empfohlenen vollwertigen Mischkost ein Eisenmangel nicht aufgrund Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 6

7 unzureichender Eisenzufuhr auftritt. Es gibt andere Gründe die einen Eisenmangel bedingen, diese werden unter Punkt 8 weiterführend dargestellt. 6. Zufuhrempfehlungen Da sich der Eisenbedarf z. B. alters- und geschlechtsspezifisch unterscheidet, gelten die im Folgenden dargestellten allgemeinen Zufuhrempfehlungen: 1 bis 13 Jahre, männlich und weiblich 7 bis 10 mg Fe/Tag 14 bis 19 Jahre, männlich 12 mg Fe/Tag 14 bis 19 Jahre weiblich 15 mg Fe/Tag 20 bis 50 Jahre, männlich 8 bis 10 mg Fe/Tag 20 bis 50 Jahre, weiblich 15 bis 18 mg Fe/Tag über 50 Jahre 8 bis 10 mg Fe/Tag Die Zufuhrempfehlung für Schwangere wird mit 27 bis 30 mg Fe/Tag, die für Stillende mit 20 mg Fe/Tag angegeben. Auch Sportler weisen einen deutlich erhöhten Eisenbedarf auf, hier liegen die verschiedenen Empfehlungen bei Werten zwischen 20 und 30 mg Fe/Tag und werden maßgeblich beeinflusst von Alter, Geschlecht, Sportart und intensität. 7. Eisenresorption Das Nahrungseisen aber auch die verschiedenen chemisch definierten Eisenverbindungen werden unterschiedlich gut resorbiert. Die in dem Darm aufgenommene Eisenmenge (intestinale Resorptionsrate) wird durch die unterschiedliche biologische Verfügbarkeit beeinflusst und unterliegt darüber hinaus einer Vielzahl von Interaktionen, die von anderen Nahrungsbestandteilen ausgelöst werden. Daher wird die intestinale Eisenresorption in einem Range von 6 bis 19% der zugeführten Eisen- Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 7

8 menge angegeben. Exkursion: Unabhängig davon, durch welch einen Faktor ein Eisenmangel ausgelöst wird, nimmt die intestinale Eisenresorptionsrate zu, offensichtlich, weil die Darmschleimhaut über Regulationsmechanismen verfügt, die Eisenresorptionsrate dann zu steigern, um somit dem erhöhten Bedarf des Organismus gerecht zu werden. Das mit der Nahrung zugeführte Eisen ist proteingebunden (Hämeisen). Es wird im Magen durch die Salzsäure gelöst und gleichzeitig von Fe 3+ zu Fe 2+ reduziert, welches deutlich besser resorbierbar ist. Die Hauptmenge des Eisens wird im oberen Dünndarm über die Darmschleimhaut aufgenommen. Genau hier lösen die anderen Nahrungsbestandteile die Interaktionen, die sich ungünstig oder günstig auf die Eisenaufnahme auswirken können, aus: Verschiedene Aminosäuren, Zucker und Salzsäure erhöhen die Eisenresorptionsrate und steigern sie in Verbindung mit Vitamin C (Ascorbinsäure) signifikant. Kalzium, Karbonate, Phosphate, Proteine, Phytate, Ballaststoffe, aber auch die im Tee sowie in Pflanzen und Gemüse enthaltenen Polyphenole vermindern die Eisenresorption deutlich. Dies erklärt, warum Vegetarier mit einem hohen Verzehr pflanzlicher Lebensmittel, die darüber hinaus noch einen hohen Gehalt an Eisen aufweisen, trotzdem zu der Risikogruppe gehören, die unter einer (leichtgradigen) Anämie leiden können. 8. Eisenmangelerscheinungen und Symptome Wie bereits erwähnt, ist eine mangelhafte Eisenzufuhr in den westlichen Industrienationen aufgrund des Nahrungsmittelangebotes als Ursache eines Eisenmangels auszuschließen. Das Vorliegen eines physiologischen Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 8

9 Mehrbedarfs (Wachstum, Menstruation, Schwangerschaft, Stillzeit, intensives Sporttreiben) kann jedoch zu einem leichtgradigen bzw. latenten Eisenmangel führen. Den Quellenangaben zu Folge, leiden 2% der Männer und 5% der Frauen in den westlichen Industriestaaten unter einer Eisenmangelanämie. Die Gründe hierfür sind dann eher in chronischen Blutverlusten (bedingt z. B. durch Tumore oder Entzündungen), bei starker Menstruation (Hypermenorrhoe), aber auch bei Resorptionsstörungen (nach Darmoperationen oder einer chronischen Magenschleimhautentzündung) zu sehen. Nicht unerwähnt bleiben sollen hier die regelmäßigen Blutspender, aber auch die regelmäßige Einnahme bestimmter Medikamente können einen Eisenmangel bedingen. Aufgrund der bereits beschriebenen Funktion des Eisens (Sauerstofftransport und Energiestoffwechsel) führt ein Eisenmangel zu einer deutlichen Reduktion der physischen und psychischen Leistungsfähigkeit. Als typische Zeichen sind weiterhin zu nennen: Blässe, Müdigkeit, Atemnot, wunde Schleimhäute, rissige Haut und aufgrund der verminderten Immunabwehr eine deutlich erhöhte Infektionsgefahr. Aufgrund der o. g. Symptome wird in der Regel vom Arzt die Verdachtsdiagnose Eisenmangel gestellt, welche durch eine anschließende Blutentnahme laborchemisch leicht zu verifizieren ist. Es sollten hierbei die Laborparameter Hämoglobin, Erytrozyten (Blutbild), aber vor allem auch die für das Eisendepot und für den Eisentransport wichtigen Proteinverbindungen Transferrin und Ferritin mitbestimmt werden. Hieraus lässt sich erkennen, welchen Grad der Eisenmangel (latente bis manifeste Eisenmangelanämie) aufweist. Steht die Diagnose fest und ist vor allem die Ursache hiefür bekannt, wird die Erkrankung über einen gewissen Zeitraum meist medikamentös behandelt. Es stehen hierzu eine Reihe Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 9

10 pharmakologischer Präparate zur Verfügung, die in der Regel entsprechende Mengen Eisen-II-Sulfat oder Eisen-II-Glukonat enthalten. Um einen Eisenmangel vorbeugend zu verhindern, kann für die Personengruppen, die einen physiologisch bedingten Mehrbedarf aufweisen, die Verwendung von Lebensmitteln, die mit Eisen gezielt angereichert sind, empfohlen werden: es sind dies diätetische Lebensmittel, z. B. Nahrungsergänzungspräparate oder auch mit Eisen angereicherte Getränke. Abschließend muss noch der Hinweis erfolgen, dass Personen mit Eisenspeicherkrankheiten wie z. B. Hämochromatose und Hämosiderose eisenhaltige Lebensmittel und Getränke grundsätzlich vermeiden müssen, um eine Überladung der inneren Organe mit Eisen und den daraus resultierenden Folgeerkrankungen zu vermeiden. Mörfelden, Februar 2009 Dr. med. K.-R. Geiß Copyright Dr. Kurt-Reiner Geiß, Mörfelden 10