Spurenelement

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Als Spurenelemente oder auch Mikroelemente bezeichnet man Elemente, die für ein Lebewesen – umgangssprachlich meist auf den Menschen bezogen – (essentiell) nötig sind und in Massenanteilen von weniger als 50 mg/kg im Organismus vorkommen, im Unterschied zu den Mengenelementen. Bei Konzentrationen von weniger als 1 µg/kg wird gelegentlich auch von Ultra-Spurenelementen bzw. Ultramikroelementen gesprochen.[1] Spurenelemente gehören zu den essentiellen Mikronährstoffen. Auch in der Geologie werden Stoffanteile und Begleitelemente geringer Konzentrationen als Spurenelemente bezeichnet. Die Zuweisung als Spurenelement kann von der Liste der Häufigkeiten chemischer Elemente abweichen.

Eigenschaften

Eine zu geringe Menge oder sogar das Fehlen essentieller Spurenelemente kann in Lebewesen Mangelerkrankungen hervorrufen. Bekannte Mangelerscheinungen sind die Anämie bei Eisenmangel oder Stoffwechselstörungen bei Iodmangel. Umgekehrt können auch zu hohe Mengen zu nachteiligen Folgen führen oder, wie bei jedem natürlich vorkommenden Stoff, ab einer bestimmten Dosis giftig wirken.

Gründe für eine Unterversorgung mit Spurenelementen können sein:

  • Ernährungsgewohnheiten
  • Regionale Gegebenheiten (z. B. das Vorkommen im Ackerboden)
  • vermehrte Ausscheidung, etwa durch Schwitzen oder Durchfallerkrankungen
  • Stoffwechselerkrankungen

In der Biologie wird auch Eisen wegen seiner Wirkungsweise zu den Spurenelementen gezählt, obwohl im Menschen 60 mg/kg enthalten sind.

Bedeutung für den Menschen

Für den Menschen essentielle Spurenelemente (und Ultra-Spurenelemente) sind:[1]

Spurenelement

Für den Menschen möglicherweise essentielle Spurenelemente sind:

Fluor (F) zählt nicht zu den essentiellen Spurenelementen, allerdings hat Fluorid (F−) einen Karies vorbeugenden Effekt. Als angemessene Fluoridzufuhr für Erwachsene empfiehlt das Bundesinstitut für Risikobewertung (Jahr 2006) auch bei schwangeren und stillenden Müttern eine durchschnittliche Gesamtmenge von 3,1 mg pro Tag.[2] Ein ähnlicher Wert von 0,05 mg/kg Körpergewicht für die tägliche Zufuhr wird von dem die EU-Kommission wissenschaftlich beratenden Ausschuss für Nahrungsmittelsicherheit empfohlen (Jahr 2013).[3] Die tägliche Höchstmengenempfehlung (Tolerable Upper Intake Level, UL) beträgt 7 mg für Erwachsene[2] bzw. 0,1 mg/kg Körpergewicht[3]. Eine zu hohe Fluoridzufuhr kann zu einer Fluorose der Zähne (dentale Fluorose)[4] und des Skeletts (ossäre Fluorose) führen.

Für eine Reihe von Ultra-Spurenelementen (Bor, Brom, Cadmium, Blei, Lithium)[1] ist bis heute ungeklärt, ob sie akzidenteller („zufälliger“) Bestandteil des Menschen sind oder ob ihnen tatsächlich eine physiologische Funktion zukommt.

Element Gute Quelle Bedeutung für den Körper Empfohlene Zufuhr pro Tag
Chrom Fleisch, Vollkornprodukte, Pflanzenöle, Bier (In Westeuropa ist Stahl (Verarbeitung, Kochgeschirr) die wichtigste Quelle)[5] ungeklärt/umstritten,[6][7] Glucosestoffwechsel[8][9] 20–100 µg (Schätzwert), 30–140 µg[10]
Cobalt Tierische Produkte aller Art, Sauergemüse Bestandteil von Cobalamin (Vitamin B12), nur als solcher essentiell 0,2 µg, keine Empfehlung[10]
Eisen Schweineleber, Sauerkraut (Der früher empfohlene Spinat hat zwar einen hohen Eisengehalt, wegen der ebenfalls enthaltenen Oxalate und Tannine kann dieses Eisen aber nur in geringem Maß aufgenommen werden. Eisen aus pflanzlichen Nahrungsmitteln wird allgemein schlechter resorbiert, durch gleichzeitige Aufnahme von reduzierenden Nahrungsbestandteilen, insbesondere Ascorbinsäure (Vitamin C), kann die Resorptionsrate bei pflanzlichem Eisen aber bis zum siebenfachen erhöht und dieser Nachteil überkompensiert werden.[11]) Bestandteil vieler Enzyme und z. B. des Hämoglobins 10–15 mg[10]
Iod Meeresfische, Krustentiere, essbare Algen Bestandteil der Schilddrüsenhormone 200 µg[10]
Kupfer Vollgetreide, Nüsse, Kakao, einige grüne Gemüse, Innereien von Wiederkäuern, Fische und Schalentiere Bestandteil zahlreicher Redoxenzyme 1–1,5 mg[10]
Mangan Schwarztee, Nüsse, Vollgetreide und grünes Blattgemüse Aktivator und Bestandteil zahlreicher Enzyme → antioxidativer Metabolismus, Knorpel- und Knochensynthese, Gluconeogenese 1 mg, 2–5 mg[10]
Molybdän Allgegenwärtig (ubiquitär) Bestandteil des universellen Molybdän-Cofaktors 50–100 µg[10]
Nickel Bestandteil der Urease, der Methyl-Coenzym-M-Reduktase, manchen Hydrogenasen, der Kohlenmonoxid-Dehydrogenase[10] 25–30 µg[10]
Selen Tierische Proteine aus selengefütterten Nutztieren (Mitteleuropa) → Eier, Fleisch Bestandteil von 30–50 Selenoproteinen wie der Glutathionperoxidase 1,5 µg/kg, 30-70 µg[10]
Silicium Hirse, Bier essentieller Bestandteil der Mucopolysaccharide in Epithelien und Bindegewebe[12][13] Etwa 1,4 g im menschlichen Körper.[14] 30 mg
Vanadium Hülsenfrüchte, Nüsse, Meeresfrüchte verschiedene Wirkungen im Körper, etwa Stimulierung der Glykolyse in der Leber, Hemmung der Gluconeogenese – Essenzialität ungeklärt <10 µg
Zink Tierische Lebensmittel, vor allem Käse, Innereien, Muskelfleisch, einige Fischsorten und besonders Schalentiere Zinkabhängige Enzyme sind an nahezu allen Lebensvorgängen, z. B. Synthese von Kollagen, Thymulin, Testosteron oder Abbau von Alkohol durch Alkoholdehydrogenase, beteiligt 12–15 mg, 7–10 mg[10]

Position im Periodensystem der chemischen Elemente:

H   He
Li Be   B C N O F Ne
Na Mg   Al Si P S Cl Ar
K Ca Sc   Ti V Cr Mn Fe Co Ni Cu Zn Ga Ge As Se Br Kr
Rb Sr Y   Zr Nb Mo Tc Ru Rh Pd Ag Cd In Sn Sb Te I Xe
Cs Ba La * Hf Ta W Re Os Ir Pt Au Hg Tl Pb Bi Po At Rn
Fr Ra Ac ** Rf Db Sg Bh Hs Mt Ds Rg Cn Fl Lv
 
  * Ce Pr Nd Pm Sm Eu Gd Tb Dy Ho Er Tm Yb Lu
  ** Th Pa U Np Pu Am Cm Bk Cf Es Fm Md No Lr
Die vier organischen Grundelemente Mengenelemente essentielle Spurenelemente wahrscheinlich essentielle Spurenelemente

Eisen

Eisen wird vom Körper unter anderem für den Aufbau wichtiger Proteine und die Regenerierung von roten Blutkörperchen und Muskeln benötigt. Eisenmangel ist die häufigste Ursache für eine Blutarmut (Anämie). Diese äußert sich zunächst durch eine schnelle Erschöpfung bei körperlicher Tätigkeit und im manifesten Stadium auch durch eine blasse, spröde Haut sowie brüchige Fingernägel und Haare.

Eisen ist in vielen Nahrungsmitteln in ausreichender Form vorhanden. Für die Eisenaufnahme ist der tatsächliche Eisengehalt eines Nahrungsmittels nur von untergeordneter Bedeutung. Wichtiger ist, welche Nahrungsmittel kombiniert werden. Das liegt daran, dass eine Reihe von Nahrungsbestandteilen die Eisenaufnahme sehr stark fördert beziehungsweise hemmt. Förderlich für die Resorption von Eisen aus pflanzlichen Quellen ist insbesondere eine Kombination mit Vitamin C. Dagegen hemmen beispielsweise Substanzen in Kaffee, schwarzem Tee und dem früher als guten Eisenlieferanten empfohlenen Spinat die Eisenaufnahme besonders stark.[15]

wichtige Eisenquellen[16]
Nahrungsquelle Eisengehalt
Schweineleber
Hühnereigelb
Rinderleber
Linsen
Pfifferlinge
Blutwurst
Weiße Bohnen
Hirse
Erbsen
Haferflocken

Literatur

  • Ivor E. Dreosti: Trace Elements, Micronutrients, and Free Radicals, 1. Ed., Totowa: Humana Press, New Jersey 1991, ISBN 978-0-89603-188-3
  • Jeremy M. Berg, John L. Tymoczko, Lubert Stryer: Biochemie. 6 Auflage. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2007, ISBN 978-3-8274-1800-5.
  • Donald Voet, Judith G. Voet: Biochemistry. 3. Auflage. John Wiley & Sons, New York 2004, ISBN 0-471-19350-X.
  • Bruce Alberts, Alexander Johnson, Peter Walter, Julian Lewis, Martin Raff, Keith Roberts: Molecular Biology of the Cell. 5. Auflage. Taylor & Francis, 2007, ISBN 978-0-8153-4106-2.

Weblinks

Einzelnachweise

  1. ↑ a b c Heinrich Kasper: Ernährungsmedizin und Diätetik. 11. Auflage. München 2009, ISBN 978-3-437-42012-2.
  2. ↑ a b Bundesinstitut für Risikobewertung: Höchstmengen für Bor und Fluorid in natürlichen Mineralwässern sollten sich an Trinkwasserregelungen orientieren, Stellungnahme Nr. 024/2006 des BfR vom 7. Februar 2006, S. 13.
  3. ↑ a b Stellungnahme des die EU-Kommission wissenschaftlich beratenden Ausschusses für Nahrungsmittelsicherheit, EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition, and Allergies (NDA): Scientific Opinion on Dietary Reference Values for Fluoride. In: EFSA Journal. Band 11, Nr. 8, August 2013; [DOI:10.2903/j.efsa.2013.3332], als PDF; 681 kB; 46 Seiten.
  4. ↑ Dental Fluorosis
  5. ↑ Review (PDF; 103 kB) Food Standards Agency (FSA)
  6. ↑ John B. Vincent: Chromium: Biological Relevance. In: Encyclopedia of Inorganic Chemistry, John Wiley, New York 2005.
  7. ↑ Stearns DM: Is chromium a trace essential metal? In: Biofactors. 11. Jahrgang, Nr. 3, 2000, S. 149–62, doi:10.1002/biof.5520110301, PMID 10875302.
  8. ↑ Harry Binder: Lexikon der chemischen Elemente. Hirzel Verlag, Stuttgart 1999, ISBN 3-7776-0736-3
  9. ↑ Erika Fink: Ernährung und Diätetik. WVG, Stuttgart 2002, ISBN 3-8047-1933-3
  10. ↑ a b c d e f g h i j k Gerhard Eisenbrand, Peter Schreier, Alfred Hagen Meyer: RÖMPP Lexikon Lebensmittelchemie, 2. Auflage, 2006. Ausgabe 2, Georg Thieme Verlag, 2014. ISBN 9783131792822. S. 1098.
  11. ↑ Claus Leitzmann, Andreas Hahn: Vegetarische Ernährung. UTB 1868, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart 1996, ISBN 3-8252-1868-6
  12. ↑ K. Schwarz: New essential trace elements (Sn, V, F, Si): Progress report and outlook. In: Trace Element Metabolism in Animals-2. University Park Press, Baltimore MD 1974, S. 366.
  13. ↑ F. H. Nielsen, H. H. Sandstead: Are nickel, vanadium, silicon, fluorine, and tin essential for man? A review. In: Am J Clin Nutr, 27, 1974, S. 515–520, PMID 4596029
  14. ↑ Gisela Boeck: Kurzlehrbuch Chemie. Ausgabe 2, Georg Thieme Verlag, 2008. ISBN 9783131517722. S. 209.
  15. ↑ I. Elmadfa, C. Leitzmann: Ernährung des Menschen. 4. Auflage. Eugen Ulmer, 2004, ISBN 3-8252-8036-5.
  16. ↑ Eisen & Co: Bei Stress besonders wichtig. Abgerufen am 30. Juni 2016.
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