Spurenelement

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Spurenelement wird allgemein ein chemisches Element genannt, das nur in geringer Konzentration oder Spuren vorkommt; bei äußerst geringer Konzentration wird auch von Ultra-Spurenelement gesprochen.

Die Häufigkeiten chemischer Elemente unterscheiden sich erheblich, betrachtet man ihr Vorkommen im Sonnensystem, im Planet Erde, in Gesteinen der Erdkruste, im Wasser von Ozeanen oder beispielsweise im menschlichen Körper. Innerhalb der jeweiligen Häufigkeitsverteilung werden die häufigen Elemente als Mengenelemente von den seltenen Spurenelementen geschieden.

Während in der Geochemie Stoffanteile und Begleitelemente von Gesteinen und Mineralen in Konzentrationen unter 0,1 % bzw. 1000 ppm als Spurenelemente bezeichnet werden, bevorzugt die analytische Chemie meist einen Schwellenwert von 100 ppm bzw. 100 µg/g (= 100 mg/kg) oder 0,01 %. Davon zu unterscheiden ist der enger gefasste biologische Begriff:

Als essentielle Spurenelemente oder auch Mikroelemente werden in der Biologie chemische Elemente bezeichnet, 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. Bei Konzentrationen von weniger als 1 µg/kg wird gelegentlich auch von Ultraspurenelementen gesprochen.[1] Mikroelemente gehören zu den Mikronährstoffen.

Für den Menschen essentielle Spurenelemente[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eine zu geringe Menge oder gar das Fehlen essentieller Spurenelemente ruft in Lebewesen Mangelerkrankungen hervor. Durch solche Mangelerscheinungen – etwa einer Anämie bei Eisenmangel oder einer Schilddrüsenvergrößerung bzw. -unterfunktion bei Iodmangel – wird die Unentbehrlichkeit (Essentialität) eines Elementes offensichtlich. Andererseits können auch Spurenelemente – wie jeder Stoff ab einer gewissen Dosis – in zu hohen Mengen nachteilige Folgen haben.

Spurenelemente werden üblicherweise beim Essen und Trinken mit der Nahrung aufgenommen, die sie in Spuren enthält. Bei verminderter Aufnahme, vermehrter Ausscheidung oder erhöhtem Bedarf kann es zu einer Unterversorgung des Körpers mit Spurenelementen kommen. Mögliche Gründe dafür sind

  • Ernährungsgewohnheiten – z. B. geringe Auswahl, einseitige Bevorzugung, besondere Zubereitungsformen bzw. abtrennende Aufbereitungsprozesse von Lebensmitteln
  • Regionale Gegebenheiten – beispielsweise sehr geringes Vorkommen in Ackerboden oder Trinkwasser
  • erhöhter Verlust, etwa durch Durchfallerkrankungen oder starkes Schwitzen
  • veränderte Bedingungen für Aufnahme, Ausscheidung und Bedarf bei unterschiedlichen Stoffwechselerkrankungen

Medizinisch wird Eisen (Fe) wegen seiner Wirkungsweise den Spurenelementen zugeordnet, im Menschen ist es durchschnittlich mit etwa 60 mg/kg enthalten.

Fluor (F) zählt dagegen 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 Spurenelementen sehr geringer Konzentration (Bor, Brom, Cadmium, Blei, Lithium)[1] ist bis heute ungeklärt, ob sie nur als akzidenteller („zufälliger“) Bestandteil im Menschen vorkommen oder ob ihnen irgendeine physiologische Funktion zukommt.

Auflistung von Spurenelementen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Für den Menschen essentielle Spurenelemente (bzw. Ultraspurenelemente) sind:[1]

essentielle Spurenelemente

Für den Menschen möglicherweise essentielle Spurenelemente sind

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

Biologische Bedeutung für den Menschen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Eisen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

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[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • 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.

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  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 (Memento vom 26. September 2011 im Internet Archive) (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, 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 978-3-13-179282-2. 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 978-3-13-151772-2. 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.