Das Spurenelement Eisen

Das essenzielle Spurenelement Eisen ist ein wichtiger Bestandteil zahlreicher Enzyme und als solches an vielen Stoffwechselreaktionen beteiligt. Die bekannteste und wichtigste Aufgabe kommt dem Sauerstofftransport bzw. der Bildung der roten Blutkörperchen zu. Ohne Eisen könnten wir keinen Sport treiben, ja nicht einmal atmen. Ohne Eisen würden unsere Mitochondrien keine Energie produzieren.

Während Frauen und Veganer dem Risiko einer Unterversorgung mit Eisen gegenüberstehen, können Nahrungsergänzungen und Infusionen sowie ein exorbitanter Fleischkonsum zu einer Eisenüberladung führen. Beide Zustände können die Entstehung von Krankheiten fördern oder verstärken. Daher kommt der Eisenbalance im Körper ein entscheidender Stellenwert zu.

1. Überblick

Aufgaben und Wirkungsweisen

Herz-Kreislauf-System

Eisen ist ein essenzieller Baustoff für das Hämoglobin im Blut sowie das Myoglobin im Muskel. Beide Substanzen transportieren Sauerstoff und regulieren damit den Energie- und Substrathaushalt in den Zellen. Ein Gramm Hämoglobin enthält etwa 3,5 mg Eisen. Das Metall kommt im Körper in verschiedenen Oxidationsstufen vor und fungiert als Elektronenüberträger. Mit dieser Fähigkeit ausgestattet ist Eisen elementar für zahlreiche Stoffwechselprozesse.

Zellen und Mitochondrien

In den Mitochondrien dienen Eisen-Schwefel-Komplexe als Bestandteil von Enzymen der Atmungskette (Cytochrom C-Oxidase) der Energiegewinnung. Auch wirkt Eisen hier antioxidativ und schützt die Zelle vor einer zu hohen Radikalbelastung. Schädigungen der Mitochondrien können durch einen Eisenmangel verstärkt werden. Eisen ist ebenso in den Citratzyklus (Enzym Aconitase) involviert. Eisen-Schwefel-Komplexe finden sich auch in Enzymen des Purinstoffwechsels (Xanthinoxidase) sowie des Fremdstoffabbaus (Oxidoreduktasen).

Zudem ist die DNA-Synthese auf das Spurenelement angewiesen. Hier wird Eisen im letzten Schritt für das katalysierende Enzym (Ribonukleotidreduktase) benötigt. Auch im Fettsäurestoffwechsel ist das Metall Bestandteil verschiedener Enzyme (Lipoxygenasen, Desaturasen). Hier beeinflusst es unter anderem Entzündungsreaktionen oder die Bildung von einfach ungesättigten Fettsäuren.

Gehirn und Nervensystem

Das Spurenelement ist weiterhin Bestandteil von Enzymen, die an der Bildung von Hormonen beteiligt sind. Der hierzu gehörende Neurotransmitter Dopamin ist unter anderem für die Reizweiterleitung von Signalen im Gehirn an den Bewegungsapparat zuständig.

Immunsystem

Schlussendlich profitiert unser Immunsystem von einem ordnungsgemäßen Eisenhaushalt. Die zugrundeliegenden Mechanismen sind sehr komplex und teilweise noch nicht im Detail bekannt. Wir wissen allerdings, dass ein Eisenmangel zwar nicht ursächlich für Immunschwächen ist, als Bestandteil der humoralen Immunantwort das Immunsystem aber stärken kann.

Antioxidans/ Oxidans

Ein häufig vernachlässigter Aspekt ist das Potenzial von Eisen, sowohl antioxidativ als auch prooxidativ zu wirken. Je nach verfügbarer Eisenmenge kann das Metall Zellen schützen oder aber schädigen. Eisen fungiert in niedrigen Mengen als Radikalfänger und ist Cofaktor des antioxidativ wirkenden Enzyms Katalase. Andererseits wird diskutiert, ob hohe Mengen an Eisen, zum Beispiel in rotem Fleisch, das Risiko für Herz-Kreislauf- sowie Krebserkrankungen fördern kann. Noch komplizierter wird die Tatsache dadurch, dass Eisen als Regulator der Mitochondrien bei Erkrankungen wiederum protektiv und regenerationsfördernd wirken kann. So zeigte sich bei Patienten mit Herzinsuffizienz ein positiver Einfluss von Eisen, wenn die Aufnahme nicht optimal war [Had 2017].

Entgiftung

Eisen-abhängige Oxidoreduktasen indes gewährleisten die Verstoffwechselung von Giften im Körper. Eisen besitzt also auch eine Entgiftungsfunktion.

Präventives² und therapeutisches³ Potenzial

Eisenmangelanämie²³

Sowohl der Blutverlust über die geschädigte Darmschleimhaut als auch eine verminderte Eisenresorption können im Laufe der Erkrankung zu einer Eisenmangelanämie führen. Besteht eine verminderte Vitamin B12-Resorption kann sich auch eine perniziöse Anämie entwickeln.

Chronisch-entzündliche Darmerkrankungen³ (Morbus Crohn, Colitis ulzerosa)

Aufgrund eines blutungsbedingten Eisenmangels mit daraus resultierender Anämie kann eine Eisensubstitution die Lebensqualität von Colitis ulzerosa- und Morbus Crohn-PatientInnen verbessern [Gas 2004]. Die parenterale Verabreichung scheint aufgrund einer möglichen entzündungsfördernden Wirkung des Eisens im intestinalen Bereich vorteilhafter zu sein [Ser 2006].

Bei der Gabe von Eisentabletten sollte eine gleichzeitige Gabe von Vitamin E in Betracht gezogen werden. Eisen ist ein wirkungsvoller Katalysator der sogenannten Fenton-Reaktion, bei der hochreaktive Radikale entstehen. Die Reaktion wird stark mit der Entstehung von Krebs in Verbindung gebracht. Nicht-resorbiertes Eisen kann im Darm daher unter Umständen zu einer vermehrten Radikalbildung und folglich zu einem erhöhten Darmkrebsrisiko führen. Vitamin E-Gaben wirkten diesem Effekt im Experiment entgegen [Car 2002].

Rotes Fleisch wird von der WHO als „wahrscheinlich krebserregend“ eingestuft und als potenzieller Risikofaktor für die Entstehung von Dickdarmkrebs betrachtet [WHO 2015].

Unter anderem wird das im roten Fleisch enthaltene Hämeisen als ursächlich angeführt. Die möglichen zugrundeliegenden Mechanismen sind Gegenstand intensiver Forschung. Nachgewiesen ist, dass Hämeisen in Darmzellen über die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies oxidativen Stress auslöst und die (DNA der) Darmzellen schädigt, was potenziell Krebserkrankungen fördert [Sei 2020].

Auf der anderen Seite können Darmzellen einen Schutzfaktor, das Enzym HO-1, bilden. HO-1 baut Hämeisen zu anorganischem Eisen ab und macht dieses damit unschädlich [Sei 2020].

Für das Krebsrisiko ist vermutlich die Balance zwischen der Konzentration an toxischem Hämeisen und der Fähigkeit der Darmzellen, den Schutzfaktor HO-1 zu bilden, mitentscheidend.

Vorkommen und Bedarf

Vorkommen

Eisen kommt sowohl in zahlreichen pflanzlichen als auch tierischen Nahrungsmitteln vor.

Tierische EisenlieferantenPflanzliche Eisenlieferanten
Rind (Muskelfleisch, Leber, Nieren)Roggenbrot und Haferflocken, Vollkorn
Schwein (Muskelfleisch, Leber, Nieren, Schinken)Sesamkörner, Weizenkleie, Kürbiskerne
Huhn, Truthahn (Muskelfleisch, Leber)Pfifferlinge
Wildfleisch (Hirsch, Reh, Wildschwein)Mungobohnen, Weiße Bohnen, Linsen, Erbsen
HühnereiBlattgemüse (Endivien, Feldsalat, Grünkohl, Mangold)
fetter Fisch (Hering, Seelachs, Makrele, Thunfisch, Sardellen, Aal)Wurzelgemüse (Schwarzwurzeln, Rote Bete, Karotten, Kartoffeln, Kohlrabi)
gereifter Schnittkäse (z. B. Gouda)Lebensmittel mit Eisenzusatz (Säfte, Cerealien)
Bedarf und Risikogruppen

Der Mensch benötigt täglich etwa 1 mg verfügbares Eisen. Durch die schlechte Aufnahmerate aber steigt der Bedarf auf etwa 10 bis 12 mg. Bei Frauen erhöht sich der Bedarf aufgrund des Menstruationszyklus auf 15 mg und gleicht sich nach der Menopause dem Bedarf von Männern an.

Schwangere benötigen täglich 30 mg Eisen. In der Stillzeit werden 20 mg täglich veranschlagt (siehe Referenzwerte der DGE).

Neben Frauen und Vegetariern bzw. Veganern zählen auch Schwangere und Stillende sowie Kinder zu den Risikogruppen. Ein Eisenmangel in Schwangerschaft und in den ersten Lebensjahren kann zu schweren Entwicklungsverzögerungen führen.

Auch Leistungssportler sind häufig von einem Eisenmangel betroffen. Sportler verlieren durch sogenannte Mikroblutungen in der Muskulatur und im Darm sowie mit dem Schweiß hohe Mengen an Eisen. Insbesondere bei jungen Läuferinnen besteht durch die Monatsblutungen ein zusätzliches Risiko.

Schlussendlich steigt bei diversen Erkrankungen bzw. bei der Einnahme bestimmter Medikamente das Risiko für eine Unterversorgung.

Symptome einer Unter- und Überversorgung

Mangelerscheinungen

Ursachen: Die unzureichende Versorgung mit Eisen über einen längeren Zeitraum kann in einen manifesten Mangel münden. Weltweit sollen 2 Milliarden Menschen davon betroffen sein. Neben der unzureichenden Zufuhr über die Nahrung können auch starke Blutverluste infolge von Verletzungen oder Operationen sowie Geschwüren ursächlich sein. Ebenso kommen bestimmte Erkrankungen, krankhafte Schweißabsonderungen und starke Menstruationsblutungen in Betracht. Die Verluste betragen bei der regulären Menstruation etwa 40-60 ml Blut mit 15-30 mg Eisen. Diese können aber bis auf pathologische 400 ml mit 150 bis 300 mg Eisen ansteigen.

Mögliche Symptome:

  • eine beeinträchtigte Leistungsfähigkeit (schnelle Ermüdbarkeit, Leistungsabfall, Konzentrationsstörungen, Vergesslichkeit, Kopfschmerzen, Nervosität, innere Unruhe)
  • blasse Haut und Schleimhäute
  • ein gestörter Wärmehaushalt (Frieren im Warmen, vermehrtes Schwitzen)
  • Kurzatmigkeit
  • eine erhöhte Infektanfälligkeit/ ein gestörtes Immunsystem
  • Appetitlosigkeit, Magen-Darm-Beschwerden
  • trockene Haut, Haarausfall/ stumpfes und gespaltenes Haar sowie brüchige Nägel
  • Zungenbrennen und Schluckbeschwerden

Folgen: Es werden zunehmend weniger rote Blutkörperchen gebildet. Zeigen sich diagnostisch niedrige Konzentrationen an Ferritin, Hämoglobin und/ oder Erythrozyten, liegt eine Eisenmangelanämie vor, die in eine Blutarmut mündet. Nach WHO-Angaben leiden 30% der Weltbevölkerung daran [WHO 2001].

Toxitität (Giftigkeit)

Ursachen: Bei nachgewiesenem Mangel besteht die Therapie in der Gabe von Eisenpräparaten über einen begrenzten Zeitraum. Diese werden allerdings meist schlecht vertragen und können zu einer Eisenüberladung führen. Daher sollte die Zufuhr von Eisen in konzentrierter Form immer unter ärztlicher Kontrolle erfolgen.

Mögliche Symptome und Folgen:

Eine Überladung an Eisen macht sich kurzfristig mit einer Dunkelfärbung des Stuhls, Verstopfung oder Durchfall, Appetitlosigkeit und Übelkeit sowie Magendrücken oder in einzelnen Fällen mit Überempfindlichkeitsreaktionen bemerkbar.

Langfristig können Schäden der Bauchspeicheldrüse und der Leber auftreten, da sich das Eisen in den Speicherorganen mehr und mehr ablagert. In schweren Fällen kann dies ohne Behandlung tödlich enden. Auch chronischer Alkoholismus und verschiedene Eisenspeichererkrankungen (Hämochromatosen) können zu einer Eisenüberladung führen.

Normalerweise sorgt ein hochkomplexes und ausgeklügeltes Regulationssystem im Körper dafür, dass nicht zu viel Eisen im Körper gespeichert wird. Daher ist eine zu hohe Zufuhr über natürliche Nahrungsmittel eher selten. Große Mengen rotes Fleisch stehen zumindest in Verdacht, über die prooxidative Wirkung von Eisen Zellen und Gewebe zu schädigen.

Andererseits ist nur über die Ernährung eine adäquate Versorgung mit Eisen gewährleistet. Wer seinen Bedarf optimal decken will, bevorzugt natürliche Nahrungsmittel, die sowohl aus tierischen als auch aus pflanzlichen Produkten bestehen. Fertignahrungsmittel und Fastfood sind aufgrund hoher Gehalte an Phosphaten eher selten zu verzehren. Bei hohen Gehalten an sogenannten Antinährstoffen empfiehlt sich eine entsprechende Vor- und Zubereitung der Lebensmittel wie Fermentieren und Wässern/ Einweichen von Getreide, Hülsenfrüchten und Nüssen. Vegetarier und Veganer können zusätzlich auf Eisen-angereicherte Lebensmittel zurückgreifen. Risikogruppen sollten ihren Eisenstatus regelmäßig messen lassen.

Bioverfügbarkeit und Interaktionen (positiv², negativ³)

Es gibt zahlreiche Inhaltsstoffe in unseren Lebensmitteln, die den Eisenstoffwechsel negativ beeinflussen. Eisen ist sehr reaktionsfreudig und geht mit anderen Substanzen schnell schwer lösliche Verbindungen ein, die vom Darm nicht aufgenommen werden können. Hierzu gehört beispielsweise die Phytinsäure im Getreide oder die Spurenelemente Kupfer und Zink. Auch Oxalsäure in Spinat und Mangold sowie einzelne Polyphenole in Kaffee und Tee verbinden sich mit Eisen. Schlussendlich taucht die gleiche Problematik auch bei einer ganzen Reihe von Medikamenten (siehe letzte Infografik) auf.

Kaffee hemmt tendenziell die Aufnahme von Eisen in den Körper [Smo 2016].

Ein Vitamin-A-Mangel kann eine durch Eisenmangel hervorgerufene Anämie (Eisenmangelanämie; Blutarmut) verschlechtern. Studien ergaben, dass eine Supplementation mit Vitamin-A positive Auswirkungen auf diese Form der Anämie hat und den Eisenstatus bei Kindern und Schwangeren verbessert. Die kombinierte Einnahme von Vitamin A und Eisen zeigte einen besseren Therapieerfolg der Anämie als die alleinige Einnahme von Eisen oder Vitamin A.

Zugelassene Gesundheitsaussage: Vitamin A trägt zu einem normalen Eisenstoffwechsel bei.

Ascorbinsäure (Vitamin C) fördert die Aufnahme von Eisen und dessen Bindung an Eiweiß in der Zelle, sodass Eisen keine Radikale bilden kann.

Infografiken

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