Zink

Der menschliche Körper verfügt über etwa 2 Gramm Zink. Der größte Anteil ist in Knochen, Haut und Haaren gespeichert. Im gesamten Stoffwechsel übernimmt Zink als Aktivator und Bestandteil von Enzymen, Hormonen sowie Rezeptoren vielfältige Aufgaben. Weitere Funktionen betreffen die Insulinspeicherung, das Immunsystem, die DNA-Synthese und die Radikalabwehr.

Chemie und Stoffwechsel

Zink weist einen relativ kleinen Ionenradius und eine höhere Stabilität in Komplexen auf. Aufgrund der Ähnlichkeit zu Kupfer bezüglich der Isoelektrizität, der Koordinationszahl und der sp3-Konfiguration kommt es zu antagonistischen Wechselwirkungen mit Kupfer. Zink ist ein zweiwertiges Schwermetall. Zink wird im gesamten Dünndarm (Duodenum, oberes Jejenum) resorbiert. Die Speicherfähigkeit von zink im menschlichen Körper ist stark begrenzt. Der Körperstand beträgt etwa zwischen 1,5 und 2 g. Das Vorkommen in den einzelnen Organen weist dabei eine große Variabilität auf. Zink wird über den Fäzes eliminiert. Dabei handelt es sich in erster Linie und nicht-absorbiertes Zink.

Zink wird im gesamten Dünndarm (Duodenum, oberes Jejenum) resorbiert. Niedrige Konzentrationen werden carriervermittelt aufgenommen; hohe Konzentrationen mittels passiver Diffusion. Die Absorptionsrate schwankt in Abhängigkeit des Zinkgehaltes in der Nahrung und dem Zinkstatus im Körper. Die mittlere Absorptionsrate beträgt etwa 30% (20 bis 40%). Mit steigendem Bedarf in der Schwangerschaft steigt auch die Absorption aus der Nahrung.

Der metabolisch aktive Zink-Pool ist verhältnismäßig klein (2,4 bis 2,8 mmol). Im Blut befinden sich bis zu 80% des gesamten Körperzinks in den Erythrozyten. Es liegt dabei gebunden an die Enzyme Carboanhydratase und Kupfer/ Zink-Superoxiddismutase vor. Im Plasma sind etwa 2/3 locker an Albumin und etwa 1/3 fest an Alpha-Makroglobulin gebunden. Zink wird schnell aus Leber, Pankreas, Nieren und Milz abgegeben und langsam in Knochen und Erythrozyten aufgenommen.

Zink wird vermutlich als Glycin-Glycin-Histidin-Zink-Komplex transportiert. Der aktive Transport wird durch die Bürstensaummukosa mittels eines Peptid-Carrier-Systems gewährleistet. Zink wird anschließend in der Mukosazelle an Metallothionein (MT) und das cysteinreiche intestinale Peptid (CRIP) gebunden.

MT wird im Verdauungstrakt exprimiert und korreliert mit dem Zinkgehalt der Nahrung. Die Absorption von zink sinkt dabei gleichermaßen wie die Synthese von MT steigt. Die Muttermilch wiederum enthält spezielle niedermolekulare Zink-bindende Liganden, was eine ausreichende Absorption beim Säugling gewährleistet.

Die Speicherfähigkeit von zink im menschlichen Körper ist stark begrenzt. Der Körperstand beträgt etwa zwischen 1,5 und 2 g. Das Vorkommen in den einzelnen Organen weist dabei eine große Variabilität auf. Hohe Werte finden sich in

  • Iris/ Retina
  • Hoden und Prostata (Sperma ist zinkreichstes Sekret)
  • Nieren
  • Inselzellen des Pankreas
  • Leber
  • Harnblase
  • Herzmuskel

Etwa 70% befinden sich in Knochen, Haut und Haaren; 30% in den Muskelzellen. 95% des Körperzinks sind in den Zellen und 5% im Blutplasma enthalten.

Zink wird über den Fäzes eliminiert. Dabei handelt es sich in erster Linie und nicht-absorbiertes Zink. Exkretiertes Zink stammt aus der Darmwand (Darmsaft, abgeschilferte Darmzellen), Pankreas und Galle. Steigt die Zufuhr über die Nahrung, steigt die endogene Exkretion von Zink. Verluste über die Nieren und Schweiß, Sperma, Menstruation sowie Haare sind indes gering.

Bioverfügbarkeit

Zink gelangt über den Dünndarm ins Blut und in die Zielzellen. Die Verwertung ist aus tierischen Nahrungsmitteln besser als aus pflanzlichen. Neben großen Mengen an Calcium und Alkohol hemmen bestimmte Substanzen aus pflanzlichen Lebensmitteln, Kaffee und Tee die Aufnahme. Die hohe Lebensmittelverarbeitung trägt zusätzlich zu Zinkverlusten bei. Zur Beurteilung des Zinkstatus kann der Zinkgehalt in Plasma und Leber bestimmt werden. Die Plasmakonzentration ist ein Indikator für die alimentäre Zufuhr. Auch die Konzentration an Metallothionein (MT) kann als Indikator herangezogen werden.

Die Verwertung aus tierischen Lebensmitteln ist gegenüber pflanzlichen besser. Organische Zinkverbindungen sind in der Supplementation anorganischen Zinkverbindungen überlegen.

Die Bioverfügbarkeit sinkt durch: 

  • Phytinsäure (Komplexbildung)
  • Tannine (Kaffee, Tee)
  • Alkohol
  • hohe Kalziumkonzentrationen (Bildung unlöslicher Kalzium-Zink-Phytin-Komplexe)
  • hohe Kupfergehalte (Antagonist)
  • pharmakologische Eisenmengen
  • hohe Phosphatmengen
  • Schwermetalle (Cadmium)
  • Weizenkleie
  • Ballaststoffe
  • Glukosinolate

Die Bioverfügbarkeit steigt durch:

  • erhöhte Retention durch Vitamin D
  • tierische Proteine (Aminosäuren wie Cystein und Histidin)
  • Zitrat
  • tierische Nahrungsmittel

Funktionen und Aufgaben

Der menschliche Körper verfügt über etwa 2 Gramm Zink. Der größte Anteil ist in Knochen, Haut und Haaren gespeichert. Im gesamten Stoffwechsel übernimmt Zink als Aktivator und Bestandteil von Enzymen, Hormonen sowie Rezeptoren vielfältige Aufgaben. Weitere Funktionen betreffen die Insulinspeicherung, das Immunsystem, die DNA-Synthese sowie die Radikalabwehr.

Zink schützt gegen oxidative und peroxidative Schäden. Es schützt Thiolgruppen und verhindert damit

  • die Bildung von Hydroxylradikalen
  • die Bildung von Sauerstoffradikalen
  • die Reduktion von Malondialdehyd und anderer konjugierter Dien-Verbindungen

Zink ist des Weiteren Cofaktor der Superoxiddismutase (SOD) und an der Synthese von Metallothionein beteiligt. Metallothionein fungiert als Scavenger von Hydroxylradikalen. Der Mineralstoff ist zudem ein effektiver Inhibitor des Cytochrom-P450-Systems und dient damit der Aufrechterhaltung der zellulären Konzentrationen des reduzierten Glutathions. Als natürlicher Antagonist von Eisen und Kupfer reduziert es deren Reaktivität im Prozess der Radikalbildung. Zink hemmt die Resorption von Blei und Kadmium und schützt so vor Intoxikationen mit diesen Schadstoffen aus der Umwelt.

Zink ist Cofaktor von etwa 300 Enzymen. In ionisierter Form ist das Spurenelement integraler Bestandteil von mehr als 50 Metalloenzymen. Nach dessen Abspaltung verlieren diese ihre Funktion. Es wirkt strukturstabilisierend auf die Quartärstrukturen von Holoenzymen, die dadurch resistenter gegen Hitze sowie pH-Wert-Veränderungen sind. Schlussendlich reguliert Zink die Genexpression von Enzymen und ist für die Konfiguration nichtenzymatischer Proteine relevant.

Zink bestimmt maßgeblich die Chromatinstruktur. Bei einem Mangel kommt es zur Wachstumshemmung und Störung des Zellzyklus. Es bestimmt Anzahl und Struktur der Histone im Chromatin (basische Proteine, dienen der Stabilisierung der DNA) und ist an der Expression von Enzymen der Nukleinsäuresynthese (RNA-Polymerase) beteiligt.

Des Weiteren ist das Spurenelement Bestandteil von Transkriptionsfaktoren (als sogenannte Zink-Finger). Es besitzt definierte Domänen, die mit der DNA interagieren und stellen essenzielle Strukturkomponenten der Domänen dar, die spezifische Bindungsstellen in den DNA-Sequenzen erkennen.

Zink ist für die normale Funktion von Haut und ihren Anhangsorganen wie Haaren und Nägeln unerlässlich. Es steuert die Umwandlungsprozesse der Haut vom Stratum germinativum (innerste Schicht) zum Stratum corneum (äußere Schicht, eigentliche Hautoberfläche). Es beeinflusst die Dehydrierung von Linol- zu Linolensäure, die für eine geregelte Verhornung der Haut zuständig ist.

Zink ist schließlich auch am Cystinstoffwechsel der Haarwurzel und an der Strukturfestigkeit von Haaren sowie Nägeln beteiligt.

Zink ist in den Stoffwechsel verschiedener Hormone integriert:

  • Wachstumshormon STH (Sekretion aus der Adenohypophyse)
  • Insulin (Synthese, Speicherung und Sekretion sowie Wirkung an der Zelle)
  • Sexualhormone
  • Schilddrüsenhormone
  • Testosteron (Synthese für Reifung und Entwicklung männlicher Geschlechtsorgane sowie Spermatogenese)
  • Glukagon
  • Gonadotropin, luteinisierendes Hormon, Steroidhormone (Fruchtbarkeit der Frau)
  • Prostaglandine

Auch im Immunsystem übernimmt Zink wichtige Aufgaben. Es sorgt für eine normale Funktion der T-Helfer-, T-Killer- und natürlichen Killerzellen. Zudem beeinflusst es im Körper die Ausbildung von Lymphokinen (Wachstum, Differenzierung und Aktivität der Zellen des Immunsystems) und gewährleistet die Wirksamkeit von Makrophagen.

Zink ist an Entgiftung körperfremder Substanzen und an der Synthese von Antikörpern beteiligt. Es beeinflusst das Monozyten-Makrophagen-System und hemmt die Replikation von Rhinoviren. Zudem schützt es Zellbestandteile vor Schädigungen durch bakterielle Toxine.

Schlussendlich ist Zink auch für den Sehvorgang relevant. Hier ist es Bestandteil der Alkoholdehydrogenase, die die Umwandlung von Retinol in Retinal katalysiert. Zudem ist es an der Bildung des retinolbindenden Proteins (RBP) beteiligt.

Mangelerscheinungen und Toxizität

Bei Erkrankungen des Magen-Darm-Traktes, parenteraler Ernährung, der Behandlung mit Komplexbildnern (Einsatz bei Metallvergiftungen) und schweren Verbrennungen kann es zu einem Zinkmangel kommen. In Stresssituationen, nach chirurgischen Eingriffen, Parasitenbefall und Infektionen steigt der Zinkverbrauch ebenfalls. Ein Zinkmangel beeinträchtigt zudem das Immunsystem, so dass die Wundheilung verzögert und die Infektanfälligkeit erhöht ist. Zeichen einer Zinkvergiftung treten erst nach der Aufnahme erheblicher Zinkmengen auf (z.B.Trinken von Wasser aus verzinkten Gefäßen). Akute Vergiftungen (ab etwa 2 Gramm) verursachen Magen-Darm-Störungen und Fieber. Bei einer chronischen Überdosierung sinkt die Menge an weißen und roten Blutkörperchen.

Eine unzureichende Versorgung mit Zink kann aufgrund der begrenzten Speicherfähigkeit relativ schnell auftreten. Ursachen können weiterhin sein:

  • parenterale Ernährung
  • Behandlung mit Chelatbildnern (Einsatz beispielsweise bei Metallvergiftungen)
  • Alkoholmissbrauch
  • großflächige Verbrennungen
  • schnelles Wachstum im Säuglingsalter
  • mit Fettstuhl (Steatorrhoe) einhergehende Erkrankungen wie
  • Zöliakie
  • Bauchspeicheldrüsenerkrankungen
  • Morbus Crohn
  • Colitis ulzerosa
  • andere Erkrankungen wie Diabetes mellitus

Bei Akrodermatitis enterohepatica handelt es sich um eine genetisch bedingte Zink-Malabsorption und äußert sich in Symptomen wie starken Hautveränderungen mit Schorfbildung im Bereich von Körperöffnungen sowie Schleimhautschädigungen.

Eine Unterversorgung kann nach längerem Bestehen mit zahlreichen Symptomen einhergehen:

  • Störungen des Geruchs- und Geschmackempfindens
  • Appetitlosigkeit
  • Hauterkrankungen und Haarausfall
  • gestörte Wundheilung und geschwächtes Immunsystem
  • Atrophie lymphoiden Gewebes (Thymus)
  • verminderte Konzentration an T-Lymphozyten
  • verminderte Aktivität von T-Killer-, T-Helfer- und natürlichen Killerzellen
  • verringerte Konzentration am Thymushormon Thymulin
  • Durchfall
  • psychische Störungen
  • im Kindesalter dominieren
  • Wachstumsstörungen
  • Störungen bei der männlichen Sexualentwicklung
  • verminderte Eisenresorption durch geringere Coeruloplasmin-Aktivität
  • Schwangerschaftskomplikationen

Durch Beeinträchtigung Zink-abhängiger Enzyme kommt es zu Störungen des Nukleinsäure-, Fett- und Kohlenhydratstoffwechsels mit den Kennzeichen

  • gestörte Glukosetoleranz
  • erhöhter Insulinkonzentration im Serum nach Glukosegaben
  • erhöhter Konzentration an freien Fettsäuren

Risikogruppen

  • Vegetarier
  • Veganer

Die Toxizität von Zink ist gering. Bei einer erhöhten Zufuhr über die Nahrung, beispielsweise in Regionen mit hohem Verzehr von Schalen- und Krustentieren, sind keine Nebenwirkungen zu erwarten. Erst bei einer Zufuhr von etwa 2 g kann es zu akuten Symptomen kommen wie

  • Übelkeit und Erbrechen
  • Fieber
  • Durchfall

Als Ursache hierfür kommt die Aufbewahrung von Lebensmitteln mit einem sauren pH-Wert in verzinkten Dosen und Behältern in Betracht. Die tägliche Zufuhr zwischen 70 und 100 mg beeinträchtigt zudem den Eisen- und Kupferstoffwechsel (Antagonismus). Von einer Zinkzufuhr über 30 mg täglich ist abzuraten.

Vorkommen und Zufuhrempfehlungen

Gute Zinkquellen sind Rindfleisch, Schweinefleisch, Innereien, Ei und Milchprodukte. Fleisch spielt in der Versorgung die größte Rolle, da Zink hier gut aufgenommen werden kann. Pflanzliche Produkte sind daher eher von untergeordneter Bedeutung. Stillende benötigen mehr Zink, um die Verluste mit der Muttermilch auszugleichen. Vollgestillte Säuglinge werden durch die Muttermilch ausreichend versorgt. Die durchschnittliche Zufuhr erfüllt bzw. übertrifft in allen Altersgruppen der Männer und Frauen die Zufuhrempfehlungen. Lediglich Jungen im Alter zwischen 10 und 13 Jahren weisen ein geringes Defizit auf.

Die zinkreichsten Lebensmittel sind Austern. Gute Zinkquellen sind zudem tierische Lebensmittel wie Rindfleisch, Seefisch, Geflügel, Ei, Milch und Käse. In Obst und Gemüse sind hingegen nur geringe Mengen enthalten.

In Folge der Lebensmittelverarbeitung ist der Verlust bei Lebensmitteln mit einem hohen Zinkgehalt wie beispielsweise Weizenvollkorn sehr groß. In Getreideprodukten schwankt der Gehalt in Abhängigkeit des Ausmahlungsgrades, da Zink in den Randschichten enthalten ist. Ebenso hemmt kleiereiches Brot die Resorption im Körper. Insbesondere in Ländern mit geringem Verzehr tierischer Lebensmittel und vielen kleiehaltigen Produkten tritt ein Zinkmangel häufiger auf.

Laut den DACH-Referenzwerten besteht für erwachsene Frauen ein Bedarf von etwa 7 mg täglich, für erwachsene Männer von 10 mg täglich. Ein erhöhter Bedarf besteht  während der Schwangerschaft (10 mg ab 4. Monat) und in der Stillzeit (11 mg).

Vegetarier, vor allem strikte Vegetarier, die hauptsächlich Getreide und Hülsenfrüchte zu sich nehmen und deren Ernährung ein hohes Phytat-Zink-Verhältnis (> 15:1) aufweist, haben einen um 50% höheren Zinkbedarf.

Die durchschnittliche Zufuhr erfüllt bzw. übertrifft in allen Altersgruppen der Männer und Frauen die Zufuhrempfehlungen. Lediglich Jungen im Alter zwischen 10 und 13 Jahren weisen ein geringes Defizit auf. Eine ausreichende Versorgung der Bevölkerung ist damit im Wesentlichen gewährleistet.

Downloads

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Wirkstoffe Zink  Miniposter Zink
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Wirkstoffe Zink  Lebensmitteltabelle Zink
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