Eisen – lebensnotwendig, doch im Übermaß gefährlich
Über die schwerwiegenden Folgen von Eisenmangel und Eisenüberlastung
Eisenmangel ist weltweit stark verbreitet, besonders bei Kindern und Frauen im fruchtbaren Alter.
Die Gefahr der Eisenüberlastung wird jedoch weniger wahrgenommen. Eisenüberlastung führt zu beschleunigter Alterung und Schädigung aller Gewebe. Besonders gefährdet sind Gehirn, Leber, Bauchspeicheldrüse, Milz, Hirnanhangsdrüse, Schilddrüse, Geschlechtsorgane, Herz, die Wände der Blutgefäße sowie Gelenkknorpel, Bandscheiben und Haut.
Zu den Folgeerkrankungen gehören Insulinresistenz, Diabetes vom Typ 2, Arteriosklerose, Demenz, Herz- und Kreislauferkrankungen (mit erhöhtem Infarktrisiko), Netzhautschäden, Nierenschäden, neurodegenerative Erkrankungen, Grauer Star (Linseneintrübung), Grüner Star (Glaukom), Hörverlust und vermutlich auch Krebserkrankungen.
Eisen – ein essentielles Element
Eisen ist lebensnotwendig für fast alle Lebewesen.
In Pflanzen ist die Photosynthese sowie der Aufbau von Chlorophyll und Kohlenhydraten von Eisen abhängig.
Tiere brauchen Eisen für die Blutbildung. Als Zentralatom des Kofaktors Häm b in Hämoglobin und Myoglobin und in Cytochromen ist es bei vielen Tieren und damit auch beim Menschen essentiell für den Transport und die Speicherung von Sauerstoff sowie für die Elektronenübertragung in den Mitochondrien.
Ferner ist Eisen Bestandteil von Eisen-Schwefel-Komplexen in vielen Enzymen, beispielsweise Nitrogenasen, Hydrogenasen oder den Komplexen der Atmungskette.
Zu den Nicht-Häm-Eisenenzymen gehören Methan-Monooxygenase, Ribonukleotid-Reduktase und das Hämerythrin. Diese Enzyme werden gebraucht zur Aktivierung und zum Transport von Sauerstoff sowie für Redoxreaktionen und Hydrolysen.
Notwendig ist Eisen als Zentralion im Enzym Katalase, das in den Peroxisomen der Zellen das im Stoffwechsel entstehende Zellgift Wasserstoffperoxid abbaut.
Eisen ist mit 2 bis 4 Gramm das häufigste Spurenelement im menschlichen Körper. Etwa zwei Drittel davon befindet sich im roten Blutfarbstoff, dem Hämoglobin.
Die Speicherung des Eisens erfolgt intrazellulär durch das Protein Ferritin (20 % Eisenanteil) und dessen Abbauprodukt Hämosiderin (37 % Eisenanteil). Transportiert wird Eisen durch Transferrin.
Die Wirkung freier Eisen-Ionen
Freies Eisen ist ein sehr reaktives Ion (Fe2+ , Fe3+ ) und an vielen Redox-Reaktionen beteiligt.
Freie Eisen-Ionen können sich an Proteine binden und diese in ihrer Struktur verändern. Sie können schädliche Redox-Reaktionen auslösen, beschleunigen und verstärken, etwa die Peroxidation ungesättigter Fettsäuren in Zellmembranen.
Deshalb sind die biologischen Mechanismen im Laufe der Evolution darauf ausgerichtet, Eisen an spezielle Proteine zu binden und nur für notwendige Reaktionen zur Verfügung zu stellen (z.B. Bindung und Übertragung von Sauerstoff, Elektronenübertragung in den Mitochondrien). Da Eisen nur in gebundener Form existiert, kann es nicht aktiv ausgeschieden werden.
Eisen geht dem Körper nur verloren durch Blutung, Abstoßung toter oder lebender Zellen sowie dem Transfer auf den wachsenden Fötus.
Die Verluste durch die Abstoßung von Zellen belaufen sich täglich auf etwa 1 mg (1000 µg):
- 500 µg Darmschleimhaut
- 200 bis 300 µg Haut
- 100 µg Urin
- 100 µg Galle, Schweiß
Eisenaufnahme
Proteingebundenes Eisen wird bei normaler Magensäurebildung und Proteinverdauung gut aufgenommen. Schwache Magensäure geht zu Lasten der Eisenresorption.
Die Eisenaufnahme ist zudem vom Eisenspiegel des Blutes abhängig. Die Schleimhautzellen des Dünndarms bilden das Protein Apoferritin, das bis zu 3000 Eisen-Ionen binden kann und das die Aufnahme von Eisen-Ionen hemmt. Bei Eisenmangel wird die Bildung von Apoferritin verringert, wodurch mehr Eisen-Ionen vom Darm ins Blutserum über Transferproteine gelangen. Bei normalem Eisenstatus im Blut wird hingegen die Bildung von Apoferritin gesteigert, so daß vermehrt Eisen-Ionen abgefangen werden und nur wenig Eisen die Darmschranke überwindet.
Die Schleimhautzellen des Dünndarms fungieren damit als Zwischenspeicher für Eisen. Nach zwei bis drei Tagen wird die obere Zellschicht abgestoßen und das in diesen Zellen gebundene Eisen wird mit den Exkrementen ausgeschieden.
Bei gutem Eisenstatus werden wenige Prozent und bei Eisenmangel bis zu zwanzig Prozent des in gemischter Nahrung befindlichen Eisens aufgenommen.
Einige Aminosäuren erhöhen die Eisenresorption. Deshalb wird Eisen in Fleisch, Fisch und Leber gut aufgenommen, etwa zehn- bis zwanzigmal besser als über pflanzliche Nahrung. Außerdem enthält Fleisch je nach Restblutgehalt recht viel Eisen. Besonders hoch ist der Eisengehalt in der Leber.
Auch bei Alkoholkonsum erhöht sich die Eisenaufnahme. Bei Fleischverzehr zusammen mit Bier oder Wein ist mit vermehrter Eisenaufnahme zu rechnen.
In Hülsenfrüchten und Getreide ist Eisen zu einem Großteil an Phytinsäure gebunden und damit nur wenig verfügbar. In Bohnen, Linsen und Erbsen ist jedoch auch ein Teil des Eisens an Protein gebunden. Diese Fraktion wird recht gut aufgenommen.
Gerbsäuren (Tannine), etwa in Tee und Kaffee, binden gleichfalls Eisen im Verdauungstrakt und verhindern dessen Aufnahme.
Vitamin C (Ascorbinsäure als Reduktionsmittel) und Fruktose erhöhen hingegen die Eisenaufnahme. Deshalb wird das in Früchten enthaltene Eisen besser aufgenommen als das in Brot, Getreideerzeugnissen und anderen pflanzlichen Nahrungsmitteln ohne Vitamin C und Fruktose.
Oxalsäure, die in einigen Gemüsesorten in unterschiedlichem Maße enthalten ist, verbindet sich fest mit Eisen und verhindert dessen Aufnahme. Doch Salat und Gemüse haben eine hohe Eisendichte und ein Teil des Eisens ist an Protein gebunden, wodurch diese Eisenfraktion gut aufgenommen wird. Bei Obst- und Gemüse-Frischkost muß man sich also keine Gedanken um eine mangelhafte Eisenversorgung machen.
Bei hoher Kalzium- und Phosphatzufuhr wird weniger Eisen aufgenommen. Milch und Milchprodukte enthalten viel Kalzium und Phosphat, weshalb diese allenfalls einen geringen Beitrag zur Eisenversorgung leisten. Besonders die Einnahme von Kalziumpräparaten und der Verzehr von Nahrungsmitteln und Getränken mit Phosphatzusatz hemmt die Eisenaufnahme.
Es ist also weniger von Bedeutung, wieviel Eisen mit der Nahrung zugeführt, sondern in welchem Maße es aufgenommen wird.
Antibiotika sowie einige schmerz- und entzündungshemmende Medikamente verschlechtern die Eisenaufnahme. Gleichfalls kann bei Darmentzündungen die Eisenaufnahme gestört sein.
Eisenverluste
Der menschliche Körper verfügt über keinen aktiven Mechanismus zur Eisenausscheidung.
Etwa ein Milligramm Eisen geht beim Erwachsenen täglich über die Abschilferung von Haut- und Schleimhautzellen sowie über den Urin verloren. Dieser Verlust ist mit der Nahrung zu ersetzen.
Die Eisenverluste über die Exkremente ergeben sich aus dem nichtaufgenommenen Eisen der Nahrung sowie durch die Abschilferung von Schleimhautzellen.
Frauen verlieren während ihrer fruchtbaren Jahre mit jeder Regelblutung Eisen. Der durchschnittliche Blutverlust bei der Menstruation beträgt 30 bis 60 ml, wobei 15 bis 30 mg Eisen verlorengehen. Bei stärkerer Blutung erhöhen sich die Verluste entsprechend (2 ml Blut enthalten etwa 1 mg Eisen).
Bei Schwangerschaft wird viel Eisen an den Fötus übertragen (ca. 300 mg), was für die Mutter mit jeder Geburt mit entsprechenden Verlusten verbunden ist. Hinzu kommt der Blutverlust bei der Geburt sowie die Eisenverluste durch das Stillen. Diesen Verlusten wirkt der Körper der stillenden Mutter entgegen, indem der Einsatz der Regelblutung einige Monate ausbleibt.
Auch Blutspenden führt zu erheblichen Eisenverlusten, ebenso Verletzungen und Unfälle mit Blutverlust (bei normalem Status befinden sich etwa zwei Drittel des Eisens im Blut an Hämoglobin gebunden). Auch innere Blutungen, etwa bei Magen- oder Darmgeschwüren oder Parasitenbefall, führen zu Eisenverlusten.
Umgekehrt erhält der Körper mit einer Bluttransfusion viel Eisen.
Der Eisenbedarf
Die täglichen Eisenverluste sind zu ersetzen:
- 1 mg über Haut- und Schleimhautabschilferung sowie Urin, Galle und Schweiß,
- bei Frauen mit normaler Monatsblutung zusätzlich 0,5 bis 1 mg.
Das ergibt bei Männern 1 mg und bei Frauen während der fruchtbaren Jahre in der Summe 1,5 bis 2 mg täglich, bei starker Monatsblutung bis zu 5 mg.
Die notwendige Eisenzufuhr ist abhängig vom Eisenstatus und der Verfügbarkeit des Eisens der Nahrung. Bei reichlich gefüllten Eisenspeichern muß kein Eisen zugeführt werden, bis sich der Serumferritin-Spiegel wieder im Normalbereich befindet.
Der Eisenbedarf wird für Männer und Frauen ohne Monatsblutung mit 10 mg und für Frauen mit Monatsblutung mit 15 mg angegeben.
Mögliche Symptome bei Eisenmangel
- Blutarmut (Eisenmangelanämie) mit der Folge schlechter Sauerstoffversorgung des Körpers. Defizite der Vitamine B6, B9 und B12 können eine Eisenmangelanämie vortäuschen.
- fehlende körperliche und psychische Leistungsfähigkeit
- Energieverlust, ständige Müdigkeit
- schnelle Erschöpfung
- Muskelschwäche
- Kopfschmerzen
- Wetterfühligkeit
- Nervosität
- Reizbarkeit
- Blässe
- spröde, rauhe Haut
- brüchiges Haar
- Rillen in den Fingernägeln
- Risse in den Mundwinkeln (Mundwinkelrhagaden)
- Herzklopfen
- Atemnot
- Zungenbrennen
- Verstopfung
- Infektanfälligkeit (bei schwerem Eisenmangel sind lymphozytäre und granulozytäre Funktionen gestört, andererseits verknappt der Körper Eisen im Kampf gegen Bakterien).
- Bei Eisenmangel wird die Bildung des Schilddrüsenhormons Thyroxin gehemmt. Folge ist eine Schilddrüsenunterfunktion, die allerdings auch andere Ursachen haben kann.
Behebung eines Mangels mit Eisenpräparaten
Zweiwertiges Eisen wird besser aufgenommen, ist jedoch schlechter verträglich als dreiwertiges Eisen. Das kann zu Verdauungsstörungen, Blähungen und Bauchschmerzen führen.
Die Unverträglichkeit von Eisenpräparaten ist der stark reaktiven Wirkung des Eisens geschuldet. In der Nahrung ist Eisen an Protein gebunden oder als Salz enthalten (Hydroxid, Phosphat, Phytat). Es wird nur in kleiner Menge im Darm freigesetzt und verursacht dadurch keine Schäden.
In jedem Falle sollte die Ursache des Eisenmangels gesucht und behoben werden. Meist ist ein Mangel auf Fehlernährung, Magen-Darm-Erkrankungen, die Einnahme von Medikamenten oder auf Blutspenden zurückzuführen. Wenn die Ursache des Eisenmangels abgestellt ist, erübrigt sich die Einnahme von Eisenpräparaten.
Die unbegründete und leichtfertige vermeintlich vorbeugende Einnahme von Eisenpräparaten führt hingegen mehr oder weniger schnell zur Eisenüberlastung.
Die Einnahme von Eisenpräparaten hemmt zudem die Aufnahme von Kupfer, Mangan, Zink, Selen und kann dadurch bei anderen Spurenelementen Mangelzustände verursachen.
Eisenanreicherung im Laufe des Lebens
Bei Mangel an Eisen erhöht sich dessen Aufnahme im Darm, wobei eine hohe Resorptionsquote erreicht werden kann. Mit Verbesserung des Eisenstatus fällt die Aufnahmerate wieder allmählich auf das Normalmaß.
Bei Eisenüberlastung erfolgt hingegen keine Reduzierung der Aufnahme unter die normale Rate. Bei Fleischverzehr ist die Eisenaufnahme sogar weiterhin relativ hoch. Die Regulation der Eisenaufnahme ist also nur nach oben, nicht nach unten möglich.
Verschärft wird das Problem der Überlastung, weil kein aktiver Mechanismus zur Eisenausscheidung besteht. Eisen ist fest an Proteine gebunden, die nicht über die Nieren ausgeschieden werden können.
Aufgrund dessen liegt die Eisenaufnahme bei Männern und Frauen ohne Monatsblutung meist über den Verlusten. Besonders ins Gewicht fällt der Fleischverzehr: Je mehr Fleisch gegessen wird, um so deutlicher liegt die Eisenbilanz im Plus und desto schneller reichert sich Eisen im Laufe des Lebens im Organismus an.
Solange die eisentragenden Proteine (Ferritin, Hämosiderin,Transferrin) über freie Speicherkapazität verfügen, ist das auch kein Problem. Sobald jedoch die Speicherkapazität voll beansprucht ist und weiteres Eisen nur noch schwer gebunden werden kann, belastet freies Eisen das Blut, die Zell- und Gewebeflüssigkeiten und fördert aufgrund seiner starken Reaktivität Membran- und Gewebeschäden. Das führt zu beschleunigter Alterung und gesundheitlichem Verfall, anfangs unmerklich, später mit degenerativen Erkrankungen und Beschwerden.
Chronische Eisenüberlastung
Wann der kritische Punkt der Eisenüberlastung erreicht ist, hängt von der Eisenaufnahme und den Blutverlusten während der gesamten Lebenszeit ab. Lebenslanger reichlicher Fleischverzehr und Einnahme von eisenhaltigen Präparaten sind die entscheidenden Risikofaktoren. Bei starken Fleischessern kann die Eisenüberlastung bereits etwa im 50. Lebensjahr kritisch werden, bei moderaten Fleischessern vielleicht erst mit 70 Jahren.
Frauen haben wegen ihrer Eisenverluste während ihrer fruchtbaren Jahre und mit jedem Kind einen Vorteil gegenüber Männern. Nach den Wechseljahren akkumulieren sie bei gleicher Aufnahme Eisen jedoch ebenso schnell. Allerdings essen sie im Durchschnitt weniger Fleisch, ein weiterer Grund, weshalb sie den kritischen Punkt später im Leben erreichen. Die geringere Eisenbelastung trägt zur höheren Lebenserwartung von Frauen bei.
Die Folgen der Eisenüberlastung
Bei Eisenüberlastung werden degenerative Schäden in allen Geweben gefördert. Besonders gefährdet sind Gehirn, Leber, Bauchspeicheldrüse, Herz, Gelenkknorpel, Bandscheiben, Milz, Hirnanhangsdrüse, Schilddrüse, Geschlechtsorgane und Haut.
Eisenüberlastung scheint eine wesentliche Ursache für neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer-Demenz zu sein.
Bei Eisenüberlastung besteht zudem eine erhöhte Anfälligkeit für chronische Entzündungen in den Geweben.
Bereits eine mäßige Eisenüberlastung fördert Insulinresistenz samt ihren Folgen wie Verfettung, Typ2-Diabetes, Arteriosklerose, Herzinfarkt und Schlaganfall (mehr dazu: durch Glykation bedingte Schäden). Niedrige Eisenspiegel dürften ein Grund dafür sein, daß Kinder, junge Erwachsene und Frauen kaum durch diese Erkrankungen gefährdet sind.
Vermeidung der Eisenüberlastung
Bei kalorienknapper und gesunder Frischkost-Ernährung mit hohem Gemüse- und Obstanteil hält sich die lebenslange Eisenaufnahme in Grenzen, so daß auch im Alter kaum der kritische Punkt der Eisenüberlastung zu erwarten ist.
Außerdem sind Salat und Gemüse reich an Antioxidantien, die der oxidativen Schädigung durch freies Eisen entgegenwirken.
Zur Begrenzung der Eisenaufnahme empfiehlt sich die Beschränkung des Verzehrs von Fleisch, Leber und Fisch. Auch alkoholische Getränke sind besser wegzulassen, besonders zu fleischhaltigen Mahlzeiten.
Die Verwendung eisenhaltigen Kochgeschirrs führt zu einer zusätzlichen Eisenbelastung der gekochten Nahrung, vor allem, wenn Säuren oder fluoridhaltiges Kochwasser vermehrt Eisen-Ionen aus dem Kochtopf herauslösen. Zur Verringerung der Eisenbelastung sollten Kochtöpfe aus hochwertigem Edelstahl bestehen.
Brunnen-, Leitungs- und Mineralwasser kann gleichfalls erhebliche Mengen an Eisen enthalten. Eisenarmes Trinkwasser ist zu bevorzugen, auch zum Kochen und zur Nahrungszubereitung. Leitungswasser läßt sich mittels Umkehrosmose von Eisen befreien.
Eisenpräparate sind möglichst zu meiden. Ebenso enthalten zahlreiche Multivitamin- und Mineralstoffpräparate Eisen, wodurch sich die Belastung erhöht.
In den USA gibt es mit Eisen angereicherte Nahrungsmittel (z. B. Brot).
Überwindung der Eisenüberlastung
Eisenüberlastung ist praktisch nur durch wiederholtes Blutspenden zu überwinden. Das sollte unter ärztlicher Kontrolle erfolgen, um übermäßige Blutverluste zu vermeiden.
Der gleiche Effekt wird durch Aderlaß oder medizinische Blutegel erreicht.
Akute Eisenvergiftung
Die Einnahme einer größeren Menge von Eisenpräparaten verursacht im Magen-Darm-Trakt Blutungen (gastrointestinale Blutung), verbunden mit Übelkeit, Erbrechen, starken Magenschmerzen und schwärzlichem Durchfall. Die ersten Symptome machen sich etwa eine halbe bis zwei Stunden nach der Einnahme bemerkbar. Der starke Flüssigkeitsverlust kann anschließend zu Schock und in schlimmen Fällen sogar zu Koma und Tod führen.
Wenn sich der Vergiftete von Flüssigkeitsverlust und Schock einigermaßen erholt hat, kann es etwa einen Tag später zu starkem Blutdruckabfall kommen, zu Krampfanfällen und Schüttelkrämpfen, zu Flüssigkeitsansammlungen im Lungengewebe (Lungenödem), Niereninsuffizienz und schwerer Leberschädigung, teils mit der Folge von Nierenversagen und Leberversagen.
Nur etwa ein Gramm Eisen eingenommen verursacht bei einem zweijährigen Kind eine schwerwiegende Eisenvergiftung; drei Gramm können tödlich sein. Bei einem erwachsenen Mann treten ab etwa 2,5 Gramm nicht an Hämoglobin gebundenem Eisen im Blut schwerwiegende Vergiftungserscheinungen auf.
Eisenspeicherkrankheit
Die Eisenspeicherkrankheit (Hämochromatose, Primäre Siderose, Hämosiderose, Siderophilie; engl. hematochromatosis, mehr dazu auch hier) ist eine seltene Erkrankung des Menschen, bei der es meist aufgrund von Gendefekten (verminderte Bildung von Apoferritin) zu einer erhöhten Aufnahme von Eisen im Dünndarm kommt. Der Eisenbestand des Körpers steigt dadurch von ca. 2 bis 4 Gramm auf 10, 20, ja sogar bis zu 80 Gramm. Diese extreme Überlastung führt schon früh im Leben zu Organschäden, besonders von Gehirn, Leber, Bauchspeicheldrüse, Herz, Gelenken, Milz, Hirnanhangsdrüse, Schilddrüse, Geschlechtsorganen und Haut.
Diese Erkrankung zeigt, was bei Eisenüberlastung zu erwarten ist, auch wenn diese bei normaler Eisenaufnahme bei weitem nicht so stark ausgeprägt ist und erst mehr oder weniger im Alter zu Beschwerden und Erkrankungen führt.
Die Beurteilung des Eisenstatus
Die Serum-Eisen-Konzentration ist nur ein schlechter Indikator für den gesamten Eisenbestand des Körpers.
Aussagekräftig ist hingegen die Ferritinkonzentration im Blutserum (Serum-Ferritin-Spiegel), da alle Gewebe Ferritine in Abhängigkeit von ihrem Eisengehalt ins Blut freisetzen. Anhand der Ferritinwerte lassen sich Eisenmangel und Eisenüberlastung diagnostizieren:
- 20 bis 80 ng/ml – normal
- unter 20 ng/ml – Mangel
- 20 bis 30 ng/ml – Unterversorgung
- 40 bis 60 ng/ml – optimaler Bereich
- über 80 ng/ml – Überlastung
- über 200 ng/ml – starke Überlastung
- über 300 ng/ml – Verdacht auf Eisenspeichererkrankung im fortgeschrittenen Stadium. Ab 1000 ng/ml wird eine Behandlung mit Eisenchelatoren empfohlen, die allerdings teuer und mit Nebenwirkungen verbunden ist.
Bei Frauen liegen die üblichen Ferritinspiegel zwischen 20 und 200 ng/ml, bei Männern zwischen 30 und 300 ng/ml.
Unzuverlässig ist die Auswertung des Ferritinspiegels bei
- Lebererkrankungen (vermehrte Ferritinfreisetzung durch zerstörte Leberzellen),
- Entzündungen und Infekten (unter Umständen vermehrte Ferritinbildung),
- Krebserkrankungen (vermehrte Ferritinbildung im Tumor),
- Genetisch bedingter Überproduktion von Ferritin.