Teil 1: Allgemeine (biochemische) Grundlagen

Definition der Spurenelemente

Die Gesamtheit der Elemente der Erde lassen sich in die zwei Gruppen Metalle und Nichtmetalle aufteilen. Höhere Lebewesen wie der Mensch bestehen weitgehend aus Nichtmetallen. Beim Menschen machen die Nichtmetalle Wasserstoff, Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor, Schwefel und Chlorid 98,1 % des Körpergewichtes aus, während die Metalle nur mit

1,9 % am Aufbau beteiligt sind. Von diesen 1,9 % entfallen aber bereits 1,888 % auf die vier Mineralstoffe (Elektrolyte) Kalium, Natrium, Kalzium und Magnesium. Die eigentlichen Spurenelemente ergeben zusammen nur 0,012 % oder 8,61 g (!) des Körpergewichtes. Aber gerade dieser kleine Bruchteil der Körpermasse beherrscht die biochemischen Abläufe im Organismus in einem früher kaum für möglich gehaltenen Ausmaß.

Das Wissen um die lebensnotwendigen Funktionen von Spurenelementen ist mit Ausnahme von Eisen und Iod noch keine 100 Jahre alt.

Schon die alten Ägypter kannten 3000 v. Chr. die stärkende Wirkung des Eisens. Zu diesem Zwecke tranken sie gegen die "Bleichsucht" das das zum Kühlen von geschmiedeten Eisenteilen benützte Wasser. Bereits 1000 v. Chr. behandelten die Griechen vom Kropf befallene Menschen mit der Asche von Meerschwämmen. Deren hohe Gehalt an Iod wurde aber erst 1819 entdeckt. 100 Jahre später wurde dann der hohe Iodgehalt des Schilddrüsenhormons Thyroxin erkannt.

Im 19. Jahrhundert konnte das Vorhandensein gewisser Elemente mit Hilfe von empfindlichen chemischen Farbreaktionen oder mit der Emissionsspektroskopie zwar nachgewiesen werden, aber nur qualitativ. Auf diese Weise ist das Vorkommen von zahlreichen seltenen Elementen in Lebensmitteln erkannt worden. Zu einer exakten Analyse reichte die Präzision der Methoden jedoch nicht aus. Aus jener Zeit stammt die allgemeine Bezeichnung "Spurenelemente" für Elemente wie Eisen, Kupfer, Zink, Mangan, Molybdän und Iod.

Heute versteht man unter dem Begriff Spurenelement ein Metall oder Nichtmetall, dessen Gehalt im menschlichen Gewebe kleiner als 50 mg pro kg Körpergewicht ist (Tab. 1). Sehr feine, moderne Untersuchungsmethoden wie etwa die Atomabsorptionsspektroskopie (AAS), haben zu dieser viel präziseren Definition wesentlich beigetragen.

Spurenelemente sind Mikronährstoffe

Spurenelemente gehören, neben Vitaminen und Mineralstoffen, zu den sogenannten Mikronährstoffen (Tab. 2) . Die Abgrenzung von Makro- und Mikronährstoffen erfolgt zum einen über die Menge, zum anderen über die Funktion. Mikronährstoffe werden in nur sehr kleinen Mengen benötigt und sind weder Energielieferanten noch Baustoffe für die Zellen.

Sie sind jedoch an vermittelnden und steuernden biochemischen Prozessen beteiligt und damit unabdingbare Bestandteile der unzähligen Stoffwechselreaktionen. Spurenelemente müssen, wie die Vitamine und Mineralstoffe, mit der Nahrung ständig aufgenommen werden, weil der Mensch sie nicht selbst herstellen kann.

Spurenelemente sind wie Vitamine absolut lebensnotwendig. Sie spielen eine wichtige Rolle als Zentralatome in bestimmten Proteinen (Eiweiße) und Vitaminen, erfüllen katalytische (steuernde) Funktionen in Enzymen, bestimmen die räumliche Anordnung in Proteinen, aktivieren Hormone, steuern den Ionenhaushalt und sind notwendig für die Hormonsynthese (Tab. 3).

Spurenelemente als wichtige Bestandteile

anti-oxidativer Enzyme

Die meisten Spurenelemente sind Bestandteile von Enzymen. Einige dieser Enzyme sind hochwirksam bei der Beseitigung von diversen Sauerstoffradikalen oder ihrer Vorstufen und somit für die Gesundheit des Menschen von sehr großer Bedeutung, da sie anti-oxidativ und somit zellschützend wirken (Über die Themen "Freie Radikale - Oxidativer Stress - Anti-Oxidantien - Umweltschadstoffe" wurde in "Gesünder Leben" 4 und 5/1999 berichtet).

Dazu einige Beispiele: In allen Lebewesen enthält die Superoxiddismutase der Mitochondrienmembran in ihrem aktiven Zentrum Mangan-Ionen und die wasserlösliche Superoxisdismutase des Cytoplasmas enthält Kupfer- und Zink-Ionen. Ein eisenhaltiges Enzym, die Katalase, sorgt in der Leber und in jedem einzelnen Erythrozyten dafür, dass die Konzentration an Wasserstoffsuperoxid stets niedrig bleibt. Das wohl wichtigste Enzym zum Unschädlichmachen von bestimmten Freien Radikalen (Peroxide) ist die selenhaltige Glutathionperoxidase, von der es im menschlichen Körper zwei Varianten gibt.

Spurenelementmangel am Beispiel des Selen

Aufgrund der leider erst in den letzten Jahren erkannten lebenswichtigen Funktionen der Spurenelemente, vor allem als Bestandteil anti-oxidativer Enzyme, ist einleuchtend, dass ein Mangel zwangsläufig zu einer Vielzahl von Symptomen und Krankheiten führen kann. Viele seriösen Studien, publiziert in anerkannten Fachjournalen, untermauern dies.

Das aktuellste Thema ist die Biochemie des Selens. Über die Erkenntnis, dass Selen lebensnotwenig ist, verfügen wir erst seit wenigen Jahren. Ohne eine ausreichende Selenversorgung ist ein Leben in Gesundheit nicht möglich. Diese Tatsache ist leider über Jahrzehnte hinweg sogar abgeleugnet worden! Da Selen in praktisch allen Geweben enthalten ist, können sich die Folgen oxidativen Stresses bei Selen-Mangel (und gleichzeitigem Mangel an anderen Anti-Oxidantien) durch zahlreiche klinische Symptome äußern: So wurden zum Beispiel die Selengehalte von Blutproben verschiedener Blutbanken aus 27 Ländern untersucht. Man fand heraus, das niedrige Selenspiegel bzw. Selenmangel mit einer erhöhten Krebssterblichkeit korrelierte. Umgekehrt konnte durch gezielte Zufuhr von Vitamin E, Beta-Carotin und Selen im Rahmen der "Linxian-Studie" in China Anfang der neunziger Jahre bei knapp 30.000 Chinesen die Krebshäufigkeit signifikant verringert werden.

Prof. Kuklinski aus Rostock, ein Pionier der Mikronährstoff- und Anti-Oxidantien-Forschung, stellte fest, dass bereits ein 6stündiges Sonnenbad die Lipidperoxidation, also die Zerstörung von Zellmembranen, über einen Zeitraum von 2 (!) Wochen auf das 3fache anheizt. Wurden 14 Tage vor der Sonnenexposition regelmäßig Anti-Oxidantien, unter anderem auch Selen, eingenommen, so wurde die schädigende Radikalbelastung verhindert. Studien bestätigen, dass Herz/Kreislauferkrankungen häufig mit einer Selen-Unterversorgung korrelieren. Entsprechend konnte durch Selen- und Anti-Oxidantien-Zufuhr die Häufigkeit von Todesfällen nach Herzinfarkt und Schlaganfall reduziert werden.

Die Radio- und Chemotherapie von Krebserkrankungen sowie die Sauerstoff-Therapien führen zu vermehrter Bildung von Radikalen und Peroxiden. Diese Therapien sollten daher nach heutigem Wissen unter begleitendem Anti-Oxidantien-Schutz durchgeführt werden. Selen und andere Anti-Oxidantien sind, vor allem in Kombination, geeignet, die oft gravierenden Nebenwirkungen dieser Therapieformen auf das gesunde Gewebe zu reduzieren.

Mikronährstoff-Mangel trotz "ausgewogener" Ernährung

Die Aussage, dass zur Deckung des täglichen Bedarfes an Mikronährstoffen, vor allem der anti-oxidativen Vitamine und Spurenelemente, eine ausgewogene Ernährung ausreiche, ist theoretischer Natur und beruht meist auf "Berechnungen". Diese Aussage ist schlicht und einfach falsch und entspricht vor allem auch nicht den Beobachtungen und Erfahrungen in der täglichen Praxis!

Weitgehend unbeachtet bleibt etwa die Tatsache, dass die Menschen heute mit einer Vielzahl von Umweltschadstoffen konfrontiert sind, wie das vor 20 oder 30 Jahren sicher noch nicht der Fall war.

Routinemäßige Analysen von Vitaminen, Mineralstoffen und Spurenelementen im Blut an einer Vielzahl von kranken wie auch gesunden Menschen (Erwachsene und Kinder!) zeigen einen oft beträchtlichen Mangel an bestimmten Vitaminen und Spurenelementen (Tab. 4), vor allem auch in Kombination mit einer hohen Belastung an Umweltschadstoffen, z. B. Blei, Cadmium, Quecksilber, Thallium. Auch Personen, die sich "ausgewogen" ernähren, zeigen solche Mangelzustände. Es ist ein Faktum, beweisbar durch Lebensmittel- und Bodenanalysen, dass die Nahrung bzw. Nahrungskette immer weniger (Mikro) Nährstoffe enthält. Demgegenüber steht eben die ständige Zunahme von Schadstoffen in unserer Umwelt.

Dazu ein Beispiel: Analysen in der Nahrungskette durch Prof. Hartfiel, Bonn, ergaben niedrige Selengehalte in allen pflanzlichen Nahrungsmitteln. Die Ursachen liegen in Umweltveränderungen. Das wichtige Element Selen kommt in verschiedenen Wertigkeitsstufen vor (Se6+ bis Se2-; dies gibt an, wie sich die Außenelektronen des Selens in chemischen Verbindungen verhalten). Pflanzen können nur Se6+ aufnehmen. Durch Nutzung fossiler Brennstoffe gelangen Rückstände in den Boden, die ihn übersäuern und das Selen in niedrigere Wertigkeitsstufen umwandeln, welche die Pflanzen nicht mehr aufnehmen können. Mit einer Selendüngung kann diesem Mangel übrigens nicht abgeholfen werden. Während für den Menschen nützliche Metalle wie Selen "verarmen", reichert sich die Nahrungskette mit schädlichen Elementen an. Aus dem eben erwähnten Grund, nämlich der Übersäuerung des Bodens, nimmt die Pflanze verstärkt giftige Schwermetalle auf. Hier sei besonders das hochgiftige und krebserzeugende Cadmium genannt.

Überdosierung von Spurenelementen schädlich

So wichtig und essentiell die Spurenelemente auch für die Gesundheit des Menschen sind, so muss doch ausdrücklich vor einer Einnahme nach eigenem Guttünchen oder auf "Empfehlung" von Freunden und Bekannten gewarnt werden.

Besonders bei den Spurenelementen ist der Bereich zwischen nützlich und schädlich sehr gering, d. h., schon eine geringfügige Überdosierung kann schädlich und sogar giftig sein. Ein Zuviel ist also genauso schlecht wie ein Zuwenig. Das gilt natürlich auch für andere Mikronährstoffe wie etwa die Vitamine. Vitamin C zum Beispiel gilt als wichtigstes exogenes (von außen zugeführtes) Anti-Oxidans der wässrigen Phase, das mit Superoxidradikalen, Hydroxylradikalen, Singulettsauerstoff und Wasserstoffperoxid unter Betreistellung eines Wasserstoffatoms reagiert. Das entstehende Semihydroascorbatradikal disproportioniert mit einer Halbwertszeit von 0,17 Sekunden zu Vitamin C und Dehydroascorbat. Die Regeneration von oxidiertem Vitamin C erfolgt durch Glutathion. Eine weitere Funktion von Vitamin C liegt in der Regenerierung von

Vitamin E. In Gegenwart von freien Übergangsmetallionen wie Eisen und Kupfer kann Vitamin C allerdings auch prooxidativ wirken und die Bildung der besonders gefährlichen Hydroxylradikale forcieren. Von Bedeutung ist dies bei zu hohen Eisen- bzw. Kupferspiegeln im Blut.

Dieser Hinweis erscheint umso wichtiger, da doch gerade Vitamin C zu denjenigen Vitaminen zählt, die in der Bevölkerung bevorzugt nach Belieben eingenommen werden unter der falschen Vorstellung "Je mehr, umso besser"!

Nur Blutanalysen können Klarheit verschaffen, was man wirklich braucht.

Blutanalysen empfehlenswert

Aufgrund der großen Bedeutung der Spurenelemente für die Gesundheit des Menschen aber auch der Gefahren durch eine unkritische Einnahme, ist es empfehlenswert, diese im Blut exakt zu analysieren. Nur so können Mangelzustände nachgewiesen und durch geeignete Präparate ausgeglichen werden. Schädliche Überdosierungen von Mikronährstoffen, vor allem Spurenelemente, können auf diese Weise vermieden werden.

Bedeutung haben solche Analysen sowohl bei der Prävention als auch bei der Therapie von Krankheiten.

Hervorgehoben werden muss, dass jeder Mensch letztlich einen individuellen Bedarf an Mikronährstoffen hat, er ist auch diesbezüglich einzigartig, vergleichbar mit seinem (genetisch festgelegten) Fingerabdruck.

Nur durch eine Analyse kann, unter Berücksichtigung besonderer Lebensbedingungen (Rauchen, Alkohol, Umweltschadstoffe, Arbeitsplatz, etc.), der individuelle Bedarf durch den erfahrenen Arzt festgelegt und entsprechende Präparate verordnet werden.

Obschon in diesem Artikel oft die Rede vom Selen war, so soll das keinesfalls heißen, dass die anderen Spurenelemente weniger wichtig für die Gesundheit des Menschen sind. Deshalb wird in der nächsten Ausgabe insbesondere die Funktionsweise und Biochemie einiger kaum bekannter Spurenelemente wie Germanium, Silizium, Bor und Arsen erklärt.

Bücherempfehlungen zum Thema

Bodo Kuklinski, Ina van Lunteren

Neue Chancen - Zellschutz durch Anti-Oxidantien

LebensBaum Verlag, Bielefeld

ISBN 3-928430-04-1

Norbert Fuchs

Mit Nährstoffen heilen

Reglin Verlag, Köln

ISBN 3-930620-21-

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Der Autor:

Dr. med. Peter H. Lauda ist in Wien niedergelassener Facharzt für Anästhesiologie und Intensivmedizin sowie Arzt für Allgemeinmedizin mit den Schwerpunkten Freie Radikale, Vitamine, Spurenelemente und umweltbedingte Krankheiten.

SPURENELEMENTE

  • Mangan
  • Kupfer
  • Arsen
  • Molybdän
  • Iod
  • Chrom
  • Zink
  • Selen
  • Bor
  • Silizium
  • Germanium
  • Eisen
  • Fluor

Tab. 1

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MIKRONÄHRSTOFFE

  • Vitamine
  • Spurenelemente
  • Mineralstoffe
  • Bestimmte Aminosäuren
  • Fettsäuren
  • Pflanzeninhaltsstoffe

MAKRONÄHRSTOFFE

  • Eiweiß
  • Fette
  • Kohlenhydrate

Tab. 2

WICHTIGE FUNKTIONEN VON SPURENELEMENTEN

  • Zentralatom in bestimmten Proteinen und Vitaminen
  • Steuerung Enzyme
  • Räumliche Anordnung von Proteinen
  • Aktivierung Hormone
  • Ionenhaushalt
  • Hormonsynthese

Tab. 3

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Mikronährstoff - Mangel (häufig)

Spurenelemente

  • Zink
  • Kupfer
  • Kobalt
  • Molybdän
  • Eisen (intrazellulär)
  • Chrom

Vitamine

  • Vitamin B-Komplex (B1, B2, B6, B12)
  • Folsäure
  • Vitamin H
  • Vitamin C

DIE BEDEUTUNG DER SPURENELEMENTE

Dr. med. univ. Peter H. Lauda

Teil 2: Silizium, Germanium, Bor, Arsen

In der vergangenen Ausgabe von "GesünderLEBEN" wurden einige allgemeine, biochemische Grundlagen über die vielfältigen Funktionen der Spurenelemente beschrieben.

In diesem Beitrag soll nun etwas genauer auf einige eher unbekannte Spurenelemente eingegangen werden und zwar Silizium, Germanium, Bor und Arsen.

Silizium

Silizium ist neben Sauerstoff das häufigste Element der Erdrinde (ca. 28%).Sehr spät, und zwar im Jahre 1972, wurde entdeckt, das Silizium in Form von Siliciumdioxid für den Menschen lebensnotwendig ist. Siliciumdioxid wird auch als Kieselerde oder Kieselgur bezeichnet.

Silizium ist aktiv am Verkalkungsprozess der Knochen beteiligt sowie am Aufbau des Bindegewebes und des Knorpel. Beide enthalten bestimmte Schleimsubstanzen, deren Bildung bei Siliziummangel gehemmt ist. Mit zunehmendem Alter nimmt der Gehalt der Arterien und der Haut an Silizium ab. Eine Mangel an Silizium führt unter anderem zu vorzeitigem Altern der Blutgefäße und der Haut. Einige Studien ergaben eine Verarmung der Haut an Silizium bei Neurodermitis.

Durch Silizium wird auch die Kollagenbildung stimuliert. Dabei gibt es einen engen Zusammenhang bzw. eine Kooperation mit Vitamin C. Der Körper eines erwachsenen Menschen enthält ca. 1,4g Silizium.

Viel Silizium sind in ungeschälte Getreidesorten und Kleie enthalten. Auch Bier, Pilze Tomaten und Blumenkohl enthalten, wenn auch in geringerer Menge, Silizium. Zinnkraut ist eine siliziumreiche Heilpflanze.

Germanium

Nachdem russische Arbeiten gezeigt haben, dass Germanium tumorhemmende Eigenschaften hat, begann der japanische Hüttenbauingenieur K. Asai in den Fünfzigerjahren, selbst dieses Spurenelement zu studieren. Er entdeckte unter anderem, dass es ebenso wie Silizium Halbleiter-Eigenschaften als Elektronenüberträger hat. Darauf stützt Asai seine Meinung, dass Germanium, selbst in minimalen Mengen zugeführt, positive, sauerstoffsparende Effekte für die menschliche Zelle hat. Es gibt auch Hinweise, dass durch dieses geheimnisvolle Spurenelement eine wichtige Komponente des Immunsystems, und zwar die NK (Natürliche Killerzellen) in ihrer Aktivität gesteigert werden und die Produktion von Interferon steigern. Weiters dürfte es anti-oxidativ wirken, d.h. es kann schädliche Freie Radikale unwirksam machen. Auch werden in einigen Arbeiten von Germanium schmerzstillende, durchblutungs- und potenzfördernde, leberstärkende, tumorhemmende sowie anti-virale Wirkungen angenommen.

Einen besonders hohen Gehalt an Germanium hat Knoblauch, was zumindest eine der Erklärungen für die schon seit alters her bekannten, gesundheitsfördernden Wirkungen von Knoblauch sein dürfte. Weiters kommt Germanium in japanischen Ginseng-Arten, Aloe und Chlorella-Algen vor.

Bor

In der deutschsprachigen Literatur über Spurenelemente wird Bor entweder nicht angeführt oder als nicht lebensnotwendig für den Menschen bezeichnet. Nichtsdestotrotz haben amerikanische Studien gezeigt, dass eine tägliche Bor-Zufuhr von 2-3 mg die Calciumaufnahme in die Knochen verbessert und die Kalzium- uns Magnesium-Ausscheidung über die Nieren deutlich reduziert wurde. Damit wurde auf den Magnesium- und Kalzium-sparenden Effekt bei durchblutungsbedingten Herzerkrankungen und postmenopausaler Osteoporose hingewiesen. Bis 1986 (!) war für Bor keine biologische Funktion bekannt. Dann fand man jedoch heraus, dass bei Frauen in der Menopause, die eine niedrige Bor-Zufuhr (ca. 0,25 mg/Tag) haben, die Ausscheidung an Calcium und Magnesium im Harn deutlich erhöht war. Dies gilt als ein wesentlicher Risikofaktor für die Entwicklung von Osteoporose und den im Alter gefürchteten Hüftgelenksbrüchen.

Bereits 8 Tage nach einer Supplementierung mit 3mg Bor pro Tag ging die Ausscheidung um 40% zurück. Die weitere Abklärung des zugrundeliegenden, biochemischen Mechanismus ergab, dass Bor ein Enzym stimuliert, welches zur Bildung von Östrogenen und Vitamin D3 notwendig ist. Mit Bor supplementierte Frauen wiesen demnach höhere Hormonspiegel auf. Der Gesamtbestand des Körpers wird mit 48 mg angegeben. Bor kommt besonders in Blattgemüsen, Nüssen und Vollwert-Getreide vor.

Arsen

Für die meisten Menschen ist der Name Arsen der Inbegriff für ein Mordgift. Das stimmt auch so, denn ab einer bestimmten Menge wirkt Arsenik als Gift.

Es ist jedoch, wie Selen, ein Halbmetall und dürfte nach neuesten Erkenntnissen für den Menschen ein lebensnotweniges Spurenelement sein. Arsen wird, was Forschungserkenntnisse betrifft, aller Voraussicht nach einen ähnlichen Weg gehen wie Selen, welches früher als giftig, krebserregend und daher unerwünscht galt. Heute weiß man jedoch, dass beim Selen genau das Gegenteil der Fall ist!

Vieles deutet heute auf eine anti-oxidative Funktion des Arsen im menschlichen Organismus hin sowie Wirkungen im Immunsystem und im Blut-Stoffwechsel. Arsenmangel führt zum Beispiel bei Ziegen zu frühzeitigem Tod durch Herzinfarkt. Der Arsen Stoffwechsel ist sehr eng mit jenem von Zink, Cholin, Methionin, Vitamin B6, Taurin und Arginin verknüpft, also Mikronährstoffen, die bekanntermaßen für die Gesundheit des Menschen von überragender Bedeutung sind!

Der menschliche Körper enthält, ähnlich wie Selen, etwa 14 mg Arsen.

Erstaunlich ist der Antagonismus von Arsen und Selen. Beide sind, einzeln und in einer gewissen Dosis verabreicht, ziemlich toxisch. In Mischungen hebt jedoch das eine jeweils die Toxizität des anderen

z. T. wieder auf. Eine eher ungewöhnliche Situation auf dem Gebiet der Toxikologie. Gleiches gilt übrigens für das hochgiftige Cadmium und Methylquecksilber, welche beide durch Selen ebenfalls entgiftet werden.

Relevante Arsengehalte finden sich im Reis, Mais, verschiedenen Obstsorten und vor allem in der Kartoffel.

Für kaum ein anderes Element wie für Arsen gilt der historische Leitsatz des Naturarztes Paracelsus, wonach es die Dosis macht, ob ein Stoff zum Wohle oder zum Schaden des Anwenders wird: "Die Menge macht das Gift!"