Mineralstoffe

Eisen

Eisen ist chemisch gesehen ein Element mit der Ordnungszahl 26.

Es ist ein Metall, genauer gesagt ein Übergangsmetall. Eisen kennt jeder. Es ist weit verbreitet. Wir kennen es als Stahl, Blech usw. Ohne Eisen als Ausgangsstoff wären viele unserer heutigen Gebrauchsgegenstände nicht denkbar. Von allen eingesetzten Metallen ist Eisen mit einem 95-prozentigen Gewichtsanteil das mit Abstand häufigste eingesetzte Metall.

Unser Körper allerdings funktioniert ohne Eisen auch nicht. Wir sind zwar nicht aus Eisen gemacht und auch unsere Organe sind nicht “eisenhart”, aber Eisen erfüllt einige wichtige Funktionen, ohne die Leben nicht denkbar ist.

Die Bedeutung des Eisens für Lebewesen besteht in seiner zentralen Rolle bei der Blutbildung

Hämoglobin ist der Stoff, der dem Blut seine rote Farbe verleiht. Es sitzt in den Erythrozyten, den roten Blutkörperchen. Dieses Hämoglobin ist ein komplexes Eiweißmolekül, das aus 4 Untereinheiten aufgebaut ist. Jede Untereinheit  besteht aus einem Protoporphyrin-Gerüst, in dessen Mitte sich ein Eisenatom bzw. Eisenion befindet. Dieses Eisen ist in der Lage, jeweils ein Sauerstoffmolekül zu binden, so dass die komplette Einheit vier Sauerstoffmoleküle binden kann. Auf diese Weise erfolgt der Transport des Sauerstoffs von den Lungen zu den Zielzellen des Organismus. Ohne den “Eisenkern” des Hämoglobins wäre ein solcher Transport nicht möglich.

Aber nicht nur das Hämoglobin ist mit einem Eisenion ausgestattet. Darüber hinaus gibt es noch eine Reihe von Enzymen und Proteinen, die auf Eisen angewiesen sind. Myoglobin z.B. ist ein solches Protein.

Es kommt nur im Herzmuskel und Skelettmuskeln von Menschen und Tieren vor. Der Aufbau entspricht weitestgehend dem des Hämoglobins. Auch hier gibt es ein Protoporphyrin-Gerüst, dessen Zentrum von einem Eisenion eingenommen wird, dass die Sauerstoffmoleküle bindet. Die Aufgabe des Myoglobins ist, den Sauerstoff innerhalb der Zellen von der Membran zu den Mitochondrien zu transportieren.

Die Sauerstoff-Bindungsstärke des Myoglobins ist deutlich stärker als die des Hämoglobins. Es wird darum auch diskutiert, ob das Myoglobin nicht auch die Aufgabe eines Sauerstoffspeichers ausübt. Dies ist zumindest bei Meeressäugern wahrscheinlich, da Wale einen deutlich höheren prozentualen Myoglobinanteil besitzen als z.B. die Menschen. Dies ist vermutlich der Grund, warum sie wesentlich länger tauchen können, ohne dass ihnen “die Puste ausgeht”.

Cytochrome enthalten ebenfalls Eisenione. Es handelt sich hierbei um Proteine, die in ihrem Aufbau Strukturen enthalten, die dem Hämoglobin gleichen, also mit prosthetischen Gruppen und dem eingelagerten Eisenion-Kern.

Bei diesen Cytochromen ist das Eisenion nicht an einem Sauerstofftransport beteiligt, sondern es ist für den Elektronentransport verantwortlich. Dieser ist von zentraler Bedeutung bei der Zellatmung und enzymatischen Vorgängen z.B. bei Oxidoreduktasen etc. Diese Cytochrome kommen vornehmlich in den Mitochondrien, dem Ort der Zellatmung und Energieproduktion vor. Die Cytochrome werden unterschieden in Cytochrom a, b, c und d.

Es gibt darüber hinaus eine Reihe von Enzymen, die aus einem Eisen-Schwefel-Komplex aufgebaut sind. Einige Komplexe der Atmungskette, Hydro- und Nitrogenasen wären hier als Beispiele zu nennen. Eine weitere Gruppe der Eisenenzyme ohne Hämoglobin-Eigenschaften beinhaltet z.B. Hämerythrin, Ribonukleotid-Reduktase etc. Diese Enzyme aktivieren Sauerstoff, sind an dessen Transport beteiligt, steuern Redox-Reaktionen usw.

Das Enzym Katalase besitzt die Fähigkeit, Wasserstoffperoxid zu Sauerstoff und Wasser umzuwandeln. Dieses Wasserstoffperoxid ist ein Abfallprodukt bei der Energiegewinnung in den Mitochondrien, der Oxidation von Fettsäuren usw. Es ist in der Lage, die Zell-DNA und Strukturproteine der Zellmembranen zu zerstören und somit einschneidende Störungen zu verursachen. Krebserkrankungen, frühzeitiges Altern sind einige Beispiele für eine ungebremste Aktivität von Wasserstoffperoxid. Die Katalasen nun befinden sich in den Peroxisomen von Leber- und Nierenzellen, den Erythrozyten und in beschränktem Maße auch in den normalen Körperzellen.

Hier wird das Wasserstoffperoxid dann entsorgt, um den Organismus vor einer Schädigung zu schützen. Bei diesem “Entsorgungsvorgang” spielt wieder ein zentrales Eisenion im Enzym eine Rolle, das den für die Neutralisierung des Wasserstoffperoxids notwendigen Elektronentransfer steuert.

Der Organismus verfügt auch über einen Eisenspeicher

Es handelt sich hier um ein Enzym, das Ferritin. Der Transport des Eisens innerhalb des Organismus wird durch ein Protein durchgeführt, das Transferrin. Beim Menschen kommt Ferritin hauptsächlich im Knochenmark, Leber und Milz vor. Der gesunde Mensch beherbergt etwa 20 Prozent des gesamten Eisens in Ferritin. Diese Zahl ist insofern von Bedeutung, da die Ferritinkonzentrationen im Blut Aussagen machen können über den Gesamtspeicher für Eisen im Organismus. Denn Ferritin befindet sich normalerweise innerhalb der Zellen.

Eisenmangel bedingt Anämien, denn für den Aufbau der roten Blutkörperchen braucht der Organismus Hämoglobin. Für den Aufbau von Hämoglobin braucht der Organismus unter anderem Eisenionen, die er aber nicht selbst herstellen kann. Von daher muss das Eisen über die Nahrung zugeführt werden. Frauen leiden häufig menstruationsbedingt unter Eisenmangelzuständen und damit unter Anämien. Hier gilt die Empfehlung, dass sie täglich 15 mg Eisen einnehmen sollten. Bei Männern liegt die empfohlene Tagesdosis bei 10 mg. Vitamin C kann hier neben seinen sonst günstigen Effekten auf den Organismus mit einer weiteren “guten Tat” aufwarten, denn es erhöht bei gleichzeitiger Einnahme die Resorptionsrate von eisenhaltigen Nahrungsmitteln.

Wo bekomm ich Eisen her?

Man kann hier den teuren Weg über die pharmazeutischen Eisenpräparate gehen oder aber sich auf den Verzehr von Fleisch, Leber, Vollkornprodukte, Hülsenfrüchte und Gemüse - Spinat ist der Eisenklassiker unter dem Grünzeugs - konzentrieren. Bei einem Eisenmangel sollte eine bewusst eisenreiche Ernährung nicht begleitet sein von dem Genuss von Kaffee, schwarzem Tee oder Milch, denn die senken die Eisenresorption signifikant.

Eisen kann auch giftig sein

Denn auch hier ist ein Zuviel zuviel. Wie schon so häufig erfahren, entscheidet die Konzentration einer Substanz über ihren Grad an Giftigkeit. Aber auch die Frage, ob das Eisen als Fe2+ oder als Fe3+ vorliegt, entscheidet über seine Giftigkeit. Große Mengen an Fe2+, die reduzierte Form, produzieren freie Radikale, die die gleichen zerstörerischen Mechanismen in Gang setzen wie Wasserstoffperoxid. Bei einem Kind sind 1 g lebensbedrohlich, 3 g oft tödlich.

Bei Erwachsenen verursachen 2 bis 3 g ernstzunehmende Vergiftungserscheinungen. Langfristig hohe Eisenspiegel, wo das Eisen im Blut nicht mehr ans Hämoglobin gebunden werden kann, führen zu einer Ablagerung von Eisensalzen in der Leber.

Diese Ablagerungen schädigen die Leber. Eine Erkrankung, die diese Vorgänge mit sich bringt, ist die Hämochromatose, eine Form der Eisenspeicherkrankheit. Hier kommt es zu einer erhöhten Resorption von Eisen im Dünndarmbereich. Das Gesamteisen des Organismus, das zwischen 2 und 6 g liegt, steigt dann auf über 80 g an. Solch hohe Werte führen auf die Dauer zu einer Schädigung von einer Reihe von Organen.

Besonders betroffen ist die Leber, aber auch Herz, Bauchspeicheldrüse, Hirnanhangdrüse, Milz, Haut, Gelenke usw. werden in Mitleidenschaft gezogen. Die Hämochromatose ist oft eine vererbte Erkrankung. Angesichts der massiven Schädigungen, die von einer langfristig übersteigerten Eisenzufuhr ausgehen können, ist die Einnahme eines Eisenpräparates nur dann zu empfehlen, wenn ein deutlicher Eisenmangel vorliegt.

Ein weiterer negativer Effekt einer überschießenden Eisenkonzentration ist die gesteigerte Empfindlichkeit und Anfälligkeit für eine Reihe von Infektionskrankheiten. Hier sind besonders zu nennen die Salmonellose, AIDS, Tuberkulose etc.

Dies ist bei Patienten mit Hämochromatose beobachtet worden, bei denen diese Anfälligkeiten besonders deutlich ausgeprägt waren. Besteht die überhöhte Konzentration von Eisen aus Fe2+, dann scheint auch das Gehirn zu neurodegenerativen Krankheiten zu neigen, wie Parkinson und Alzheimer. Man weiß allerdings bislang noch nicht, ob die gefundenen Ablagerungen des Eisens die Ursache oder die Folge der Erkrankungen sind.