Das griechische Wort „phosphoros“ bedeutet soviel wie „lichttragend, leuchtend“, weil weißer Phosphor in der Dunkelheit schwach leuchtet.
Die weiche Masse ist an der Luft leicht entzündlich und hochtoxisch. In anderen Zuständen ist des Elementes fast ungiftig.
Henning Brand entdeckte Phosphor im Jahre 1669, als er den „Stein der Weisen“ suchte. Dabei dampfte er Urin ein, dessen fester Rückstand leuchtete. Der menschliche Körper enthält rund 700 g Phosphor in Form von Phosphat. Als mineralisches Elektrolyt ist das Element lebenswichtig und auch die organischen Phosphate sind unentbehrlich.
DNA ist eine organische Phosphorsäure und organische Phosphate sind die Grundlage des Energiestoffwechsels. Phosphorylierte Fette sind Bestandteile der Zellmembranen. Daneben enthalten Zähne und Knochen Phosphorminerale.
Phosphor (abgekürzt „P“, Ordnungszahl 15) gehört zur Stickstoff-Gruppe und ist daher “verwandt“ mit dem namensgebendem Nicht-Metall. Arsen, Antimon und Bismut dieser 5. Hauptgruppe sind Halb-Metalle, während Phosphor ein Nichtmetall ist, dass in mehreren molekularen und kristallinen Modifikationen auftritt.
Im weißen Phosphor sind 4 Phosphor-Atome (P4) kubisch angeordnet. Schwarzer und roter Phosphor sind entweder kristallin oder amorph (strukturlos) aufgebaut, während violetter Phosphor in polymerer Form auftritt (Kettenmolekül).
Wir gehen jetzt etwas wissenschaftlicher in die Einzelheiten. Wen das nicht in dem Maße interessiert, kann im Absatz „Vorkommen und Verwendung von Phosphor“ oder „Phosphor-Bedarf“ weiter lesen.
Weißer Phosphor hat ein ungewöhnlich hohes Reduktionspotential und reagiert unmittelbar mit einer ganzen Reihe von chemischen Elementen und Verbindungen. Das Reduktionspotential ist so hoch, dass eine Einnahme eine sofortige Unterbindung nahezu aller Oxidationsvorgänge im Organismus zur Folge haben würde.
Eine solche Blockade der Redox-Vorgänge in den Körperzellen würde deren Funktionsfähigkeit vollkommen zum Erliegen bringen. Deswegen sind nur 50 mg weißen Phosphors schon eine absolut tödliche Dosis für einen erwachsenen Menschen. Aber schon bei weniger als 20 mg werden die ersten schweren Vergiftungserscheinungen sichtbar.
Ein Vergiftungstod tritt allerdings erst nach zwischen fünf und zehn Tagen ein.Neben der Störung von Redox-Prozessen reagiert Phosphor mit Wasser zu einer Reihe von Phosphanen (z.B. PH4). Diese Verbindungen sind ebenso giftig wie der weiße Phosphor und die eine besondere Affinität zum zentralen Nervensystem haben.
Vorkommen und Verwendung von Phosphor
Phosphor kommt, wie viele andere Elemente auch, in der Natur nicht in reiner Form vor. In gebundener Form kommt er vornehmlich als Phosphat (PO43-) in der Erdkruste mit einem Gesamtanteil von 0,11 % vor. 90 % des industriell geförderten Phosphates werden zu Kunstdünger verarbeitet. Technische Bedeutung haben die Minerale als Wasserenthärter in Waschmitteln.
Daneben sind Phosphate Ausgangs-Material zur Herstellung von Herbiziden und Weichmachern in Kunsstoffen sowie verschiedene weitere Chemikalien. Die Ausbringung großer Mengen Phosphat durch die Landwitschaft und über das Abwasser ist mit erheblichen ökologischen Problemen verbunden.
In Lebensmitteln dürfen diverse Phosphate (z.B Natrium- und Kaliumphosphat, E 339 und E 340) als Hilfsstoffe zugesetzt werden. Dort dienen die Minerale zur Konservierung und Säure-Regulation. Eine zu hohe Phosphat-Aufnahme gilt als schädlich und wird im Zusammenhang mit ADHS diskutiert.
So giftig und doch so nützlich
Aber nicht alle Phosphorverbindungen einschließlich der Phosphate sind problematisch oder giftig, sondern in zuträglichen Mengen sogar essenziell für Mensch und Tier (und Pflanzen). Für den Organismus sind sie notwendig, um zelluläre Funktionen aufrecht zu erhalten. Ohne Phosphor wäre ein Leben auf diesem Planeten nicht denkbar.
Phosphor-Verbindungen kommen im gesamten Organismus vor.
In Wasser gelöstes Phosphat (PO43-) ist Bestandteil der Phosphorsäure (H3PO4) und mineralischer Salze (z. B. Calciumphosphat: Ca3[PO4]2). Als solche werden diese Nährstoffe von Pflanzen aus dem Bodenwasser aufgenommen und gelangen so in die Nahrungskette. Deswegen enthalten alle Lebensmittel die lebenswichtigen Phosphor-Mineralien.
Übrigens: Wenn Sie solche Informationen interessieren, dann fordern Sie unbedingt meinen Praxis-Newsletter mit den “5 Wundermitteln” an:
Kleine Anmerkung: Die Sache mit den “5 Wundermitteln” ist mit Abstand der beliebteste Newsletter, den meine Patienten gerne lesen…
Phosphat als Elektrolyt
Phosphat-Ionen sind als elektrisch negativ geladene Teilchen (Anionen) Elektrolyte, die in Lösung stets zusammen mit positiv geladenen Ionen (Kationen) auftreten, die im festen Mineral mit ihnen gepaart sind (Natrium, Kalium, Calcium etc). Die Konzentration von Phosphat beträgt in den Zellen (intrazellulär) 60 mmol/l, während in den anderen Kompartimenten (Interstitium, Blut-Plasma) nur 1 mmol/l vorliegt.
Dieses Gleichgewicht zwischen den verschiedenen wässrigen Anteilen steuert der Körper Transport-Proteinen in den Zellmembranen. Diese Kanäle ermöglichen den Übertritt von Anionen und Kationen über die Membran hinweg. Wasser durchdringt die Membran ohne spezifische Transporter und folgt den Ionen gemäß ihrer Konzentration. So wird der Wasserhaushalt zwischen den Kompartimenten gesteuert.
Der aktive, energiefordernde Transport von Ionen wie Phosphat führt zu einer “unausgeglichenen“ Ladungsverteilung und so zu einer elektrischen Spannung über der Membran. Dieses Membranpotenzial ist für die Zell-Funktion erforderlich. Bei Nervenzellen ist diese Spannung Voraussetzung für die Ausbildung des Aktionspotenzials, während dessen eine Ladungsumkehr (Depolarisation) stattfindet. Mit diesem Prozess leiten Nervenzellen Signale zur Folgezelle oder zum Erfolgsorgan (z.B. Muskel).
Phosphate schützen auch das Blut vor einer Übersäuerung und sind somit ein Bestandteil des Puffersystems, das den pH-Wert des Bluts kontrolliert.
Die biochemische Bedeutung von Phosphat
Phosphat ist Bestandteil der DNA und RNA. Diese Moleküle des genetischen Stoffwechsels bestehen aus den Nukleotiden, die aus einer Nukleinbase bestehen, die mit einem Fünfachzucker (Pentose) und Phosphat verknüpft ist. Die Phosphat-Gruppen verbinden die Nukleotide zu einem riesigen Kettenmolekül.
Eines dieser Nukleotide ist auch für die Energie-Übertragung in Stoffwechsel-Reaktionen beteiligt: Adenosintriphosphat (ATP) entsteht aus Adenosindiphosphat (ADP) und Phosphat (P). Das Anhängen einer dritten Phosphat-Gruppe an ADP bedarf einer Energie, die der Oxidation (“Verbrennung“) von Nährstoffen (Zucker, Fette, Eiweiße) entstammt. Diese chemische Energie wird wieder abgegeben, wenn sich ATP in ADP und Phosphat spaltet.
Dadurch ist ATP sozusagen die “Energie-Währung“ des Körpers. ATP ermöglicht so eine Vielzahl von Stoffwechselvorgängen. Das Nukleotid ist der “Brennstoff“, sozusagen das “Benzin“ der Zellen, das sie am Leben erhält. ATP ist weiterhin wichtig für die Phosphorylierung, die eine Schlüsselrolle in der Regulation von Zellvorgängen hat.
Phosphorylierung ist ein biochemischer Vorgang, bei dem eine Phosphat-Gruppe reversibel an organische Moleküle angehängt wird, z.B. Proteine. Die dadurch veränderte Struktur dieser Proteine verändert dann auch deren Funktion. So lassen sich Proteine mit Enzymfunktion ein- und ausschalten. Enzyme, die Proteine und andere Verbindungen phosphorylieren, heißen “Proteinkinasen“.
Auch viele metabolische Prozesse erfordern die Anhängung einer Phosphat-Gruppe. So entsteht aus der Spaltung der Leberstärke (Glykogen) Glucose, die anschließend zu Glucose-6-Phosphat umgewandelt wird. Dies ist der erste Schritt der Glykolyse, mit der Abbau des Traubenzuckers beginnt. Das Coenzymen NADPH (Nicotinamid-Adenin-Dinukleotidphosphat: Hauptbestandteil ist Niacin: Vitamin B3) ist ein biochemisches Redox-Mittel, das unter anderem für die ATP-Bereitstellung fungiert.
Phosphor ist auch struktureller Bestandteil des Körpers. Das Element kommt als Phosphat in den Phospholipiden der Zellmembran vor.
Ein weiteres großes Reservoir bilden die Knochen. Hier ist Phosphor eingebunden in im Calcium-Mineral Hydroxylapatit (Ca5(PO4)3OH). Dieses Hydroxylapatit stellt das Gerüst für Knochen dar. In der Zahn-Substanz kommt das Phosphat auch als Fluorapatit vor (Ca5(F)(PO4)3 vor. Der Körper eines 80 kg schweren Erwachsenen enthält etwa 800 Gramm Phosphor. Rund 85 Prozent davon befinden sich in den Knochen.
Phosphor-Bedarf
Ein erwachsener Mensch benötigt täglich rund 0,8 Gramm Phosphor. Durch die Nahrung werden aber tatsächlich täglich bis zu 3 Gramm aufgenommen. Dies sind dann anorganische Phosphate und phosphorhaltige Biomoleküle, wie Nukleinsäuren und Phospholipide. Die Ausscheidung von Phosphor und seinen Derivaten erfolgt ausschließlich in Form von Phosphat-Ionen mit dem Urin.
Die Phosphat-Filtrier-Leistung der Niere ist allerdings beschränkt, sodass bei ständiger Über-Dosierung gesundheitliche Schäden auftreten können.
Ein Überschuss an Phosphaten in der Nahrung ist dann kein Problem, wenn sie als naturgegebene Inhaltsstoffe aufgenommen werden. Denn in dieser Form resorbiert der Darm die Mineralien nur zu einem Anteil von 50 %, weil sie in einer komplexen Konformation vorliegen. Die meisten lebensmittelchemischen Zusatzstoffe allerdings gelangen zu 100 % in den Stoffwechsel. Das ist der Grund, warum heute eine Überversorgung mit Phosphaten auftritt.
Nur 0,1 Prozent der gesamten Phosphormenge im Organismus zirkuliert im Blut. Dieser Betrag reflektiert gleichzeitig die dem Gewebe zur Verfügung stehende Menge an Phosphor. Der Tagesbedarf lässt sich problemlos über den Konsum von Fleisch, Brot, Fisch und Milchprodukten decken.
Aber mit diesen Dingen ist das ja heute auch nicht unproblematisch:
- Milch ist nicht gesund
- Gift im Fisch (Beispiel Lachs)
- Beim Brot haben wir das Problem mit dem Gluten (Glutenunverträglichkeit)
- Und die Sache mit dem Fleisch ist auch schwierig
Übrigens: Wenn Sie solche Informationen interessieren, dann fordern Sie unbedingt meinen Praxis-Newsletter mit den “5 Wundermitteln” an:
Kleine Anmerkung: Die Sache mit den “5 Wundermitteln” ist mit Abstand der beliebteste Newsletter, den meine Patienten gerne lesen…
Die Regulation des Phosphat-Haushaltes
Die Hormone, die den Phosphat-Haushalt regulieren, sind teils dieselben, die auch den Calcium-Spiegel, beziehungsweise die Calcium-Freisetzung aus den Knochen, steuern. Das Parathormon der Nebenschilddrüse fördert die Ausscheidung des Minerals und gleichzeitig die Rückresorption von Calcium.
Umgekehrt hemmt das Nebenschilddrüsen-Hormon Calcitonin die Rückresorption von Calcium (erhöht die Ausscheidung). Calcitonin reduziert allerdings – wie das Parathormon auch – die Rückresorption von Phosphat.
Das Gleichgewicht von Calcium und Phosphat ist dabei von Rückkopplungs-Mechanismen gekennzeichnet. Dazu gehört die Aktivität von Calcitriol (Vitamin D3), dessen Ausschüttung von einer niedrigen Calcium- und Phosphat-Konzentration gefördert wird. Die Wirkung des Hormons ist dann eine erhöhte Aufnahme von Calcium im Dünndarm und eine erhöhte Rückresorption von Calcium in den Nieren. Gleichzeitig hemmt es die Synthese des Parathormons.
Ist die Phosphat-Konzentration im Blut erhöht, setzen die Knochen (dort die Osteozyten) verstärkt den Fibroblast Growth Factor 23 (FGF-23) frei. Dieses Peptid senkt die Rückresorptoin von Phosphat (erhöht die Ausscheidung).
Das Phosphatmangelsyndrom
Ein Phosphatmangelsyndrom entsteht durch Mangelernährung oder Resorptionsschwierigkeiten für Phosphate. Auch genetische Stoffwechselkrankheiten können die “Hypophosphatämie“ verursachen. Bei dieser “Hypophosphatasie“ liegt ein Mangel an Phosphatasen vor. Die Enzyme stellen Phosphat bereit, indem es von Proteinen abgespalten wird. Infolgedessen kommt es zum verminderten Phosphat-Einbau in den Knochen und so zu Skelett-Fehlbildungen. Eine Supplementierung des Enzyms kann den Krankheitsverlauf erheblich lindern.
Auch eine Überfunktion der Nebenschilddrüse und ein Vitamin-D-Mangel können den Phosphat-Mangel verursachen. Daneben kommen eine Blutvergiftung, Alkoholabusus oder der sogenannte “ Phosphat-Diabetes“ infrage, bei dem eine erbliche Nierenstörung vorliegt. Auch Medikamente wie Antazida können eine Hypophosphatämie auslösen.
Die Symptome einer Hypophosphatämie sind Störungen der Knochenentwicklung und Fehlfunktionen der Muskulatur und des Nervensystems. Grund ist die verminderte Produktion von ATP. In gravierenden Fällen kommt es zur Zersetzung der Muskel- und Blutzellen (Erythrozyten). Hypophosphatämie wird mit einer Supplementation mit Phosphat behandelt. Dabei helfen kann der reichliche Verzehr von Milch und deren Produkten.
Zu hoher Phosphat-Spiegel: die Hyperphosphatämie
Ein zu hoher Phosphatspiegel im Blut kann verursacht werden durch zu geringe Ausscheidung über die Nieren oder eine zu hohe Aufnahme des Minerals – auch Therapie-bedingt durch die überdosierte Supplementation mit Biphsosphonaten bei Osteoporose.
Wenn die Nieren geschwächt sind und nur ungenügend arbeiten, steigt auch die Phosphat-Konzentration im Serum. Dasselbe droht auch bei einer Unterfunktion der Nebenschilddrüsen, wenn die Produktion der Phosphat-regulierenden Hormone aus dem Gleichgewicht gerät. Manchmal ist auch eine Phosphat-Freisetzung aus dem Gewebe durch verschiedene Krankheits-Prozesse die Ursache.
Dann liegen eine Muskelfaserzersetzung (Rhabdomyolose) oder Krebserkrankungen vor. Doch auch durch eine Chemotherapie können Phosphate aus Gewebe freigesetzt werden. Manchmal induziert auch eine diabetische Ketoazidose infolge Insulin-Mangel die Herauslösung des Minerals aus Organen.
Die Hyperphosphatämie führt zu einer Reihe von Symptomen wie Durchfall, Übelkeit, Erbrechen und Muskelkrämpfe sowie Epilepsie-ähnlichen Krampfanfälle. Auch Herzrhythmus-Störungen bis zum Kreislaufversagen können auftreten. Ablagerungen von Calciumphosphat schädigen Gelenke, Bindegewebe und Blutgefäße, die verstopfen können.
Nach der Ermittlung der Blut- und Urinwerte wird der Arzt zunächst Phosphat-Binder verordnen. Dazu gehören Calciumcarbonat, Calciumacetat und Lanthancarbonat. Auch Supplementionen mit Vitamin D können die Freisetzung von Phosphat aus dem Gewebe reduzieren. Schließlich muss nach der Ursache geforscht und die Grunderkrankung behandelt werden.
Übrigens: Wenn Sie solche Informationen interessieren, dann fordern Sie unbedingt meinen kostenlosen Praxis-Newsletter “Unabhängig. Natürlich. Klare Kante.” dazu an:
