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Kalium

Kalium – Körperbestand und Verteilung

50 mmol (2 g)/kg KG

davon 98 % intrazellulär

Höchste Konzentration im Skelettmuskelgewebe: 150 mmol/l

K+ korreliert daher gut mit der mageren Körpermasse und wird zur Bestimmung der Körperzusammensetzung herangezogen.

Plasma: 3,5-5,5 mmol/l

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Quellen für Kalium

In fast allen Lebensmitteln

Besonders:

• Fleisch

• Gemüse und Obst

• Tomaten, Bananen; Trockenobst

Funktionen von Kalium

• Osmolarität, Hydratation wichtigstes intrazelluläres Kation

• Aufbau des Membranpotentials

• Reizleitung (Repolarisation)

• Ladungstransport

• Blutdruck senkende Wirkung

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Membranpotential und Reizleitung

K+ ist wesentlich für die Repolarisation.

Im Ruhepotential liegen die K+ Ionen innerhalb der Nervenzelle. Werden auch ständig energie-abhängig in die Zelle gepumpt (Na-K-ATPase).

Nach dem Na+-Einstrom bewirkt ein K+ Ausstrom aus der Zelle eine Repolarisation.

+++++++++++++++------------------+++++++++++++++++

-------------------------+++++++++++-------------------------------

+++++++++++++++------------------+++++++++++++++++

-------------------------+++++++++++-------------------------------

K+Na+

Reiz

Depolarisation Repolarisation

Kalium-Mangel

Symptome:

• Na-Einstrom in die Zellen (kompensatorisch)

• Dehydratation

• Muskelschwäche, -krämpfe, -lähmung

• Störungen der Herztätigkeit

Ursachen:

• Selten alimentär

• Starker Durchfall

• Abführmittelmissbrauch

• Erbrechen

• Chron. Niereninsuffizienz

• Metabolische Acidose

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Kalium-Empfehlungen

Für K gilt ein Schätzwert für die tägliche Mindestzufuhr.

Abgeleitet von der Energiezufuhr (2-3 mmol/100 kcal)

2000 mg/d für Erwachsene und Jugendliche ab 15 Jahren.

Für Kinder niedrigere Werte: altersabhängig 1000-1900mg/d von 1-15 Jahren.

Es gibt zurzeit kein UL. Hyperkaliämie ist selten alimentär bedingt, sondern Folge von Niereninsuffizienz.

Herzfunktionsstörungen, Muskel- und Nervenstörungen

Calcium

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Calcium - Verteilung im Körper

Knochen, Zähne99%

intrazellulär0,004 mg/dl

1 %

Serum, extrazelluläre Flüssigkeit10 mg/dl

freie Ionen5,5 mg/dl

proteingebunden4,0 mg/dl

Komplexe mit Säuren 0,5 mg/dl

Calcium - Quellen

• Milch (ca. 120 mg Ca/100g)

• Milchprodukte (Hartkäse ca. 1000 mg Ca/100g)

• Mohn, Sesam, Haselnüsse

• Brokkoli, Spinat

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Calcium - Funktionen

• Mineralisation von Knochen und Zähnen

• Second messenger

• Auslösung der Kontraktion von Skelett-

und Herzmuskel

(elektromechanische Koppelung)

• Blutgerinnung

(Ca2+ = Blutgerinnungsfaktor IV)

Calcium - MangelCalcium-Mangelsymptome

• Muskelkrämpfe, Blut-gerinnungsstörungen

Calcium-Mangelkrankheit Osteoporose

• Krankhaft vermehrter Knochenabbau

• Knochenbrüche

• Östrogenmangel und fehlende körperliche Beweglichkeit gelten als Mitverursacher der Osteoporose

Knochenaufbau

30 Alter, J.

Knochen-masse

Knochenabbau

Peak-bone-mass

Knochenauf- und -abbau im Laufe des Lebens

Osteoporose

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Calcium - Empfehlungen

• 1.000 mg Calcium pro Tag für Erwachsene

• Im Wachstum mehr (13 bis 19-jährige 1.200 mg)

• UL: 2.500 mg/d

Spurenelemente

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Nahrungskomponenten, die die Absorption von Spurenelementen beeinflussen

Spuren-

element

Die Absorption hemmende Faktoren Die Absorption fördernde Faktoren

Eisen Phytate, Oxalate, Calcium, Ballaststoffe, Polyphenole (Tee, Kaffee),

Ascorbinsäure, schwefelhaltige AS, Protein aus Fleisch

Zink Phytate, Polyphenole (Tee, Kaffee), Calcium und Eisen in hohen Dosen, Proteine, Ballaststoffe, Alkoholismus

Zn-bindende AS (Histidin, Cystein)

Jod Hoher Nitratgehalt und Härtegrad verringern die Verfügbarkeit aus Trinkwasser, goitrogene Substanzen in Kohlgemüse (v.a. Glucosinolate)

Fluor Aluminium, Calcium Freies F¯ (Trinkwasser) ist besser verfügbar als proteingebundenes

Homöostatische Regulation der Spurenelemente

Blut

absorbiert

absorbierbare Menge

Verteiler-Depot (= Pool) leicht

verfügbar

Gastrointestinaltrakt

Fäzes

Verdauung

Menge in der Nahrung

Zelle

Urin

Speicher(Leber, Knochen)schwer verfügbar

ausgeschie-den

Synthese(Metalloenzyme)

intermediär verfügbare Menge

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Wichtige Funktionen von Spurenelementen

Spurenelemente Funktionen

Arsen ungewiss (ev. Funktionen bei der Bildung von Cystein, Taurin u.a.)

Cobalt Zentralatom von Vitamin B12

Chrom Glucosetoleranzfaktor, Insulinverstärkung

Kupfer Bestandteil von Oxidasen, die Elastin und Kollagen im Bindegewebe vernetzen, Phospholipide in den Nerven, Neurotransmitter und Melanin (=Pigment) bilden

Fluor Zahnschmelzhärtung und positive Wirkung auf die Knochenstruktur

Wichtige Funktionen von Spurenelementen

Spurenelemente Funktionen

Eisen Sauerstoff- und Elektronentransport, Bildung von Häm-Proteinen, Cytochromen und Thyroxin

Jod Thyroxin (T4)- und Trijodthyronin (T3)-Bildung (Schilddrüsenhormone)

Lithium ungewiss (ev. Senkung des Blutcholesterin-Spiegels); in hohen Dosen zentral beruhigend und Therapeutikum bei manisch-depressiven Psychosen

Mangan Baustein von Enzymen des Citratzyklus, der Gluconeogenese und des Harnstoffzyklus; Baustein von antioxidativen und von bindegewebsbildenden Enzymen;

Molybdän in Xanthinoxidase (Purinabbau zu Harnsäure) und anderen Oxidasen

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Wichtige Funktionen von Spurenelementen

Spurenelemente Funktionen

Nickel ungewiss (ev. stabilisierende Wirkung auf die Nukleinsäurenstruktur)

Selen Bestandteil des antioxidativen Enzyms Glutathionperoxidase und Dejodinase

Silicium In bindegewebsbildenden Enzymen, Funktion bei der Calcifizierung von Knorpeln und Knochen

Zinn Gastrin-Bestandteil

Vanadium ungewiss (ev. insulinähnliche Eigenschaften), im Mangel Cholesterinsynthese gehemmt

Zink Bestandteil vieler Proteine, Aktivator zahlreicher Enzyme, Zink schützt bestimmte Moleküle vor Oxidation, wichtiger Faktor bei der DNA-Transkription

Dosis-Wirkungskurve eines essentiellen Metalls

Metallkonzentration

Antwort des Organismus

Todtoxische Wirkung

GesundheitMangel-erschei-nungen

Über-leben

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Spurenelemente mit Bedeutung für die Entstehung und Eliminierung freier

Radikale

Metalloenzyme Superoxiddismutase

- cytoplasmatisch Cu, Zn

- mitochondrial Mn

Xanthindehydrogenase Mo

Glutathionperoxidase Se

Metalloproteine Transferrin Fe

Caeruloplasmin Cu

Ferroxidase I Fe

Metallothionein Cu, Zn, Cd

Verstärkung der

SpurenelementwirkungCobalt (Umsatz 10-10g/d)

↓

Vitamin B12↓

Methyltransferase↓

Thimidinsynthese↓

DNA-Synthese↓

Transcription↓

Proteinsynthese (Umsatz 1-50 g/d)

Chrom (Umsatz 10-9g/d)

↓

Glucosetoleranzfaktor (GTF)

↓

Verstärkung der Insulinwirkung

(Umsatz 2 x 10-3 g/d)

↓

Regulation des Energie-

Gewinnungsprozesses

(Umsatz 1500 – 4000 kcal/d)

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Ursachen für die Entstehung von Spurenelementmangel

Geringe Aufnahme

• Natürlich (z.B. durch jodarme Böden); isolierte oder gemischte Form

• iatrogen, „accidental“

Malabsorption

• allgemeine und spezifische

Fehlfunktionen im Intermediärstoffwechsel

• Transportproteine fehlen

• Fehlfunktionen an den Rezeptoren

Erhöhter Bedarf

• Schwangerschaft, Wachstum, „repair“

• Verluste, Katabolismus

Spurenelemente: Funktion und Folgen des Mangels

Element Bestandteil von vollständiger Mangel bewirkt u.a.

Chrom Glucosetoleranzfaktor gestörte Kohlenhydratverwertung

Cobalt Vitamin B12 in:

Methylmalonyl-CoA-Mutase

Leucinmutase

Methionin-Synthase

Anämie, Ausbleiben der Nukleinsäuresynthese

Eisen Cytochrome a, b, c, f

Cytochrom-c-Reduktase

Katalase, Peroxidase

Hämoglobin, Ferritin u.a.

Unterbrechung der Oxidation, Stillstand der Energieproduktion, Bildung von Fettperoxiden, Hämolyse, fehlende O2-Verteilung

Jod Thyroxin (T4), T3 Kropf, Kretinismus

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Element Bestandteil von vollständiger Mangel bewirkt u.a.

Kupfer Cytochromoxidase

Caeruloplasmin = Laccase

Uricase

Monoaminoxidase

Tyrosinase

Ascorbinsäureoxidase

Blockierung der OxidationUnterbrechung des Cu-TransportsAusbleibende HarnsäureoxidationKeine NeurotransmittersyntheseAusbleiben der PigmentbildungStörung der Redoxsysteme

Mangan Arginase

Pyruvatcarboxylase

Malatenzym

Ausbleiben der HarnstoffbildungCitratzyklus unwirksamBlockierung des Citratzyklus

Molybdän Aldehydoxidase

Xanthinoxidase

Störung der Fettsäurebildung aus KohlenhydratenAusbleiben der Purinoxidation

Spurenelemente: Funktion und Folgen des Mangels

Element Bestandteil von vollständiger Mangel bewirkt u.a.

Nickel Urease Stillstand der Harnstoffspaltung

Selen GlutathionperoxidaseDejodase

Lipidperoxidation, Hämolysegestörter Stoffwechsel der Schilddrüsenhormone

Zink Alkalische PhosphataseAlkoholdehydrogenaseCarboanhydraseCarboxypeptidaseGlutamatdehydrogenaseLactatdehydrogenaseMalatdehydrogenase

Anhäufung von MetabolitenAlkoholvergiftungAcidoseAusbleiben der Proteinsynth.Störung der TransaminierungMuskelvergiftung durch LaktatStillstand des Citratzyklus

Zinn Gastrin Ausbleiben der Sekretion von Verdauungsenzymen

Spurenelemente: Funktion und Folgen des Mangels

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Referenzwerte für die Aufnahme von Spurenelementen

Empfehlungen für Fe, Zn, I

Schätzwerte für Se, Cu, Mn, Mo, Cr

Richtwerte für F

Eisen

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Eisen – Körperbestand und Quellen

Körperbestand: 5 g Mehr als 2/3 davon in Hämoglobin und Myoglobin

Quellen

Fleisch

Leber

Vollkorngetreide

Hülsenfrüchte

Häm-Eisen

enthalten Häm-Eisen

Eisen – Funktionen und Mangel

Funktionen

• Sauerstofftransport (Hämoglobin, Myoglobin)

• Wichtiger Faktor im Energiestoffwechsel (Atmungskette)

• Bestandteil von oxidierenden und reduzierenden Enzymen (z.B. Peroxidasen)

• Mangel

• Frühe Symptome: Schleimhautveränderungen, Ermüdbarkeit, Schwindel

• Späte Symptome:Hypochrome, mikrozytäre Anämie

Erythrozyten bei hypochromer, mikrozytärer Anämie

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Eisen - Ausscheidung

Tägliche Eisenausscheidung bei Erwachsenen

Galle 0,24 mg

Blutverluste 0,50 mg

Abgeschilferte Darmzellen 0,10 mg

Urin 0,10 mg

Haut 0,24 mg

Gesamtausscheidung Männer 1,18 mg

Uterus 0,60 – 2,00 mg

Gesamtausscheidung Frauen 1,78 – 3,18 mg

Eisen – Empfehlungen

• Frauen bis 50 Jahre: 15 mg/d

• Männer und Frauen ab 50 Jahren: 10 mg/d

• Schwangere und Stillende mehr

• UL: für die EU noch nicht endgültig etabliert. (in den USA gilt ein UL von 45 mg/d)

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Zink

Zink – Körperbestand und Quellen

Körperbestand: 1,5 – 2,5 g

70% in KnochenHaut und Haaren

30% v.a. in Leber,Niere, Muskulatur

Quellen

Austern

Vollgetreide

Kalbsleber

Nüsse

Fleisch

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Zink - Funktionen und Statusbeurteilung

Funktionen• Bestandteil und Aktivator zahlreicher Enzyme• Funktionen auf DNA-Ebene (Histone,

Transkriptionsfaktoren)• Speicherung von Insulin• Immunsystem (T-Lymphozyten-Wachstum)• Site specific AntioxidansVersorgungsparameter• Plasmazinkspiegel, • Zinkausscheidung mit dem UrinFunktionsparameter• Änderung der zellvermittelten Immunantwort nach Zink-

supplementierung • Aktivität der alkalischen Phosphatase

Zink - Homöostase

Nahrung(12 - 15 mg)

2,5 – 4,5 mg (20 – 30 %)

Absorption

Körper-speicher

(1,5 – 2 g)

Plasma: Zn-Albumin

Ausscheidung (2 – 3 mg)

Fäzes: 1-2 mgSchweiß: 0,5 mg

Urin: 0,5 mg

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Zink – Empfehlungen

• Frauen: 7 mg/d• Männer: 10 mg/d • Schwangere und Stillende mehr

• UL: 25 mg/d

Jod

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Jod – Körperbestand und Quellen

Körperbestand: 10 – 20 mg

davon ca. 50 % in der Schilddrüse

Quellen

Meeresfrüchte

Seefisch

Milch und Eier, wenn die Tiere jodreiches Futter erhalten

jodiertes Speisesalz (in Österreich wird Speisesalz mit 20 mg Kaliumjodit pro kg angereichert)

Jod - Funktionen und Statusbeurteilung

Funktionen• Bestandteil der Schilddrüsenhormone

(Erhöhung des Grundumsatzes)• Antioxidative Wirkung („Radikalfänger“)?Versorgungsparameter• Jodidgehalt im Urin (korreliert eng mit der

Jodaufnahme)Funktionsparameter• T3/T4- Spiegel im Serum• TSH (= Thyreoidea-stimulierendes Hormon)-

Spiegel im Serum

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TRH

Hypothalamus

Hypophyse

TSH

T3, T4

Kälte, Stress

Zielzellen: Steigerung des Grundumsatzes

Regelkreis der Schilddrüsenhormone

-

Jod - Mangel

Säugling:

• Kretinismus (geistige und körperliche Behinderung durch Jodmangel während der fetalen Entwicklung)

Erwachsene:

• Struma

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Jod – Empfehlungen

• Erwachsene: 180 – 200 µg/d

• Schwangere und Stillende mehr

• UL: keine Angabe

Fluor

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Fluor – Körperbestand und Quellen

Körperbestand: 2-6 g

davon 95 % in Knochen und Zähnen

Quellen

Schwarztee

Mineral- und Trinkwasser

Fluor - Funktionen und Toxizität

Funktionen

• Erhöht die Widerstandsfähigkeit von Knochen und Zähnen (kariespräventive Wirkung)

Toxizität

• Relativ hoch;

• Um unerwünschte Effekte auszuschließen sollte eine Mehrfachprophylaxe vermieden werden.

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Fluor – Empfehlungen

Richtwerte• Frauen: 3,1 mg/d• Männer: 3,8 mg/d

(einschließlich fester Nahrung, Trinkwasser, Getränke und Nahrungsergänzungen wie Fluorid-Speisesalz und Fluorid-Tabletten)

• UL: 7 mg/d für Personen ≥15 Jahre

Schätzwerte für die Aufnahme von Spurenelementen

Spurenelement Schätzwerte für eine angemessene Zufuhr (Erwachsene)

Selen 30 – 70 µg pro Tag

Kupfer 1,0 – 1,5 mg pro Tag

Mangan 2,0 – 5,0 mg pro Tag

Chrom 30 – 100 µg pro Tag

Molybdän 50 – 100 µg pro Tag