Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald
Hausarbeit im Rahmen der ersten Staatsprüfung
für das Lehramt an Gymnasien

Ursachen und Wirkungen
von Eisenmangel im menschlichen Organismus

eingereicht von:
Katrin Warnke

 März 2006

Inhaltsverzeichnis

Abbildungsverzeichnis ... VI
Tabellenverzeichnis ... V
Abkürzungsverzeichnis ... VI

1 Einleitung ... 1
1.1 Funktion und Bedeutung von Eisen im menschlichen Organismus ... 2

2 Eisenstoffwechsel ... 4
2.1 Intestinale Eisenabsorption ... 5
2.1.1 Laktoferrin-gebundenes Eisen ... 6
2.1.2 Häm-gebundenes Eisen ... 7
2.1.3 Nicht-Häm-gebundenes Eisen ... 8
2.1.3.1 Die Fe2+-Aufnahme - Der Divalent-Metal-Transporter 1-Weg ... 10
2.1.3.2 Die Fe3+-Aufnahme - Der Integrin-Mobilferrin-Paraferrin-Weg ... 11
2.1.4 Intrazellulärer Eisentransport im Enterozyten ... 11
2.1.5 Transport des Eisens an die basolaterale Enterozytenoberfläche ... 12
2.1.6 Regulation der intestinalen Eisenaufnahme ... 13
2.2 Eisentransport ... 17
2.3 Aufnahme des Eisens in Körperzellen ... 17
2.4 Eisenspeicherung ... 19
2.4.1 Ferritin ... 20
2.4.2 Hämosiderin ... 20
2.5 Eisenausscheidung ... 21

3 Eisenmangel ... 22
3.1 Definition eines Eisenmangels ... 22
3.2 Klassifikation Eisenmangel ... 22
3.2.1 Prälatenter Eisenmangel ... 22
3.2.2 Latenter Eisenmangel ... 23
3.2.3 Manifester Eisenmangel- Eisenmangelanämie ... 23
3.3 Untersuchungsparameter ... 24
3.3.1 Hämoglobin (Hb) ... 24
3.3.2 Erythrozytenindices ... 24
3.3.3 Transferrin und Transferrinsättigung ... 25
3.3.4 Serumferritin ... 25
3.3.5 C-reaktives Protein (CRP) ... 26
3.3.6 Erythrozytenporphyrin /Zinkprotoporphyrin (FEP/ZPP) ... 26
3.3.7 Löslicher Transferrinrezeptor (sTfR) ... 26
3.3.8 Ferritin-Index ... 27
3.3.9 Bestimmung des Retikulozytenhämoglobins (CHr) ... 28
3.3.10 Anteil der hypochromen Erythrozyten (HYPO) ... 28

4 Ursachen ... 30
4.1 Erhöhter Bedarf ... 30
4.1.1 Wachstum ... 30
4.1.2 Schwangerschaft, Geburt, Stillzeit ... 32
4.2 Erhöhter Verlust ... 33
4.2.1 Gastrointestinale Blutverluste ... 33
4.2.2 Pulmonale Blutverluste ... 36
4.2.3 Urogenitale Blutverluste ... 36
4.2.4 Menstruation ... 36
4.2.5 Blutspenden ... 37
4.2.6 Iatrogener Blutverlust ... 38
4.2.7 Leistungssport ... 39
4.3 Verminderte Absorption ... 40
4.3.1 Ernährung ... 40
4.3.1.1 Wechselwirkungen mit anderen Nahrungsbestandteilen ... 40
4.3.1.2 Vegetarismus ... 42
4.3.2 Interaktion mit Medikamenten ... 43
4.3.3 Beschleunigte Darmpassage ... 43
4.3.4 Malabsorption ... 44
4.3.4.1 Zöliakie ... 44
4.3.4.2 Resektionen ... 45
4.3.5 Alter ... 45
4.4 Funktioneller Eisenmangel ... 47

5 Auswirkungen ... 49
5.1 Unspezifische Symptome ... 49
5.2 Plummer-Vinson-Syndrom ... 50
5.3 Beeinträchtigung des Immunsystems ... 51
5.4 Verminderte geistige Leistungsfähigkeit ... 52
5.4.1 Neurologische Veränderungen im Kindesalter ... 52
5.4.2 Störungen in der Neurotransmittersynthese ... 52
5.4.3 Hypomyelination ... 54
5.4 Verminderte körperliche Leistungsfähigkeit ... 55
5.5.1 Sauerstofftransport ... 55
5.5.2 Herz ... 55
5.5.3 Stoffwechselenzyme ... 55
5.5.4 Schilddrüse ... 56
5.5 Eisenmangel in der Schwangerschaft ... 56
5.6 Weitere Auswirkungen ... 57

6 Therapie ... 58
6.1 Eisensupplementation ... 58
6.1.1 Orale Supplementation ... 58
6.1.1.1 Orale Eisensalze ... 58
6.1.1.2 Hämgebundenes Eisen ... 59
6.1.2 Parenterale Supplementation ... 60
6.2 Rekombinantes menschliches Erythropoetin (rHu-EPO) ... 61
6.3 Fortifikation von Nahrungsmitteln ... 63
6.4 Diätempfehlung ... 64
6.4.1 Erhöhung des Anteils Eisen-Absorptions-erleichternder Stoffe ... 64
6.4.2 Senkung des Anteils an Eisen-Absorptions-Antagonisten ... 66
6.4.3 Vermeidung hoher Dosen anderer Ergänzungsstoffe ... 67
6.4.4 Anpassung der Zubereitungsmethoden ... 67

7 Zusammenfassung ... 68

8 Quellen ... 70

1 Einleitung

Eisenmangel ist die häufigste Mangelerkrankung beim Menschen. Weltweit leiden daran mehr als 3,5 Milliarden Menschen. Berechnungen der WHO zufolge gelten in Südostasien und Afrika etwa 45 % der Frauen im reproduktiven Alter als anämisch (WHO, 1999). In wirtschaftlich entwickelteren Ländern kommt Eisenmangelanämie seltener vor, ist aber dennoch die häufigste ernährungsbedingte Krankheit. In den USA und Mitteleuropa beträgt die Prävalenz für Eisenmangel ca. 10 % (Hallberg & Hulthen, 2002). Die vorliegende Recherche beschränkt sich auf den Eisenmangel unter Ernährungsbedingungen in westlichen Industrie-Nationen, da Ursachen, Nahrungszusammensetzung, allgemeine Ernährungslage, sowie Therapiemöglichkeiten in Europa, den USA und Australien andere sind als in Entwicklungs- und Schwellenländern. Die Arbeit gibt einen Überblick über den derzeitigen Stand der Wissenschaft und aktuelle Ansätze im Forschungs- und therapeutischen Bereich. Im Fokus steht das Problem des Eisenmangels als Symptom und Ursache von Krankheiten, sowie die Therapiemöglichkeiten dieser Mangelerscheinung. Folgenden Fragen sollen im Verlauf dieser Arbeit beantwortet werden:

Welche Faktoren sind für die Entstehung eines Eisenmangels entscheidend? Wie ist die Risikogruppe einer Eisenmangelanämie charakterisiert? Welche Auswirkungen hat Eisenmangel auf Gesundheit und Wohlbefinden? Wie kann man auf persönlicher, staatlicher und klinischer Ebene dem Problem des Eisenmangels entgegenwirken?

1.1 Funktion und Bedeutung von Eisen im menschlichen Organismus

Eisen ist das am häufigsten vorkommende Spurenelement im menschlichen Organismus. Fe2+ und Fe3+-Komplexe sind in wässriger Lösung leicht zu Elektronentransfer-Reaktionen in der Lage. Durch die Fähigkeit, in verschiedenen Oxidationsstufen zu existieren, in Proteinen koordinative Bindungen einzugehen und reversibel an Liganden zu binden (vor allem Sauerstoff, Stickstoff und Schwefel), ergibt sich die herausragende Bedeutung des Eisens in biologischen Redoxsystemen. Eisen ist deshalb für viele biochemische Reaktionsabläufe obligatorisch (Beard, 2001).

Die Hauptfunktion des Eisens im Organismus liegt im Sauerstofftransport. Als Zentralatom des Häms in Hämoglobin und Myoglobin bildet es die Grundlage des Transportes und der Speicherung von Sauerstoff im Körper. 70 % des Körpereisens sind im Hämoglobin gebunden. 10 % des Körpereisens liegen im Myoglobin vor, einem Muskelprotein, welches den Sauerstoff von der Zellmembran zu den Mitochondrien transportiert und ihn in der Zelle speichert (Carpenter & Mahoney, 1992).

Aus Darstellungsgründen sind Abbildungen nur in der Kaufversion enthalten.
Abbildung 1.1: Hämoglobin-Molekül (Campbell, 2005)

Eisen ist außerdem ein Grundbestandteil der Cytochrome und Eisen-Schwefel- Enzyme, die in der Atmungskette in den Mitochondrien aller Körperzellen für den Energiestoffwechsel benötigt werden. Etwa 4 % des Körpereisens fungiert als Co- Faktor wichtiger Enzyme, wie z.B. Peroxidasen, Katalasen, Hydroxilasen Flavinenzymen, Oxydoreduktasen und Oxygenasen, die u.a. in der Kollagenbildung, dem Katecholaminstoffwechsel oder der Nukleinsäuresynthese eine Rolle spielen. Deshalb wirkt sich Eisenmangel besonders auf Zellen mit hoher Teilungs- und Erneuerungsrate aus, wie z.B. Schleimhautzellen.

In freier Form kann Eisen jedoch auf den Körper schädigend wirken, da es über die Fenton-Reaktion die Bildung reaktiver Sauerstoffspezies katalysiert (Rosen et al., 1995). Freies Eisen kann in zellulären Systemen DNS, Lipide und Proteine reduzieren und so toxisch wirken. Daher existieren für die Eisenhomöostase präzise Regulationsmechanismen, welche die Konzentration des Eisens im Körper in streng definierten Grenzen halten.

10-25 % des Gesamteisens im Körper liegt in Depotform vor, gespeichert in Ferritin oder Hämosiderin (Brock et. al., 1994). Nur 0,1- 0,2 % des Körpereisens sind in Transferrin gespeichert (Wick et al., 1996). Der Körper eines Erwachsenen benötigt pro Tag etwa 1 mg Eisen. Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt jedoch Jugendlichen und Erwachsenen eine Aufnahme von 10-12 mg/Tag (DGE, 2001). Diese Angabe gründet auf der Tatsache, dass die Resorptionsquote nur ca. 10 % des in der Nahrung enthaltenen Eisens beträgt und die Zufuhr entsprechend größer sein muss.

Der menschliche Körper kann Eisen aus der Nahrung in verschiedenen Formen aufnehmen: Als anorganisches bzw. Nicht-Häm-Eisen oder als Häm-Eisen. Anorganisches Eisen kommt in der menschlichen Nahrung am häufigsten vor. In Nordamerika und Europa macht es 2/3 des Eisens in einer Standard-Diät aus. Das restliche Drittel Häm-Eisen stammt aus Hämoglobin und Myoglobin (Carpenter and Mahoney, 1992).

Häm-Eisen wird wesentlich besser aufgenommen als Nicht-Häm-Eisen: 30-60 % des aufgenommenen Eisens ist Häm-Eisen (Hallberg, 1981; Carpenter & Mahoney, 1992). In Mangelsituationen wird das Angebot des Nahrungseisens besser ausgenutzt und die Überführung von Depoteisen in Funktionseisen (Hämoglobin/Myoglobin) beschleunigt. Bei Eisenmangel kann die Resorptionsquote des Nicht-Hämgebundenen Eisens auf 30 %, die resorbierte Eisenmenge von 1 mg/Tag auf 2-4 mg/Tag ansteigen (Rossander-Hulten, 1979). Bei Eisenüberladung kann sie auf 0,5 mg/Tag fallen (Miret et al., 2003). Die Resorptionsrate des Häms wird jedoch nicht beeinflusst (Hallberg et al., 1984).

2 Eisenstoffwechsel

Dem menschlichen Körper werden bei Aufnahme einer Standard-Diät pro Tag ca. 10-15 mg Eisen zugeführt. Davon wird jedoch nur etwa ein Zehntel durch die Enterozyten im oberen Bereich des Dünndarmes aufgenommen. Das Eisen bindet an Transferrin und wird mit dem Blutstrom an seinen Bestimmungsort gebracht. Alle Körperzellen benötigen geringe Eisenmengen, u.a. für die Herstellung bestimmter Enzyme und zur Sauerstoffspeicherung. Besonders hoher Bedarf besteht im blutbildenden Gewebe, dem Knochenmark. Beim Eisenstoffwechsel ist vor allem die Rolle des Eisens als Bestandteil der Erythrozyten relevant. In der Erythropoese werden täglich ca. 30-40 mg Eisen zur Herstellung neuer Erythrozyten benötigt. Dieses Eisen stammt aus dem Abbau seneszenter Erythrozyten im mononuklearen Phagozytensystem der Milz und in den Kupffer-Zellen (Gewebemakrophagen der Leber) (Finch, 1970). Eine Hämoxigenase entfernt das zentrale Eisenatom des Häms. Dieses wird an der Oberfläche des Makrophagen von Transferrin aufgenommen und zum Knochenmark transportiert.

0,66 % des Körpereisens werden täglich auf diese Weise recycelt und nach einer Zwischenspeicherung in der Milz über den Blutkreislauf wieder an seine Verwendungsorte gebracht (Finch, 1970).

Ist Eisen im Überschuss vorhanden, werden bis zu 3 g (0-15 mg/kg) im Speichereisenpool, vor allem in Leber, Milz, Knochenmark und im retikuloendothelialen System, gespeichert (Beard, 2001). Die Konzentration des Gesamteisens im Körper beträgt ca. 30-40 mg/kg, abhängig von Alter und Geschlecht des Individuums und den betrachteten Geweben oder Organen (Beard, 2001).

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