Eisenstoffwechsel

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  • Eine zu hohe Eisenkonzentration im Körper schädigt vor allem Leber, Pankreas und das Myokard. Es kommt zu so genannten Hämochromatosen.
  • Eine akute Eisenvergiftung tritt jedoch praktisch nur bei der parenteralen Gabe von Eisenpräparaten auf, obwohl sie - entgegen früherer Annahmen - auch bei peroraler Anwendung möglich wäre.

Physiologie

Vorkommen und Bestand von Eisen im Körper

  • Der erwachsene menschliche Organismus enthält ungefähr 2 - 5 g Eisen, wobei Frauen einen geringeren Eisenbestand aufweisen als Männer.
  • Von der Gesamtmenge an Eisen im Körper sind etwa 65 - 70 % im Hämoglobin gebunden, etwa weitere 25 % sind Speichereisen, das an Ferritin und Hämosiderin gebunden vorliegt. Etwa 3,5 - 4 % sind im Muskelfarbstoff Myoglobin, weitere 2,5 % im Knochenmark und schließlich ca. 0,1 - 0,2 % in Enzymen (z.B. Cytochromen, Peroxidasen, Katalasen) lokalisiert.
  • Ein zuverlässiges Maß für den Eisenbestand im Körper ist die Serum-Ferritin-Konzentration, die zwischen 100 und 250 µg/l liegen sollte. Bei Werten unterhalb 12 µg/l kann ein Eisenmangel als gesichert gelten.

Eisenbedarf

  • Pro Tag verliert der Mann ca. 1 mg, die Frau im gebärfähigen Alter ca. 2  mg Eisen, v.a. durch Zellabschilferungen im Magen-Darmtrakt sowie bei der Frau zusätzlich durch Menstruation.
  • Entsprechend variiert der tägliche Eisenbedarf, der in während des Wachstums und in der Schwangerschaft zusätzlich erhöht ist. Eine Übersicht über den ungefähren täglichen Eisenbedarf gibt die folgende Tabelle:
    Bevölkerungsgruppe Tagesbedarf [mg] Ausscheidung [mg]
    Männer, erwachsene 1,0 1,0
    Frauen, nach der Menopause 1,0 1,0
    Kinder 1,2 0,2
    Frauen, menstruierende 1,8 1,0
    Jugendliche, männliche 2,0 1,0
    Jugendliche, weibliche 2,8 1,0
    Schwangere 3,7 1,0
  • Wie man erkennen kann beträgt der Mehrbedarf für Wachstum etwa 1 mg/d, der für die Menstruation etwa 0,8 mg/d und der in der Schwangerschaft etwa 2,7 mg/d.
    • Der deutlich erhöhte Eisenbedarf in der Schwangerschaft macht (nach entsprechender Laborkontrolle) meist die zusätzliche Gabe von 50 mg/d notwendig.

Eisenaufnahme im Darm

  • Dem Körper sollten täglich etwa 10 - 20 mg Eisen zugeführt werden. Dies ist bei normaler Ernährung gewährleistet.
  • Die Eisenresorption findet im Duodenum und oberen Jejunum statt. Dort werden, sofern kein Eisenmangel besteht, durchschnittlich 10 - 15 % des mit der Nahrung ins Duodenum gelangenden Eisens resorbiert.
    • Eisen aus tierischer Nahrung ist dabei meist deutlich besser resorbierbar, als solches aus pflanzlicher Nahrung. Der Grund dürfte darin liegen, dass das Eisen in pflanzlicher Nahrung oft in Form schwerlöslicher Salze (z.B. Phosphate oder Phytate) vorliegt.
  • Mit der Nahrung aufgenommenes Fe2+, z.B. aus Hämoglobin, Myoglobin und eisenhaltigen Enzymen in Fleisch und Fisch kann im oberen Dünndarm nach Abspaltung des Proteinrests relativ effizient als Häm-Eisen(II) resorbiert werden.
  • In der Mukosazelle wird das an Häm gebundene Fe2+ durch die Hämoxygenase wieder abgespalten und anschließend zu Fe3+ oxidiert.
  • Fe3+ wird nun entweder ans Blut (s.u.) abgegeben oder es verbleibt, gebunden an das etwa 450 kDa schwere Protein Apoferritin, in der Mukosazelle. Der dabei gebildete Speicherkomplex wird als Ferritin (s.u.) bezeichnet.
  • Nicht an Häm gebundenes Eisen kann nur als Fe2+ resorbiert werden.
    • Aus diesem Grund wird Fe3+ zunächst von einer Ferriredukatse (als Reduktionsmittel dient Ascorbinsäure) auf der luminalen Seite der Mukosazelle zu Fe2+ reduziert.
  • Das entstandene freie Fe2+ wird wahrscheinlich durch einen elektrogenen Fe2+-H+-Symporter (DCT1) sekundär-aktiv in die Mukosazelle aufgenommen.
    • Dabei kompetitiert Fe2+ mit anderen zweiwertigen Schwermetall-Kationen wie Mn2+, Co2+, Cd2+ u.a.
    • Wichtig für die Aufnahme ist ein niedriger pH-Wert des Chymus, da so der H+-Gradient erhöht ist, über den der Fe2+-H+-Symporter das Fe2+ in die Zelle treibt. Außerdem begünstigt ein niedriger pH-Wert die Freisetzung von Eisen aus Nahrungs-Komplexen und verhindert die Bildung von schwer löslichem Fe(OH)3.
  • Die Aufnahme des Eisens ins Blut wird durch die Darmmukosa geregelt:
    • Bei einem Eisenmangel bindet die zytosolische Aconitase (Eisen-regulierendes Protein) an Ferritin-mRNA und hemmt so die Proteinbiosynthese von Ferritin.
    • Da so die intrazelluläre Speicherfähigkeit für Fe2+ begrenzt wird, gelangt absorbiertes Fe2+ vermehrt ins Blut.
  • Entgegen früherer Annahmen bieten die beschriebenen Transportsysteme keinen Schutz gegen eine zu hohe Eisenaufnahme in den Körper bei einem Überangebot oral applizierten Eisens.

Transport im Blut

  • Das von den Zellen der Darmmukosa ins Blut abgegebene Fe2+ wird dort von Coeruloplasmin (+ Kupfer) zu Fe3+ oxidiert und anschließend an Apotransferrin gebunden.
    • Das Protein Apotransferrin sorgt für den Transport des dreiwertigen Eisens im Blut. Dabei kann ein Molekül Apotransferrin zwei Fe3+-Ionen aufnehmen.
    • Der so entstehende Komplex wird als Transferrin bezeichnet.
  • Transferrin wird über Transferrin-Rezeptoren endozytotisch in Erythroblasten sowie in Leber-, Plazenta- und andere Zellen aufgenommen.
  • Nach der Abgabe des gebundenen Eisens wird Apotransferrin wieder ins Blut entlassen, wo es erneut Eisen aus dem Darm und Makrophagen (s.u.) aufnehmen kann.
  • Die Gesamtbindungskapazität des Transferrins für Eisen im Blut beträgt ca. 14 mg. Im Normalfall wird nur etwa 1/3 dieser Kapazität (ca. 4 mg) ausgeschöpft.

Speicherung

  • Ferritin, das in den Zellen der Darmmukosa, der Leber, des Knochenmarks, Erythrozyten und im Plasma vorkommt, ist einer beiden bedeutenden Speicherkomplexe für Eisen im Körper.
    • Ein Molekül Ferritin kann in einer "Tasche" bis zu 4500 Fe3+-Ionen aufnehmen.
    • Für den gesamten Körper entspricht dies einer Menge von etwa 600 mg.
    • Das in Ferritin gespeicherte Eisen kann relativ rasch wieder freigesetzt werden.
  • Der zweite bedeutende Speicher für Eisen im Körper ist Hämosiderin.
    • Die im Körper in Hämosiderin gespeicherte Menge an Eisen beträgt etwa 250 mg.
    • Hämosiderin findet sich vor allem in den Makrophagen der Leber und im Knochenmark.
    • Es entsteht aus Ferritin und stellt eine Aggregation der Eisenanteile mehrerer Ferritin-Moleküle mit teilweise abgebautem Proteinanteil dar.
    • Das in Hämosiderin gebundene Eisen ist schwerer mobilisierbar als das aus Ferritin freisetzbare.
  • Die biologische Halbwertszeit von Eisen beträgt in der Lunge ca. 3200 Tage, im Knochengewebe 1680 Tage und über den gesamten Organismus gemittelt durchschnittlich 800 Tage.

 Wiederverwertung

  • Das aus fehlgebildeten Eryhtroblasten und hämolysierten Erythrozyten freigesetzte Hämoglobin-Eisen und Häm-Eisen wird an Haptoglobin bzw. Hämopexin gebunden und von den Makrophagen des Knochenmarks bzw. der Leber und Milz durch Endozytose aufgenommen.
  • Insgesamt werden so ca. 97 % der täglich anfallenden Eisenmenge von 20 - 30 mg recycelt.

Mangelerscheinungen

  • Hypochrome Anämie
  • Müdigkeit, Abgeschlagenheit
  • Kopfschmerzen
  • Erhöhte Infektanfälligkeit
  • Plummer-Vinson-Syndrom
  • Rhagaden, Haarasufall, Nagelbrüchigkeit
  • Amenorrhoe
 

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