Magnesium

Synonym

  • Magnesium [engl.]

Übersicht

Medizin

Typ

  • Mineralstoff

Kontraindikationen

Relative Kontraindikationen

  • (Schwere) Nierenfunktionsstörungen, AV-Block
    • Einnahme nur nach Rücksprache mit dem Arzt und gegebenenfalls unter ärztlicher Aufsicht!

Arzneimittelinteraktionen

Unerwünschte Arzneimittelwirkungen

  • Stuhlaufweichung aufgrund des Wasserbindungsvermögens
    • Nur bei sehr hohen Dosierungen

Normbereich

  • 0,7 - 1,0 mmol/ls

Stoffwechselstörungen

Bemerkungen

  • Der normale Tagesbedarf an Magnesium beträgt min. 300 mg. Bei Migräne zeigt die langfristige Einnahme von 600 mg/d sehr oft positive Effekte.
  • Bei der Substitution sollten Verbindungen bevorzugt werden, die aufgrund ihrer guten Löslichkeit höhere Bioverfügbarkeiten versprechen.
    • Damit sind Magnesiumaspartat, Magnesiumaspartat-HCl, Magnesiumchlorid, Magnesiumcitrat oder Magnesiumgluconat besser geeignet als Magnesiumcarbonat, Magnesiumoxid oder Magnesiumsulfat.
      • In einer Studie erreichte Magnesiumoxid nur etwa 65 % der Bioverfügbarkeit von Magnesiumaspartat-HCl bei einer Gabe von 30 mmol mg2+ pro Tag und nur etwa 45 % bei einer Gabe von 45 mmol mg2+ pro Tag. 
      • In einer anderen Studie wurde Magnesiumoxid gegen Magnesiumcitrat getestet, wobei die Dosierung hier 25 mmol mg2+ pro Tag war und die relative Bioverfügbarkeit von MgO mit nur 28,5 % angegeben wurde. 
      • Eine weitere Studie konnte bei Anwendung von MgO überhaupt keine vermehrte Ausscheidung von mg2+ im Urin nachweisen, so dass hier von einer Bioverfügbarkeit nahe 0 % ausgegangen wurde.
  • Magnesium scheint einen positiven Effekt bezüglich der Spätfolgen bei Diabetes mellitus zu haben.

Pharmakologie

Pharmakokinetik

Bioverfügbarkeit (BVabs) (aus Nahrung) ca. 35 - 55 %
Clearance (CLtot)  
Eliminationshalbwertszeit (t1/2)  
Extrarenale Eliminationsfraktion (Q0)  
Plasmaproteinbindung (PB) < 45 %
tmax  
Verteilungsvolumen (Vapp)  

Resorption

  • Die Resorption von mg2+ kann aus dem gesamten Gastrointestinaltrakt erfolgen, die höchste Resorptionskapazität hat jedoch das Ileum, gefolgt von Kolon und Jejunum.
  • Als Resorptionsmechanismen treten sowohl parazelluläre passive Diffusion, als auch transzellulärer aktiver Transport über Carrier-Proteine auf.
    • Letztere erfolgt über TRPM6, ein spezifisches Transportprotein in der Darmwand.
    • Dieser aktive Mechanismus ist zwar sehr effektiv, aber bereits bei geringen mg2+-Konzentrationen im Darmlumen ausgelastet, so dass er als Mechanismus des Körpers für eine Aufrechterhaltung eines absoluten Minimums an mg2+-Resorption bei magnesiumarmer Ernährung angesehen werden kann.
  • Der wichtigere Aufnahmeweg ist somit die parazelluläre Diffusion, die zwar weniger effektiv, dafür aber über einen großen Konzentrationsbereicht weitgehend linear funktioniert.
    • Die Überlagerung der beiden Mechanismen ergibt einen biphasischen Verlauf der mg2+-Resorption aus dem Gastrointestinaltrakt.
  • Insgesamt liegt die so erzielte Bioverfügbarkeit von peroral zugeführtem  mg2+ bei ca. 35 - 55 % für normale Nahrung. Bei magnesiumarmer Kost kann sie auf ca. 75 % steigen, bei magnesiumreichem Darminhalt auf deutlich unter 25 % fallen. 
    • Somit ist bei der Supplementation die Einnahme mehrerer kleiner Dosen sinnvoller, als die einer einzigen Megadosis.
  • Magnesium sollte nicht zusammen mit Oxalsäure, Phytinsäure oder Phosphaten eingenommen werden, da dies durch Bildung schwerlöslicher Komplexe die Bioverfügbarkeit deutlich verringert. Auch die gleichzeitige Einnahme zu sehr fettreicher Nahrung verringert die Resorption, da mg2+ hier mit aus den Fetten freigesetzten Fettsäuren zu ebenfalls schwer löslichen Salzen reagieren kann.
    • Dies ist insbesondere von Bedeutung, als viele Nahrungsmittel mit relativ hohem Magnesiumgehalt zugleich reich an Phytinsäure (Vollkornprodukte) oder Fett (Nüsse, Schokolade) sind.
  • Die gleichzeitige Einnahme zu anderen zweiwertigen Ionen (insbesondere Ca2+) beeinflusst die Bioverfügbarkeit von Magnesium normalerweise kaum, da der aktive Transport - wie beschrieben - über einen selektiven mg2+-Transporter erfolgt und der passive Aufnahmeweg selten gesättigt sein dürfte. 

Distribution

  • Etwa 55 % des im Blutplasma befindlichen Magnesiums liegt dort frei vor. Der Rest ist entweder an Albumin oder an niedermolekulare Liganden wie Carbonat, Citrat, Phosphat oder Sulfat gebunden.

Exkretion

  • Bei einer angenommenen Zufuhr von 300 mg/d geht man von einer Ausscheidung von ca. 200 mg/d über den Stuhl aus, wobei etwa 170 mg aus nicht resorbiertem Magnesium und etwa 30 mg aus Magnesiumanteilen von z.B. Verdauungssekreten stammen. Dazu kommen etwa 100 mg/d, die renal ausgeschieden werden, womit sich bei einer Aufnahme von 300 mg/d ein genau ausgeglichener Magnesiumhaushalt ergäbe.
    • Da bei niedrigen Magnesiumkonzentrationen im Plasma auch die renale Ausscheidung vermindert ist, eignet sich die mit dem Urin ausgeschiedene Magnesiummenge als Parameter zur Abschätzung des Magnesium-Status.
  • Da im Schweiß Magnesium-Konzentrationen von 1,5 - 5 mmol/l auftreten können, kann durch starkes Schwitzen die Magnesiumausscheidung deutlich erhöht werden.

Physiologie

Typ

  • Mineralstoff

Vorkommen & Funktion

  • Ein Erwachsener enthält etwa 24 - 28 g Magnesium. 
  • Der größte Magnesiumspeicher im Körper befindet sich dabei in den Knochen, wo etwa 60 % der Gesamtmenge eingelagert sind. Weitere 25 - 30 % finden sich in der quergestreiften Skelettmuskulatur, 5 - 10 % in den restlichen Geweben und etwa 1 % im Blutserum.
    • Die physiologische Magnesiumkonzentration im Plasma liegt bei 0,75 - 1,1 mmol/l. Gewünscht werden meist jedoch Werte oberhalb 0,8 mmol/l.
  • Nach Kalium ist Magnesium somit das mengenmäßig wichtigste intrazellulär vorkommende Metall im Körper.
  • Magnesium dient in über 300 Enzymen als Cofaktor. Es aktiviert die meisten ATP-abhängigen Enzyme und ist so an Reaktionen zur Energiebereitstellung sowie der Protein- und Nukleinsäurebiosynthese beteiligt.
  • Bekannter dürfte sein Funktion als Antagonist von Calcium in der Erregung und Kontraktion von Muskelzellen sein. Hier senkt Magnesium den Tonus und erhöht die Krampfschwelle.
  • Darüber hinaus hat Magnesium eine allgemein stabilisierende Wirkung auf Zellmembranen, moduliert die Aktivität einiger Ionenpumpen bzw. Ionenkanäle und ist an der Mineralisierung und dem Wachstum der Knochen beteiligt.
  • Durch spezielle ATPasen kann freies mg2+ aus dem Blut ins Gewebe aufgenommen werden.

Mangelerscheinungen

  • Krämpfe (normocalcämische Tetanie)
  • Tremor, Muskelzuckungen, choreiforme Bewegungen
  • Schlafstörungen, Unruhe, delirante Zustände
  • Herzrhythmusstörungen, Angina pectoris
  • Hypercholesterolämie
  • Dysmenorrhoe, Spasmen der glatten Muskulatur (auch vorzeitige Wehen in der Schwangerschaft)
  • Störungen der Proteinsynthese
  • Lärmempfindlichkeit
    • Bei Magnesiummangel kommt es darüber hinaus leichter zu Hörschäden
  • Kopfschmerzen, Nervosität
  • Übelkeit

Chemie

Allgemeine Eigenschaften

Formelzeichen Mg
Ordnungszahl 12
Isotope [%] 24Mg - 78,99
25Mg - 10,00
26Mg - 11,01

Chemische Eigenschaften

Elektronegativität nach Pauling (Oxidationsstufe) 1,31 (II)
Elektronenkonfiguration 1s22s22p63s2
Oxidationszahlen +2
bevorzugt +2

Physikalische Eigenschaften

Mittlere Atommasse [u] 24,3050 ± 6
Dichte [g/cm3] 1,738
Schmelztemperatur [°C] 648,79
Siedetemperatur [°C] 1107
Härte [Mohs] 2
Atomradius [pm] 159,9
Ionenradius [pm] (bei Ladung bzw. Oxidationszahl) 72 (2+)
1. Ionisierungsenergie [kJ/mol] (bei 25 °C) 744

Sonstige Eigenschaften

  • Magnesium ist ein silbern glänzendes, relativ weiches Leichtmetall.
  • Es ist relativ unedel und wird bereits von schwachen Säuren aufgelöst.
  • An feuchter Luft überzieht sich Magnesium mit einer grauen Oxidschicht.
  • Bei 500 °C verbrennt es mit sehr heller weißer Flamme zu Magnesiumoxid.

Geschichtliches

  • 1755 Entdeckung durch J. Black (Edinburgh, Großbritannien).
  • Der Name Magnesium leitet sich von der kleinasiatischen Stadt Magnesia ab.

Vorkommen

  • Magnesium kommt in der Natur nur in Verbindungen vor, am häufigsten in Silicaten (Asbest, Meerschaum, Oliven, Serpentin).
  • Weitere mineralische Vorkommen sind Carbonate, z.B. Magnesit (MgCO3) und Dolomit (MgCO3 · CaCO3), Sulfate, z.B. Kieserit (MgSO4 · H2O), Chloride und Bromide (MgCl2 bzw. mgBr2)
  • Magnesiumverbindungen finden sich auch in Salzlagerstätten sowie gelöst im Meerwasser (ca.15 % der dort gelösten Salze)

Verwendung

  • Als Legierungsbestandteil in Leichtmetalllegierungen
  • Als Treibstoffzusatz in Feststoffraketen
  • Als Reduktionsmittel
  • Als Bestandteil von Düngemitteln und Spurenelementpräparaten

Herstellung

  • Durch Schmelzflusselektrolyse aus Magnesiumchlorid

Analytik

Identität

Arzneibuchmethode

Durchführung
  • Die Lösung von etwa 15 mg Substanz in 2 ml Wasser R oder 2 ml der vorgeschriebenen Lösung werden verwendet.
  • Wird die Lösung mit 1 ml verdünnter Ammoniak-Lösung R1 versetzt, entsteht ein weißer Niederschlag, der sich nach Zusatz von 1 ml Ammoniumchlorid-Lösung R löst.
  • Nach Zusatz von 1 ml Natriummonohydrogenphosphat-Lösung R entsteht ein weißer kristalliner Niederschlag.
Reaktion

  1. Mg2+ + 2 NH3 + 2 H2O  Mg(OH)2 + 2 NH4+

  2. ...

  3. Mg2+ + HPO42- + NH3  Mg(NH4)PO4

Bemerkungen
  • Wässriges Ammoniak fällt aus Lösungen von mg2+-Salzen mg(OH)2 aus.
  • Dieses löst sich nach Zugabe von NH4+-Ionen wieder auf, da diese den pH-Wert herabsetzen und somit das Löslichkeitsprodukt von mg(OH)2 nicht mehr erreicht wird.
  • Auf Zusatz von HPO42- scheidet sich schwerlösliches  mg(NH4)PO4 ab.

Als mgNH4PO4 · 6 H2O

Reaktion

Mg2+ + HPO42- + NH4+ + OH- + 5 H2O  Mg(NH4)PO4 · 6 H2O

Bemerkungen
  • Magnesium bildet mit Ammoniumhydrogenphosphat einen weißen, kristallinen Niederschlag aus Magnesiumammoniumphosphat.
  • Die Reaktion ist sehr empfindlich, wird aber durch viele andere Kationen, z.B. Calcium, Strontium, Barium und Schwermetallionen, die ebenfalls Fällungen mit Phosphat ergeben gestört.
  • Die Reaktion ist u.U. relativ langsam (> 20 min).
  • Der Niederschlag ist auf jeden Fall mikroskopisch zu prüfen.

Grenzprüfung

Arzneibuchmethode

Durchführung
  • 10 ml der vorgeschriebenen Lösung werden mit 0,1 g Natriumtetraborat R versetzt.
  • Falls erforderlich wird die Lösung mit Hilfe verdünnter Salzsäure R oder verdünnter Natriumhydroxid-Lösung R auf einen pH-Wert von 8,8 bis 9,2 eingestellt.
  • Die Lösung wird zweimal mit je 5 ml einer Lösung von Hydroxychinolin R (1 g/l) in Chloroform R jeweils 1 min lang geschüttelt und stehen gelassen.
  • Nach Trennung der beiden Schichten wird die organische Phase verworfen.
  • Die wässrige Lösung wird mit 0,4 ml Butylamin R und 0,1 ml Triethanolamin R versetzt.
  • Falls erforderlich wird die Lösung auf einen pH-Wert von 10,5 bis 11,5 eingestellt.
  • Nach Zusatz von 4 ml der Lösung von Hydroxychinolin R in Chloroform R wird 1 min lang geschüttelt und stehen gelassen.
  • Nach der Trennung der beiden Schichten wird die untere Phase verwendet.
  • Die Referenzlösung wird in gleicher Weise mit einer Mischung von 1 ml Magnesium-Lösung (10 ppm mg) R und 9 ml Wasser R hergestellt.
Bedingung
  • Die zu prüfende Lösung darf nicht stärker gefärbt sein als die Referenzlösung.

Biologie

Bemerkungen

  • Magnesium ist in höheren Konzentrationen für Pflanzen stark toxisch. Zur Ausschaltung der Giftwirkung muss seine Konzentration zu der des Calciums in einem bestimmten Verhältnis stehen.
  • Magnesium dient als Cofaktor bei ATP-abhängigen Reaktionen und ist das Zentralatom des Chlorophylls.
 

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