Eisen ist für den Menschen ein lebensnotwendiges (essentielles) Spurenelement, das in verschiedenen Verbindungen (Oxidationsstufen) existiert, jedoch haben nur zweiwertiges (Fe2+) und dreiwertiges (Fe3+) Eisen eine Bedeutung für den Organismus.

Eisen-Verbindungen: Hämeisen vs. Nicht-Hämeisen

Grundsätzlich wird zwischen zweiwertigem Hämeisen (Eisen-Protoporphyrin) und Nicht-Hämeisen als Bestandteil anorganischer Verbindungen unterschieden. Das ionisierte Nicht-Hämeisen ist Bestandteil anorganischer Verbindungen und stellt die freie Form dar. Es kann sowohl zwei- als auch dreiwertig vorliegen.

Bei Hämeisen handelt es sich um einen Eisen-Protein-Komplex. Zu den wichtigsten Hämproteinen des Eisenstoffwechsels gehören unter anderem Hämoglobin (roter Blutfarbstoff), Myoglobin und Cytochrome [7, 30].

Mehr als die Hälfte des Funktionseisens ist an Hämoglobin gebunden und damit in den roten Blutkörperchen (Erythrozyten) lokalisiert. Myoglobin ist ein roter Muskelfarbstoff und macht zusammen mit anderen Eisen-haltigen Enzymen wie Cytochrome, Katalasen oder Peroxidasen etwa 15 % des Funktionseisens aus [8, 30].

Aufnahme von Eisen

Eisen wird über die Nahrung sowohl als Nicht-Hämeisen als auch als Hämeisen aufgenommen. Der größte Teil des Eisens in Nahrungsmitteln ist an Proteine, organische Säuren oder andere Substanzen gebunden (Eisen-Protoporphyrin (Häm), Ferrihydroxidkomplexe) [17].

Die Aufrechterhaltung des Gleichgewichtzustandes wird über die Eisen-Aufnahme im Dünndarm kontrolliert. Dies erfolgt vor allem im Zwölffingerdarm (Duodenum) und dem mittleren Abschnitt des Dünndarms (Jejunum).

Bioverfügbarkeit verschiedener Eisen-Verbindungen

In tierischen Lebensmitteln, insbesondere im Fleisch, liegen 40 bis 60 % des Eisens als Hämeisen vor. Zweiwertiges Eisen wird in Abhängigkeit vom Eisen-Status aufgrund seiner guten Löslichkeit zu 15 bis 35 % aufgenommen (resorbiert) und weist damit eine hohe Bioverfügbarkeit auf [3, 10, 13, 17].

Im Gegensatz dazu ist die Verfügbarkeit des Nicht-Hämeisens deutlich geringer. Diese Eisen-Verbindung liegt überwiegend in dreiwertiger Form vor. Nicht-Hämeisen ist vor allem in pflanzlichen Nahrungsmitteln enthalten und wird selten mehr als 5 % resorbiert [20, 22]. Dreiwertiges Eisen ist im oberen Dünndarm nicht löslich und wird daher der Resorption entzogen [13].

Möglichkeiten einer verbesserten Eisen-Bioverfügbarkeit

Durch den gleichzeitigen Verzehr von Fleisch und pflanzlichen Lebensmitteln lässt sich die Resorptionsrate des Eisens pflanzlichen Ursprungs verdoppeln [3, 20, 22]. Das liegt an den im Fleisch enthaltenen Komplexbildnern wie die tierischen Proteine. Diese sind aufgrund der hohen Zahl wertvoller Aminosäuren qualitativ hochwertiger als pflanzliche Eiweiße.

Transport und Verteilung von Eisen im Körper

Nachdem Eisen in den Zellen der Dünndarmschleimhaut aufgenommen worden ist, wird es entweder als Eisenspeicherprotein (Ferritin) gespeichert oder in das Plasma überführt [19, 22]. Im Plasma wird das Spurenelement auf das Eisen-Transportprotein (Transferrin) übertragen. Die normale Transferrinkonzentration im Plasma beträgt 220-370 Milligramm pro 100 Milliliter.

Transferrin transportiert Eisen zu allen Zellen und Geweben, wo es anschließend an Transferrinrezeptoren bindet und in die Zellen aufgenommen wird. Von wesentlicher Bedeutung ist die Mobilisierung in das Knochenmark. Dort wird Eisen für die kontnuierliche Hämoglobinbildung benötigt. Rund 70 bis 90 % des an Transferrin gebundenen Eisens werden für die Synthese des Hämoglobins benötigt.

Schließlich ist die Bildung und Entwicklung der roten Blutkörperchen (Erythrozyten) für den überwiegenden Eisen-Umsatz verantwortlich [30]. Die restlichen 10 bis 30 % stehen für den Aufbau von Enzymen sowie Coenzymen zur Verfügung oder werden als Ferritin abgelagert [19]. Ist die Speicherkapazität des Ferritins überschritten, wird Eisen an das Speicherprotein Hämosiderin gebunden [19].

Gesamtkörperbestand von Eisen

Ein gesunder Mensch weist einen Gesamtkörperbestand von etwa 3 bis 5 Gramm Eisen auf. Dies entspricht 45 bis 60 Milligramm pro Kilogramm Körpergewicht [19, 22]. Circa 80 % davon liegen als Funktionseisen vor.

Der überwiegende Anteil des Funktionseisens wird für die Bildung und Entwicklung der roten Blutkörperchen (Erythrozyten) und nur ein geringfügiger Teil (12 %) für die Myoglobinsynthese sowie die Atmungskette der Mitochondrien benötigt [22]. Zudem muss Eisen für die Biosynthese Eisen-abhängiger Enzyme zur Verfügung stehen, die für den Elektronentransport essentiell sind.

Verbindungen der Eisen-Speicherung

Etwa 20 % des Gesamtbestandes entfallen auf die Speicherorgane des Eisens. Das Spurenelement ist in Form von Ferritin und Hämosiderin vor allem in Leber, Milz, Darmschleimhaut und Knochenmark gespeichert [4, 19, 20, 22, 28, 30]. 

Die Bedeutung des Ferritins liegt in der Speicherung, dem Transport und der Entgiftung des Eisens. Bei Bedarf kann Eisen aus dem Speicherbestand rasch freigesetzt und zur Hämoglobinsynthese herangezogen werden. Im Vergleich zum Ferritin ist Hämosiderin ein dauerhafter Eisenspeicher, in dem das Spurenelement für den Stoffwechsel in nicht mehr verfügbarer Form gespeichert ist.

Ausscheidung von Eisen

Da der Eisen-Haushalt ausschließlich über die Resorption gesteuert wird, gibt es keine regulierte Ausscheidung von Eisen [19, 22]. Beim Mann und bei der Frau nach der Menopause gehen täglich etwa 1 bis 2 Milligramm (19-36 µmol/L) Eisen mit der Abstoßung von Darmepithel- und Hautzellen, mit Galle und Schweiß sowie mit dem Urin verloren [3, 19, 20, 22, 28].

Erhöhter Eisen-Bedarf von Frauen

Zu größeren Eisen-Verlusten kommt es bei Blutungen durch die damit verbundenen Hämoglobinverluste. Mit der Menstruation werden etwa 25 bis 60 Milliliter Blut ausgeschieden, wodurch monatlich 12,5 bis 30 Milligramm (225-540 µmol) Eisen verloren gehen.

Auch während der Schwangerschaft ist der Eisen-Bedarf der Frau aufgrund der Versorgung des Fetus mit Eisen erhöht. Etwa 300 Milligramm des Spurenelements werden dem Fetus über die Plazenta zugeführt. Zudem treten infolge der Geburt und der Stillzeit Blutverluste auf, die jedoch durch das Ausbleiben der Menstruation für einige Monate nach der Schwangerschaft ausgeglichen werden [19, 28].

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