Spurenelemente

Zink – Funktionen, Bioverfügbarkeit und Versorgung

Der Körper eines Menschen enthält 1,5 bis 2,5 g an Zink. Hauptspeicherorgane sind mit 70% Knochen, Haut und Haare; die geringsten Gehalte kommen im Blut vor. Als essenzielles Element für junge Ratten wurde Zink 1934 von Alexander Robertus Todd (Nobelpreis 1957) erkannt, die spezifische biologische Funktion von Zink in einem Enzym (der Carboanhydrase in den Erythrozyten) wurde 1940 nachgewiesen. Heute sind etwa 50 Zink-abhängige enzymatische Reaktionen bekannt. Zink ist das mengenmäßig bedeutendste Spurenelement im Menschen.

Resorption und Funktionen

Die Resorption findet im Dünndarm, besonders schnell im Bereich des Duodenums und des oberen Jejunums (mittlerer Abschnitt des Dünndarms) satt. Zink-bindende Liganden wie einzelne Aminosäuren und Metallothioneine (höhere Schwefelgehalte- und Zink-aufweisende Proteine) sind am aktiven Transport in und durch die intestinalen Mukosazellen beteiligt. Die Zink-Homöostase wird vor allem über die Resorption reguliert.

In der Mukosazelle bewirkt Zink als Metallothionein wahrscheinlich die Transkription von mRNA für mehrere Proteine. Ein weiteres Protein, als CRIP (Cystein-reiches intestinales Protein) bezeichnet, besitzt eine noch höhere Affinität zum Zink. Beide Proteine bewirken den Zinktransport und stellen zugleich die intestinalen Zinkspeicher dar. Im Plasma wird Zink an Albumine (zu etwa zwei Dritteln) und an α2-Makroglobulin gebunden.

Bekannte Zink-Metalloenzyme sind u. a. Dehydrogenasen wie Alkohol-, Glutamat-, Malat- Lactat- und Glycerinaldehyd-phosphat-Dehydrogenase, außerdem RNA-, DNA-Polymerase, alkalische Phosphatase, Carboxypeptidase A und B sowie Dipeptidase. Werden Zinkionen aus diesen Enzymen abgespalten, so verlieren sie ihre katalytische Aktivität. Darüber hinaus wirkt Zink bei weiteren Enzymen als Aktivator.

Funktionen des Zinks im Immunsystem sind auf die Beteiligung am Thymushormon Thymulin zurückzuführen, das die Transformation von Thymozyten in aktive T-Lymphozyten reguliert. In jüngster Zeit wird Zink auch eine antioxidative Funktion als "site-specific"-Antioxidans zugesprochen, da es durch Bindungen an ein Molekül dieses vor einer Oxidation schützen kann. In Form eines Zinkkomplexes wird Insulin intrazellulär gespeichert. Dieser Effekt wird bei der Herstellung von Langzeitinsulinen mit verzögerter Freisetzung aus dem Komplex genutzt.

Die Zinkkonzentrationen in den verschiedenen Geweben sind extrem unterschiedlich. Sehr hohe Gehalte befinden sich in der Iris und Retina des Auges, in den Hoden, der Prostata, in den Inselzellen des Pankreas – außerdem in den Knochen, in der Leber und in den Haaren. Die mittlere Konzentration im Plasma beträgt 1,1 µg Zink/ml. Die Ausscheidung von Zink erfolgt vor allem durch den Stuhl. Neben den nicht resorbierten Anteilen an Zink stammt der größte Teil der endogenen Exkretion aus dem Darmsaft. Die Zinkausscheidung über die Niere ist mit 0,3 bis 0,6 mg/Tag vergleichsweise gering. Insgesamt gilt: Die endogene Zinkexkretion steigt im Hinblick auf die Homöostase des Zinkstoffwechsels analog der Zinkzufuhr.

Bioverfügbarkeit

Hemmende Effekte im Hinblick auf die Resorptionsrate werden wie auch beim Calcium durch die Phytinsäure und durch Ballaststoffe verursacht; sie begrenzen die Bioverfügbarkeit von Zink aus Getreideprodukten – so z. B. aus Vollkornbrot aus niedrig ausgemahlenem Mehl mit höherem Phytatgehalt. Ebenfalls hemmend wirken höhere Dosen an Kupfer, Eisen, Calcium (wahrscheinlich aufgrund gegenseitiger Verdrängung) und Phosphat (Bildung einer schwerlöslichen Verbindung). Vor allem die Menge an metallfreiem Albumin in der Plasmamembran bestimmt die Aufnahme und den Status des Zinkgehaltes im Organismus.

Niedermolekulare Komplexbildner wie Citrat oder Aminosäuren (z. B. Histidin und Cystein) begünstigen dagegen die Resorption. Außer den genannten Aminosäuren begünstigen auch verschiedene Vitamine wie Biotin, Folsäure, Vitamin A, Thiamin und Vitamin B12 die Zinkaufnahme. Von Leber, Pankreas, Niere und Milz wird Zink relativ schnell aufgenommen und auch wieder ausgeschieden. Knochen und die Erythrozyten nehmen dieses Spurenelement relativ langsam auf und binden dann es für längere Zeit.

Versorgung

Für Erwachsene wird eine tägliche Zufuhr von 7 bzw. 10 mg Zink (Frauen bzw. Männer) empfohlen. Aufgrund seiner zahlreichen Funktionen in Enzymsystemen kann ein Zinkmangel zu Störungen im Nucleinsäure-, Protein-, Fett- und Kohlenhydratstoffwechsel führen – z. B. zu einer verringerten Glucosetoleranz (Reaktion auf die Zufuhr von Kohlenhydraten – gemessen am Blut-Glucose-Spiegel) oder zu einer Konzentrationserhöhung von freien Fettsäuren im Serum bzw. Plasma. Bei Kindern treten bei einem Zinkmangel Wachstumsstörungen auf (bis zu einem hochgradigen Zwergwuchs). Als weitere Störungen können Beeinträchtigungen des Geschmacks- und Geruchssinnes, Haarausfall, Hautveränderungen (schuppige Haut), psychische Störungen, eine erhöhte Infektanfälligkeit sowie auch eine verminderte Wundheilung beobachtet werden. Mangelerscheinungen können bei einer ausschließlich vegetarischen Ernährung, z. B. auch in Entwicklungsländern mit einem hohen Anteil an kleiereichen Getreideprodukten in ihrer Nahrung, auftreten.

Höhere Zinkgehalte weisen allgemein Fisch, Schalentiere, Fleisch, Milchprodukte sowie Vollgetreide auf (für letztere gilt jedoch eine verringerte Bioverfügbarkeit, s. o.) Die Zink-Gehalte im Getreide (bzw. Mehl) korrelieren mit dem Ausmahlungsgrad (s. Tabelle). Fleisch stellt unter den Grundnahrungsmitteln die beste Zinkquelle aufgrund der guten Verfügbarkeit dar. Exotische Lebensmittel wie Austern enthalten bis zu 85 mg/100 g, so dass bereits 20 g Austern den Tagesbedarf an Zink decken würden. Obst und Gemüse spielen in der Zinkversorgung wegen der gerin-gen Gehalte (meist unter 1 mg/100 g) und wegen der nur mittleren Bioverfügbarkeit keine große Rolle.

Vergiftungen durch Zink können bei der Verwendung von verzinktem Geschirr für saure Lebensmittel auftreten. Sie äußern sich in Magen-Darm-Störungen, treten jedoch erst bei der Aufnahme von größeren Zinkmengen im Grammbereich auf.