Magnesium macht Muskeln munter

Schon in der Zeit vor der Antike war die Heilwirkung von "magnesia alba", den weißen Magnesiumsalzen der griechischen Region Magnesia, bekannt. Erst im 19. Jahrhundert konnte Magnesium (Mg) jedoch isoliert und im menschlichen Organismus nachgewiesen werden und erst im letzten Jahrhundert wurde die Notwendigkeit der Magnesiumzufuhr für den Menschen erkannt.

Magnesium gehört zur Gruppe der Erdalkalimetalle. Es ist leicht ionisierbar und neigt aufgrund seiner hohen Hydratationsenergie zur Komplexbildung. Dabei entstehen wie bei vielen Spurenelementen vorrangig Chelate. Diese ringförmigen Verbindungen binden über 2- oder 4-zähnige Liganden ein oder mehrere Magnesium-Ionen. Ein sehr weit verbreitetes Beispiel dafür ist Chlorophyll, das im Stoffwechsel der Pflanze als photosynthetisch aktives Pigment eine tragende Rolle spielt. Dagegen treten im tierischen Organismus andere chemische Bindungsformen mit verschiedenen Wirkungen auf: So ist ionisiertes Magnesium in komplexer Bindung im kristallisierten Mineralanteil des Knochens Hydroxylapatit eingebaut. Weiterhin ist Magnesium Bestandteil in organischen Stoffen wie dem Skelettprotein, zahlreichen Enzymen und energiereichen Phosphatverbindungen in den Mitochondrien und tritt als Elektrolyt in Körperflüssigkeiten auf [1]. Nach Kalium ist Magnesium das wichtigste Kation des Intrazellulärraums [2].

Magnesium ist in der Erdkruste das achthäufigste (etwa zwei Prozent) und im Meerwasser das dritthäufigste (bis zu 55 mmol/l) Element [3]. Im Grund- und Oberflächenwasser sind in Abhängigkeit von der Herkunft verschiedene Magnesiummengen enthalten, die gemeinsam mit Calcium die Wasserhärte bestimmen. Magnesium ist sowohl im Pflanzen- als auch im Tierreich vertreten. So enthalten die meisten Lebensmittel Magnesium, jedoch variieren die Konzentrationen. Reichlich kommt Magnesium in Weizenkeimen sowie -kleie und in Sonnenblumenkernen vor, doch sind diese Nahrungsmittel in der Ernährung quantitativ unbedeutend [4]. Gute Magnesiumlieferanten sind Vollkorngetreideprodukte, Milch und Milchprodukte, Leber, Geflügel, Fisch, Kartoffeln, viele Gemüsearten, Sojabohnen sowie Beerenobst, Orangen und Bananen (Tab. 1). Weiterhin tragen Kaffee und Tee sowie Trink- und Mineralwässer zur Bedarfsdeckung bei [2; 5]. Dagegen enthalten die bedeutenden Energieträger wie Nahrungsfette und raffinierte Zucker nur wenig oder gar kein Magnesium [1].

Bioverfügbarkeit: Bis zu 30 Prozent der Zufuhr

Zu beachten ist, dass bei der Zubereitung von Nahrungsmitteln, insbesondere beim Kochen und Blanchieren, hohe Verluste durch Auswaschen auftreten. Weiterhin wird bei der Ausmahlung von Getreide durch die Abtrennung der Kleie der Magnesiumgehalt reduziert. Die Bioverfügbarkeit von Magnesium wird ähnlich wie bei Calcium durch eine Reihe von resorptionshemmenden Faktoren wie Oxalat, Phytat, Ballaststoffe und Phosphate vermindert. Dagegen werden Magnesiumsalze, etwa mit Citrat oder Lactat, gut resorbiert. Etwa 20 bis 30 Prozent des mit der Nahrung zugeführten Magnesiums werden resorbiert [5]. Die Resorption ist im gesamten Dünndarm möglich, geschieht aber vorrangig im distalen Jejunum [2]. Nur bei Säuglingen wird Magnesium auch geringfügig im Colon aufgenommen [1].

Stoffwechsel: aktiv und passiv

Über den Transportmechanismus von Magnesium ist man sich bislang uneins, doch es wird vermutet, dass Magnesium bei niedrigeren Konzentrationen über einen aktiven Mechanismus in die Mucosazelle transportiert wird und dass bei höheren Konzentrationen die passive Diffusion dominiert [2]. Die Resorption wird durch den Magnesiumgehalt in der Kost, die Löslichkeit des Salzes und durch Oxal- und Phytinsäure sowie einige Fettsäuren beeinflusst. Magnesium unterliegt einem enterohepatischen Kreislauf. Der Anteil, der mit der Gallenflüssigkeit, Bauchspeichel und Darmsaft sezerniert wird, wird fast vollständig reabsorbiert. Daraus folgt, dass der Großteil des Magnesiums im Stuhl nicht dem resorbierten Nahrungsmagnesium entstammt. Überschüssiges Magnesium wird vor allem renal ausgeschieden; die Regelung erfolgt im Nierentubulus. Weiterhin ist zu beachten, dass Calcium und Magnesium zum Teil das gleiche Transportsystem in den renalen Tubuli benutzen; somit korreliert die tubuläre Reabsorption von Magnesium invers mit jener von Calcium. Parathormon (PTH) und Vitamin D wirken sowohl direkt als auch indirekt auf die Magnesiumkonzentration im Blut: PTH setzt Magnesium aus den Knochen frei und steigert die tubuläre Reabsorption in den Nieren. PTH wird z. B. bei Magnesiummangel aktiviert und bei einem Überschuss gehemmt, doch die Regelmechanismen sind bislang nicht aufgeklärt. Umgesetzt wird Magnesium vor allem im Bindegewebe, in der Haut und den weichen Geweben der Bauchhöhle wie Leber und Darm. In Muskeln, Knochen, und Erythrozyten erfolgt dagegen nur ein langsamer Austausch. Die Kompartimente scheinen sich in ihrer Umsatzrate zu unterscheiden. Der aktivste Pool ist die extrazelluläre Flüssigkeit einschließlich der Verdauungssekrete, doch es nehmen nur 15 Prozent des gesamten Körperbestandes an den schnellen Austauschprozessen teil. Der intrazelluläre Pool enthält mehr als 80 Prozent des austauschbaren Magnesiums, jedoch mit halb so schneller Umsatzrate [1]. Insgesamt beträgt der Magnesiumbestand eines Erwachsenen etwa 20 bis 28 g. Davon sind 60 Prozent in den Knochen lokalisiert und weitere 35 Prozent liegen intrazellulär, besonders in der Muskulatur, vor. Die restlichen fünf Prozent befinden sich im Extrazellulärraum [2].

Funktionen: Wichtig für Muskeln und Nerven

Zentrale Bedeutung hat Magnesium in seiner Funktion als Cofaktor bzw. Effektor von rund 300 verschiedenen Enzymen und Enzymsystemen, die sowohl als Aktivator als auch Inhibitor fungieren (Tab. 2). Vor allem aktiviert es diejenigen Enzyme, die den Phosphattransfer von ATP auf einen Akzeptor oder von phosphorylierten Verbindungen auf ADP katalysieren. Dadurch ist Magnesium an allen Reaktionen des Intermediärstoffwechsels beteiligt, bei denen phosphorylierte Substrate von Bedeutung sind. Dazu gehören die oxidative Phosphorylierung, der aktive Transport durch Zellmembranen, die Fettsäuresynthese, die Aktivierung von Aminosäuren, die Proteinsynthese, aber auch die oxidative Phosphorylierung von Citrat, der Glykolyse sowie sämtliche Transketolase-Reaktionen [1]. Eine weitere wichtige Funktion ist seine Beteiligung an der cAMP-Synthese. Dabei ist Magnesium in die G-Protein-gekoppelte Signaltransduktion eingebunden. Auch für die Muskelkontraktion und die Nervenreizleitung spielt Magnesium eine Rolle, da es die Stabilität und Permeabilität der Zellmembran reguliert und Na⁺ /K⁺ -ATPase aktiviert [2]. Auf extrazellulärer Ebene wirkt Magnesium als natürlicher Calciumantagonist, da es die Calcium-Ionen kompetitiv von Rezeptoren und Bindungsstellen verdrängt [6]. Somit kontrolliert es an der Zellmembran den Einstrom von Calcium in die Zellen: Diese Funktion ist unabdingbar für den Ablauf von Kontraktionen und den Gefäßmuskeltonus [2]. Auch die Freisetzung von Adrenalin und Noradrenalin kann es hemmen und dient so der Stressabschirmung. Weiterhin reduziert es die neuromuskuläre Erregungsübertragung, die Knochenmineralisation und die Funktion des Parathormons. Da es mit Phospholipiden interagieren kann, kann Magnesium zur Stabilisierung biologischer Membranen beitragen und die Membranfluidität herabsenken. Darüber hinaus beeinflussen magnesiumabhängige Integrine die Zelladhäsion. Schließlich hemmt Magnesium die Thrombozytenaggregation und senkt somit das Thrombose- und Embolierisiko.

Bedarf: Frauen erreichen nicht immer das Soll

Laut den Zufuhrempfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) sollten Männer ab dem 25. Lebensjahr 350 mg und Frauen 300 mg Magnesium pro Tag zu sich nehmen (Tab. 3). Diese Werte stützen sich auf zahlreiche Bilanzstudien, die einen Bedarf von 3,0 bis 4,5 mg Magnesium pro Kilogramm Körpergewicht ermittelt haben. Der Bedarf kann sich infolge von Leistungssport oder Arbeiten, die mit hohen Schweißverlusten einhergehen, erhöhen und eine gesteigerte Zufuhr erfordern. Für Schwangere entsteht ab dem letzten Trimester ein Mehrbedarf von 10 mg/d, da der Fetus in dieser Entwicklungsphase täglich 5 bis 7,5 mg Magnesium einlagert. Mit einer üblichen Mischkost kann dieser Mehrbedarf jedoch problemlos gedeckt werden. Die Muttermilch enthält durchschnittlich 32 mg Magnesium/l: Mit der täglichen Tagesmenge von 750 ml Muttermilch gibt die Frau 24 mg Magnesium ab. Um diesen Verlust zu ersetzen, ist eine zusätzliche Zufuhr von 80 bis 90 mg/d mit der Nahrung notwendig. Der Schätzwert für die Magnesiumzufuhr des Säuglings orientiert sich an den Magnesiumgehalten der Muttermilch [5]. Erhalten die Kinder Säuglingsnahrungen, so wird eine Zufuhr von 40 mg/d empfohlen [6]. Die in Deutschland realisierte Zufuhrmenge liegt derzeit im Durchschnitt bei 280 mg/d bei Frauen und 350 mg/d bei Männern [5].Wichtigste Magnesiumquelle für Männer ist Brot, gefolgt von Trinkwasser, während es bei Frauen umgekehrt ist. An dritter Stelle stehen Milchprodukte. Aber auch Bier, Obst, Kartoffeln, Gemüse und Kaffee sind für die Bedarfsdeckung von Bedeutung [7] (Tab. 4).

Magnesiummangel und die Folgen

Unter üblichen Ernährungs- und Lebensgewohnheiten konnte beim gesunden Menschen bislang kein Magnesiummangel mit definierten Symptomen nachgewiesen werden [5]. Doch die Gründe für einen Mangel sind vielschichtig: Neben Defiziten, die bei einer einseitigen und magnesiumarmen Ernährung auftreten, kann Alkoholabusus langfristig zu einem Mangel führen, da Ethylalkohol die intestinale Absorption und die tubuläre Rückresorption von Magnesium hemmt [2]. Eine weitere mögliche Ursache für ein Magnesiumdefizit ist Diabetes mellitus Typ I und II, wodurch sich die Prognose für die Erkrankung verschlechtern kann. Dies kann durch eine unzureichende alimentäre Zufuhr, osmotische Diurese und wahrscheinlich durch einen Hemmeffekt von Insulin auf die renale tubuläre Magnesiumrückresorption bedingt sein [3]. Auch gastrointestinale Erkrankungen wie Diarrhoen, das Kurzdarmsyndrom und chronisch entzündliche Darmerkrankungen können mit erheblichen Magnesiumverlusten einhergehen. Weiterhin können endokrine Erkrankungen wie Hyperthyreose, Hyperparathyreoidismus und Hyperaldosteronismus eine mögliche Ursache für einen Mangel darstellen [2]. Dies gilt ebenso für die chronische Aufnahme von bestimmten Arzneimitteln wie Diuretika, Corticoide und orale Kontrazeptiva [5].

Die Mangelsymptome betreffen vier Bereiche: Zentralnervensystem (ZNS), Herz-Kreislaufsystem, Gastrointestinaltrakt und Muskulatur (Tab. 5). In ZNS und Muskulatur äußert sich ein Mangel in nervösen Störungen wie Zittern, Unruhe, Schwindel sowie neuromuskuläre Übererregbarkeit mit Neigung zu Muskelkrämpfen. Auch besteht ein Zusammenhang zwischen einem Magnesiumdefizit und Herz-Rhythmus-Störungen. Infolge von niedrigen Magnesiumwerten, kann Calcium vermehrt einströmen und sich anreichern. So kontrahieren die Blutgefäße und der Gefäßtonus erhöht sich. Durchblutungsstörungen und Gefäßspasmen – vor allem Koronarspasmen und Tachykardien sind die Folge. Auch wird noch diskutiert, ob ein Defizit die Entstehung von Hypertonie begünstigt [2].

Magnesiumintoxikation und die Folgen

Orale Zufuhrmengen von 3 bis 5 g/d, die also weit über der empfohlenen Zufuhr von 300 bis 350 mg/d liegen, können osmotisch bedingte Durchfälle verursachen (DACH). Besonders bei Schwangeren, die aufgrund einer Eklampsie mit Magnesium behandelt werden, kann eine Hypermagnesiämie auftreten, was für das Neugeborene eingeschränkte Vitalfunktionen zur Folge hat [1]. Bei einer Niereninsuffizienz und/oder hoher parenteraler Zufuhr konnte eine Herabsetzung der Funktionsfähigkeit des ZNS mit Muskellähmungen sowie Todesfällen beobachtet werden [5] (s. Tab. 5). Weitere mögliche Symptome sind Blutdrucksenkung, Schläfrigkeit und Hautrötungen. Bei einer oralen Überdosierung schützen in der Regel Erbrechen und Durchfälle vor Vergiftungen [1]. Durchfälle entstehen, da das nicht absorbierte Magnesium im Darm verbleibt und die Wasserabsorption vermindert. Bei Patienten mit Niereninsuffizienz, deren Magnesiumausscheidung beeinträchtigt ist, wird angeraten, zusätzliche Magnesiumgaben nur unter ärztlicher Kontrolle zu verabreichen. Auch Patienten mit AV-Block und bradykarden Rhythmusstörungen müssen beachten, dass eine unkontrollierte Magnesiumgabe kontraindiziert ist [2]. Die obere sichere Grenze von Magnesium liegt bei 250 mg/d (Tolerable Upper Intake Level, festgesetzt von der Europäischen Behörde für Lebensmittelsicherheit). Sie gilt allerdings nur für Magnesiumsalze (z. B. Chlorid, Sulfat, Laktat), die über Supplemente, Wasser oder angereicherte Lebensmittel aufgenommen werden [1].

Magnesium in Prävention und Therapie

Eine präventive Wirkung kann Magnesium im Zusammenhang mit der Entstehung von Calciumoxalatsteinen zugeschrieben werden, da es wie Zitronensäure inhibitorisch wirkt. Beachtet werden muss jedoch, dass die Verwertbarkeit von Magnesium in ballaststoffreichen Lebensmitteln durch hohe Phytatgehalte verringert sein kann [6]. Aber auch in pharmakologischen Dosierungen gewinnt Magnesium zunehmend an Bedeutung. Wissenschaftlich belegt ist, dass der Einsatz von Magnesium bei atrialen sowie supraventrikulären Tachyarrhthmien sinnvoll ist. Eine Magnesiumtherapie ist auch bei therapiefraktären ventrikulären Tachykardien indiziert. Da Magnesium kardioprotektiv wirkt, wird es auch bei einem akuten Myokardinfarkt eingesetzt. Weiterhin können endotheliale Dysfunktionen, die bei atherosklerotischen Veränderungen auftreten, durch Magnesium positiv beeinflusst werden. Einige unkontrollierte Interventionsstudien zeigten Erfolge bei der Behandlung von Hypertoniepatienten, doch Ergebnisse kontrollierter Studien konnten dieses Ergebnis lediglich für Patienten mit erniedrigtem Magnesiumspiegel bestätigen. Zwei Interventionsstudien kamen zu dem Schluss, dass sich durch eine Supplementierung die Knochendichte und -mineralisation positiv beeinflussen lässt. Weiterer Forschungsbedarf ist allerdings notwendig, um die Bedeutung von Magnesium bei der Prävention und Therapie von Osteoporose zu bestätigen. Magnesium könnte auch in der Therapie von Migränepatienten von Bedeutung sein, da diese häufig erniedrigte intrazelluläre Spiegel aufweisen. Durch eine Supplementierung von 600 mg/d konnte in einer Studie nicht nur die Dauer, sondern auch die Anfallsfrequenz reduziert werden. Bei niedrigeren Dosen blieb dieser Effekt jedoch aus, so dass auch hier weiterer Forschungsbedarf besteht. Der Einsatz bei Eklampsie, Schwangerschaftsgestosen und Asthma bronchiale ist bislang nicht ausreichend wissenschaftlich abgesichert. Nicht zuletzt sollte auch bei einer Kaliumsubstitution Magnesium zugeführt werden, da es die Aktivität der Na⁺ /K⁺ -ATPase beeinflusst und wichtig für den Kaliumtransport in die Zelle ist [2].

• Kinasen
• Phosphatasen
• Transphosphatasen
• Pyrophosphatase
• 5-Nucleotidase
• Enolase
• Phosphoglucomutase
• Phosphoribomutase
• Pyruvatoxidase
• Cholinoxidase
• Glutaminase
• Carboxypeptidase
• Leucinaminopeptidase
• alle mit Thiaminpyrophosphat funktionierenden Enzyme

• Folge 1: Nahrungsenergie (DAZ Nr. 18/2006, S. 57f)
• Folge 2: Kohlenhydrate (DAZ Nr. 22/2006, S. 64f)
• Folge 3. Fette (DAZ Nr. 27/2006, S. 51f)
• Folge 4: Proteine (DAZ Nr. 31/2006, S. 46f)
• Folge 5: Vitamin A (DAZ Nr. 36/2006, S. 68f)
• Folge 6: Vitamin D (DAZ Nr. 41/2006, S. 80f)
• Folge 7: Vitamin E (DAZ Nr. 44/2006, S. 68f)
• Folge 8: Vitamin K (DAZ Nr. 50/2006, S. 60f)
• Folge 9: Vitamin B₁ (DAZ Nr. 1/2007, S. 58f)
• Folge 10: Vitamin B₂ (DAZ Nr. 5/2007, S. 64f)
• Folge 11: Calcium (DAZ Nr. 9/2007, S. 50f)
• Folge 12: Kalium (DAZ Nr. 13/2007, S. 73f)
• Folge 13: Natrium und Chlorid (DAZ Nr. 18/2007, S. 85f)