Ernährungsforschung

Magnesium und Mg-Verbindungen in Supplementen

Haushalt und Bioverfügbarkeit

Von Klaus Eder

Da Magnesium vielfältige Funktionen im Körper ausübt, führt eine unzureichende Versorgung zu vielen Mangelsymptomen. Der Magnesiumhaushalt des Körpers wird durch die intestinale Resorption, die biliäre und renale Ausscheidung sowie die Speicherung im Skelett reguliert. Die Resorption von Magnesium erfolgt über den kompletten Darm teils Carrier-vermittelt, teils parazellulär durch passive Diffusion. Die Resorptionsrate aus der Nahrung liegt normalerweise bei 35 bis 55%, kann aber bei fettreicher Nahrung oder in Gegenwart von Phosphat, Phytat oder Oxalat deutlich reduziert sein. Die Bioverfügbarkeit von Magnesiumpräparaten hängt entscheidend von den jeweiligen Liganden ab. Organische Magnesiumverbindungen wie das Citrat, Aspartat, Aspartat-hydrochlorid, Gluconat oder Aminosäurenkomplexe sowie das Chlorid werden deutlich besser resorbiert als das Carbonat, Oxid und Sulfat.

Ein Erwachsener enthält etwa 24 bis 28 g Magnesium; dieses ist nach Kalium das mengenmäßig zweithäufigste intrazelluläre metallische Element in unserem Körper. Magnesium fungiert als Cofaktor von über 300 Enzymen. Indem es die meisten ATP-abhängigen Enzyme aktiviert, ist es an Reaktionen der Energiebereitstellung sowie an der Protein- und Nucleinsäurensynthese beteiligt. Als Calciumantagonist setzt Magnesium den Tonus von Muskelzellen herab. Es stabilisiert darüber hinaus biologische Membranen, beeinflusst die Zelladhäsion, moduliert Ionenpumpen und -kanäle und ist wichtig für die Mineralisierung und das Wachstum des Knochens [1, 13].

Aufgrund seiner vielfältigen Funktionen ist es nicht erstaunlich, dass eine unzureichende Versorgung mit Magnesium zu vielen biochemischen Veränderungen und klinischen Mangelsymptomen führt. Zeichen eines Magnesiummangels sind u. a. Muskelkrämpfe, Magen-Darm-Beschwerden wie Übelkeit, nervöse Beschwerden wie Kopfschmerz oder Nervosität, Herzprobleme wie Herzrhythmusstörungen oder Tachykardie, vorzeitige Wehen in der Schwangerschaft, brüchige Fingernägel und Menstruationsbeschwerden [1, 3, 16].

Magnesiumhaushalt der Menschen

Der Magnesiumhaushalt wird durch das Zusammenspiel von Resorption aus dem Darm, Ausscheidung über den Stuhl und den Urin sowie die Einlagerung und die Freisetzung in das bzw. aus dem Skelett reguliert (Abb. 1).

  • Zum größten Teil (ca. 60%) befindet sich das Magnesium in den Knochen, die auch als Magnesiumspeicher fungieren.

  • Gut ein Viertel (25–30%) befindet sich in der Skelettmuskulatur.

  • Die anderen Gewebe enthalten zusammen 5 bis 10%.

  • Das Serum enthält nur etwa 1%, stellt aber einen wichtigen Magnesiumpool dar [13].


Die Normalwerte des Serum-Magnesiumspiegels liegen bei 0,75 bis 1,1 mmol/L. Aus gesundheitlicher Sicht wünschenswert sind jedoch Werte > 0,80 mmol/L [3, 14]. 55% des Magnesiums im Serum liegen in freier Form vor, der Rest ist gebunden an Albumine oder niedermolekulare Liganden wie Citrat, Phosphat, Sulfat oder Carbonat.

Freies Magnesium kann aus dem Serum mittels einer ATPase in Gewebe aufgenommen werden, in denen es dann für die Funktionen zur Verfügung steht. Bei einem Absinken des Serum-Magnesiumspiegels wird relativ schnell Magnesium aus den Speichern freigesetzt, sodass sich der Magnesiumspiegel wieder normalisiert. Sind die Magnesiumspeicher im Körper nach längerer Unterversorgung oder gesteigerten Verlusten bereits entleert, sinkt der Serum-Magnesiumspiegel dauerhaft ab, was verringerte Magnesiumkonzentrationen in den Geweben zur Folge hat. Infolge dessen laufen Magnesium-abhängige Reaktionen nur noch unvollständig ab, wodurch sich entsprechende klinische Symptome manifestieren [1].

Ausscheidungswege

Bei einer Zufuhr von 300 mg Magnesium pro Tag mit der Nahrung werden im Mittel etwa 130 mg resorbiert und 170 mg über den Stuhl ausgeschieden. Zusätzlich gehen dem Körper über Verdauungssekrete, die in den Darm abgegeben werden, pro Tag 30 mg Magnesium verloren, sodass die Gesamtausscheidung an Magnesium über den Stuhl in diesem Fall bei etwa 200 mg pro Tag liegt.

Eine entscheidende Rolle für die Magnesiumbilanz spielt die Niere. Etwa 70% des Magnesiums im Serum werden filtriert; davon werden bei normalem Serum-Magnesiumspiegel etwa 95% im Tubulus wieder rückresorbiert. Bei einer täglichen Zufuhr von 300 mg Magnesium werden etwa 100 mg Magnesium über den Urin ausgeschieden, sodass die Magnesiumbilanz ausgeglichen ist. Bei einem niedrigen Serum-Magnesiumspiegel ist die Ausscheidung von Magnesium über den Urin vermindert [13]. Daher eignet sich die über den Urin ausgeschiedene Magnesiummenge als Kriterium zur Abschätzung des Mg-Versorgungszustandes.

Nicht zu unterschätzende Verluste können auch durch übermäßiges Schwitzen auftreten. Die Magnesium-Konzentration des Schweißes ist variabel und liegt zwischen 1,5 und 5 mmol/L (ca. 35–120 mg/L). An einem heißen Sommertag oder bei starker körperlicher Tätigkeit kann der Körper über den Schweiß deutlich über 100 mg Magnesium verlieren [20].

Unzureichende Magnesiumzufuhr

Ein unzureichender Magnesiumstatus kann durch verschiedene Faktoren hervorgerufen werden, nämlich eine zu geringe Magnesiumzufuhr mit der Nahrung (entweder Lebensmittel mit niedrigen Magnesiumgehalten oder mit geringer Bioverfügbarkeit des Magnesiums),

  • erhöhte Magnesiumverluste über den Stuhl, den Urin oder den Schweiß sowie

  • einen gesteigerten Magnesiumbedarf der Gewebe.


Magnesiummangelsymptome treten insbesondere dann auf, wenn die Magnesiumspeicher durch eine längerfristige Dysbalance von Zufuhr und Verlusten bereits weitgehend geleert sind. Daten aus Verbrauchsstichproben zeigen, dass eine ausreichende Zufuhr an Magnesium über die Nahrung keinesfalls in der gesamten Bevölkerung gesichert ist. Bei Männern im Alter von 15 bis 18 bzw. 19 bis 25 Jahren in den alten Bundesländern betrug die mittlere Magnesiumzufuhr nur 90% bzw. 85% der empfohlenen Menge [5]; in der weiblichen Bevölkerung im Alter von 13 bis 19 Jahren lag die mittlere Magnesiumzufuhr ebenfalls unterhalb der empfohlenen Menge. Bei Einwohnern der neuen Bundesländer ist die Magnesiumzufuhr teilweise sogar noch niedriger.

Zu berücksichtigen ist des Weiteren, dass die Bioverfügbarkeit von Magnesium aus Nahrungsmitteln stark schwanken kann. Sie wird beispielsweise durch Phytinsäure, Fett und Proteine beeinträchtigt. Dies ist deshalb relevant, weil gerade Lebensmittel mit einem hohen Magnesiumgehalt häufig reich an Phytinsäure (Vollkornprodukte) oder Fett und Protein (Nüsse, Schokolade, Sojaprodukte) sind.

Erhöhte Magnesiumverluste

Erhöhte Verluste von Magnesium über den Stuhl treten besonders bei länger anhaltenden Diarrhöen oder bei Einnahme von Laxanzien auf. Auch ein Malabsorptionssyndrom wie Zöliakie oder chronisch entzündliche Darmerkrankungen (Morbus Crohn, Colitis ulcerosa) können eine verminderte Resorption von Magnesium oder gesteigerte Verluste über den Stuhl verursachen.

Eine gesteigerte renale Ausscheidung von Magnesium ist besonders nach Alkoholkonsum oder durch Glukosurie bei Diabetes mellitus festzustellen [16]. Auch verschiedene Medikamente steigern die Ausscheidung von Magnesium über den Urin, vor allem Diuretika, Aminoglykoside, Amphotericin B, Methotrexat und Immunsuppressiva. Es gibt auch angeborene Magnesiumverlusterkrankungen wie das Gitelman-Syndrom und das Bartter-Syndrom [13].

Ausdauersportler haben häufig niedrige Serum-Magnesiumspiegel, weil sie viel Magnesium über den Schweiß verlieren und weil sportliche Aktivität die Magnesiumausscheidung über den Urin erhöht [12].

Resorption von Magnesium im Darm

Die Resorption von Magnesium erfolgt neueren Erkenntnissen zufolge aus dem kompletten Darm. Die höchste Resorptionskapazität weist das Ileum auf, gefolgt vom Kolon und dem Jejunum [16]. Magnesium wird durch zwei verschiedene Prozesse resorbiert:

  • durch einen Carrier-vermittelten Prozess und

  • parazellulär durch passive Diffusion [8].


Die Carrier-vermittelte Aufnahme von Magnesium erfolgt durch den Ionenkanal TRPM6, ein spezifisches Transportprotein in der Darmwand [9]. Sie ist zwar sehr effektiv, allerdings aufgrund einer sehr begrenzten Menge des Transportproteins bereits bei relativ geringen Magnesiumkonzentrationen des Darminhaltes ausgelastet. Dieser Prozess spielt daher vor allem für die Resorption von Magnesium bei geringer Zufuhr mit der Nahrung eine Rolle.

Die Aufnahme von Magnesium durch Diffusion ist weniger effektiv; sie steigt aber bei wachsender Magnesiumzufuhr über einen weiten Bereich linear an. Durch die Überlagerung beider Prozesse ergibt sich ein biphasischer Verlauf der Magnesiumresorption (Abb. 2).

Mit zunehmender Magnesiumzufuhr verschlechtert sich die Resorptionsrate. Unter normalen Bedingungen liegt sie zwischen 35 und 55%; bei geringer Zufuhr kann sie auf 75% steigen, bei hoher Zufuhr auf 25% oder – bei Megadosierungen – noch tiefer fallen. In einer Studie von Fine et al. [6] betrug die Resorptionsrate bei Verabreichung von 5 mmol (121 mg) Magnesium in Form von Magnesiumacetat 30%. Wurden hingegen 20 mmol (486 mg) verabreicht, so betrug sie nur noch 15%.

Dass die Mg-Resorptionsrate von der Mg-Zufuhr abhängig ist, spielt eine Rolle für die Supplementation: Eine mehrmals tägliche Einnahme von Magnesium (z. B. 2- bis 3-mal pro Tag) ist aufgrund der besseren Resorptionsrate sinnvoller als große Einmaldosen.

Phosphat, Phytat und Oxalat hemmen die Mg-Resorption, weil sie im Darm unlösliche Komplexe mit Magnesium bilden. Auch Fette wirken sich negativ auf die Resorption von Magnesium aus, weil die während der Fettverdauung freigesetzten Fettsäuren unlösliche Salze mit Magnesium bilden können [16]. Entgegen weit verbreiteten Annahmen beeinträchtigen Magnesium und Calcium bei üblichen Dosierungen nicht gegenseitig ihre Resorption, denn sie werden durch unterschiedliche Transportsysteme aufgenommen [15–17].

Klinische Studien zur Bioverfügbarkeit von Mg-Verbindungen

Für die Supplementation stehen anorganische Mg-Verbindungen (Oxid, Carbonat, Sulfat, Phosphat) und organische Mg-Verbindungen (Citrat, Aspartat, Aspartat-hydrochlorid, Glutamat, Orotat) zur Verfügung. Untersuchungen zeigen, dass bei ihrer Bioverfügbarkeit teilweise erhebliche Unterschiede existieren. Meistens wurde die Bioverfügbarkeit indirekt bestimmt, indem bei den Probanden, deren Magnesiumspeicher vorher gefüllt worden waren, nach der peroralen Gabe der jeweiligen Magnesiumsalze die zusätzlich über den Urin ausgeschiedene Mg-Menge gemessen wurde. Diese Methode ist geeignet, da bei gefüllten Magnesiumspeichern das überschüssige Magnesium, das aus der Supplementierung resultiert, vollständig über den Urin eliminiert wird.

Aus den bisherigen Untersuchungen, die mit gesunden Probanden durchgeführt wurden, lässt sich ableiten, dass die gut löslichen organischen Magnesiumverbindungen eine deutlich höhere Bioverfügbarkeit aufweisen als Magnesiumoxid, -hydroxid und -sulfat. In einer Studie von Mühlbauer et al. [11] wurde die Resorption von MagnesiumL-Aspartat-hydrochlorid mit der von Magnesiumoxid an 24 Testpersonen verglichen. Nach einer täglichen Verabreichung von 30 mmol (723 mg) Magnesium in Form von Aspartat-hydrochlorid, entweder als Tabletten oder Granulat, über eine Woche betrug die zusätzliche Magnesiumausscheidung über den Urin 34 mmol (Abb. 3).

Wurde die gleiche Mg-Menge als Magnesiumoxid verabreicht, betrug die zusätzliche Magnesiumausscheidung über den Urin nur 22 mmol. Die Bioverfügbarkeit von Magnesiumoxid belief sich daher auf nur etwa 65% der Bioverfügbarkeit von Mg-Aspartat-hydrochlorid. Wurden täglich 45 mmol (1084 mg) der jeweiligen Magnesiumverbindungen über eine Woche verabreicht, so betrug die zusätzliche Magnesiumausscheidung über den Urin 51 mmol für Mg-Aspartat-hydrochlorid und 23 mmol für Magnesiumoxid (45%).

In einer Studie von Lindberg et al. [10] wurde die Bioverfügbarkeit von Magnesiumoxid mit der von Magnesiumcitrat (in Tablettenform) an 17 Probanden verglichen. Beide Verbindungen wurden in einer Dosis von 25 mmol (608 mg) Magnesium verabreicht. Der Anstieg der Mg-Ausscheidung über den Urin – als das Maß für die Bioverfügbarkeit – war nach der Gabe von Magnesiumcitrat 3,5-mal (0,022 vs. 0,006 mg Mg/mg Kreatinin) so hoch wie nach der Gabe von Magnesiumoxid (Abb. 4).

In einer Untersuchung von Walker et al. [19] wurde die Bioverfügbarkeit von Magnesiumcitrat, Magnesium-Aminosäuren-Chelaten und Magnesiumoxid bei einer täglichen Dosis von 12,4 mmol (300 mg) Mg an 46 Probanden verglichen. Bei den Probanden, die die beiden organischen Magnesiumsalze einnahmen, lag die zusätzliche Magnesiumausscheidung über den Urin bei 1,5 bis 2 mmol pro Tag. Nach Einnahme von Magnesiumoxid konnte hingegen kein Anstieg der Magnesiumausscheidung über den Urin festgestellt werden.

Firoz und Grabner [7] verglichen die Bioverfügbarkeit von Magnesiumchlorid, Magnesiumoxid, Magnesiumlactat und Magnesiumaspartat bei einer täglichen Dosis von 10,5 mmol (255 mg) Mg an 16 Probanden. In dieser Studie war die zusätzliche Ausscheidung von Magnesium über den Urin nach der Einnahme von Magnesiumchlorid, Magnesiumlactat und Magnesiumaspartat vergleichbar (30, 29 und 25 mg/Tag), nach der Einnahme von Magnesiumoxid hingegen deutlich niedriger (10 mg/Tag). Magnesiumchlorid hat demnach eine ähnlich hohe Bioverfügbarkeit wie die beiden organischen Magnesiumsalze. Magnesiumoxid schnitt wieder deutlich am schlechtesten ab, obwohl die Tagesdosis auf drei Gaben (bei Mg-Aspartat und MgCl2 nur auf zwei Gaben) aufgeteilt war.

Tierexperimentelle Studien

Untersuchungen an Tiermodellen bestätigen, dass sich verschiedene Magnesiumsalze in ihrer Bioverfügbarkeit unterscheiden. Coudray et al. [4] fanden, dass auch bei Ratten die meisten organischen Salze etwas besser resorbiert werden als anorganische Salze. Die höchste Resorptionsrate zeigte sich in diesem Experiment für das Mg-Gluconat (57%), die geringste für MgSO4 (35%).

Die relativ geringe Bioverfügbarkeit von MgSO4 bestätigte sich in einem weiteren Tierversuch [2], in dem nach Gabe von Magnesiumchlorid, Magnesiumaspartat, Magnesiumaspartat-hydrochlorid und Magnesiumsulfat der Anstieg des Magnesiumspiegels im Vollblut bestimmt wurde. Hier war die Gabe von Magnesiumaspartat-hydrochlorid am effektivsten, gefolgt von Magnesiumaspartat und Magnesiumchlorid. Magnesiumsulfat war hingegen nur sehr gering wirksam.

Fazit

Die begrenzte Anzahl an Studien zur Bioverfügbarkeit verschiedener Magnesiumsalze lässt insgesamt den Schluss zu, dass anorganische Mg-Verbindungen wie das Carbonat, Oxid oder Sulfat (mit Ausnahme von Chlorid) eine deutlich niedrigere Bioverfügbarkeit aufweisen als organische Verbindungen wie das Citrat, Aspartat, Aspartat-hydrochlorid, Gluconat oder Aminosäurenkomplexe. Die gut resorbierbaren Magnesiumverbindungen sind als Supplemente den anderen vorzuziehen.


Literatur

[1] Biesalski H.K., et al. (1999): Ernährungsmedizin. Georg Thieme-Verlag, Stuttgart.

[2] Classen H.G., et al. (1973): Vergleichende tierexperimentelle Untersuchungen über die Resorption von Magnesium als Sulfat, Chlorid, Aspartat und Aspartat-Hydrochlorid aus dem Magen-Darm-Trakt. Arzneimittel-Forschung 23: 267– 271.

[3] Classen H.G. (2002): Magnesium. In: Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe (Biesalski H.K., Köhrle J., Schümann K., eds.). Georg Thieme Verlag, Stuttgart, 132–137.

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[5] Deutsche Gesellschaft für Ernährung (2004): Ernährungsbericht. Bonn.

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[10] Lindberg J.S., et al. (1990): Magnesium bioavailability from magnesium citrate and magnesium oxide. J. Am. Coll. Nutr. 9, 48–55.

[12] Mühlbauer B., et al. (1991): Magnesium-L-aspartate-HCl and magnesium-oxide: bioavailability in healthy volunteers. Eur. J. Clin. Pharmacol. 40: 437– 438.

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[18] Suter P.M. (2005): Checkliste Ernährung. Georg Thieme Verlag, Stuttgart

[19] Walker A.F., et al. (2003): Mg citrate found more bioavailable than other Mg preparations in a randomised, double-blind study. Magnesium Res. 16: 183 –191.

[20] Wilmore J.H., Copstill D.L. (1999): Physiology of Sport and Exercise. Human Kinetics, Champaign, IL, USA.


Anschrift des Verfassers:

Prof. Dr. oec. troph. Klaus Eder, Universität Halle-Wittenberg, Institut für Agrar- und Ernährungswissenschaften, Emil-Abderhalden-Straße 26, 06108 Halle, klaus.eder@landw.uni-halle.de
Abb. 1: Magnesiumhaushalt des Menschen (nach [13]).
Abb. 2: Abhängigkeit der Magnesium-Resorption von der Zufuhrmenge (nach [9]).
Abb. 3: Bioverfügbarkeit von Mg-Aspartat-hydrochlorid im Vergleich zu Mg-Oxid bei Gabe von 30 bzw. 45 mmol Mg pro Tag über sieben Tage, gemessen anhand des ­Anstiegs des Urin-Mg (mmol/Tag).
Abb. 4: Bioverfügbarkeit von Mg-Citrat im Vergleich zu Mg-Oxid bei Einmalgabe von 25 mmol Mg, gemessen ­anhand des Anstiegs des Urin-Mg (mg/mg Kreatinin).

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