Weitere nicht essentielle Spurenelemente Arsen – Bor – Kobalt – Nickel – Silizium – Zinn

Wir nehmen mit unserer Nahrung zahlreiche mineralische Elemente auf. Bei vielen ist nachgewiesen, dass sie für unseren Stoffwechsel, essentielle, das heißt lebenswichtige, Funktionen haben. Für die hier vorgestellten Spurenelemente ist bisher keine essentielle Funktion anerkannt. Es ist dennoch möglich, dass diese Elemente in sehr geringen Spuren für den Menschen essentiell sein könnten. Bei einigen dieser Spurenelemente gibt es Hinweise auf den essentiellen Bedarf bei Tieren und auf mögliche Funktionen beim Menschen.Es fehlt jedoch bisher an ausreichenden Nachweisen für den essentiellen Bedarf, die spezifischen Funktionen und die Folgen von Mangelzuständen.

Arsen

Arsen ist ein bekanntes Gift. In sehr geringen Spuren ist es in einigen Lebensmitteln enthalten. Die Rolle von Arsen im Körper des Menschen ist bisher unbekannt.

Arsen ist ein Halbmetall, das als Spurenelement in allen Lebewesen und in der Natur (Erdkruste, Wasser, Luft) vorkommt. Arsen ist vor allem für seine giftigen Wirkungen bekannt, weniger für seinen Beitrag zum gesunden Stoffwechsel von Tieren und Menschen. Die verschiedenen organischen und inorganischen Arsenverbindungen unterscheiden sich im Grad ihrer Toxizität, einige sind schwach, andere stark giftig. Arsen kann langfristig von Proteinen in Geweben (Haut, Haare und Nägel) gebunden werden und wird nur sehr langsam wieder ausgeschieden. Hinweise auf mögliche lebenswichtige Funktionen dieses Spurenelementes stammen aus Tierstudien. Bisher konnte die physiologische Rolle von Arsen jedoch nicht klar definiert werden. Möglicherweise kann es den Stoffwechsel von Aminosäuren, beispielsweise von Taurin, beeinflussen. Für Tiere ist Arsen eventuell ein essentielles Spurenelement, für den Menschen gilt es als nicht essentiell.

Arsen ist in der Ernährung in sehr geringen Spuren in verschiedenen Lebensmitteln enthalten, beispielsweise in Brot und anderen Getreidewaren, Pflanzenstärke, Fleisch und Fisch und im Trinkwasser. Bisher werden keine Empfehlungen für den täglichen Bedarf gegeben. Ein theoretisch denkbarer Bedarf wurde allein aus Tierstudien abgeleitet, danach wurde ein Tagesbedarf von 12,5 bis 25 mcg errechnet. Bekannt ist, dass wir mit unserer Ernährung täglich etwa 12 bis 50 mcg Arsen aufnehmen, danach wäre der Bedarf in der Regel gedeckt.

Arsen wird wegen seiner Toxizität in der Medizin nicht verwendet. Folgen eines Mangels an Arsen wurden bisher nur bei Tieren beobachtet. Dazu gehören beispielsweise ein verringertes Wachstum und Veränderungen in den Zellen des Herzmuskels. Die Aufnahme von übermäßigem Arsen oder der berufsmäßige Kontakt mit Arsen kann zu vielen Schädigungen im Körper führen. Dazu gehören Durchfälle, Verwirrtheit, Kreislaufstörungen, Leber- und Nierenschäden sowie eine Reihe von Hautkrankheiten.

Bor

Für Bor gibt es eine Reihe von als essentiell geltenden Funktionen bei Tieren. Ob dies auch für den Menschen gilt, ist bis heute unbekannt. Bekannt sind einige Funktionen, zu denen beispielsweise die Einflüsse auf die Knochengesundheit gehören.

Bor ist ein nichtmetallisches Element. Es kommt in der Natur meist in komplexen Verbindungen mit Zuckern, Vitamin B2, B6 und C vor, für Pflanzen ist es essentiell. Bor wird zur Herstellung von Herbiziden, Dünge- und Reinigungsmitteln eingesetzt. Für die menschliche Ernährung wurde das Spurenelement Bor bis 1981 als unwichtig angesehen. Heute weiß man, dass im Organismus Borsäure vorhanden ist. Forschungen zeigten, dass Bor für einige Tiere ein essentielles Spurenelement ist. Man vermutet, dass dies auch für den Menschen gilt, konnte dies aber bisher nicht genau nachweisen. Bekannt ist, dass Borverbindungen Hydroxylgruppen liefern. Diese werden für die Bildung einiger Steroidhormone benötigt, beispielsweise für Östrogen und Testosteron. Bor könnte diese Hormone auch vor dem Abbau im Stoffwechsel schützen. Es könnte außerdem für die Hirnfunktionen nötig sein. Bei einer geringen Zufuhr von Bor wurden in Hirnströmen verringerte Wellenlängen beobachtet. Folgen sind beispielsweise geringe Aufmerksamkeit und eine schlechtere Motorik. Zusammen mit Vitamin C und Bioflavonoiden kann Bor den Abbau der schützenden Hyaluronsäure durch das Enzym Hyaluronidase hemmen. Dies könnte die bekannte Wirkung von Borwasser in der Augenheilkunde erklären. Bor ist vermutlich auch an Transportprozessen der Zellen beteiligt. Es fungiert vielleicht als eine Art Wächter für wichtige Ionen, die in Zellen eindringen wollen, beispielsweise das energiereiche ATP (Adenosintriphosphat), das für die Zellteilung und -reparaturen benötigt wird. Bekannt ist weiter, dass Bor für die Gesundheit der Knochen wichtig sein kann. Neben seiner Wirkung auf den Gehalt des Hormons Östrogen konnten Gaben von Bor bei osteoporotischen Frauen nach der Menopause die Knochengesundheit positiv beeinflussen. Dazu trägt vermutlich auch bei, dass Bor vor dem Verlust von Kalzium schützen kann. Aus Tierstudien gibt es erste Hinweise, dass Bor die Bildung von Antikörpern fördern kann und damit möglicherweise auch eine Rolle im Immunsystem spielt.

Bor kommt vor allem in pflanzlichen Lebensmitteln, in vielen Früchten und Gemüsen, aber auch in der Milch und Milchprodukten sowie im Trinkwasser vor. Täglich werden etwa 1 bis 3 Milligramm Bor aufgenommen.

An Bor reiche Lebensmittel enthalten in 100 Gramm

Ein Bormangel konnte bisher nur experimentell nachgewiesen werden. Bekannt ist, dass in Ländern, deren Böden borarm sind, beispielsweise Jamaika und Mauritius, die Arthritis häufiger vorkommt. In solchen Ländern wird mit der Ernährung meist nur 1 bis 2 mg Bor täglich aufgenommen, während in Ländern mit geringen Vorkommen an Arthritis etwa 5 bis 10 mg Bor täglich aufgenommen werden. Bor kann durch gechlortes Wasser, halogenierte Kohlenwasserstoffe, Alkoholika (Schnaps, Likör) und chlorhaltige Antibiotika verloren gehen.

Zu hohe Zufuhren an Bor können giftig wirken, sie können Enzymaktivitäten hemmen und einige andere Störungen auslösen. Dazu gehören beispielsweise Erbrechen, Durchfälle, Kopfschmerzen, Ruhelosigkeit und Nierenschäden. Der für medizinische Anwendungen sichere Bereich von erhöhten Dosierungen ist bisher nicht definiert. Früher verwendete man in der Medizin Borwasser für die Augen. Da dieses häufiger Vergiftungen auslöste, setzte man diese Therapie ab. Borhaltige Präparate sind deshalb in vielen Ländern nicht zugelassen. Borhaltige Lösungen sollten nur nach den Anweisungen und unter Betreuung eines Arztes eingesetzt werden.

Die Ergänzung von Bor zur Vorbeugung oder begleitenden Therapie, beispielsweise bei Osteoporose, ist bei uns nicht üblich. In den USA ist Bor in geringen Mengen in einigen Nahrungsergänzungsmitteln enthalten, die den Knochenbau unterstützen können. Die Anwendung sollte nur unter therapeutischer Kontrolle erfolgen.

Kobalt

Kobalt ist ein Bestandteil von Vitamin B12. Nur auf diese Weise ist es vermutlich für den Menschen essentiell.

Kobalt ist ein Schwermetall, das zur Eisengruppe gehört. Als Erz wurde es schon in der Antike verwendet, und die Chinesen färbten bereits 1500 vor Christus ihr Porzellan mit Kobaltfarben. 1735 wurde Kobalt als Metall erkannt, doch erst zweihundert Jahre später, 1935, entdeckte man die Bedeutung von Kobalt in der Medizin, wo es zur Strahlentherapie eingesetzt wird. Kobalt ist als einziges Spurenelement Bestandteil eines Vitamins. Als zentrales Atom von Vitamin B12 gilt es als essentiell. Kobalt ist auf diese Weise an allen Funktionen beteiligt, die von diesen Vitamin abhängen, dazu gehört beispielsweise die Bildung roter Blutkörperchen. Kobalt ist vermutlich auch am Stoffwechsel von Jod in der Schilddrüse beteiligt. Es aktiviert weiter eine Reihe von Enzymen auf unspezifische Weise, das betrifft beispielsweise die Glukokinase, Tyrominase und die antioxidativ wirkende Superoxiddismutase. Der Bestand an Kobalt im Körper beträgt etwa 1,1 Milligramm. Relativ viel davon ist in der Leber und im Knochenmark enthalten, auch in der Milz, im Pankreas und in den Nieren ist Kobalt zu finden.

Der tägliche Bedarfswert für Kobalt ist nicht bestimmt, er kann aber über die B12-Werte definiert werden. Mit den bei uns empfohlenen 3 Mikrogramm (mcg) B12 werden 0,2 bis 0,4 mcg Kobalt aufgenommen. Kobalt ist in allen Lebensmitteln, die Vitamin B12 enthalten, vorhanden. Als besonders kobaltreich gelten Spinat, Linsen, Fische, Tomaten, Kartoffeln und Salat. Bei hohen Aufnahmen von Eisen ist die Resorption im Körper verringert.

Ein isolierter Mangel an Kobalt ist bisher unbekannt. Übermäßige Zufuhren an Kobalt können die Bildung von Hämoglobin steigern und möglicherweise auch den Jodgehalt der Schilddrüse erhöhen. Bei erhöhter Zufuhr von anorganischen Kobaltsalzen wurden Herzmuskelschwächen beobachtet. Als Bestandteil von Vitamin B12 zeigt Kobalt dagegen auch in hohen Dosen keine unerwünschten Wirkungen.

Nickel

Nickel ist für höhere Tiere essentiell. Das Gleiche gilt bisher jedoch nicht für den Menschen. Nickel könnte aber wichtige Funktionen haben. Das gilt beispielsweise für einige Enzyme und den Stoffwechsel bestimmter Hormone.

Nickel wurde 1751 bei der Untersuchung von Kobaltsalzen entdeckt. Es wird in der Industrie beispielsweise zur Herstellung von Münzen, Chromnickelstahl und zur galvanischen Vernickelung genutzt. Nickel ist für höhere Tiere ein essentielles Spurenelement, gleiches gilt aber bisher nicht für den Menschen. Einige Funktionen von Nickel lassen den lebenswichtigen Nutzen jedoch als möglich erscheinen. Der Bestand an Nickel im Körper wird von 0,5 auf bis zu 10 mg geschätzt. Es ist vor allem in der Lunge, in den Nieren und in hormonbildenden Geweben enthalten. Nickel ist vermutlich an verschiedene Proteinfraktionen gebunden. Es ist ein essentieller Teil mehrerer Enzyme, beispielsweise von Urease und Laktatdehydrogenase. Nickel-Ionen stabilisieren möglicherweise einen leicht veränderlichen Faktor innerhalb der Blutgerinnung. Weiter enthalten die RNA und DNA relativ viel Nickel, stabilisierende Wirkungen auf die Nukleinsäure werden diskutiert. Die Bildung und Funktion einiger Hormone reagieren auf Konzentrationen von Nickel, das gilt beispielsweise für Prolaktin, Adrenalin, Noradrenalin und Aldosteron. Nickel kann außerdem vermutlich die Leber vor Zirrhose schützen.

Nickel wird vorwiegend aus pflanzlichen Lebensmitteln aufgenommen. Besonders nickelreich sind beispielsweise Kakao und kakaohaltige Produkte, Sojabohnen, Linsen, Bohnen, Erbsen, Kopfsalat und andere Gemüse. Dagegen enthalten Back- und Teigwaren sowie Fleisch und Wurst nur wenig Nickel. Da sie aber häufig gegessen werden, tragen auch sie zur Versorgung bei. Der Nickelbedarf ist nicht genau bestimmt, er wird meist mit 25 bis zu 50 mcg täglich angegeben und liegt deutlich unter 100 mcg. Die Angaben für die tägliche Aufnahme gehen mit 150 bis zu 800 mcg sehr weit auseinander. Im Durchschnitt wird geschätzt, dass wir mit der Nahrung etwa 60 bis 260 mcg täglich aufnehmen. Die Zufuhr an Nickel ist damit höher als der bisher angesetzte Bedarf. Über den Stoffwechsel von Nickel ist wenig bekannt. Man schätzt, dass nur 1 bis 10 Prozent resorbiert werden. Andere Mineralstoffe und Spurenelemente wie Eisen, Magnesium, Zink und Kalzium können die Absorption von Nickel beeinflussen.

Der geschätzte Tagesbedarf an Nickel (50 mcg) ist enthalten in

Ein Mangel an Nickel ist beim Menschen bisher nicht nachgewiesen, allenfalls wurde bei Anämie und Leberzirrhosen ein verminderter Gehalt von Nickel im Blut bekannt. In Tierexperimenten konnte bei fehlendem Nickel die gestörte Eisenverwertung und Blutbildung nachgewiesen werden. Dadurch könnte die Zahl der Erythrozyten und der Gehalt an Hämoglobin und Hämatokrit sinken. Weiter kann die Aktivität von Enzymen, die am Zitratzyklus (Atmungskette) beteiligt sind, verringert sein, gleiches gilt für Enzyme, die am Abbau von Glukose beteiligt sind. Noch ist nicht geklärt, ob ein Nickelmangel Einfluss auf eine Leberzirrhose und die chronische Urämie nimmt.

Unerwünschte Wirkungen einer übermäßigen Zufuhr an Nickel treten nur bei extrem hohen Dosen auf, die bei etwa beim 1000-fachen der normalen Zufuhr aus Lebensmitteln liegen. Solche exzessiven Aufnahmen können Gewebe und Zellen schädigen und Hormon-, Immun- und Enzymaktivitäten stören, unter normalen Bedingungen kommen sie nicht vor. Etwa 8 bis 14 Prozent der Frauen und 1 Prozent der Männer reagieren auf den Kontakt mit Nickel sensitiv. Ursache sind Nickel-Legierungen, beispielsweise in Schmuck, Münzen und Bestecken. Sie können eine Dermatitis mit Ekzemen auslösen, wobei im Körper der Betroffenen meist Zink fehlt. In der Industrie können durch das Einatmen flüchtiger Nickel-Verbindungen und -Stäube, beispielsweise bei der Herstellung von Trockenbatterien und beim Kontakt mit Metall-Legierungen, asthmaähnliche Symptome entstehen. Bekannt ist außerdem, dass bei einigen Krankheiten, beispielsweise Herzinfarkt und Hauterkrankungen, übermäßig Nickel vorhanden ist. Nickel ist im Zigarettenrauch enthalten, es gilt möglicherweise als karzinogen.

Silizium

Silizium könnte für den Menschen ein essentielles Element sein. Es hat bekannte Funktionen für die Struktur von Knorpel, Haut, Bindegeweben und Knochen. Bisher ist seine essentielle Funktion jedoch nicht anerkannt.

Silizium wurde 1823 von dem berühmten schwedischen Wissenschaftler Berzelius entdeckt. Es ist das zweithäufigste Element der Erdkruste, in der Natur kommt es vor allem als Quarz und in Silikatverbindungen vor. Silizium ist außerdem in der Kieselsäure mit einem Anteil von etwa einem Drittel enthalten. Diese kommt in vielen Kristallen vor, beispielsweise in Achat, Amethyst, Bergkristall, Opal, Onyx und Rosenquarz. In der Industrie wird Silizium für die Herstellung von Glas, Porzellan und Zement genutzt. Im menschlichen Körper ist Silizium ein wichtiges, strukturgebendes Element für Knorpel, Haut und Bindegewebe. Es trägt zur Bildung von Glykosaminglykanen (Mucopolysaccharide im Stütz- und Bindegewebe) und von Kollagen (Quervernetzung) bei, da es eine starke Fähigkeit besitzt, Netze zu bilden. Silizium ist außerdem ein Element der knochenbildenden Zellen. Es trägt zur Verkalkung und Mineralisation der Knochen bei.

Silizium kommt vorwiegend organisch gebunden in Pflanzen vor, seltener dagegen in tierischen Lebensmitteln. Es ist im allgemeinen schlecht resorbierbar und geht vermutlich bei industrieller Verarbeitung teilweise verloren. Silizium aus der Kieselsäure ist dagegen besser verfügbar. Sind Pflanzen durch einen erhöhten Gehalt an Aluminium belastet, kann dies die bioverfügbaren Mengen von Silizium verringern. Der tägliche Bedarf an Silizium ist bisher nicht genau bestimmt, es werden unterschiedliche Mengen von 5 bis zu 40 Milligramm täglich empfohlen. Der Gehalt von Silizium in Lebensmitteln ist nicht genau bekannt, entsprechend unterschiedlich sind die Angaben der täglichen Aufnahmen, die von 20 bis zu 150 mg reichen.

An Silizium reiche Lebensmittel enthalten je 100 Gramm

Silizium wird bisher nicht als ein für den Menschen essentielles Spurenelement angesehen. Ein Mangel kann jedoch einige körperliche Folgen haben. Dazu gehören beispielsweise brüchige Nägel, Haarausfall, gestörte Kollagenbildung, sinkende Elastizität der Haut und der Blutgefäßwände sowie Osteoporose. Bei einer Reihe von Krankheiten, beispielsweise Arteriosklerose, Diabetes, Kropf, Neurodermitis und Nierensteine, sind veränderte Konzentrationen von Silizium bekannt. Mit zunehmendem Alter kann der Gehalt in einigen Geweben, beispielsweise in den Blutgefäßen und der Haut, sinken. Eine übermäßige Zufuhr an Silizium kann zu Vergiftungen, der Silikose, führen. Diese trat früher bei Minenarbeitern, die quarzhaltige Stäube einatmeten, häufiger auf und veränderte die Lungengewebe. Heute kommt diese Krankheit nur selten vor.

Die meisten der oral aufgenommenen Siliziumverbindungen sind ungiftig. Silikate werden in der Medizin seit vielen Jahren als Antazida gegen Sodbrennen eingesetzt. Eine längere Anwendung soll wegen möglicher Harnsteinbildung und eventuell übermäßiger Zufuhr jedoch nur unter therapeutischer Kontrolle erfolgen. Gaben von Silizium könnten möglicherweise auch bei Haarausfall, brüchigen Nägeln, mangelnder Elastizität der Haut, Osteoporose und Gewebealterung empfehlenswert sein. Silizium ist als Pflanzenextrakt und Tee (Brennesseln, Schachtelhalm) und Gel erhältlich. Außerdem wird es als Kieselerde und kieselerdehaltige Basenmischungen angeboten.

Zinn

Auch Zinn könnte zu den möglicherweise essentiellen Spurenelementen gehören. Es ist vermutlich an sehr vielen Abbau- und Oxidationsprozessen im Körper beteiligt.

Zinn ist ein Metall, das in reiner Form und in seinen anorganischen Verbindungen nahezu ungiftig ist. Einzelne organische Verbindungen wirken jedoch toxisch, sie werden beispielsweise in Pilzvernichtungsmitteln verwendet. Bereits einige Tausend Jahre vor Christus verwendete man Zinn im alten China. Es war vermutlich auch in den alten Hochkulturen Indiens, Ägyptens, Phöniziens und im alten Rom bekannt. Zinn wird in der Industrie zur Herstellung von Weißblechen, beispielsweise für Konservendosen, verwendet. In der Kunst wird es für Bronze-Skulpturen und in Farbstoffen benötigt. In Lebensmitteln hängt der Gehalt an Zinn von den Böden und der Vegetation ab, die Vorkommen sind unterschiedlich.

Zinn ist für den Menschen möglicherweise ein essentielles Spurenelement. Es kommt in fast allen Organen vor, besonders im Magen-Darm-Trakt sowie in der Leber und Lunge. Die Funktionen von Zinn beim Menschen sind bis heute nicht genau bekannt. Man vermutet, dass Zinn an den körpereigenen Abbau- und Oxidationsprozessen (Redoxsysteme) und am Stoffwechsel von Proteinen beteiligt ist. Vielleicht ist es auch am Gewebehormon Gastrin beteiligt, das die Bildung von Salzsäure im Magen reguliert. Mangelsymptome sind beim Menschen unbekannt. Aus Tierversuchen gibt es Hinweise, dass ein Zinnmangel das Wachstum verzögert.

Ein täglicher Bedarfswert wird für Zinn bisher nicht angegeben. Die durchschnittliche tägliche Aufnahme wird geschätzt, wobei die Werte von etwa 3 bis zu 14 Milligramm Zinn reichen. Davon werden vermutlich nur sehr geringe Mengen im Körper resorbiert. Zinn kann auch aus Dosenwänden oder Zinngeschirr herausgelöst werden. Auf diese Weise sind zu hohe Aufnahmen möglich, vor allem aus Dosen-Fruchtsäften und Sauerkonserven. Zinkvergiftungen wurden beschrieben, beispielsweise bei der Verarbeitung von Metallen, der Herstellung von Kunststoffen und der Schädlingsbekämpfung.