Eisen ist ein essentielles Spurenelement. Im menschlichen Körper sind etwa 3 bis 5 g Eisen enthalten, hauptsächlich in Form von Hämoglobin (ca. 70 % des Gesamt-Eisens), Myoglobin, eisenhaltigen Enzymen und als Speichereisen in Form von bspw. Ferritin. Eisen erfüllt eine Vielzahl von lebenswichtigen Funktionen, insbesondere im Bereich des Sauerstofftransports, der Energiestoffwechselprozesse sowie als Cofaktor bei zahlreichen enzymatischen Reaktionen. Eisenmangel ist einer der häufigsten Nährstoffmängel weltweit und führt zu Eisenmangelanämie. Die Symptome umfassen Müdigkeit, schnelle Herzfrequenz, Atemnot bei Anstrengung und verminderte körperliche Leistungsfähigkeit. Zudem kann Eisenmangel die Schilddrüsenfunktion und Immunabwehr beeinflussen. Weitere Symptome sind brüchige Nägel, Haarausfall, Kopfschmerzen, Konzentrationsstörungen und psychische Instabilität. Frauen sind aufgrund des monatlichen Blutverlusts häufiger von Eisenmangel betroffen als Männer [Oregon State University, Linus-Pauling-Institute, 2024; Kumar et al., 2022; Roemhild et al., 2021].
In der Nahrung finden sich zwei Formen von Eisen: Hämeisen (hauptsächlich zweiwertiges Eisen) und Nicht-Hämeisen (dreiwertiges Eisen). Hämeisen ist vor allem in tierischen Produkten wie Fleisch und Fisch enthalten und wird effizient aufgenommen (20 – 30 % der Menge). Hämeisen kann über den HCP1-Transporter im Dünndarm aufgenommen werden. Nicht-Hämeisen findet sich in pflanzlichen Lebensmitteln und liegt ionisch als Fe2+ oder Fe3+ vor (Aufnahmerate ca. 10 %). Fe2+ kann über den Transporter DMT1 aufgenommen werden, einem Metallionentransporter, der den Transport von zweiwertigen Kationen durch eine Zellmembran ermöglicht. Fe3+ muss jedoch zuvor erst zu Fe2+ reduziert werden. Dies geschieht in Abhängigkeit von Vitamin C über das Enzym Ferrireduktase (dCytB). Durch die Kombination mit Vitamin C lässt sich die Verfügbarkeit von dreiwertigem Eisen daher maßgeblich verbessern. Nach der Aufnahme von Häm- oder Nicht-Hämeisen unterliegt der anschließende Transport aus den intestinalen Zellen in den Blutkreislauf einer strengen Kontrolle durch das Peptidhormon Hepcidin. Dieses wird in der Leber produziert und reguliert die Aktivität des Transportproteins Ferroportin, das für die Eisenabgabe ins Blut verantwortlich ist. Eine hohe Hepcidin-Konzentration hemmt Ferroportin und verringert so die Eisenaufnahme, während eine niedrige Konzentration die Abgabe von Eisen ins Blut fördert. Diese Regulation bewahrt das Gleichgewicht im Eisenhaushalt und schützt vor Eisenmangel oder -überladung [Roemhild et al., 2021; West et al., 2008].
Ein normaler Eisenstoffwechsel setzt nicht nur ausreichende Eisenmengen voraus, sondern auch die Verfügbarkeit bestimmter Cofaktoren. Zu den wichtigsten gehören Kupfer, Vitamin A, Riboflavin, Vitamin C und Zink, die eine bedeutende Rolle bei der Aufnahme, dem Transport und dem Metabolismus von Eisen spielen. Diese Cofaktoren gewährleisten eine effiziente Nutzung von Eisen im Körper und helfen, seine verschiedenen physiologischen Funktionen optimal zu erfüllen.
Funktionen von Eisen im menschlichen Körper [Oregon State University, Linus-Pauling-Institute, 2024; Roemhild et al., 2021]:
- Sauerstofftransport und -speicherung, Säure-Base-Haushalt: Eisen ist als zentraler Bestandteil von Hämoglobin und Myoglobin entscheidend für den Sauerstofftransport im Körper. Hämoglobin in den roten Blutkörperchen ermöglicht den Transport von Sauerstoff aus der Lunge zu den Geweben, während Myoglobin der Sauerstoffträger in den Muskeln ist. Etwa ¾ des gesamten Eisens in unserem Körper entfällt auf Hämo- und Myoglobin. Neben Sauerstoff wird über Hämoglobin auch Kohlenstoffdioxid (CO2) abtransportiert. Dieser Prozess ist elementar für die pH-Regulation, wodurch Eisen auch im Säure-Base-Haushalt eine indirekte Rolle spielt.
- Elektronentransport und Energiestoffwechsel: Eisen ist ein unverzichtbarer Bestandteil der Eisen-Schwefel-Cluster in der mitochondrialen Atmungskette, die für den Elektronentransport erforderlich sind. Eisen ist damit essentiell für die Produktion von ATP, dem universellen Energieträger der Zellen. Eisen ist über die Atmungskette hinaus noch an weiteren Reaktionen des Energiestoffwechsels beteiligt. So sind bspw. die Enzyme Succinat-Dehydrogenase und Aconitase im Citratzyklus ebenfalls von Eisen als Cofaktor abhängig.
- Oxidations- und Reduktionsprozesse: Eisen ist als Kofaktor für die Aktivität zahlreicher Enzyme von großer Bedeutung. Beispiele sind:
– Ribonukleotidreduktasen, die Eisen benötigen, um die DNA-Synthese zu katalysieren. Dies ist essentiell für die Neubildung und Reparatur von DNA.
– Aminosäure-Monooxigenasen, die für die Synthese von Neurotransmittern wie Serotonin und Dopamin verantwortlich sind.
– Cytochrom P450-Enzyme, die an der Metabolisierung von Stoffwechselprodukten sowie dem Abbau von Fremdstoffen beteiligt sind.
– Fettsäuredesaturasen und Lipoxigenasen, die für die Biosynthese von ungesättigten Fettsäuren und Eikosanoiden verantwortlich sind.
– NO-Synthasen, die Eisen als Kofaktor nutzt, um Stickstoffmonoxid (NO) zu synthetisieren, was für die Vasodilatation und Blutdruckregulation wichtig ist.
– Enzyme im Rahmen der Kollagensynthese, da Eisen für die Hydroxylierung von Prolin und Lysin in Kollagen notwendig ist.
- Immunfunktion: Eisen spielt eine entscheidende Rolle bei der Immunfunktion – insbesondere bei der Regulation von Entzündungen sowie der gezielten Erzeugung von oxidativen Bursts, mit denen bestimmte Immunzellen Krankheitserreger bekämpfen können.
