Zink

Zink ist ein chemisches Element, das das Elementsymbol Zn trägt. Neben Eisen, Kupfer, Mangan etc. gehört Zink zur Gruppe der Übergangsmetalle. Wegen seiner Elektronenkonfiguration bildet Zink im pflanzlichen und tierischen Organismus leicht koordinative Bindungen bevorzugt mit Aminosäuren beziehungsweise Proteinen aus, in denen es vorrangig als zweiwertiges Kation (Zn2+) vorliegt.

Im Säugetierorganismus zählt Zink neben Eisen zu den mengenmäßig bedeutsamen Spurenelementen. Die nahezu allumfassende Beteiligung an den vielfältigsten biologischen Reaktionen macht Zink zu einem der wichtigsten Spurenelemente. Seine Essentialität (Lebensnotwendigkeit) für biologische Prozesse wurde vor über 100 Jahren mit Hilfe von Untersuchungen an Pflanzen nachgewiesen [2].

Resorption

Die Resorption (Aufnahme über den Darm) von Zink erfolgt im gesamten Dünndarm, vorwiegend im Duodenum (Zwölffingerdarm) und Jejunum (Leerdarm), sowohl durch einen aktiven als auch passiven Mechanismus [2, 3, 7, 12, 13, 18, 19, 23].

Bei niedriger luminaler (im Darmraum) Konzentration wird Zink in Form von Zn2+ in die Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) aufgenommen. Dieser Prozess ist energieabhängig und bei hoher intraluminaler Zinkkonzentration gesättigt [2, 3, 7, 12]. Die Sättigungskinetik des aktiven Transportmechanismus bewirkt, dass Zink bei hohen Dosen zusätzlich parazellulär (Stofftransport durch die Zellzwischenräume) durch passive Diffusion absorbiert (aufgenommen) wird, was jedoch bei normaler Kost keine Bedeutung hat [2, 3, 7, 12, 13, 21].

In den Enterozyten wird Zink an spezielle Proteine gebunden, von denen bisher zwei identifiziert werden konnten – Metallothionein (MT, Schwermetalle bindendes cytosolisches Protein mit hohem Gehalt an der Schwefel (S)-haltigen Aminosäure Cystein (circa 30 mol%), das pro Mol 7 mol Zink binden kann) und das Cystein-reiche intestinale (den Dram betreffend) Protein (CRIP). Beide Proteine sind einerseits für den Zinktransport durch das Cytosol (flüssige Bestandteile der Zelle) zur basolateralen (dem Darminneren abgewandten) Membran, andererseits für die intrazelluläre (innerhalb der Zelle) Zinkspeicherung zuständig [3, 7, 12, 20].

Die Absorptionsrate von Zink liegt im Durchschnitt zwischen 15-40 % und ist vom vorausgehenden Versorgungszustand beziehungsweise physiologischen Bedarf und von der Anwesenheit bestimmter Nahrungsbestandteile abhängig [3, 7, 12, 15, 18, 20, 23].
Ein erhöhter Zinkbedarf, zum Beispiel im Wachstum, in der Schwangerschaft und im Mangelzustand, führt zu einer verstärkten Absorption aus der Nahrung (30-100 %).

Die intestinale Aufnahme von Zink wird durch folgende Nahrungsbestandteile gefördert [1, 2, 5, 8, 18, 19, 23]:

  • Niedermolekulare Liganden, die Zink binden und als Komplex resorbiert werden
    • Vitamin C (Ascorbinsäure), Citrat (Zitronensäure) und Picolinsäure (Pyridin-2-Carbonsäure, Zwischenstufe im Stoffwechsel der Aminosäure Tryptophan) fördern in physiologischer Konzentration die Zinkabsorption, während diese bei Zufuhr hoher Dosen gehemmt wird
    • Aminosäuren, wie Cystein, Methionin, Glutamin und Histidin, beispielsweise aus Fleisch und Getreide, deren Zinkanteil eine hohe Bioverfügbarkeit aufweist
  • Proteine aus Lebensmitteln tierischer Herkunft, wie Fleisch, Eier und Käse, sind gut verdaulich und zeichnen sich durch eine hohe Bioverfügbarkeit des Zinkanteils ihrer Aminosäurenkomplexe aus
  • Natürliche oder synthetische Chelatoren (Verbindungen, die freie zwei- oder mehrwertige Kationen in stabilen, ringförmigen Komplexen fixieren können), wie Citrat (Zitronensäure) aus Früchten

Folgende Nahrungsinhaltsstoffe hemmen in höheren Dosen die Zinkresorption [1-3, 5, 8, 12, 14-16, 18, 19, 22, 23, 25]:

  • Mineralstoffe, wie Calcium – Zufuhr hoher Calciummengen, beispielsweise durch Supplemente (Nahrungsergänzungen)
  • Spurenelemente, wie Eisen und Kupfer – Zufuhr hoher Dosen von Eisen(II)- beziehungsweise Kupfer(II)-Präparaten
  • Schwermetalle, wie Cadmium
  • Ballaststoffe, wie Hemicellulose und Lignin aus Weizenkleie
  • Phytinsäure (Hexaphosphorsäureester des myo-Inosits mit komplexierenden Eigenschaften) aus Getreide und Hülsenfrüchten
  • Senfölglycoside beziehungsweise Glucosinolate (Schwefel (S)- und Stickstoff (N)-haltige chemische Verbindungen, die aus Aminosäuren gebildet werden), die in Gemüse, wie Rettich, Senf, Kresse und Kohl, vorkommen
  • Tannine (pflanzliche Gerbstoffe), zum Beispiel aus grünem und schwarzem Tee sowie Wein
  • Chelatoren, wie EDTA (Ethylendiamintetraessigsäure, sechszähniger Komplexbildner, der mit freien zwei- oder mehrwertigen Kationen besonders stabile Chelatkomplexe bildet)
  • Chronischer Alkoholismus, Laxanzienabusus (Missbrauch von Abführmitteln)

Das Fehlen von resorptionshemmenden Substanzen, wie Phytinsäure, und die Bindung von Zink an gut verdaulichen Proteinen beziehungsweise Aminosäuren, wie Cystein, Methionin, Glutamin und Histidin, sind Ursache dafür, dass Zink aus Lebensmitteln tierischen Ursprungs, wie Fleisch, Eier, Fisch und Meeresfrüchte, besser bioverfügbar ist als aus Lebensmitteln pflanzlicher Herkunft, wie Getreidprodukte und Hülsenfrüchte [1, 2, 6-8, 16, 18, 23].

Transport und Verteilung im Körper

Mit einer durchschnittlichen Konzentration von etwa 20-30 mg/kg Körpergewicht, entsprechend einem Gesamtkörperbestand des Erwachsenen von etwa 1,5-2,5 g stellt Zink nach Eisen das zweithäufigste essentielle Spurenelement im menschlichen Organismus dar [3, 6-8, 19, 23]. In den Geweben und Organen liegt Zink zum größten Teil (95-98 %) intrazellulär (innerhalb der Zellen) vor. Nur ein geringer Teil des Körperzinks befindet sich im Extrazellulärraum (außerhalb der Zellen). Sowohl intra- als auch extrazelluläres Zink ist überwiegend an Proteine gebunden [12, 19].

Zu den Geweben und Organen mit der höchsten Zinkkonzentration gehören Iris (durch Pigmente gefärbte Blende des Auges, die den Lichteinfall reguliert) und Retina (Netzhaut) des Auges, Testes (Hoden), Prostata, Langerhans-Inseln des Pankreas (Zellansammlungen in der Bauchspeicheldrüse, die sowohl die Höhe des Blutzuckers registrieren als auch Insulin produzieren und sezernieren/absondern), Knochen, Leber, Niere, Haare, Haut und Nägel sowie Harnblase und Myokard (Herzmuskel) [7, 12, 15, 18, 19, 24]. Mengenmäßig enthalten Muskulatur (60 %, ~ 1.500 mg) und Knochen (20-30 %, ~ 500-800 mg) den größten Zinkanteil [2, 3, 7, 19].

Nur etwa 0,8 % (~ 20 mg) des Gesamtkörperbestandes an Zink ist im Blut (61-114 µmol/l) lokalisiert, wovon sich 12-22 % im Plasma und 78-88 % in den zellulären Blutbestandteilen – Erythrozyten (rote Blutkörperchen), Leukozyten (weiße Blutkörperchen), Thrombozyten (Blutplättchen) – befinden [1, 2, 7, 18, 19].

Das mit Abstand zinkreichste Sekret im Körper ist das Sperma, dessen Zinkkonzentration die des Blutplasmas um den Faktor 100 übersteigt [19].

Im Gegensatz zum Spurenelement Eisen verfügt der Organismus über keine großen Zinkreserven. Der metabolisch (den Stoffwechsel betreffend) aktive beziehungsweise schnell austauschbare Zinkpool ist relativ klein und beträgt 2,4-2,8 mmol (157-183 mg). Die geringe Größe des metabolisch aktiven Zinkpools ist Ursache dafür, dass es bei marginaler Zufuhr rasch zu Mangelerscheinungen kommen kann, wenn die Adaptation (Anpassung) an die Aufnahme gestört ist [7]. Aus diesem Grund ist eine kontinuierliche Aufnahme von Zink über die Nahrung von wesentlicher Bedeutung [12].

Ausscheidung

Zink wird in erster Linie (~ 90 %) über den Darm mit dem Stuhl ausgeschieden. Dabei handelt es sich sowohl um nicht resorbiertes Zink aus der Nahrung als auch um Zink aus abgeschilferten Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels). Hinzu kommt das in pankreatischen (Bauchspeicheldrüse), biliären (Gallenflüssigkeit) und intestinalen (Darm) Sekreten enthaltene Zink, die das Spurenelement in das Darmlumen abgeben [2, 3, 6, 7, 18, 19, 23]. Zu einem geringen Teil (≤ 10 %) erfolgt die Zinkausscheidung über die Nieren mit dem Urin [5, 7, 19]. Weitere Verluste treten über Haut, Haare, Schweiß, Sperma und Menstruationszyklus auf [9, 12, 14, 19].

Ähnlich wie beim Spurenelement Kupfer wird die Homöostase (Konstanthaltung eines inneren Milieus) von Zink neben der intestinalen Absorption primär durch die enterale Exkretion (Ausscheidung über den Darm) reguliert. Mit steigender oraler Zufuhr erhöht sich auch die Zinkausscheidung mit dem Stuhl (< 0,1 bis zu mehreren mg/d) und umgekehrt [3, 7]. Im Gegensatz dazu bleibt die Höhe der renalen Zinkexkretion (150-800 µg/d) von der Zinkversorgung unbeeinflusst – vorausgesetzt es liegt kein ausgeprägter Zinkmangel vor [7].

Der Gesamtturnover von Zink ist relativ langsam. Die biologische Halbwertszeit von Zink beträgt 250-500 Tage, vermutlich bedingt durch das Zink der Haut, Knochen und Skelettmuskulatur [2].

Literatur

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