1 Kalium Kalium – Körperbestand und Verteilung 50 mmol (2 g)/kg KG davon 98 % intrazellulär Höchste Konzentration im Skelettmuskelgewebe: 150 mmol/l K+ korreliert daher gut mit der mageren Körpermasse und wird zur Bestimmung der Körperzusammensetzung herangezogen. Plasma: 3,5-5,5 mmol/l
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Kalium
Kalium – Körperbestand und Verteilung
50 mmol (2 g)/kg KG
davon 98 % intrazellulär
Höchste Konzentration im Skelettmuskelgewebe: 150 mmol/l
K+ korreliert daher gut mit der mageren Körpermasse und wird zur Bestimmung der Körperzusammensetzung herangezogen.
Ascorbinsäure, schwefelhaltige AS, Protein aus Fleisch
Zink Phytate, Polyphenole (Tee, Kaffee), Calcium und Eisen in hohen Dosen, Proteine, Ballaststoffe, Alkoholismus
Zn-bindende AS (Histidin, Cystein)
Jod Hoher Nitratgehalt und Härtegrad verringern die Verfügbarkeit aus Trinkwasser, goitrogene Substanzen in Kohlgemüse (v.a. Glucosinolate)
Fluor Aluminium, Calcium Freies F¯ (Trinkwasser) ist besser verfügbar als proteingebundenes
Homöostatische Regulation der Spurenelemente
Blut
absorbiert
absorbierbare Menge
Verteiler-Depot (= Pool) leicht
verfügbar
Gastrointestinaltrakt
Fäzes
Verdauung
Menge in der Nahrung
Zelle
Urin
Speicher(Leber, Knochen)schwer verfügbar
ausgeschie-den
Synthese(Metalloenzyme)
intermediär verfügbare Menge
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Wichtige Funktionen von Spurenelementen
Spurenelemente Funktionen
Arsen ungewiss (ev. Funktionen bei der Bildung von Cystein, Taurin u.a.)
Cobalt Zentralatom von Vitamin B12
Chrom Glucosetoleranzfaktor, Insulinverstärkung
Kupfer Bestandteil von Oxidasen, die Elastin und Kollagen im Bindegewebe vernetzen, Phospholipide in den Nerven, Neurotransmitter und Melanin (=Pigment) bilden
Fluor Zahnschmelzhärtung und positive Wirkung auf die Knochenstruktur
Wichtige Funktionen von Spurenelementen
Spurenelemente Funktionen
Eisen Sauerstoff- und Elektronentransport, Bildung von Häm-Proteinen, Cytochromen und Thyroxin
Jod Thyroxin (T4)- und Trijodthyronin (T3)-Bildung (Schilddrüsenhormone)
Lithium ungewiss (ev. Senkung des Blutcholesterin-Spiegels); in hohen Dosen zentral beruhigend und Therapeutikum bei manisch-depressiven Psychosen
Mangan Baustein von Enzymen des Citratzyklus, der Gluconeogenese und des Harnstoffzyklus; Baustein von antioxidativen und von bindegewebsbildenden Enzymen;
Molybdän in Xanthinoxidase (Purinabbau zu Harnsäure) und anderen Oxidasen
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Wichtige Funktionen von Spurenelementen
Spurenelemente Funktionen
Nickel ungewiss (ev. stabilisierende Wirkung auf die Nukleinsäurenstruktur)
Selen Bestandteil des antioxidativen Enzyms Glutathionperoxidase und Dejodinase
Silicium In bindegewebsbildenden Enzymen, Funktion bei der Calcifizierung von Knorpeln und Knochen
Zinn Gastrin-Bestandteil
Vanadium ungewiss (ev. insulinähnliche Eigenschaften), im Mangel Cholesterinsynthese gehemmt
Zink Bestandteil vieler Proteine, Aktivator zahlreicher Enzyme, Zink schützt bestimmte Moleküle vor Oxidation, wichtiger Faktor bei der DNA-Transkription
Dosis-Wirkungskurve eines essentiellen Metalls
Metallkonzentration
Antwort des Organismus
Todtoxische Wirkung
GesundheitMangel-erschei-nungen
Über-leben
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Spurenelemente mit Bedeutung für die Entstehung und Eliminierung freier
Radikale
Metalloenzyme Superoxiddismutase
- cytoplasmatisch Cu, Zn
- mitochondrial Mn
Xanthindehydrogenase Mo
Glutathionperoxidase Se
Metalloproteine Transferrin Fe
Caeruloplasmin Cu
Ferroxidase I Fe
Metallothionein Cu, Zn, Cd
Verstärkung der
SpurenelementwirkungCobalt (Umsatz 10-10g/d)
↓
Vitamin B12↓
Methyltransferase↓
Thimidinsynthese↓
DNA-Synthese↓
Transcription↓
Proteinsynthese (Umsatz 1-50 g/d)
Chrom (Umsatz 10-9g/d)
↓
Glucosetoleranzfaktor (GTF)
↓
Verstärkung der Insulinwirkung
(Umsatz 2 x 10-3 g/d)
↓
Regulation des Energie-
Gewinnungsprozesses
(Umsatz 1500 – 4000 kcal/d)
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Ursachen für die Entstehung von Spurenelementmangel
Geringe Aufnahme
• Natürlich (z.B. durch jodarme Böden); isolierte oder gemischte Form
• iatrogen, „accidental“
Malabsorption
• allgemeine und spezifische
Fehlfunktionen im Intermediärstoffwechsel
• Transportproteine fehlen
• Fehlfunktionen an den Rezeptoren
Erhöhter Bedarf
• Schwangerschaft, Wachstum, „repair“
• Verluste, Katabolismus
Spurenelemente: Funktion und Folgen des Mangels
Element Bestandteil von vollständiger Mangel bewirkt u.a.
Unterbrechung der Oxidation, Stillstand der Energieproduktion, Bildung von Fettperoxiden, Hämolyse, fehlende O2-Verteilung
Jod Thyroxin (T4), T3 Kropf, Kretinismus
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Element Bestandteil von vollständiger Mangel bewirkt u.a.
Kupfer Cytochromoxidase
Caeruloplasmin = Laccase
Uricase
Monoaminoxidase
Tyrosinase
Ascorbinsäureoxidase
Blockierung der OxidationUnterbrechung des Cu-TransportsAusbleibende HarnsäureoxidationKeine NeurotransmittersyntheseAusbleiben der PigmentbildungStörung der Redoxsysteme
Mangan Arginase
Pyruvatcarboxylase
Malatenzym
Ausbleiben der HarnstoffbildungCitratzyklus unwirksamBlockierung des Citratzyklus
Molybdän Aldehydoxidase
Xanthinoxidase
Störung der Fettsäurebildung aus KohlenhydratenAusbleiben der Purinoxidation
Spurenelemente: Funktion und Folgen des Mangels
Element Bestandteil von vollständiger Mangel bewirkt u.a.
Nickel Urease Stillstand der Harnstoffspaltung
Selen GlutathionperoxidaseDejodase
Lipidperoxidation, Hämolysegestörter Stoffwechsel der Schilddrüsenhormone
Anhäufung von MetabolitenAlkoholvergiftungAcidoseAusbleiben der Proteinsynth.Störung der TransaminierungMuskelvergiftung durch LaktatStillstand des Citratzyklus
Zinn Gastrin Ausbleiben der Sekretion von Verdauungsenzymen
Spurenelemente: Funktion und Folgen des Mangels
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Referenzwerte für die Aufnahme von Spurenelementen
Empfehlungen für Fe, Zn, I
Schätzwerte für Se, Cu, Mn, Mo, Cr
Richtwerte für F
Eisen
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Eisen – Körperbestand und Quellen
Körperbestand: 5 g Mehr als 2/3 davon in Hämoglobin und Myoglobin
Quellen
Fleisch
Leber
Vollkorngetreide
Hülsenfrüchte
Häm-Eisen
enthalten Häm-Eisen
Eisen – Funktionen und Mangel
Funktionen
• Sauerstofftransport (Hämoglobin, Myoglobin)
• Wichtiger Faktor im Energiestoffwechsel (Atmungskette)
• Bestandteil von oxidierenden und reduzierenden Enzymen (z.B. Peroxidasen)
• UL: für die EU noch nicht endgültig etabliert. (in den USA gilt ein UL von 45 mg/d)
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Zink
Zink – Körperbestand und Quellen
Körperbestand: 1,5 – 2,5 g
70% in KnochenHaut und Haaren
30% v.a. in Leber,Niere, Muskulatur
Quellen
Austern
Vollgetreide
Kalbsleber
Nüsse
Fleisch
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Zink - Funktionen und Statusbeurteilung
Funktionen• Bestandteil und Aktivator zahlreicher Enzyme• Funktionen auf DNA-Ebene (Histone,
Transkriptionsfaktoren)• Speicherung von Insulin• Immunsystem (T-Lymphozyten-Wachstum)• Site specific AntioxidansVersorgungsparameter• Plasmazinkspiegel, • Zinkausscheidung mit dem UrinFunktionsparameter• Änderung der zellvermittelten Immunantwort nach Zink-
supplementierung • Aktivität der alkalischen Phosphatase
Zink - Homöostase
Nahrung(12 - 15 mg)
2,5 – 4,5 mg (20 – 30 %)
Absorption
Körper-speicher
(1,5 – 2 g)
Plasma: Zn-Albumin
Ausscheidung (2 – 3 mg)
Fäzes: 1-2 mgSchweiß: 0,5 mg
Urin: 0,5 mg
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Zink – Empfehlungen
• Frauen: 7 mg/d• Männer: 10 mg/d • Schwangere und Stillende mehr
• UL: 25 mg/d
Jod
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Jod – Körperbestand und Quellen
Körperbestand: 10 – 20 mg
davon ca. 50 % in der Schilddrüse
Quellen
Meeresfrüchte
Seefisch
Milch und Eier, wenn die Tiere jodreiches Futter erhalten
jodiertes Speisesalz (in Österreich wird Speisesalz mit 20 mg Kaliumjodit pro kg angereichert)
Jod - Funktionen und Statusbeurteilung
Funktionen• Bestandteil der Schilddrüsenhormone
(Erhöhung des Grundumsatzes)• Antioxidative Wirkung („Radikalfänger“)?Versorgungsparameter• Jodidgehalt im Urin (korreliert eng mit der
Jodaufnahme)Funktionsparameter• T3/T4- Spiegel im Serum• TSH (= Thyreoidea-stimulierendes Hormon)-
Spiegel im Serum
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TRH
Hypothalamus
Hypophyse
TSH
T3, T4
Kälte, Stress
Zielzellen: Steigerung des Grundumsatzes
Regelkreis der Schilddrüsenhormone
-
Jod - Mangel
Säugling:
• Kretinismus (geistige und körperliche Behinderung durch Jodmangel während der fetalen Entwicklung)
Erwachsene:
• Struma
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Jod – Empfehlungen
• Erwachsene: 180 – 200 µg/d
• Schwangere und Stillende mehr
• UL: keine Angabe
Fluor
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Fluor – Körperbestand und Quellen
Körperbestand: 2-6 g
davon 95 % in Knochen und Zähnen
Quellen
Schwarztee
Mineral- und Trinkwasser
Fluor - Funktionen und Toxizität
Funktionen
• Erhöht die Widerstandsfähigkeit von Knochen und Zähnen (kariespräventive Wirkung)
Toxizität
• Relativ hoch;
• Um unerwünschte Effekte auszuschließen sollte eine Mehrfachprophylaxe vermieden werden.
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Fluor – Empfehlungen
Richtwerte• Frauen: 3,1 mg/d• Männer: 3,8 mg/d
(einschließlich fester Nahrung, Trinkwasser, Getränke und Nahrungsergänzungen wie Fluorid-Speisesalz und Fluorid-Tabletten)
• UL: 7 mg/d für Personen ≥15 Jahre
Schätzwerte für die Aufnahme von Spurenelementen
Spurenelement Schätzwerte für eine angemessene Zufuhr (Erwachsene)