Mineralstoffe: Definition, Funktionen, Bedarf und Versorgung

Mineralstoffe sind essentielle anorganische Nährstoffe, die der menschliche Organismus nicht selbst synthetisieren kann und daher regelmäßig über Lebensmittel, Getränke und gegebenenfalls Supplemente aufnehmen muss. Im Gegensatz zu organischen Mikronährstoffen wie Vitaminen werden Mineralstoffe weder durch Licht, Sauerstoff noch durch Hitze zerstört. Jedoch können durch Verarbeitung, Wässern, Kochen und das Verwerfen mineralstoffhaltiger Garflüssigkeiten erhebliche Verluste aus dem Lebensmittel entstehen.

Mineralstoffe liegen im Organismus überwiegend als elektrisch geladene Teilchen, als Bestandteile anorganischer Salze oder gebunden an Proteine (Eiweiße) und andere organische Verbindungen vor. Sie erfüllen strukturelle, regulatorische und katalytische Aufgaben. Zu ihren zentralen Funktionen gehören der Aufbau und Erhalt von Knochen und Zähnen, die Regulation des Wasser-, Elektrolyt- und Säure-Basen-Haushalts, die neuromuskuläre Erregungsleitung, die Muskelkontraktion, die Blutdruckregulation, die zelluläre Signalübertragung und die Aktivierung zahlreicher Enzyme.

Die Bedeutung eines Mineralstoffs lässt sich nicht allein aus seiner Konzentration im Blut oder aus seinem mengenmäßigen Anteil am Körper ableiten. Bereits geringe Veränderungen der extrazellulären Konzentration bestimmter Mineralstoffe können relevante Funktionsstörungen verursachen, während ausgeprägte Veränderungen der Gesamtkörperbestände zunächst durch hormonelle Regulation, renale Anpassung und Mobilisierung aus Gewebespeichern kompensiert werden können. Für die ernährungsmedizinische Beurteilung müssen daher Zufuhr, Resorption, Verteilung, Speicher, Ausscheidung, Laborparameter und klinischer Kontext gemeinsam betrachtet werden.

Klassifikation der Mineralstoffe

Mineralstoffe werden anhand ihres mengenmäßigen Vorkommens im menschlichen Körper und des physiologischen Bedarfs in Mengenelemente und Spurenelemente eingeteilt. Mengenelemente kommen definitionsgemäß in einer Konzentration von mehr als etwa 50 mg pro Kilogramm Körpergewicht vor oder werden in vergleichsweise größeren Mengen benötigt. Zu ihnen zählen Calcium, Phosphor bzw. Phosphat, Magnesium, Natrium, Kalium, Chlorid und Schwefel.

Spurenelemente sind ebenfalls Mineralstoffe, werden jedoch nur in wesentlich geringeren Mengen benötigt. Zu den essentiellen Spurenelementen gehören unter anderem Eisen, Jod, Zink, Selen, Kupfer, Mangan, Molybdän und Chrom, wobei die Bewertung der Essentialität und des konkreten Bedarfs bei einzelnen Elementen wissenschaftlich unterschiedlich sicher ist.

Die Einteilung nach der benötigten Menge erlaubt keine Aussage über die biologische Bedeutung. Ein geringer mengenmäßiger Bedarf ist nicht mit einer geringeren physiologischen Relevanz gleichzusetzen. Sowohl Mengen- als auch Spurenelemente können bei Unterversorgung, gestörter Homöostase (Aufrechterhaltung eines stabilen inneren Gleichgewichts) oder übermäßiger Zufuhr zu klinisch bedeutsamen Störungen führen.

Das vorliegende Kapitel behandelt die Mengenelemente.

Definition, Resorption, Transport und Verteilung

Die Resorption erfolgt überwiegend im Dünndarm, bei einzelnen Mineralstoffen jedoch auch in anderen Abschnitten des Verdauungstrakts. Dabei kommen passive Transportprozesse, erleichterte Diffusion und aktive, energieabhängige Transportsysteme zum Einsatz. Umfang und Effizienz der Resorption werden unter anderem durch den Versorgungszustand, die aufgenommene Dosis, den pH-Wert, die Löslichkeit der Verbindung, die Darmfunktion, hormonelle Regulationsmechanismen sowie die Zusammensetzung der Mahlzeit beeinflusst.

Fördernde und hemmende Lebensmittelinhaltsstoffe können die Bioverfügbarkeit wesentlich verändern. Organische Säuren, bestimmte Aminosäuren und fermentative Prozesse können die Löslichkeit einzelner Mineralstoffverbindungen verbessern. Antinutritive Verbindungen (Lebensmittelinhaltsstoffe, die die Aufnahme bestimmter Nährstoffe vermindern) wie Phytinsäure oder Oxalsäure können Mineralstoffe dagegen binden und ihre intestinale Resorption (Aufnahme im Darm) reduzieren. Die klinische Relevanz hängt von der Gesamtzusammensetzung der Ernährung, der Zufuhrhöhe und dem individuellen Versorgungszustand ab.

Nach der Resorption werden Mineralstoffe freigelöst, an Transportproteine gebunden oder in komplexierten Formen über das Blut verteilt. Calcium liegt beispielsweise teilweise ionisiert, teilweise proteingebunden und teilweise komplexgebunden vor. Veränderungen der Plasmaproteinkonzentration oder des Säure-Basen-Haushalts können deshalb Laborwerte beeinflussen, ohne dass sich der Gesamtkörperbestand im gleichen Ausmaß verändert hat.

Die Verteilung erfolgt mineralstoffspezifisch. Calcium und Phosphat sind überwiegend im Skelett gespeichert, Magnesium befindet sich vor allem in Knochen, Muskulatur und Weichteilen, während Natrium und Chlorid primär den Extrazellulärraum prägen. Kalium ist demgegenüber das quantitativ bedeutendste intrazelluläre Kation (positiv geladenes Teilchen innerhalb der Zellen). Die Serumkonzentration bildet daher bei mehreren Mineralstoffen nur einen kleinen und streng regulierten Anteil des Gesamtkörperbestands ab.

Die Homöostase wird durch ein Zusammenspiel von Darm, Nieren, Knochen, endokrinem System und gegebenenfalls Haut und Schweißdrüsen gewährleistet. Die Nieren regulieren über Filtration, tubuläre Rückresorption (Wiederaufnahme aus dem Primärharn) und Sekretion maßgeblich die Ausscheidung. Bei eingeschränkter Nierenfunktion können sowohl Mangelzustände als auch Retention und Überversorgung auftreten. Die Interpretation der Mineralstoffkonzentrationen erfordert deshalb stets die Berücksichtigung der Nierenfunktion, des Hydratationsstatus (Flüssigkeitsstatus), des Säure-Basen-Haushalts und relevanter Arzneimittel.

Funktionen

Mineralstoffe können als strukturelle Bestandteile, Elektrolyte, Enzymaktivatoren, Signalstoffe oder Bestandteile energiereicher und regulatorischer Verbindungen wirken.

Calcium und Phosphat sind wesentliche Bestandteile der mineralisierten Knochenmatrix. Magnesium stabilisiert unter anderem Nukleinsäuren, Membranen und energiereiche Phosphatverbindungen und ist an zahlreichen enzymatischen Reaktionen beteiligt. Natrium, Kalium und Chlorid bestimmen wesentlich die osmotische Verteilung von Wasser zwischen den Körperkompartimenten und sind für die Ausbildung elektrischer Membranpotentiale erforderlich.

Über elektrochemische Gradienten ermöglichen Mineralstoffe die Erregungsleitung in Nerven- und Muskelzellen, die Kontraktion der Skelett- und Herzmuskulatur sowie den Transport zahlreicher Substanzen über Zellmembranen. Ferner beeinflussen sie Blutdruck, Herzrhythmus, Säure-Basen-Gleichgewicht, hormonelle Signalwege, Energiegewinnung, Proteinsynthese und Zellproliferation (Vermehrung von Zellen durch Zellteilung).

Die Funktionen einzelner Mineralstoffe sind eng miteinander verknüpft. Veränderungen eines Mineralstoffs können deshalb sekundäre Störungen anderer Elektrolyte hervorrufen. Eine Hypomagnesiämie (zu niedrige Magnesiumkonzentration im Blut) kann beispielsweise eine Hypokaliämie (zu niedrige Kaliumkonzentration im Blut) begünstigen und deren therapeutische Korrektur erschweren. Die isolierte Betrachtung eines einzelnen Laborwerts ist daher häufig unzureichend.

Mangelsymptome

Ein Mineralstoffmangel kann durch unzureichende Zufuhr, verminderte intestinale Resorption, erhöhten Bedarf, vermehrte renale oder gastrointestinale Verluste (erhöhte Ausscheidung über die Nieren oder den Magen-Darm-Trakt), Umverteilung zwischen Körperkompartimenten oder eine Kombination dieser Faktoren entstehen. Auch Arzneimittel, akute Erkrankungen, operative Eingriffe, chronische Entzündungen und endokrine (hormonelle) Störungen können die Mineralstoffhomöostase beeinflussen.

Die klinischen Manifestationen reichen von unspezifischen Beschwerden wie Müdigkeit, Leistungsminderung und Muskelschwäche bis zu charakteristischen neuromuskulären, kardiovaskulären, gastrointestinalen und ossären Störungen (Störungen des Knochenstoffwechsels oder der Knochenstruktur). Je nach Mineralstoff können Muskelkrämpfe, Parästhesien (Missempfindungen wie Kribbeln), Herzrhythmusstörungen, Blutdruckveränderungen, Störungen der Darmmotilität, Beeinträchtigungen des Knochenstoffwechsels oder neurologische Symptome auftreten.

Zwischen einer unzureichenden Zufuhr, verminderten Körperspeichern und einem klinisch manifesten Mangel ist zu unterscheiden. Referenzwerte für die Nährstoffzufuhr dienen der Beurteilung der üblichen Aufnahme in Bevölkerungsgruppen, erlauben jedoch nicht ohne Weiteres die Diagnose eines individuellen Mangels. Umgekehrt kann eine normale Serumkonzentration einen verminderten Gesamtkörperbestand nicht bei jedem Mineralstoff sicher ausschließen.

Zur diagnostischen Beurteilung werden geeignete Biomarker (messbare biologische Kenngrößen), präanalytische Einflussfaktoren, methodische Grenzen und mögliche Differentialdiagnosen berücksichtigt. Laborbefunde sind dabei nicht isoliert zu interpretieren, sondern stets im Zusammenhang mit klinischen Symptomen, Ernährungsweise, Begleiterkrankungen, Arzneimittelanamnese, Organfunktion und möglichen Verlusten zu bewerten.

Risikogruppen

Ein erhöhtes Risiko für eine unzureichende Mineralstoffversorgung besteht bei geringer Energie- und Lebensmittelzufuhr, einseitigen Ernährungsformen, Essstörungen (z. B. Anorexia nervosa/Magersucht), Mangelernährung, hohem Alkoholkonsum sowie bei einer Ernährung mit geringer Nährstoffdichte. Auch Säuglinge, Kinder und Jugendliche, Schwangere, Stillende, ältere Menschen und Personen mit hoher körperlicher Belastung können aufgrund besonderer physiologischer Anforderungen einen veränderten Bedarf aufweisen.

Zu den klinisch relevanten Risikogruppen gehören Patienten mit chronischen gastrointestinalen Erkrankungen, anhaltender Diarrhoe (Durchfall), Steatorrhoe (vermehrte Fettausscheidung über den Stuhl), Kurzdarmsyndrom, chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED; z. B. Morbus Crohn), exokriner Pankreasinsuffizienz (unzureichende Bildung von Verdauungsenzymen durch die Bauchspeicheldrüse) oder nach gastrointestinalen und adipositaschirurgischen Eingriffen. Eine verminderte Resorptionsfläche, veränderte Passagezeiten, eine reduzierte Säuresekretion oder die Umgehung resorptionsrelevanter Darmabschnitte können die Aufnahme beeinträchtigen.

Erhöhte Verluste können bei Erbrechen, Diarrhoe, Stomata (operativ angelegte künstliche Körperöffnungen, beispielsweise zur Ausleitung von Stuhl oder Urin), Fisteln, Drainagen, Verbrennungen, starkem Schwitzen, Polyurie (krankhaft erhöhte Urinausscheidung) und verschiedenen Nierenerkrankungen auftreten. Diuretika (entwässernde Medikamente), Protonenpumpenhemmer (Arzneimittel zur Verringerung der Magensäureproduktion), Laxanzien (Abführmittel), bestimmte Antibiotika, Immunsuppressiva und antineoplastische Arzneimittel (Medikamente zur Hemmung des Wachstums und der Vermehrung von Tumorzellen) können die Resorption, Verteilung oder Ausscheidung einzelner Mineralstoffe verändern.

Bei chronischer Niereninsuffizienz (Nierenschwäche), Lebererkrankungen, Herzinsuffizienz (Herzschwäche), endokrinen Erkrankungen und intensivmedizinisch behandelten Patienten können Serumkonzentrationen und Gesamtkörperbestände erheblich voneinander abweichen. Flüssigkeitsverschiebungen, Entzündungsreaktionen, Infusionstherapie, Nierenersatzverfahren und Arzneimittel erschweren zusätzlich die Beurteilung.

Bei mineralstoffspezifischen Risikokonstellationen ist zu prüfen, ob eine Ernährungsanamnese, eine gezielte Labordiagnostik, Verlaufskontrollen oder eine therapeutische Substitution angezeigt sind.

Nebenwirkungen

Mineralstoffe sind essentiell, können bei übermäßiger Zufuhr jedoch unerwünschte und teilweise schwerwiegende Wirkungen verursachen. Das Risiko hängt von der Dosis, der chemischen Verbindung, der Einnahmedauer, dem Zufuhrweg, der Nierenfunktion, dem Alter und bestehenden Komorbiditäten (Begleiterkrankungen) ab.

Akute Nebenwirkungen hoch dosierter oraler Supplemente betreffen häufig den Gastrointestinaltrakt und können Übelkeit, Erbrechen, abdominelle Beschwerden, Obstipation (Verstopfung) oder Diarrhoe umfassen. Bei längerfristig überhöhter Zufuhr sind Störungen des Elektrolyt- und Säure-Basen-Haushalts, Beeinträchtigungen der Nierenfunktion, Gefäß- und Gewebeablagerungen, Herzrhythmusstörungen sowie sekundäre Veränderungen anderer Mikronährstoffe möglich.

Besondere Vorsicht ist bei eingeschränkter renaler Ausscheidung geboten. Eine Hyperkaliämie (zu hohe Kaliumkonzentration im Blut), Hypermagnesiämie (zu hohe Magnesiumkonzentration im Blut) oder Hyperphosphatämie (zu hohe Phosphatkonzentration im Blut) kann bei eingeschränkter Nierenfunktion bereits unter Zufuhrmengen auftreten, die bei Nierengesunden besser kompensiert werden.

Zu unterscheiden sind unerwünschte Wirkungen einer üblichen Lebensmittelzufuhr, Risiken durch Nahrungsergänzungsmittel und Nebenwirkungen einer medizinisch indizierten hochdosierten Therapie. Therapeutische Dosierungen können erforderlich sein, sollten jedoch nur bei klarer Indikation, zeitlich begrenzt und unter laborchemischer Kontrolle eingesetzt werden.

Interaktionen (Wechselwirkungen)

Mineralstoffe interagieren sowohl untereinander als auch mit Vitaminen, Arzneimitteln und Lebensmittelinhaltsstoffen. Solche Wechselwirkungen können die intestinale Resorption, den Transport, die renale Ausscheidung oder die biologische Wirkung beeinflussen.

Bei gleichzeitiger hochdosierter Einnahme können verschiedene Mineralstoffe um gemeinsame Transportwege konkurrieren oder unlösliche Komplexe bilden. Auch das Verhältnis einzelner Mineralstoffe zueinander kann physiologisch relevant sein. Calcium, Magnesium und Phosphat stehen beispielsweise über den Knochenstoffwechsel und hormonelle Regulationssysteme in enger Beziehung. Natrium, Kalium und Chlorid beeinflussen gemeinsam Flüssigkeitshaushalt, Membranpotenzial und Säure-Basen-Regulation.

Von besonderer praktischer Bedeutung sind Interaktionen mit Arzneimitteln. Mineralstoffe können bestimmte Wirkstoffe im Gastrointestinaltrakt (Magen-Darm-Trakt) binden und dadurch deren Resorption vermindern. Dies betrifft unter anderem einzelne Antibiotika, Bisphosphonate und Schilddrüsenhormone. Umgekehrt können Arzneimittel die renale Ausscheidung oder intestinale Aufnahme von Mineralstoffen verändern. Je nach Kombination kann ein zeitlicher Abstand zwischen den Einnahmen erforderlich sein.

Relevante Interaktionen sind hinsichtlich ihrer klinischen Bedeutung zu bewerten. Gegebenenfalls sind Maßnahmen wie zeitliche Einnahmeabstände, Dosisanpassungen oder laborchemische Kontrollen erforderlich.

Versorgungssituation

Die Versorgungssituation wird anhand von Daten zur Lebensmittelzufuhr, zu Ernährungsgewohnheiten und – soweit verfügbar – zu geeigneten Biomarkern beurteilt. Dabei muss zwischen einer rechnerisch niedrigen Zufuhr, einem erhöhten Risiko für unzureichende Versorgung, verminderten Körperspeichern und einem klinisch manifesten Mangel unterschieden werden.

Eine mittlere Zufuhr unterhalb eines Referenzwerts bedeutet nicht zwangsläufig, dass bei jeder betroffenen Person ein Mangel besteht. Referenzwerte enthalten Sicherheitszuschläge und beziehen sich auf definierte Bevölkerungsgruppen. Eine individuelle diagnostische Beurteilung erfordert zusätzliche Informationen zu Ernährungsweise, Resorption, Bedarf, Verlusten, Organfunktion und klinischen Symptomen.

Umgekehrt kann eine rechnerisch ausreichende Aufnahme bei eingeschränkter Bioverfügbarkeit, gastrointestinalen Erkrankungen, erhöhter Ausscheidung oder Arzneimittelinteraktionen mit einer unzureichenden Versorgung einhergehen. Auch die alleinige Bestimmung einer Serumkonzentration ist nicht bei jedem Mineralstoff geeignet, den Versorgungszustand zuverlässig abzubilden.

Verfügbare Daten zur Versorgung der Bevölkerung sind unter Berücksichtigung besonders gefährdeter Gruppen sowie der methodischen Grenzen epidemiologischer Zufuhrdaten und laborchemischer Marker zu bewerten.

Sicherheitsbewertung

Die Sicherheitsbewertung umfasst die Gesamtzufuhr aus natürlichen Lebensmitteln, Getränken, angereicherten Lebensmitteln, Nahrungsergänzungsmitteln und Arzneimitteln. Dabei wird geprüft, ab welcher langfristigen Zufuhr das Risiko unerwünschter Wirkungen zunimmt und welche Personengruppen besonders empfindlich reagieren können.

Für einzelne Mineralstoffe wurden tolerierbare obere Zufuhrmengen abgeleitet. Eine tolerierbare obere Zufuhrmenge bezeichnet die tägliche Gesamtzufuhr, bei der für die gesunde Allgemeinbevölkerung bei langfristiger Aufnahme voraussichtlich kein relevantes gesundheitliches Risiko besteht. Sie ist weder als Zufuhrempfehlung noch als therapeutischer Grenzwert zu verstehen.

Für manche Mineralstoffe kann keine allgemeingültige obere Zufuhrmenge festgelegt werden, weil die Datenlage unzureichend ist oder weil Risiken stark von der chemischen Verbindung, dem Zufuhrweg und der Organfunktion abhängen. Das Fehlen eines festgelegten Grenzwerts ist daher nicht mit nachgewiesener Unbedenklichkeit gleichzusetzen.

Die individuelle Sicherheitsbewertung berücksichtigt insbesondere Nierenfunktion, Herz-Kreislauf-Erkrankungen, endokrine Störungen, Arzneimitteltherapie, Lebensalter und mögliche Mehrfachzufuhren aus verschiedenen Präparaten. Eine therapeutische Überschreitung allgemeiner Höchstmengen kann medizinisch begründet sein, erfordert jedoch eine klare Indikation und angemessene Verlaufskontrollen.

Zufuhr

Die Beiträge stellen die für verschiedene Alters- und Bevölkerungsgruppen geltenden Referenzwerte für die tägliche Zufuhr dar. Diese Werte dienen der Planung und Beurteilung der Ernährung gesunder Personen. Sie sind von diagnostischen Schwellenwerten, therapeutischen Dosierungen und tolerierbaren oberen Zufuhrmengen abzugrenzen.

Der tatsächliche individuelle Bedarf kann durch Alter, Geschlecht, Körperzusammensetzung, Schwangerschaft, Stillzeit, Wachstum, körperliche Aktivität, klimatische Bedingungen, Erkrankungen, Arzneimittel und erhöhte Verluste beeinflusst werden. Auch die Bioverfügbarkeit aus der jeweiligen Ernährungsform ist zu berücksichtigen.

Eine zusätzliche Zufuhr ist nicht allein deshalb erforderlich, weil die berechnete Aufnahme an einzelnen Tagen unterhalb eines Referenzwerts liegt. Entscheidend sind die längerfristige durchschnittliche Zufuhr, die individuelle Risikokonstellation und gegebenenfalls der diagnostisch gesicherte Versorgungszustand.

Ist eine Supplementierung angezeigt, müssen Dosierung, chemische Verbindung, Einnahmezeitpunkt, Therapiedauer, Wechselwirkungen und Kontrollintervalle festgelegt werden. Hochdosierte Präparate sollten insbesondere bei eingeschränkter Nierenfunktion oder gleichzeitiger Arzneimitteltherapie nicht ohne medizinische Prüfung eingesetzt werden.

Lebensmittel

Wichtige natürliche Lebensmittelquellen sind nicht nur anhand ihres absoluten Mineralstoffgehalts, sondern auch unter Berücksichtigung der üblichen Portionsgröße, der Verzehrshäufigkeit und der Bioverfügbarkeit zu bewerten. Eine hohe Konzentration in einem Lebensmittel bedeutet daher nicht zwangsläufig, dass dieses unter üblichen Ernährungsbedingungen den größten Beitrag zur Versorgung leistet.

Milch und Milchprodukte, Gemüse, Hülsenfrüchte, Vollkornprodukte, Nüsse, Samen, Fleisch, Fisch und mineralstoffreiche Getränke können je nach Mineralstoff relevante Quellen darstellen. Die Versorgung ergibt sich in der Regel aus dem Zusammenwirken mehrerer Lebensmittelgruppen.

Verarbeitungs- und Zubereitungsverfahren beeinflussen den Mineralstoffgehalt. Mineralstoffe werden durch Erhitzen nicht chemisch zerstört, können jedoch beim Schälen, Mahlen, Wässern, Blanchieren und Kochen aus dem Lebensmittel entfernt oder in die Garflüssigkeit überführt werden. Fermentation, Keimung und Einweichen können den Gehalt antinutritiver Verbindungen vermindern und dadurch die Bioverfügbarkeit bestimmter Mineralstoffe verbessern.

Bei der ernährungsmedizinischen Bewertung werden deshalb nicht nur Nährwerttabellen, sondern auch Lebensmittelmatrix, Zubereitung, Mahlzeitenzusammensetzung und individuelle Verdauungs- und Resorptionsbedingungen berücksichtigt.

Mineralstoffe im DocMedicus Vitalstoff-Lexikon

Das DocMedicus Vitalstoff-Lexikon bietet zu den einzelnen Mineralstoffen vertiefende Fachinformationen. Die Beiträge behandeln Definition und physiologisch relevante Verbindungen, Resorption, Transport und Verteilung, Funktionen, Mangelsymptome, Risikogruppen, Nebenwirkungen und Interaktionen. Ferner werden die Versorgungssituation, die Sicherheitsbewertung, Referenzwerte und therapeutisch relevante Zufuhrmengen sowie geeignete Lebensmittelquellen dargestellt.

Im Folgenden sind die ausführlichen Fachbeiträge zu den einzelnen Mineralstoffen aufgeführt: