Biochemie
Eisen gehört mit Zink und Kupfer zu den mengenmässig häufigsten Spurenelementen in unserem Körper.
Eine 70 kg schwere Person enthält total etwa 5 g Eisen. Dieses verteilt sich ungefähr wie folgt:
- 2 g im Hämoglobin
- 1 g im Myoglobin
- 0.3 g in den Zytochromen und Eisen-Schwefel-Proteinen der Atmungskette
- 0.2 g in anderen Enzymen, meist Oxidoreduktasen
- 1.5 g Speichereisen in Leber und Milz (Ferritin)
- 0.003 g an Transferrin gebunden im Plasma
Das Plasma enthält somit weniger als 1 ‰ des gesamten Eisenbestandes, daher können im Plasma gemessene Eisenwerte nicht unmittelbar als Indikator für den Eisenstatus verwendet werden. Sinnvoll ist eine gleichzeitige Bestimmung von Ferritin und Serumeisen.
Das Eisen im Blut ist starken zirkadianen Schwankungen unterworfen, wobei das Tagesmaximum bis dreimal so hoch sein kann, wie das Minimum. Daher ist es vor allem bei longitudinalen Vergleichswerten, beispielsweise bei einer Therapiekontrolle, wichtig, dass die Blutentnahme immer zur gleichen Tageszeit vorgenommen wird.
Der Bedarf liegt etwa bei 1 - 2 mg pro Tag. Erhöht ist er bei Frauen vor der Menopause, bei Schwangeren, bei Jugendlichen im Wachstum, bei extremer körperlicher Belastung und bei Blutverlust (Trauma, solide Tumoren, häufige Blutspenden). Da die Aufnahmekapazität für Eisen durch die Enterozyten im proximalen Jejunum begrenzt ist, kann ein erhöhter Bedarf längerfristig zu einem Eisenmangel führen.
Eisen kommt im Körper meist im aktiven Teil eines Metalloproteins vor, wo entweder Sauerstoff oder freie Elektronen reversibel gebunden werden. Hämoglobin und Myoglobin binden Sauerstoff und geben ihn bei tieferem pO2 wieder ab. Oxidoreduktasen und Zytochrome nehmen Elektronen auf und geben sie wieder ab, beispielsweise in der Atemkette der Mitochondrien (ATP-Resynthese).
In der Nahrung ist das Eisen teils zweiwertig (Fleischwaren: Häm), teils dreiwertig enthalten. Die Enterozyten können das zweiwertige Eisen wesentlich besser resorbieren als das dreiwertige. Daher wird die Aufnahme von Fe im Beisein von Ascorbinsäure (= Vitamin C, ein Reduktionsmittel) wesentlich verbessert. Eisen wird durch die in vielen Pflanzen vorkommenden Phytinsäuren und Oxalaten komplexiert, was die Resorptionsrate senkt.
In der Darmmucosazelle wird das zweiwertige Eisen durch Caeruloplasmin zu Fe3+ oxidiert (siehe Caeruloplasmin [Serum]). Die Darmmucosazelle limitiert die Abgabe ins Plasma auf 1 - 2 mg pro Tag ("Mucosablock"), wo es an Transferrin gebunden zu den Körperzellen gelangt. Überschüssiges Eisen wird in den Enterozyten an Ferritin gebunden und gespeichert. Wenn die Zelle stirbt, schilfert sie ab und das Eisen wird mit dem Stuhl ausgeschieden. Die Aufnahme von Eisen aus dem Darmlumen wird durch DMT-1 gefördert und die Weiterleitung des Eisens ins portale Blut wird durch HFE reguliert. HFE ist das Genprodukt, dass bei der Hämochromatose mutiert ist (Cys282Tyr) (siehe HFE Mutationsnachweis C282Y, H63D und S65C).
Im Knochenmark wird das an Transferrin gebundene Eisen durch basophile Erythroblasten aufgenommen und nach deren Reifung zu Erythroblasten in Hämoglobin eingebaut, wobei das Eisen wieder zu Fe2+ reduziert wird. Pro Tag werden etwa 25 mg Eisen in neues Hämoglobin eingebaut und ebensoviel beim Abbau von alten Erythrozyten wieder freigesetzt; dies entspricht einem Umsatz von ca. 6.5 g Hämoglobin pro Tag.
Die Eisenreserven des Körpers sind an Ferritin gebunden und werden vor allem in Leber, Milz und Knochenmark gelagert.
Das mit Eisen beladene Transferrin wird an spezifische Rezeptoren in den Zielzellen gebunden und durch Endocytose aufgenommen. Auch die Expression dieser Transferrinrezeptoren wird von den Zellen dem Bedarf angepasst. Fraktionen dieser Rezeptoren werden in Blut abgesetzt und können als Mass für die Aktivität des Transferrins gewertet werden (siehe löslicher Transferrinrezeptor [Plasma])
In der Milch ist ein weiteres eisenbindendes und eisentransportierendes Protein vorhanden, das Lactoferrin. Es kommt auch in Zellen der Schleimhäuten und der Leukozyten vor.
Einen regulierten Ausscheidungsweg für Eisen gibt es nicht, daher ist es sinnvoll, dass die Resorption limitiert ist. Das bei der Phagozytose von alten Erythrozyten freigesetzte Eisen wird als Ferritineisen gespeichert und wiederverwertet. Der Organismus verliert Eisen nur durch Blutungen und Abstossung von Haut- und Mucosazellen. Etwa 1 mg pro Tag wird im Stuhl, Urin und Schweiss ausgeschieden. Eine menstruierende Frau verliert pro Tag etwa 0.7 mg Eisen zusätzlich.
Klinik
Im Normalfall halten sich Aufnahme und Abgabe von Eisen die Waage. Bei der Hämochromatose wird mehr Eisen aufgenommen als ausgeschieden; dies führt über längere Zeit zu einer Eisenüberladung der Zellen. Zur Behandlung einer Eisenüberladung wird Desferrioxamin eingesetzt: dieser Komplexbildner kann selektiv Eisen im Plasma binden, das dann im Urin ausgeschieden wird.
Eisenmangel kann zu einer Anämie führen, da die Bildung von Hämoglobin verzögert ist. |