Eisenstoffwechsel

Eisen gehört zu den essentiellen Spurenelementen. Als Bestandteil der Proteine Hämoglobin und Myoglobin spielt es eine zentrale Rolle beim Sauerstofftransport und als Bestandteil von Eisen-Schwefel-Clustern beim mitochondrialen Elektronentransport. Damit ist der Energiestoffwechsel des menschlichen Körpers maßgeblich von einem ausreichenden Eisenangebot abhängig.

Als freies Ion ist Eisen toxisch. Darüber hinaus kann eine Eisenüberladung oder Hämochromatose zu lebensbedrohlichen Organschäden führen. Daher ist sowohl die Aufnahme als auch der Transport und die Speicherung von Eisen reglementiert und an spezialisierte Transport- und Speicherproteine gekoppelt. Hier sind vor allem Ferritin, Transferrin, der Transferrin-Rezeptor (TfR) und Ferroportin zu nennen.

Der Körper-Eisenbestand beträgt ca. 3,5 -5 g (bei Frauen weniger als bei Männern). Davon entfallen ca. 70% auf Hämoglobin, 10% auf „Funktionseisen“ (Myoglobin und eisenhaltige Enzyme) und 20% auf Speichereisen (Ferritin). Speichereisen befindet sich vor allem in der Leber. Nur 0,2% des Körper-Eisens zirkulieren an Transferrin gebunden im Blut. Dieses an Transferrin gebundene Eisen wird bei der Bestimmung des Serum-Eisenspiegels gemessen. Die Erythropoese verbraucht ca. 25 mg Eisen täglich, es wird hauptsächlich durch Recycling des hämoglobingebundenen Eisens gewonnen.

Die Eisenresorption im Darm ist abhängig vom Eisenbedarf und kann geschlechtsspezifisch zwischen 6% (Mann) bzw. 12% (Frau) schwanken. Bei einem erhöhten Eisenbedarf (z.B. durch Blutverlust) können bis zu 30% des mit der Nahrung aufgenommenen Eisens resorbiert werden.

Wie andere Mineralstoffe wird Eisen vor allem im Duodenum resorbiert. Hier wird es von den Enterozyten der Duodenalschleimhaut entweder im Symport mit Protonen als Fe²⁺ über den DMT1-Transporter oder als Häm-Eisen über den HCP1-Transporter aufgenommen.^[1] Darüber hinaus soll eine Resorption von Fe³⁺ über den Mobilferrin-Integrin-Pfad (MIP) möglich sein.^[2]

Basolateral wird Fe²⁺ über Ferroportin von der Mukosazelle an das Blut abgegeben. Dort wird durch Hephaestin zu Fe³⁺ oxidiert und anschließend an Apotransferrin gebunden. Fe³⁺ und Apotransferrin bilden zusammen das Transferrin.

Erhöhte Eisenkonzentrationen führen in der Leber dazu, dass das Peptidhormon Hepcidin gebildet wird. Dieses hemmt die enterale Eisenaufnahme, indem es an Ferroportin bindet. Der Ferroportin-Hepcidin-Komplex wird von den Enterozyten aufgenommen und abgebaut.

Außerdem wird die Eisenresorption auch direkt in den Mukosazellen reguliert. Bei einer Sättigung der Transportfähigkeit des Plasmas kommt es zu einer Akkumulation des Ferritin-Eisens in den Darmzellen. Dadurch wird weniger Eisen resorbiert.

Auf zellulärer Ebene wird die Synthese wichtiger Transportproteine und Rezeptoren wie Ferritin oder Transferrin-Rezeptoren in Abhängigkeit von der intrazellulären Eisenkonzentration reguliert. Diese Aufgaben übernehmen das Iron Regulatory Protein (IRP) und die korrespondierenden Iron Response Elements in der mRNA von Ferritin und TfR.

Zellen, die Eisen benötigen, exprimieren Transferrinrezeptoren (TfR-1, TfR-2) an ihrer Membranoberfläche. Sie binden das Transferrin. Anschließend wird der Transferrin/TfR-Komplex von der Zelle durch Endozytose aufgenommen und lysosomal abgebaut. Das so aufgenomme Eisen kann dann in seine Zielproteine integriert werden.

Täglich werden in der Milz Erythrozyten abgebaut. Das dabei freigesetzte Eisen (täglich mindestens 20 mg) wird fast vollständig wiederverwertet. Über eine aktive Ausscheidungsmöglichkeit für Eisen verfügt der menschliche Organismus nicht.

Der Eisenverlust durch die Desquamation von Epithelien sowie über Haare, Nägel, Galle, Urin und Schweiß beträgt ca. 1-2 mg pro Tag und hält sich im Normalfall mit der Aufnahme die Waage. Größere Mengen verlassen den Körper nur bei Blutungen. 100 ml Blut enthalten ca. 50 mg Eisen. Bei einer Blutspende gehen ca. 250 mg Eisen verloren. Der Eisenverlust bei normaler Menstruation beträgt ca. 15-35 mg. Größere Mengen verliert der Körper beim Blutverlust während der Geburt (150-200 mg). In der Stillzeit kommt es durch die Milchbildung ebenfalls zu einem Verlust von Eisen. Er wird aber durch das Ausbleiben der monatlichen Menstruation weitgehend kompensiert.

Eisenmangel ist der häufigste Mangelzustand in Industrieländern, die daraus entstehende Eisenmangelanämie die wichtigste Anämieform. Gleichzeitig ist die Hereditäre Hämochromatose eine der häufigsten angeborenen Stoffwechselstörungen. Ein weiterer, nicht seltener Grund für eine Eisenüberladung sind regelmäßige Erythrozytentransfusionen, z.B. bei Patienten mit Sichelzellanämie oder aplastischer Anämie.

Es gibt eine Reihe weiterer angeborener Störungen des Eisenstoffwechsels, die jedoch überwiegend selten sind. Hierzu gehört etwa das hereditäre eisenrefraktäre Eisenmangelsyndrom.

Laborlexikon.de; abgerufen am 17.02.2021