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13.01.1997
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  Govi-Verlag

Physiologische und klinische Bedeutung des Spurenelements Zink

  Zink ist ein essentielles Spurenelement für Mensch und Tier. Ein Mangel kann bei unzureichender Zufuhr oder durch pathophysiologische Prozesse entstehen. Die Symptome hängen von Alter und Geschlecht sowie von Dauer und Schwere des Mangels ab; sie können die Haut- und Haarentwicklung, Wachstumsprozesse, das Geschmacksempfinden, das Zentralnervensystem, die sexuelle Entwicklung sowie das Immunsystem betreffen.

Bislang sind ungefähr 300 Enzyme bekannt, die durch das divalente Kation Zink beeinflußt werden. Dazu zählen Oxidoreduktasen, Transferasen, Hydrolasen, Ligasen, Isomerasen und Lyasen. Als katalytische Komponente ist Zink direkt im aktiven Zentrum des Enzyms lokalisiert und an der Substratumsetzung beteiligt. Als Strukturkomponente stabilisiert es die Quartärstruktur oligomerer Holoenzyme. Das Atom liegt in einer nicht-katalytischen Domäne des Enzyms.

Ein Zinkmangel beeinflußt die Genexpression und den Zellzyklus; die Syntheseraten von RNA und DNA sinken. Die RNA-Polymerase von Prokaryonten und die Polymerase-Klassen II und III von Eukaryonten konnten als Zink-Metalloenzyme identifiziert werden. Außerdem scheint Zink die Anzahl und Struktur der DNA-stabilisierenden Histone im Chromatin zu beeinflussen. Weiterhin kann Zinkmangel die Funktionalität von Transkriptionsfaktoren stören; die Bindung dieser Faktoren an spezielle Abschnitte der DNA ist für die Genexpression wesentlich. Als erster wurde der Xenopus-Transkriptionsfaktor als Zink-Metalloprotein beschrieben. Das Kation bildet hierbei mit den Aminosäuren Histidin und Cystein je nach struktureller Anordnung "zinc-finger", "zinc-cluster" oder "zinc-twists".

Zink spielt eine zentrale Rolle im endokrinen System; bei ausgeprägtem Mangel kommt es zur Wachstumsdepression und testikulären Hypofunktion. So reguliert Zink über verschiedene Mechanismen die Funktion des Wachstumshormons (Growth Hormone, GH) und von Insulin Like Growth Factor I. Außerdem interagiert es mit Hormonbindungsstellen von Membranrezeptoren, zum Beispiel mit Estrogen- und Progesteronrezeptoren. Auch am Insulinstoffwechsel ist das Kation beteiligt. Das Peptidhormon wird intrazellulär als Zink-koordiniertes Hexamer gespeichert und als Granula sezerniert. Neuere Studien zeigen eine erniedrigte Insulin-Serumkonzentration und eine Verminderung der Glukosetoleranz unter Zinkmangel.

Antioxidative Effekte

Zink kann aufgrund seiner spezifischen Bindung an ein Molekül als "site-specific"-Antioxidans bezeichnet werden. In vitro schützt es enzym- und proteingebundene Thiolgruppen vor oxidativen Schäden. Außerdem wirkt Zink protektiv bei der Eisen- und Kupfer-abhängigen Produktion von Hydroxyl- und Superoxidradikalen. Zink konkurriert hier mit den redoxaktiven Metallen um die Bindungsstellen an den Membranphospholipiden, so daß es zu einer Verdrängung der redoxaktiven Metallionen kommt und eine Lipidperoxidation verhindert wird. Im primären antioxidativen System scheint Zink nur eine untergeordnete Rolle zu besitzen.

Ein Zinkmangel kann zur Atrophie der lymphoiden Gewebe, besonders des Thymus führen; die Konzentrationen von Thymushormon und T-Lymphozyten sind erniedrigt. In vivo zeigen T-Helferzellen, T-Killerzellen und Natürliche Killerzellen eine verringerte Aktivität. Die Funktionen der B-Lymphozyten werden jedoch nicht direkt beeinflußt.

Zink in der Dermatologie

Zahlreiche Hauterkrankungen können mit einem angeborenen oder erworbenen Zinkmangel einhergehen. Erste Symptome sind erythematöse und schuppende Hautveränderungen in der Nasolabialfalte und hinter den Ohren. Mundwinkel, Lippen, Mund- und Zungenschleimhaut können entzündet sein. Zudem sind Hyper- und Parakeratosen erkennbar. Insgesamt scheint die Umwandlung vom Stratum germinativum zum Stratum corneum gestört zu sein.

Eine Zinksubstitution kann die Hautsymptome bei Acne vulgaris zum Teil erheblich bessern, ebenso juckende Effloreszenzen in der Schwangerschaft. Eine Reihe weiterer Hauterkrankungen reagiert positiv auf eine Zinktherapie. Daher werden in der Wundbehandlung häufig Salbe, Pasten und Lotionen auf Zinkoxid-Basis eingesetzt.

Regulation der Absorption

Zink wird im gesamten Dünndarm absorbiert. Bilanzstudien beim Menschen zeigen, daß die Absorption - prozentual zur Aufnahme - mit steigender Zufuhr sinkt. An der Resorption sind mehrere Zink-Bindungsproteine beteiligt, vor allem die Metallothioneine, die pro Mol bis zu sieben Mol divalenter Kationen binden können. Außerdem greifen ein cysteinreiches intestinales Protein (CRIP) und unspezifische Zink-bindende Liganden in die Resorption ein. Das Kation wird zum größten Teil fäkal ausgeschieden. Die Homöostase wird somit vorwiegend durch die intestinale Absorption und enterale Exkretion reguliert.

Die wichtigsten Zink-Lieferanten sind Fisch, Fleisch, Milchprodukte und Eier. Im allgemeinen wird das Ion aus Lebensmitteln tierischer Herkunft besser verwertet als aus pflanzlichen Produkten, vor allem wegen des hohen Phytinsäuregehalts in Pflanzen. Zink ist das Spurenelement, dessen Bioverfügbarkeit bei hohen Phytinsäuregehalten der Nahrung am deutlichsten absinkt. Dagegen steigern die Aminosäuren Histidin und Cystein die Absorption deutlich, ebenso wie die Zitronensäure.

Als bekannteste Interaktion zwischen Metallen gilt die Zink-Kupfer-Wechselwirkung, wobei hohe Zinkgaben die Kupferabsorption hemmen. Dieser Effekt wird therapeutisch bei Kupferüberladung, zum Beispiel Morbus Wilson, genutzt. Hohe Eisenkonzentrationen vermindern die Zinkaufnahme, während hohe Zinkdosen den Eisen-Turnover beschleunigen. Schwermetalle wie Cadmium und Quecksilber können die Zinkaufnahme hemmen. Umgekehrt schützt eine ausreichende Zinkzufuhr vor Cadmiumbelastung.

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung gibt als wünschenswerte tägliche Aufnahme für Männer 15 mg und 12 mg für Frauen (Schwangere 15 mg und Stillende 22 mg/die) an. Derzeit arbeitet der wissenschaftliche Ausschuß für Lebensmittel (SCF) der EU an europäischen Empfehlungen für die Nährstoffzufuhr. Der SCF-Report legt 9,5 mg Zink pro Tag für Männer und 7 mg für Frauen fest - Werte, die laut VERA-Studie in Deutschland von gesunden Erwachsenen gut erreicht werden.

PZ-Titelbeitrag von Dr. Anja Markant, Dr. Gerald Rimbach, Professor Dr. Josef Pallauf, Giessen, Klaus Krämer, Landau, Horst Mayer, Fellbach
       

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