Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
D. Meißner und T. Arndt

Eisen

Eisen
Englischer Begriff
iron
Definition
Eisen (chemisches Symbol: Fe) ist ein ubiquitär vorkommendes Übergangsmetall (Übergangsmetalle) mit der Ordnungszahl 26. Es ist das vierthäufigste Element der Erdkruste und das quantitativ bedeutendste essenzielle Spurenelement (Spurenelemente) im menschlichen Organismus.
Struktur
Für den Organismus haben nur die Oxidationsstufen +2 und +3 Bedeutung, wobei die Oxidationsstufe im Verlauf der Körperpassage mehrfach wechselt. Fe3+ ist die stabile, Fe2+ die wesentlich besser lösliche Form. Bei physiologischem pH wird Fe2+ rasch zu Fe3+ oxidiert. Eisen liegt als Funktionseisen im Hämoglobin, Myoglobin sowie in Enzymen vor. Im Plasma ist es an Transferrin gebunden. Speicherproteine sind Ferritin und Hämosiderin.
Molmasse
Relative Atommasse: 55,847.
Synthese – Verteilung – Abbau – Elimination
Eisen wird sowohl in ionisierter Form als auch als Hämeisen aufgenommen, benötigt werden 10–15 mg pro Tag. Zur Resorption muss Eisen in der reduzierten Form (Fe2+) vorliegen. Im Häm ist Fe2+ enthalten. Fe3+ wird mittels Ferrireduktasen zu Fe2+ reduziert, damit es mithilfe DMT1 („divalent metal transporters“) über die Mukosazellen des proximalen Duodenums aufgenommen werden kann. Das resorbierte Fe2+ wird durch Ferrioxidasen wieder zu Fe3+ reoxidiert, da sowohl Transferrin und Ferritin als auch die Siderophoren nur dreiwertiges Eisen zu binden vermögen. Die Eisenhomöostase wird über die Aufnahme geregelt, die Resorptionsrate liegt zwischen 10 % (normal) und 35 % (bei Eisenmangel). Eisen bindet im Plasma an Transferrin und über Transferrinrezeptoren an die Zelloberfläche, von wo es über Phagosomen in die Zelle aufgenommen wird. Eisen wird, an Ferritin gebunden, in allen Zellen – mit hoher Kapazität besonders in Leber und Milz – gespeichert. Nur etwa 1 mg Eisen wird pro Tag über Urin, Stuhl und Schweiß ausgeschieden. Darüberliegende Mengen werden nicht ausgeschieden, sondern in Ferritin und Hämosiderin gespeichert.
Körperbestand: 4–5 g. Bedarf: Männer 6 mg/Tag, Frauen 7 mg/Tag, erhöhter Bedarf bei Heranwachsenden, während Menstruation, Schwangerschaft und Stillzeit. Empfohlene Zufuhr 10 mg/Tag, bei erhöhtem Bedarf 15 mg/Tag. Tolerierbare Aufnahme pro Tag: 0,7 mg/kg KG. Eisenreich sind Fleisch und Fleischprodukte, Gemüse, Hülsenfrüchte, Vollkorn.
Halbwertszeit
Im Plasma: 3 Stunden; Ganzkörpereisen: 10 Jahre.
Funktion – Pathophysiologie
Fast zwei Drittel des Gesamteisens sind im Hämoglobin enthalten. Zu den wichtigen Funktionen des Eisens zählen Sauerstofftransport (Hämoglobin), Elektronentransport (Fe2+/Fe3+) und Oxidations-/Reduktionsreaktionen (Eisenenzyme). Pathologische Zustände und damit verbundene Störungen der physiologischen Funktionen entstehen sowohl durch Eisenmangel und Eisenüberladung als auch durch Verteilungs- und Verwertungsstörungen. Eisenmangel ist die Folge von Verlusten, gesteigertem Bedarf oder ungenügender Resorption und äußert sich in 3 Stadien:
  • prälatenter Eisenmangel (Speichereisen vermindert),
  • latenter Eisenmangel (Speichereisen, Transporteisen und Enzymaktivitäten vermindert) und
  • manifester Eisenmangel (mikrozytäre, hypochrome Anämie).
Die erhöhte Zufuhr (Transfusionen, eisenhaltige Medikamente oder sonstige eisenhaltige Materialien) kann zu akuten und chronischen Intoxikationen führen. Die Eisenüberladung, die durch Speicherung in Hämosiderin nach erhöhter Zufuhr oder bei chronischen Erkrankungen, speziell bei Leberzirrhose, zustande kommt, wird als Hämosiderose bezeichnet. Dagegen ist die Hämochromatose eine genetisch bedingte, autosomal rezessiv vererbte und durch gesteigerte Resorption hervorgerufene Eisenspeicherkrankheit, die in unterschiedlichen Formen auftritt. Die häufigste Form beruht auf einer C282Y-Mutation des Hämochromatosegens HFE (Typ 1). Eisenverteilungsstörungen mit erhöhtem Speicher- sowie vermindertem Transport- und Funktionseisen treten bei malignen Tumoren oder chronischen Entzündungen auf. Eisenverwertungsstörungen, die das Bild einer Eisenmangelanämie vortäuschen, sind bei sideroachrestischer Anämie, renaler Anämie oder Erythropoetinmangel zu finden.
Untersuchungsmaterial – Entnahmebedingungen
Serum, Heparin-Plasma, Urin.
Probenstabilität
Blut: 2 Stunden. Serum/Plasma: 20 °C 7 Tage, 4–8 °C 21 Tage, −20 °C >1 Jahr. Urin: 20 °C 3 Tage, 4–8 °C 7 Tage, −20 °C >1 Jahr.
Präanalytik
Nur Plastikgefäße verwenden; Kontamination durch eisenhaltige Abnahmekanülen vermeiden, die ersten 1–2 mL Blut nicht für die Eisenbestimmung verwenden. Trennung Serum/Blutkuchen innerhalb 2 Stunden, Hämolyse führt zu falsch hohen Werten, EDTA-Plasma eignet sich nur für die AAS-Methode, da Interferenz mit Chelat-Chromophoren. Starke zirkadiane Schwankungen.
Analytik
Flammen-AAS, Photometrie. Schritte der kolorimetrischen (photometrischen) Bestimmung sind:
  • Trennung des Eisens von Transferrin durch Säuren (z. B. Salzsäure, Trichloressigsäure) oder Detergenz (z. B. Guanidiniumchlorid)
  • Eiweißfällung (nicht obligat)
  • Reduktion des Fe3+- zum Fe2+-Ion durch Reduktionsmittel wie Ascorbat, Hydrochinon, Thioglykolat und Hydroxylamin
  • Bildung eines gefärbten Chelatkomplexes
Bewährte Farbbildner sind Bathophenanthrolin und Ferrozin (Methode des International Committee for Standardization in Hematology, ICSH). Letzteres hat eine bessere Löslichkeit und bildet Komplexe mit einem höheren Absorptionskoeffizienten als Bathophenanthrolin.
Konventionelle Einheit
μg/dL, μg/d.
Internationale Einheit
μmol/L, μmol/d.
Umrechnungsfaktor zw. konv. u. int. Einheit
μmol/L = 0,17906 × μg/dL, μg/dL = 5,5847 × μmol/L.
μmol/d = 0,017906 × μg/d, μg/d = 55,847 × μmol/d.
Referenzbereich–Frauen
Aufgrund der u. g.Einflussgrößen auf die Eisenserumkonzentration schwanken die Referenzbereiche zwischen den einzelnen Studien und Quellen mehr oder weniger stark. Im konkreten Fall sollten deshalb die im Laborbefund ausgewiesenen, oft geschlechts- und altersabhängig differenzierten, Referenzbereiche beachtet werden. Die hier angegebenen Werte dienen einer ersten Orientierung. Sie repräsentieren für Plasma/Serum gerundete Mittelwerte aus den von Thomas (2005) publizierten Daten. Plasma/Serum: 6–26 μmol/L (34–145 μg/dL). Urin: <1,8 μmol/Tag (<100 μg/Tag) (unpublizierte Studie von Meißner).
Referenzbereich – Männer
Serum/Plasma: 7–30 μmol/L (39–168 μg/dL), s. Fauen.
Referenzbereich – Kinder
Serum/Plasma: 4–28 μmol/L (22–156 μg/dL), s. Frauen.
Indikation
Interpretation
Serum- oder Plasmaeisen sind zur Beurteilung des Körpereisenstatus ungeeignet. Im Serum gibt es erhebliche zirkadiane Schwankungen zwischen frühem Morgen und Mittag (Amplitude bis zu 50 μg/dL und mehr) sowie von Tag zu Tag. Die Eisenkonzentration wird darüber hinaus von der Nahrungsaufnahme, von akuten Entzündungen und chronischen Erkrankungen beeinflusst. Ein Eisenmangel kann dadurch maskiert werden. Eisenüberladungen werden jedoch gewöhnlich angezeigt und Serumkonzentrationen von >54 μmol/L von klinischen Symptomen begleitet.
Grenzwert im Trinkwasser: 0,2 mg Fe/L (Trinkwasser-VO 2016).
Diagnostische Wertigkeit
Die Eisenserumkonzentration hat lediglich für die Diagnose einer Eisenüberbeladung diagnostische Bedeutung.
Zur Diagnose eines Eisenmangels (prälatenter, latenter, manifester) sowie von verschiedenen Formen einer gestörten Eisenversorgung, −nutzung und -ausscheidung sind in erster Linie Ferritin, Transferrin und die Transferrinsättigung im Serum sowie das kleine Blutbild (Erythrozytenzahl, Erythrozytenindices, Hämoglobin) im EDTA-Blut zu bestimmen und ggf. ein Blutausstrich zu bewerten (Erythrozytenmorphologie und -färbung).
Parameter der nächsten diagnostischen Stufe können sein: der lösliche Transferrinrezeptor (Transferrinrezeptor, löslicher), der Hämoglobingehalt des einzelnen Retikulozyten (Retikulozytenhämoglobin) sowie das Zink-Protoporphyrin in Erythrozyten.
Hinweise auf eine genetisch bedingte Eisenüberbeladung (Hämochromatose) können molekularbiologisch abgeklärt und einem spezifischen Hämochromatosetyp zugeordnet werden.
Literatur
Metzgeroth G, Hastka J (2004) Diagnosic work-up of iron deficiency. J Lab Med 28:391–399
Schümann K, Weiss G (2002) Eisen. In: Biesalski HK, Köhrle J, Schümann K (Hrsg) Vitamine, Spurenelemente und Mineralstoffe. Georg Thieme Verlag, Stuttgart/New York, S 137–147
Thomas L (2005) Labor und Diagnose, 6. Aufl. TH-Books, Frankfurt am Main, S 379–411
Trinkwasser-VO (2016) Trinkwasserverordnung in der Fassung der Bekanntmachung vom 10. März 2016. https://​www.​gesetze-im-internet.​de/​bundesrecht/​trinkwv_​2001/​gesamt.​pdf. Zugegrieffen am 08.09.2017