Aus Forschung & Wissenschaft

Calcium

 

Bioverfügbarkeit

Die Bioverfügbarkeit  von Mineralstoffen in Getränken  – wie Mineral- und Heilwässern – ist ein oft kontrovers diskutiertes Thema: Manche Modelle vertreten die Auffassung, dass nur organisch gebundene Mineralstoffe, wie sie beispielsweise in Lebensmitteln vorliegen, für den Körper nutzbar sind. Im Gegensatz dazu steht die Überlegung, dass gerade Mineralstoffe in wässriger Lösung bereits als Ionen vorliegen – also in der einzig resorbierbaren Form – und nicht erst aus einer organischen Bindung freigesetzt werden müssen. Eine ganze Reihe von Studien bestätigt dementsprechend auch die gute Bioverfügbarkeit von Calcium in calciumreichen Wässern (Ca-Gehalt über 250 mg/l).

  

Greupner T., Schneider I., Hahn A.

Calcium Bioavailability from Mineral Waters with Different Mineralization in Comparison to Milk and a Supplement

J Am Coll Nutr. 2017 Jul 

 

Hintergrund: Laut Nationaler Verzehrsstudie II erreichen 46 %
der Männer und 55 % der Frauen nicht die empfohlene tägliche
Calciumzufuhr von 1 000 mg/d. Zur Verbesserung der Versorgung
bieten sich aufgrund der Verzehrsmenge Mineralwässer an. Ziel
der Studie war es, die Bioverfügbarkeit von Calcium aus verschiedenen
Mineralwässern untereinander und mit der Verfügbarkeit
aus einem Nährstoffsupplement sowie einem festen Lebensmittel,
welches üblicherweise zur Versorgung empfohlen wird (Milch),
zu vergleichen.
Methoden: Im Rahmen einer offenen, kontrollierten, randomisierten
Studie im Cross-over-Design (n = 21) wurde die Bioverfügbarkeit
von jeweils 300 mg Calcium aus drei unterschiedlich
mineralisierten Mineralwässern, aus Milch sowie aus einem
Calciumsupplement mittels der Calciumspiegel im Serum sowie der
Ausscheidung von Calcium mit dem Urin untersucht. Zusätzlich
wurden die Parathormon-Konzentrationen im Serum sowie die
Phosphat-Konzentrationen im Serum und im Urin bestimmt.
Ergebnisse: Zwischen den mittleren iAUCs der Serum-Calcium-
Konzentrationen über 10 h (p = 0,4261) sowie der 24 h-Urin-
Ausscheidung von Calcium (p = 0,6192) ergaben sich keine signifikanten
Unterschiede zwischen den Prüfprodukten. Die Verläufe
der Calcium-Konzentrationen im Serum sowie im Urin über 24 h
unterstreichen dieses Ergebnis. Die Aussagen werden durch die
gegenläufigen Phosphat-Konzentrationen im Serum und Urin
ebenso unterstützt wie durch die Parathormon-Konzentrationen
im Serum.
Schlussfolgerung: Die Bioverfügbarkeit von Calcium aus Mineralwasser
ist vergleichbar mit der Bioverfügbarkeit des Mineralstoffs
aus Milch sowie aus einem Nährstoffsupplement. Die unterschiedliche
Mineralisation der Mineralwässer (besonders im Hinblick auf
Sulfat- und Hydrogencarbonatanteile) hatte keinen Einfluss auf
die Bioverfügbarkeit. Mineralwasser stellt damit eine kalorienfreie
Alternative für die Zufuhr von Calcium über die Ernährung dar.

 

 

Ruchalla E.

Bioverfügbarkeit von Calcium in Mineral- und Heilwässern - Derzeitiger Stand der Forschung

Der Heilpraktiker & Volksheilkunde, 10/2009

 

Zahlreiche Studien zeigen einheitlich die gute Bioverfügbarkeit des Calciums aus natürlichen Mineral- und Heilwässern. Besonders vorteilhaft ist, dass die Calciumzufuhr über diese Wässer gleichmäßig über den Tag verteilt erfolgt. Damit werden kurzzeitig Spitzenkonzentrationen im Darm vermieden, bei denen die Resorption nicht so effektiv ist wie bei mittleren, gleichmäßigen Konzentrationen. Die gleichzeitige Deckung des Flüssigkeitsbedarfs ist ein weiterer Nutzen. Die Bioverwertbarkeit des Calciums ist auch dann gut oder sogar besser, wenn das Wasser zu den Mahlzeiten getrunken wird. Damit ist die Zufuhr einfacher, als wenn das Wassercalcium nur auf nüchternem Magen resorbiert werden könnte - "nüchtern" bedeutet mindestens vier Stunden Abstand zur letzten Mahlzeit. Der mögliche Schutzeffekt gegenüber einer Osteoporose im höheren Alter rundet das positive Bild für die calciumreichen Wässer ab. Bei oraler Gabe von Calcium entspricht die Bioverfügbarkeit dem im Darm resorbierten Anteil der Gesamtmenge an zugeführtem Calcium. Näherungsweise kann die Bioverfügbarkeit durch die Messung der Plasma- oder Serumkonzentration einer Substanz im zeitlichen Verlauf gemessen werden.

 

Marktl W.
Health-related effects of natural mineral waters
Wien Klin Wochenschr. 2009;121(17-18):544-50. German.

 

Die Übersichtsarbeit von Marktl ist ein guter Einstieg, wenn man sich mit den verschiedenen Mineralstoffen in Wässern und deren gesundheitlicher Bedeutung vertraut machen möchte. Sie fasst unter anderem auch eine Reihe von Studien zur Bioverfügbarkeit von Calcium in Mineralwässern zusammen, die sämtlich eine gute Nutzbarkeit finden. In einer Metaanalyse mittels Tracer-Technik mit stabilen bzw. instabilen Isotopen fand sich eine Bioverfügbarkeit des Wasser-Calciums, die der von Milch-Calcium entsprach, eigentlich ja dem als klassisch betrachteten Calciumlieferanten. Die Resorptionsquote scheint dabei unabhängig von dem jeweiligen Begleitanion zu sein, allerdings können möglicherweise andere Ionen wie Natrium in höherer Konzentration einen Einfluss ausüben. Inwieweit Mineral- und Heilwässer zur Deckung des täglichen Calciumbedarfs beitragen können, hängt natürlich vom jeweiligen Wasser ab: calciumreiche Wässer können etwa 25 % des täglichen Bedarfs liefern, wenn täglich 1 Liter getrunken wird. Zugrunde liegt die von der Deutschen Gesellschaft für Ernährung empfohlene Zufuhr von etwa 1000 mg pro Tag für Erwachsene. Das kann dann wichtig werden, wenn die tägliche Calciumzufuhr aus anderen Quellen niedrig ist, denn Calciummangel wird mit einer Reihe von Erkrankungen in Beziehung gebracht, wie beispielsweise Osteoporose. Dazu finden sich weitere Informationen unter dem Button „Knochen, Osteoporose".

 

Heaney RP.

Absorbability and utility of calcium in mineral waters.

Am J Clin Nutr. 2006 Aug;84(2):371-4. Review

 

Auch Heaney liefert eine Zusammenfassung der Literatur zur Nutzbarkeit des Calciums in Mineralwässern im Hinblick auf die deutlich unter den empfohlenen Mengen liegende Zufuhr in den USA, die aber auch in Deutschland nicht immer den Anforderungen entspricht. Zusätzlich verwendet er eigene, bislang unveröffentlichte Daten (Verabreichung von calcium-reichem Wasser zu einer Mahlzeit mit ansonsten niedrigem Calciumgehalt). Dabei zeigten die Resorptionsquoten, meist mit Isotopentechniken unter Zuhilfenahme von 45Ca, durchweg eine gute Bioverfügbarkeit. Aber auch biodynamische Analysen, bei denen der untersuchte Parameter die biologische Reaktion auf die Calciumzufuhr war, zeigen gute Ergebnisse (etwa erhöhte Calciumausscheidung im Urin, verminderter Knochenabbau, verminderte Konzentration von Parathormon im Serum). Nach Ansicht des Autors können Wässer mit hohem Calciumgehalt eine nützliche Ergänzung des täglichen Speiseplans sein.

 

Heaney RP, Rafferty K, Dowell MS, Bierman J.

Calcium fortification systems differ in bioavailability.

J Am Diet Assoc. 2005 May;105(5):807-9.

 

Heaney et al. untersuchten in dieser randomisierten Crossover-Studie die Bioverfügbarkeit von Calcium aus zwei verschiedenen Verbindungen, die kommerziell erhältlichem Orangensaft zugesetzt worden waren: Calciumcitratmalat versus eine Kombination von Tricalciumphosphat/Calciumlactat.
25 gesunde prämenopausale Frauen erhielten ein Frühstück plus Orangensaft mit 500 mg Calcium, entweder in Form des Citrat-Malats oder in Form des Phosphat-Lactats. Der Haupt-Endpunkt war die Fläche unter der Zeit-Konzentrations-Kurve mit Messpunkten der Calciumkonzentration im Serum zu den Stunden 0, 1, 2, 3, 5, 7 und 9 nach Trinken des Safts.
Die Ergebnisse zeigten eine um 48 % höhere AUC für Calciumcitratmalat als für Tricalciumphosphat/Calciumlactat (p <0,001); entsprechend 148 +/- 9,0 mg bzw. 100 +/- 8,9 mg Calcium. Nach Ansicht der Autoren ist dies ein deutlicher Hinweis, dass der Zusatz einer bestimmten Menge Calcium nicht garantiert, dass diese Menge für den Körper auch nutzbar ist. Hersteller von mit Calcium angereicherten Lebensmitteln sollten auf der Verpackung eine Aussage zur tatsächlichen Bioverfügbarkeit machen.

 

Bacciottini L, Tanini A, Falchetti A, Masi L, Franceschelli F, Pampaloni B, Giorgi G, Brandi ML.
Calcium bioavailability from a calcium-rich mineral water, with some observations on method.
J Clin Gastroenterol. 2004 Oct;38(9):761-6.

 

Die italienische Arbeitsgruppe untersuchte, ob ein Mineralwasser mit hohem Calciumgehalt (202 mg/l) eine sinnvolle zusätzliche Quelle für Calcium in der Ernährung darstellen kann. Dabei wurde als Tracer 44Ca verwendet und dessen Vorhandensein im Plasma mittels ICP-MS (Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry nachgewiesen, einer bisher zu diesem Zweck nicht verwendeten Methodik. Probanden waren 27 gesunde Freiwillige. Bei acht von ihnen wurde - bei gleicher Calciummenge - die Bioverfügbarkeit des Calciums aus dem Wasser mit der aus Milch verglichen. Die Teilnehmer erhielten dazu 130 mg Calcium in Form von Wasser bzw. Milch zu einem leichten Frühstück. Die anteilige Resorption mittels ICP-MS ergab eine Resorption des Wasser-Calciums von 22,53 % im Mittel (Männer), 22,57 % (prämenopausale Frauen) bzw. 21,62 % (postmenopausale Frauen). Die darüber hinaus gemessene Resorptionsquote für Milch-Calcium bei den acht Probanden (Intervall zwischen den Untersuchungen 2 Monate, um Fehlmessungen auszuschließen) betrug insgesamt im Mittel 23,15 %. Das Wasser-Calcium hatte sich also als ebenso gut resorbierbar erwiesen wie Milch, und die Forscher betrachten darüber hinaus die vorgestellte Anwendung der Massenspektrometrie als sinnvolle Methodik, um generell die Bioverfügbarkeit von Calcium aus verschiedenen Nährstoffquellen zu ermitteln.

 

Gundermann G, Gutenbrunner C, Karagülle O.
Eignen sich Heil- und Mineralwässer zur Mineralstoffsubstitution?
Ernährung & Medizin 2004; 19(2): 63-68

 

Gundermann et al. fassen in dieser Übersichtsarbeit die gute Bioverfügbarkeit von Mineralstoffen aus Heil- und Mineralwässer zusammen. Sowohl Calcium (bis zu einer Konzentration von 500 mg/l) als auch Magnesium können gut resorbiert werden und einen bestehenden Mangel ausgleichen; das Gleiche gilt für Wässer mit Kupfer, Zink und/oder Kobalt.
Studien haben gezeigt, dass calciumreiches Mineralwasser die Knochendichte von postmenopausalen Patientinnen mit Osteoporose signifikant ansteigen lässt. Ebenso kann bei Migränepatienten mit Magnesiumdefizit dieser Mangel durch ein Mineralwasser mit einem Magnesiumgehalt von 110 mg/l ausgeglichen werden.
Eisen liegt in Mineralwässern üblicherweise in der zweiwertigen Form vor (Fe++), sodass seine Bioverfügbarkeit als gut betrachtet wird (um 40 %). Weitere interessante Mineralstoffe sind in diesem Zusammenhang Jodid und Fluorid.
Nach Ansicht der Autoren sind mineralstoffreiche Heil- und Mineralwässer zum Ausgleich verschiedener Mineralstoffmangelsituationen geeignet. Die anzuwendenden Dosierungen müssen individuell festgelegt werde, unter Berücksichtigung von Ernährungsgewohnheiten und Ausmaß des Mangels.
 

 

Galan P, Arnaud MJ, Czernichow S, Delabroise AM, Preziosi P, Bertrais S, Franchisseur C, Maurel M, Favier A, Hercberg S.
Contribution of mineral waters to dietary calcium and magnesium intake in a French adult population.
J Am Diet Assoc. 2002 Nov;102(11):1658-62.

 

Die französische Arbeitsgruppe wollte prüfen, inwieweit das in Mineralwässern enthaltene Calcium zur Calciumgesamtversorgung der französischen Bevölkerung beitragen kann. Denn wie in den meisten westlichen Industrieländern ist die tägliche Calciumzufuhr über die normale Ernährung (also ohne Supplemente) auch hier zu gering und erreicht nicht die von den Ernährungsgesellschaften geforderten Mengen. Die Wissenschaftler erhoben dazu mittels Selbstauskunft (spezialisierte Fragebögen) bei Teilnehmern an einer großen Studie zum allgemeinen Ernährungsverhalten Daten speziell zum Trinkverhalten und teilten danach die Teilnehmer in vier Gruppen mit jeweils 166 Probanden ein:

 

  • Zufuhr von Mineralwasser mit hohem Calciumgehalt (486 mg/l)
  • Zufuhr von Mineralwasser mit mittlerem Calciumgehalt (202 mg/l)
  • Zufuhr von Mineralwasser mit niedrigem Calciumgehalt (9,9-67,6 mg/l)
  • Zufuhr ausschließlich von Leitungswasser (minimaler Calciumgehalt)

 

Nach der Auswertung zeigte sich, dass das Mineralwasser je nach Calciumgehalt bis zu 25 % des täglich aufgenommenen Calciums lieferte, bei ansonsten unveränderter Calciumzufuhr. Dabei war die Calciumaufnahme bei Probanden, die stark oder mäßig calciumhaltiges Wasser getrunken hatten, signifikant höher als bei den Personen, die calciumarmes Wasser oder ausschließlich Leitungswasser getrunken hatten. Die Wissenschaftler folgern daraus, dass Mineralwasser einen wesentlichen Beitrag zur täglichen, meist zu geringen Calciumversorgung leisten kann und empfehlen Ernährungsberatern, entsprechend spezialisierten Medizinern und anderen Fachgruppen, die im Bereich der Ernährungsmedizin tätig sind, calciumreiche Wässer in die Ernährungsempfehlungen aufzunehmen - interessant übrigens vor allem auch für die Gruppen, die keine Milch mögen oder sie nicht vertragen.

 

Böhmer H, Müller H, Resch KL.
Calcium supplementation with calcium-rich mineral waters: a systematic review and meta-analysis of its bioavailability.
Osteoporos Int. 2000;11(11):938-43.

 

Böhmer und Kollegen haben ebenfalls eine Metaanalyse der verfügbaren Studien zur Nutzbarkeit des in Mineralwasser enthaltenen Calciums durchgeführt, dies vor allem im Licht der Tatsache, dass die empfohlenen Zufuhrmengen häufig nicht erreicht werden - wobei die Zufuhrempfehlungen nach der damaligen Ansicht (Veröffentlichung aus dem Jahr 2000) möglicherweise ohnehin zu niedrig liegen. Mittlerweile hat hier wieder ein Umdenken eingesetzt, und die 1000-mg-pro-Tag-Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung besteht weiterhin in dieser Form - aber auch sie wird oft unterschritten.
Milch und Milchprodukte werden nicht unbedingt gemocht, oder es besteht eine Unverträglichkeit - außerdem bringen sie, je nach Fettgehalt auch eine erhebliche Kalorienanzahl mit sich. Die regelmäßige Einnahme von Calciumsupplementen wiederum erfordert eine gute Compliance und ist zudem nicht unbedingt kostengünstig. Calciumreiche Wässer könnten in diesem Zusammenhang eine viel versprechende Alternative sein. Daher führten die Autoren eine systematische Literaturrecherche über Medline für die Jahre von 1966 bis 1998 durch, um experimentelle Studien zur Bioverfügbarkeit von Calcium in calciumreichen Mineralwässern zu finden. Es ergaben sich sechs Studien zur allgemeine Resorption und vier Studien, die direkt die Resorption des Wasser-Calciums mit der des Milch-Calciums verglichen. Die  gepoolten Daten zeigen, dass die Calciumresorption aus dem Wasser statistisch signifikant höher lag als die aus den Milchprodukten (p = 0,03). Auch diese Autoren empfehlen, dass calciumreiche Wässer als Quelle der täglichen Calciumzufuhr nicht vernachlässigt werden dürften.

 

Costi D, Calcaterra PG, Iori N, Vourna S, Nappi G, Passeri M
Importance of bioavailable calcium drinking water for the maintenance of bone mass in post-menopausal women.
J Endocrinol Invest. 1999 Dec;22(11):852-6.

 

Costi et al. verfolgten einen anderen Ansatz: Sie untersuchten 255 Frauen (mittleres Alter 53 Jahre) in einer Querschnittsstudie: 175 der Frauen hatten, so die Annahme aufgrund ihrer Wohnorte, während ihres bisherigen Lebens ein calciumreiches Mineralwasser (318 mg/l) getrunken (Gruppe A), 80 Frauen dagegen ein Wasser mit niedrigem Calciumgehalt (Gruppe B). Die sonstigen Ernährungsgewohnheiten wiesen keine Unterschiede auf - die höhere tägliche Calciumaufnahme der Frauen in Gruppe A mit im Mittel 1300 mg als in Gruppe B mit im Mittel 1042 mg musste also nach Ansicht der Autoren auf das Wasser zurückzuführen sein. In beiden Gruppen wurde die Knochenmasse im Bereich der Wirbelsäule gemessen. Für postmenopausale Frauen der Gruppe A zeigte sich hier eine signifikant höhere Knochendichte als bei postmenopausalen Frauen der Gruppe B. Dementsprechend, so die Folgerung,  könnte also die regelmäßige und langzeitige Zufuhr eines calciumreichen Mineralwassers einen protektiven Effekt gegenüber einem starken Knochenmasseverlust nach der Menopause darstellen.


Wynckel A, Hanrotel C, Wuillai A, Chanard J
Intestinal calcium absorption from mineral water.
Miner Electrolyte Metab. 1997;23(2):88-92.

 

Die Arbeitsgruppe von Wynckel untersuchte zwölf gesunde junge Probanden, die zusammen mit einer Standardmahlzeit drei verschiedene Mineralwässer erhielten, mit jeweils 100 mg Calcium in Form eines:

 

  • calciumreichen Wassers (467 mg/l)
  • mäßig calciumhaltigen Wassers (78 mg/l)
  • Wassers mit niedrigem Calciumgehalt (10,4 mg/l)

 

Die Mineralwässer waren jeweils mit 45Ca  als Tracer markiert, zur Bestimmung der fraktionellen Resorption (FA, für englisch absorption) erhielten die Studienteilnehmer zusätzlich vor Zufuhr des Wassers einen intravenösen 45Ca-Bolus. Die FA wurde 2 und 4 Stunden nach Trinken des Wassers als Verhältnis des oral zugeführten Calciums (über Ausscheidung im Urin) zum injizierten Calcium (im Blut, definitionsgemäß 100 %) gemessen. Dabei ergaben sich ein 2-Stunden-Wert zwischen 33,3 und 39 % sowie 4-Stunden-Werte von 34,1 - 37 %. Es zeigte sich also eine gute Resorption des Mineralwasser-Calciums, unabhängig von dem sonstigen Mineralstoffgehalt und der sonstigen Calciumzufuhr. Die Autoren empfehlen daher calciumreiche Wässer als zusätzliche Calciumquelle, vor allem für Personen mit Lactoseintoleranz.

 

Van Dokkum W, De La Guéronnière V, Schaafsma G, Bouley C, Luten J, Latgé C.
Bioavailability of calcium of fresh cheeses, enteral food and mineral water. A study with stable calcium isotopes in young adult women.

Br J Nutr. 1996 Jun;75(6):893-903.

 

Van Dokkum und Mitarbeiter untersuchten die Bioverfügbarkeit von Calcium aus calciumreichem Mineralwasser (440 mg/l) im Vergleich mit der aus Frischkäse. Zwölf gesunde junge Frauen mit einer nach den Empfehlungen zu geringen täglichen Calciumzufuhr (750 mg im Mittel) erhielten in einem Crossover-Design:

 

  • zwei Arten von Frischkäse (Calciumgehalt 150 mg)
  • calciumreiches Mineralwasser (Calciumgehalt 150 mg)
  • calciumreiches Mineralwasser plus eine Standardmahlzeit (Calciumgehalt 181 mg)

 

Die oralen Calciumquellen waren jeweils mit 44Ca markiert, zur Berechnung der Bioverfügbarkeit wurde den Probandinnen darüber hinaus eine geringe Menge eines radioaktiven Calciumisotops injiziert (45Ca). Die Auswaschphasen zwischen der Zufuhr der einzelnen Calciumquellen betrugen 2 Wochen. Als Ergebnisse wurden folgende Bioverfügbarkeiten berechnet: 37 % (Mineralwasser), 37,7 bzw. 42,2% (Frischkäse) sowie 46,1 % (calciumreiches Mineralwasser plus Standardmahlzeit). Der Unterschied für Frischkäse versus Mineralwasser war dabei nicht signifikant, jedoch der Unterschied Mineralwasser versus Mineralwasser plus Mahlzeit. Danach zeigt also auch diese Untersuchung vergleichbare Nutzbarkeiten für das Calcium aus calciumreichen Mineralwässern und das Calcium aus Milch bzw. Milchprodukten.

 

Couzy F, Kastenmayer P, Vigo M, Clough J, Munoz-Box R, Barclay DV
Calcium bioavailability from a calcium- and sulfate-rich mineral water, compared with milk, in young adult women.
Am J Clin Nutr. 1995 Dec;62(6):1239-44.
 

Couzy und Kollegen verglichen bei zehn jungen Frauen ebenfalls in einem Crossover-Design die Bioverfügbarkeit von Calcium aus einem Calcium-Sulfat-reichen Mineralwasser (Calciumgehalt 467 mg/l, Sulfatgehalt 1187 mg/l) mit der aus Milch. Das oral zugeführte Calcium wurde mit dem stabilen Isotop 44Ca markiert. Die Probandinnen erhielten an zwei aufeinander folgenden Tagen jeweils 260 mg Calcium zusätzlich zu ihrer sonstigen Ernährung: entweder in Milch oder in Form des calciumreichen Mineralwassers. Zwei Stunden nach oraler Calciumzufuhr wurde ein zweites markiertes Calciumisotop intravenös injiziert (45Ca). Die Ergebnisse zeigten eine durchschnittliche Calciumaufnahme von 23,8 % für Mineralwasser und 25 % für Milch, gemessen durch den Vergleich der Urinkonzentration des injizierten Calciums mit der des oral zugeführten Calciums. Dementsprechend unterschied sich auch hier die Calciumresorption aus dem Mineralwasser nicht von der aus der Milch, und das Sulfatanion des Wassers führte dabei nicht, wie früher vermutet wurde, zu einer verminderten Calciumverfügbarkeit - die Calciumurinausscheidung wurde nicht beeinflusst. Als Erklärung sehen die Autoren, dass der Urin-pH-Wert ebenfalls keine Unterschiede nach Wasser- gegenüber Milch-Calcium zeigte - denn dieser Mechanismus wird allgemein für die erhöhte Calciurese nach Calciumsulfatzufuhr betrachtet.