Elementanalytik: Woher kommen Spurenelemente und Schwermetalle?

Als fundamentaler Bestandteil der Aniveri Analyse misst die laborbasierte Haarmineralanalyse genau, wie viele Spurenelemente und Schwermetalle in einer Haarprobe stecken. Doch woher kommen eigentlich diese Elemente, aus denen das gesamte Universum besteht und inwiefern sind sie relevant für die Medizin? Harald Hagendorfer, Deputy Managing Director und Head of „Special Analytics“ bei Ortho-Analytic gibt Einblicke in die Grundlagen der Elementanalytik.

So manch einen mag der Blick auf das allseits bekannte Periodensystem an den Chemie-Unterricht in der Schule erinnern. Doch unabhängig davon, ob man sich mit dem Unterrichtsfach anfreunden konnte, oder nicht – im Endeffekt sind die bis dato 118 bekannten Elemente das, was unser Leben ausmacht. Alles, woraus unser Universum besteht und alles, was wir sehen, atmen oder zu uns nehmen besteht aus den Elementen des Periodensystems.

Ihre Entstehung lässt sich auf die sogenannte Nukleosynthese zurückführen, die in den Sternen – also beispielsweise auch in unserer Sonne – stattfindet. Als „Grundzutaten“ braucht es dafür Wasserstoff und Helium – zwei Elemente, die am Beginn unseres Universums, genauer gesagt in den ersten drei Minuten nach dem Urknall, entstanden sind. Je nachdem, wie groß ein Stern ist, schafft er es aus diesen zwei „Zutaten“ Elemente bis zum Eisen (mit der Ordnungszahl 26) zu „erbrüten“. Für die Entstehung aller Elemente darüber wäre mehr Energie nötig, die nur im Endstadium eines Sternenlebens zur Verfügung steht, also beispielsweise bei einer Explosion als Supernova. In diesem Fall können alle weiteren Elemente, die in der Natur vorkommen, bis zum Plutonium mit der Ordnungszahl 94 entstehen.

Alles, was bei einer derartigen Supernova entsteht, wird im Endeffekt im Universum als Staub verteilt und bei der Entstehung neuer Sterne durch die Gravitation als Planeten wieder zusammengeballt. Dort stehen die Elemente dem Leben und der Natur im Anschluss so wie wir es kennen wieder als atomare Bausteine zur Verfügung. Die Aussage „Wir sind nichts anderes als Sternenstaub“ entspricht also den Tatsachen. Wir – und auch unsere tierischen Begleiter:innen - sind aus dem gemacht, was das Universum seit dem Urknall vor circa 14 Milliarden Jahren mit all seinen unzähligen Sternen und Galaxien unentwegt produziert. 

Abbildung 1: Aufschlüsselung der häufigsten Elemente, aus welchen Säugetiere bestehen.

Wie können Elemente in der Medizin betrachtet werden?

Grundsätzlich lassen sich die Elemente in unterschiedliche Kategorien einteilen. Einerseits gibt es die physiologisch relevanten Elemente, wie zum Beispiel Kohlenstoff, Stickstoff, Sauerstoff und Wasserstoff. Ohne sie gäbe es kein Leben, wie wir es kennen - auch wir Menschen sind unter anderem zu einem großen Teil aus ihnen aufgebaut. Andererseits findet man Elemente, die Leben entgegenwirken, weil sie auf die Biochemie im Körper toxisch wirken. Viele davon werden auch gerne für technologische Prozesse eingesetzt und sind daher oftmals in unserer Umwelt zu finden. Aluminium ist beispielsweise ein technologisch extrem relevantes Element (zum Beispiel beim Fahrzeugbau, in der Luftfahrtindustrie etc.), besitzt aber toxisches Potenzial bei der Möglichkeit einer Resorption in den Körper.

Nicht immer aber ist die Klassifikation so einfach, denn es kommt – wie es Paracelsus bereits im 16. Jahrhundert festgestellt hat – auf die Dosis sowie auf die Verbindung an, in der ein Element vorliegt. Bei Letzterer spricht man von Spezies. Das Element Arsen, das den meisten als „Schwiegermuttergift“ bekannt ist, sei hier als Beispiel erwähnt. Weniger bekannt ist hingegen, dass Arsen in allen Fisch- und Meeresfrüchten in relativ hohen Konzentrationen, jedoch für Mensch und Tier in einer ungiftigen Form, bekannt als Arsenobetain, vorhanden ist. Arsen kann also – abhängig von der chemischen Verbindung, in welcher es vorliegt – toxisch sowie biologisch relevant sein.

Wie steht es nun um die vermeintlichen „Schwermetalle“, die bei der Aniveri Haarmineralanalyse ebenfalls so genau unter die Lupe genommen werden? Per Definitionem sind Schwermetalle Elemente, deren Dichte größer als 5,0 Gramm pro Kubikzentimeter ist. Der Name „Schwermetall“ bringt aber zumeist einen negativen Beigeschmack mit sich, so als würde es sich um eine giftige Substanz per se handeln. Diese Annahme ist jedoch nicht korrekt, denn beispielsweise sind auch Zink und Kupfer ihrer Definition nach Schwermetalle. Für Mensch und Tier sind allerdings beide Elemente physiologisch von höchster Bedeutung. Tatsächlich spricht man bei Schwermetallen wie Zink und Kupfer von Spurenelementen, bei anderen – wie zum Beispiel bei Kobalt oder Chrom – hingegen von Spurenelementen mit toxischem Potenzial. Hier kommt es zumeist auf die aufgenommene Menge an, ob ein Element nun toxisch oder physiologisch wertvoll wirkt.

Wie kann man Elementanalytik zur Diagnostik verwenden?

Wie man sieht, ist eine Klassifikation von Elementen in der Medizin nicht immer einfach und somit für die Diagnostik oftmals schwer zu fassen. Nichtsdestotrotz kann man mit der richtigen Herangehensweise viele wertvolle Informationen in punkto Versorgungstatus und Exposition erlangen:

1.) Die Verwendung der Haare als Untersuchungsmaterial erlaubt einen Blick in die Vergangenheit.

2.) Die Klassifikation erfolgt nach Menge, Toxizität und physiologischer Relevanz:

  • Mengenelemente und Mineralstoffe – also Elemente, die zu mehr als 0,005 Prozent im menschlichen Körper vorhanden sind und in der Regel kein toxisches Potenzial besitzen
  • Spurenelemente, die nur zwischen 0,005 und 0,0000001 Prozent vorhanden sind, eingeteilt in essenzielle Spurenelemente und Spurenelemente mit toxischem Potenzial
  • Toxische Elemente und Schwermetalle

3.) Kombiniert wird dies mit Grenzwerten, die festlegen, bis wann Elemente noch physiologisch wertvoll bzw. ungefährlich sind und ab wann es zu subklinischen oder akut toxischen Erscheinungsbildern kommen kann.

Man erhält somit weitestgehend einen Überblick über den Versorgungsstatus sowie über Mangelzustände an Mineralstoffen und Spurenelementen im Körper während der zuletzt vergangenen Wochen bis Monate. Ferner kann man auch Aussagen darüber treffen, ob eine erhöhte Exposition an toxischen Elementen und Schwermetallen vorliegt. Genau auf diese Art werden auch die Ergebnisse der Aniveri Haarmineralanalyse bei der Auswertung aufgeschlüsselt.