Einführung
Toxische Metalle, zu denen auch Schwermetalle wie Blei, Cadmium, Arsen und Quecksilber gehören, sind natürliche Bestandteile der Erdkruste, die durch menschliche Aktivitäten vermehrt in die Umwelt gelangen. Diese Metalle können in üblicher Konzentration im menschlichen Stoffwechsel schädliche Wirkungen haben. Besonders gefährdet sind Kinder, da ihr Gehirn sehr anfällig für Umweltgifte ist. Bereits geringe Schwermetallbelastungen können die Leistungsfähigkeit, Intelligenz und das Verhalten beeinträchtigen. Dieser Artikel beleuchtet die Auswirkungen von Cadmium auf das Gehirn, wobei auch andere Schwermetalle und deren Einflüsse betrachtet werden.
Quellen toxischer Metalle
Die Freisetzung toxischer Metalle erfolgt hauptsächlich durch menschliche Aktivitäten. Industrieemissionen aus Kraftwerken, der Stahlerzeugung und der chemischen Industrie sind bedeutende Quellen. Auch der Einsatz von Pestiziden und Klärschlamm kann zur Anreicherung von Schwermetallen in Böden und Gewässern führen. In der Vergangenheit wurden zudem schwermetallhaltige Farben und Farbpigmente hergestellt, deren Rückstände noch heute an alten Betriebsstandorten nachweisbar sind.
Weitere Expositionsquellen sind die Berufstätigkeit und Freizeitaktivitäten. So kann beispielsweise Schießtraining zu einer erhöhten Bleibelastung führen. Auch Zahnmaterialien, insbesondere Amalgamfüllungen, werden kontrovers diskutiert. Die Ernährungsgewohnheiten, wie der Verzehr von Fisch und Meeresfrüchten, stellen ebenfalls eine wichtige Quelle für Schwermetallbelastungen dar. Steigende Ozeantemperaturen können den Quecksilbergehalt von Fischen erhöhen. Zudem wird erwartet, dass der Klimawandel vermehrt Quecksilber aus tauenden Permafrostböden freisetzt.
Auswirkungen von Schwermetallen auf den Körper
Schwermetalle können Mineralstoffe und Spurenelemente von ihren Transportproteinen verdrängen. Sie haben eine hohe Affinität zu schwefelhaltigen Gruppen in Proteinen, was zu einer Veränderung der Proteinstruktur und einer verminderten Enzymaktivität führt. Der Verlust der Enzymaktivität beeinträchtigt Stoffwechselreaktionen und kann gesundheitliche Folgen haben.
Neben Enzymblockaden erhöhen Schwermetalle die Entzündungsaktivität, können Gewebeschäden auslösen, die Blut-Hirn-Schranke beschädigen und zu vermehrtem oxidativem Stress führen. Oft ergänzen sich Schwermetalle in ihrer Giftigkeit, und bereits kleinste Spuren können erhebliche gesundheitliche Störungen verursachen.
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Blei (Pb)
Blei ist trotz der Einführung von bleifreiem Benzin weiterhin ein wichtiges Umweltgift. Im Jahr 2021 wurden weltweit 12,3 Millionen Tonnen Blei produziert, wovon etwa 60 Prozent für die Herstellung von Autobatterien verwendet wurden. Weitere Quellen sind Bleirohre in Altbauwohnungen, der Verzehr von Wildfleisch, Schweißen, Löten, Billigschmuck und Billigkerzen.
Blei ist besonders gefährlich für das sich entwickelnde Gehirn. Bereits kleinste Mengen können die Hirnleistungsfähigkeit bei Kindern beeinträchtigen, selbst bei Blutkonzentrationen, die lange Zeit als ungefährlich galten. Blei schädigt vor allem das Nervensystem bei Erwachsenen, aber auch das Herz-Kreislauf-System und das Skelett. Es lagert sich in den Knochen ein und kann das blutbildende System schädigen. Symptome einer Bleibelastung sind Nierenfunktionsstörungen, Kopfschmerzen, Katarakt, Gelenkschmerzen, Erschöpfungszustände, Appetitmangel, Bauchkrämpfe und Infektanfälligkeit.
Bei einer nachgewiesenen Bleibelastung können Vitamin C und schwefelhaltige Aminosäuren die Bleiausscheidung fördern. Eine gute Zink- und Kalziumzufuhr ist ebenfalls wichtig.
Quecksilber (Hg)
Quecksilber ist einer der giftigsten Stoffe überhaupt und gelangt immer noch in großen Mengen in die Umwelt. Im Jahr 2015 wurden 2220 Tonnen Quecksilber aus anthropogenen Quellen in die Atmosphäre freigesetzt. Hauptquelle für die Quecksilberaufnahme des Menschen ist der Verzehr von Fisch und Meeresfrüchten. Große Raubfische wie Thunfisch, Haie und Schwertfisch sind besonders quecksilberbelastet.
Mikroorganismen können aus schwer löslichen anorganischen Quecksilberverbindungen organische Quecksilberverbindungen herstellen, die im Magen-Darm-Trakt sehr gut aufgenommen werden. Organische Quecksilberverbindungen überwinden leicht die Blut-Hirn-Schranke und reichern sich im Gehirn, in Leber und Nieren sowie im Blut des Fötus an. Quecksilberbelastungen können auch durch Impfstoffe, Amalgamfüllungen und Industrieabfälle entstehen.
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Quecksilber hat eine hohe Affinität zu SH-Gruppen und Carboxylgruppen, verdrängt physiologische Spurenelemente und beeinträchtigt die Funktion von Proteinen und Biomolekülen. Es fördert oxidativen Stress und hat eine toxische Wirkung auf das Immunsystem, das Herz-Kreislauf-System und das Nervensystem. Bei Kleinkindern kann bereits eine geringe Quecksilberbelastung zu Entwicklungsstörungen, Hirnleistungsstörungen und Verhaltensstörungen führen.
Es bestehen zahlreiche Wechselwirkungen zwischen Quecksilber und Mikronährstoffen. Quecksilber kann die Stoffwechselaktivität von Enzymen beeinträchtigen und zu einer beschleunigten Entleerung der Kalziumspeicher führen. Kalzium, Magnesium, Zink, Kupfer und Eisen können die Schädlichkeit des Quecksilbers in gewissem Umfang vermindern.
Arsen (As)
Arsen ist ein Halbmetall, das weit verbreitet in Böden und Gewässern sowie in tierischen und pflanzlichen Nahrungsmitteln vorkommt. Quellwasser kann ortsabhängig erhöhte Arsenkonzentrationen enthalten. Laut einem Risikomodell des Schweizer Forschungsinstituts Eawag könnten weltweit bis zu 220 Millionen Menschen von mit Arsen belastetem Grundwasser betroffen sein.
Wenn Pflanzen mit arsenbelastetem Wasser gegossen werden oder die Böden arsenbelastet sind, kommt es zu einer vermehrten Aufnahme von Arsen in die Pflanze. Besonders ausgeprägt ist die Arsenaufnahme beim Anbau von Pflanzen in stehendem Wasser, weshalb Reis, je nach Anbaugebiet, oft beträchtliche Mengen Arsen enthält. Weitere Arsenquellen sind Metallverarbeitung, Glasherstellung, Holzbehandlung und Kohleverbrennung.
Im Körper wird Arsen vor allem in den Knochen, in der Leber und in der Niere angereichert. Eine Langzeitbelastung mit Arsen zeigt sich häufig in Form von Hautveränderungen, Hyperkeratosen und Hauttumoren.
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Aluminium (Al)
Aluminium ist ein Leichtmetall und das dritthäufigste Element in der Erdkruste. Es findet sich in der Natur nie in Reinform, sondern ausschließlich in Form von Verbindungen, häufig Aluminiumsilikate. Aufgrund seiner günstigen metallischen Eigenschaften werden Aluminium oder Aluminiumlegierungen in immer mehr Gegenständen des Alltags verarbeitet.
Es sind bei Pflanzen, Tieren und Menschen keine physiologischen Funktionen bekannt, für die Aluminium erforderlich wäre. Es gibt immer mehr Hinweise darauf, dass Aluminium den Stoffwechsel vieler Mikronährstoffe stört, zum Beispiel den von Eisen, Magnesium, Kalzium, Zink und Vitamin B6. Aluminium hat zahlreiche toxische Wirkungen, vor allem im Gehirn, zum Beispiel Veränderungen der dopaminergen Nervenimpulsübertragung.
Aluminium wird auch als möglicher Cofaktor bei der Entwicklung der Alzheimer-Erkrankung angesehen. Bei verstorbenen Alzheimer-Patienten wurden mehrfach erhöhte Aluminiumkonzentrationen im Gehirn gemessen. Weitere mögliche Folgen einer Aluminiumbelastung sind Störungen des Immunsystems und des Knochenstoffwechsels. Neuerdings gibt es auch Hinweise darauf, dass Aluminium die Mitochondrienfunktion und damit den Energiestoffwechsel beeinträchtigen kann.
Bedeutende Aluminiumquellen im Alltag sind die Verwendung von Alufolie oder die Aufbewahrung und Zubereitung von Speisen in Küchenutensilien aus Aluminium. Besonders durch saure Speisen werden aus Aluminiumgefäßen beträchtliche Mengen Aluminium mobilisiert. Weitere Aluminiumquellen sind gefärbte Süßigkeiten, Laugengebäck, Schmelzkäse und Backpulver. Auch Körperpflegemittel wie Sonnenmilch und Deodorants können Aluminium enthalten.
Zur Verminderung einer Aluminiumbelastung sollte eine gute Versorgung mit Kalzium, Magnesium und Zink sichergestellt sein. Die Ausscheidung von Aluminium kann durch verschiedene organische Säuren, zum Beispiel Apfelsäure, gesteigert werden.
Cadmium (Cd)
Cadmium ist ein relativ weiches Metall, das in der Erdkruste weit verbreitet ist. Es wird bei der Verhütung verschiedener Erze als Nebenprodukt gewonnen. Cadmium wird als Korrosionsschutz in Batterien, als Kunststoffstabilisator und in Farbpigmenten verwendet. Zur Cadmiumbelastung der Umwelt tragen verschiedene industrielle Prozesse bei. Der Cadmiumgehalt in den Böden wird vor allem durch cadmiumhaltigen Klärschlamm und durch Phosphatdünger erhöht.
Die Hauptquellen für die Cadmium-Aufnahme des Menschen sind Getreideprodukte und Kartoffeln sowie Zigarettenrauch. Auch bestimmte Nahrungsmittel wie Instantkaffee, Gelatine und Meeresfrüchte können erheblich cadmiumbelastet sein. Immer wieder werden Nachrichten publiziert, dass Kakaobohnen oder Kakaoprodukte erhöhte Cadmiumkonzentrationen aufweisen.
Cadmium kann im Körper zahlreiche Schäden anrichten, insbesondere im Darm, wo es die Darmbarriere stört und zu einem Leaky-Gut-Syndrom führen kann. Es erzeugt oxidativen Stress und verdrängt essenzielle Metalle wie Zink oder Selen aus Enzymen und Kalzium aus den Knochen. Tabakpflanzen sind Metall-Sammler, und Rauchen führt zu einer erheblichen Cadmiumaufnahme.
Ein Mangel an Zink, Kalzium, Selen, Magnesium und Eisen führt zu einer höheren Aufnahme und Toxizität von Cadmium. Zink konkurriert mit Cadmium um dieselben Bindungsstellen im Körper, und eine höhere Zink-Aufnahme führt zu einer geringeren Aufnahme von Cadmium. Auch Eisen konkurriert mit Cadmium bei der Aufnahme aus dem Darm. Selen kann verschiedene Organe wie Gehirn, Lunge, Leber, Nieren und Blut vor den schädlichen Auswirkungen von Cadmium schützen und Schwermetalle binden.
Cadmium und Cluster-Kopfschmerz: Aktuelle Forschung
In Schweden läuft derzeit eine Studie zu Cadmium und Cluster-Kopfschmerz. Cluster-Kopfschmerz ist eine der schlimmsten Schmerzformen, die ein Mensch erleben kann. Eine aktuelle Studie am Karolinska Institutet in Schweden untersucht, ob Cadmium zur Entstehung von Cluster-Kopfschmerzen beitragen könnte. Viele Cluster-Kopfschmerz-Patienten haben früher geraucht oder tun es noch, und Tabakrauch enthält Cadmium. Die Forschung prüft, ob es einen Zusammenhang zwischen dem Rauchverhalten, der Cadmiumbelastung und der Entstehung von Cluster-Kopfschmerzen geben könnte. Im Zentrum steht die Frage, ob Cadmium bestimmte Prozesse im Körper verändert.
Dr. Joseph Lloyd untersucht die möglichen epigenetischen Veränderungen, die durch Cadmiumexposition bei Cluster-Kopfschmerz-Patienten ausgelöst werden. Ziel ist es, molekulare Marker zu identifizieren, die auf Cadmium-bedingte Veränderungen im Zusammenhang mit Cluster-Kopfschmerzen hinweisen könnten. Dr. Stefan Spulber untersucht, wie circadiane Aktivitätsmuster bei Cluster-Kopfschmerz-Patienten variieren und ob diese Muster mit den Schmerzepisoden in Zusammenhang stehen.
Trotz intensiver wissenschaftlicher Bemühungen gibt es bislang keine belastbaren Studien, die zeigen, dass Cadmium die Blut-Hirn-Schranke beim Menschen überwinden und neurotoxische Schäden im Gehirn verursachen kann. Die meisten Daten stammen aus Tier- und Laborstudien, deren Übertragbarkeit auf den Menschen noch unklar ist. Auch wenn Cluster-Kopfschmerz als eine multifaktorielle Erkrankung gilt und Umweltfaktoren wie Cadmium möglicherweise einen kleinen epigenetischen Beitrag leisten könnten, ist der Zusammenhang noch nicht wissenschaftlich belegt.
Schutzmaßnahmen und Ausleitungstherapien
Wenn eine Belastung mit Schwermetallen nachgewiesen wurde, ist es wichtig, eine weitere Aufnahme von Metallen zu verhindern und eine geeignete Ausleitungstherapie einzusetzen. Ein wichtiger Schutzfaktor gegen toxische Metalle ist eine gute Versorgung mit Mikronährstoffen. Die entsprechenden Bindungsstellen in den Enzymen können dann nicht ohne Weiteres von toxischen Metallen besetzt werden.
- Mineralstoffe: Sie verhindern die Aufnahme der Schwermetalle. Ein Mangel an Zink, Kalzium, Selen, Magnesium und Eisen führt zu einer höheren Aufnahme und Toxizität von Blei und Cadmium.
- Vitamine und sekundäre Pflanzenstoffe: Sie verhindern Schäden durch die Schwermetalle und/oder binden diese. Vitamin C kann den Bleispiegel im Blut senken. Folsäure kann die Blei- und Cadmium-Werte senken. Auch andere B-Vitamine können eine positive Wirkung haben.
- Mineralerden: Sie hemmen die Aufnahme von Schadstoffen schon im Darm.
- Knoblauch: Knoblauchpulver kann den Bleiwert im Blut senken.
- N-Acetylcystein (NAC): NAC kann den Glutathionspiegel erhöhen und die Bleiwert im Blut senken.
- Zeolith: Zeolith kann die Blei-Aufnahme im Darm hemmen.
- Probiotika: Probiotika des Stammes L. plantarum können helfen, Blei und Cadmium auszuleiten.
Umweltgifte und Gehirnentwicklung
Umweltgifte wie Blei oder Quecksilber können schon in geringen Mengen Entwicklung und Funktion von Gehirn und Rückenmark beeinträchtigen. Sie veranlassen eine Gruppe von Stammzellen des zentralen Nervensystems dazu, ihre Arbeit vorzeitig einzustellen. Dadurch können sich bei kleinen Kindern nicht mehr ausreichend neue Nervenzellen und neue Verbindungen zwischen den Zellen bilden.
Die Schwermetalle greifen dabei die Zellen nicht direkt an, sondern lösen eine Reaktionskette aus, die schließlich zum Arbeitsstopp bei den Stammzellen führt. Besonders problematisch sind solche Schwermetallbelastungen daher für Ungeborene oder auch kleine Kinder, bei denen funktionierende Vorläuferzellen essenziell für die Entwicklung von Gehirn und Rückenmark sind.