Je leest:

Sporenelementen

Sporenelementen

De inname van sporenelementen moet binnen bepaalde grenzen blijven. De dagelijkse inname van enkele miljoenste grammen is onmisbaar. Een teveel kan dodelijk zijn. Hoeveel van de sporenelementen na consumptie daadwerkelijk voor het lichaam beschikbaar zijn, hangt af van de chemische omgeving.

Veel zware metalen zijn zelfs in betrekkelijk lage doses al verschrikkelijk giftig. Afblijven dus. Toch kunnen we ook niet helemaal zonder: vaak ligt de aanbevolen dosis rond enkele miljoensten gram (microgram of mg) per dag. De subtiele koorddans tussen te weinig en te veel. Wie weten wil hoe gezond hij eet, heeft een hele waslijst af te strepen. Is de vitaminehuishouding op orde? Eet ik cholesterolvriendelijk? Vezels genoeg? Hoe zit het eigenlijk met de sporenelementen?

Een sporenelement is een chemisch element dat in uiterst geringe hoeveelheden in het voedsel aanwezig hoort te zijn. Koper bijvoorbeeld wordt als sporenelement beschouwd, omdat de concentratie in het lichaam van mens of dier lager is dan 0,01 procent. Bijna niets dus, maar bepaald niet onbelangrijk. Sporenelementen zijn absoluut onmisbaar voor het functioneren van het menselijk lichaam: ze hebben met vitaminen gemeen dat het lichaam zelf ze niet kan aanmaken. Om te overleven zijn we dus afhankelijk van inname van buitenaf. Van de precieze functies van deze sporenelementen en van de lichamelijke verschijnselen bij te lage (deficiëntie) en te hoge (toxische) inname wordt steeds meer bekend. Het element seleen bijvoorbeeld stond tientallen jaren lang alleen als zwaar vergif te boek, terwijl tegenwoordig aanbevolen wordt er pakweg honderd microgram per dag van in te nemen.

Dosis

De dagelijks vereiste dosis sporenelementen. Bij elkaar weegt dit ‘pilletje’ (boven) net 35 milligram.

De doses waarbij sporenelementen onmisbaar danwel giftig zijn, verschillen van geval tot geval. Een te hoge inname kan net zo dodelijk zijn als een dieet waarin een essentieel sporenelement ontbreekt. Balancerend tussen de afgronden van deficiëntie en vergiftiging luidt de hamvraag: waar ligt de optimale dosis? Het optimaledosisgebied is meestal heel smal: voor seleen mag de concentratie in voedsel slechts tussen de 1,5 en 2,5 microgram per honderd gram versgewicht liggen. Hoe het menselijk lichaam precies op de aan- of afwezigheid van sporenelementen reageert, hangt naast de ingenomen hoeveelheid, uiteraard af van de mate en de wijze van absorptie (opname) in het menselijk lichaam. Vanzelfsprekend verschillen de dosis en de reactie van element tot element en ook van mens tot mens. Belangrijk is het om onderscheid te maken tussen de termen aanbevolen hoeveelheid en optimale dosis. Aanbevolen hoeveelheden verschillen vaak per leeftijdscategorie en ook binnen één en dezelfde leeftijdscategorie kunnen ze van geval tot geval verschillen. Zo kunnen zwangere vrouwen bijvoorbeeld een grotere behoefte aan bepaalde elementen hebben. De aanbevolen hoeveelheid is, met andere woorden, de richtlijn waarbij het merendeel van de bevolking zich geen zorgen over deficiëntie of vergiftiging hoeft te maken. Het vaststellen van de optimale dosis is een stuk lastiger. ‘Optimaal’ is meestal meer dan ‘aanbevolen’. Van vitamines bijvoorbeeld zijn grotere hoeveelheden dan de standaard aanbevolen dosis vaak raadzaam in verband met hun werking als antioxidant. Vitamine E is zo’n antioxidant, die in staat is vrije zuurstofradicalen in het lichaam onschadelijk te maken. Ook voor seleen is wellicht een inname boven de aanbevolen dosis van honderd microgram per dag wenselijk, omdat ook seleen een antioxidantwerking heeft.

Sporenelement-inname

De bijdrage van verschillende voedingsmiddelen aan de sporenelementinname.

Hoe krijgen we onze dagelijkse dosis sporenelementen binnen? Geringe hoeveelheden sluipen via luchtwegen en huid ons lichaam binnen, maar voeding is veruit de belangrijkste bron van sporenelementen. Onderzoek naar sporenelement-opname concentreert zich daarom vooral op de voedselinname. Op jacht naar data worden verschillende strategieën toegepast. Veelgebruikt is de methode van voedselanalyse. In combinatie met voedselconsumptiestatistieken is de berekening van de totale dagelijkse inname dan slechts een koud kunstje. Zo valt ook de bijdrage van verschillende voedselcategorieën op de totale inname te becijferen. Een andere benadering is de bemonstering van grootkeukens. Dit levert veel sneller informatie over de inname op dan de tijdrovende analyses van een groot aantal verschillende voedingsstoffen. Deze methode compenseert bovendien voor verlies of winst van sporenelementen tijdens de bereiding van de maaltijden. Om uit te vissen hoe het met de sporenelementinname in België staat, ging de Universiteit van Antwerpen in 1992 bij een viertal instellingskeukens op bezoek. Van iedere keuken werd gedurende zeven dagen de volledige voedseluitgifte bemonsterd en geanalyseerd. Bemonstering begint met een simulatie van consumptie: het eten wordt – voorzover nodig – geschild, ontbeend en ontgraat. Het eetbare gedeelte gaat, samen met de drank, in de verzamelbak. In de loop van de dag krijgt het ontbijt zo gezelschap van lunch en diner. Ook de tussendoortjes worden verzameld. De inhoud van de 24-uursverzamelbak wordt in een homogenisator volledig fijngemalen.

Analyse

Een kleine hoeveelheid van de voedselbrij wordt exact afgewogen en met sterke zuren onder hoge druk chemisch ‘tot op het bot’ gesloopt. Middels atomaire-absorptie-analyse wordt de elementconcentratie in de aldus ontstane heldere vloeistof bepaald. De hoeveelheden sporenelementen die in de totale 24-uursmassa aanwezig waren, zijn uit deze gegevens eenvoudig te berekenen.

Intermezzo

Opsporingstechnieken

Koper straalt bij verhitting in een vlam blauwgroen licht uit.

Lithium geeft een rode vlam.

Sporenelementen zijn in uiterst lage concentraties in het voedsel aanwezig. Omdat het om zulke kleine hoeveelheden gaat, stelt het onderzoek naar sporenelementen hoge eisen aan gevoeligheid en precisie van de gebruikte analysetechnieken. Hiervoor komt een arsenaal van spectroscopische methoden uit de kast. Atoomabsorptiespectrometrie (AAS) en atoomemissiespectrometrie met een inductief gekoppeld plasma (ICP) als atomisatiebron zijn momenteel de meestgebruikte technieken. Deze spectroscopische technieken stuwen de temperatuur van het te analyseren monster in een vlam, oven (AAS) of met een plasma (ICP) zo hoog op, dat de buitenste elektronen in de hitte naar een hoger energieniveau geranseld worden. Bij het terugvallen naar het oorspronkelijke niveau wordt straling uitgezonden met een energie – en dito golflengte – die karakteristiek is voor het betreffende element. Andersom is een verhit monster, waarbij de buitenste elektronen op een hoger energieniveau bivakkeren, niet meer in staat de straling te absorberen die karakteristiek is voor het lagere energieniveau. Om de detectie van elementen als seleen, telluur en arseen in AAS te vergemakkelijken staan de onderzoeker verscheidene trucs ter beschikking. Door deze elementen met waterstof tot hy-driden te verbinden, is het mogelijk gevoeliger te meten omdat men dan zeker weet dat storende zoutresten, afkomstig uit het analysemengsel, geen roet in het eten gooien. Ook zijn er verscheidene aanrijkingstechnieken beschikbaar, die de detectiegrenzen aanzienlijk kunnen opschroeven. De in veel aspecten met AAS vergelijkbare ICP biedt het voordeel dat de concentraties van verschillende sporenelementen gelijktijdig bepaald kunnen worden. Omdat in het lichaam veel elementen elkaars biologische beschikbaarheid beïnvloeden en synergetische (versterkende) of antagonistische (afzwakkende) eigenschappen vertonen, zijn deze multi-elementanalyses van groot belang. Het spreekt voor zich dat toepassing van dergelijke gevoelige analysetechnieken alleen zin heeft in extreem schone laboratoria. De minste of geringste verontreiniging vanuit de omgeving kan de metingen dramatisch beïnvloeden.

Meetresultaat

En hoe gezond eet België? De meetresultaten uit de vier keukens zijn gemiddeld en zijn afgezet tegen twee aanbevelingsnormen: de Amerikaanse RDA (Recommended Dietary Allowances) en de Belgische norm. De aanbevelingen voor mangaan- en ijzerinname worden ruim gehaald; koper en molybdeen komen met de hakken over de sloot. Voor calcium, magnesium, seleen en zink is de inname marginaal of zelfs te laag; natrium en kalium zijn in te hoge concentraties aanwezig in het Belgische instellingskeukenmenu. Opvallend is dat het Waalse landsgebied voor nagenoeg alle sporenelementen een stuk lager scoort. Ook de Nederlanders zijn langs de meetlat gehouden. De total diet studies van TNO-voeding beslaat 226 voedingsmiddelen, die samen ongeveer 95 procent van het gewicht van de gemiddelde voeding in Nederland uitmaken. Voorzover van toepassing werden alle 226 voedingsmiddelen in de keuken bereid en daarna geanalyseerd. Koppeling van de analysegegevens aan data van de voedselconsumptiepeiling levert de Nederlandse inname van sporenelementen op. De helft van de 22- tot 50-jarige Nederlandse vrouwen krijgt minder dan het aanbevolen minimum seleen binnen, en ook voor andere bevolkingsgroepen blijkt de inname van seleen aan de karige kant, net als de koper- en ijzerconsumptie. Ook gegevens uit andere Europese landen wijzen op een lage consumptie van ijzer, koper en seleen. Op het eerste gezicht lijkt enige zorg dus gerechtvaardigd.

Chemische context

In beide studies werd alleen het totale elementgehalte bepaald. De laatste jaren is er echter een toenemende interesse voor de chemische context waarin het element voorkomt: als los element of in een organische verbinding. Verbinding en elektrische lading van het element bepalen immers de toxiciteit en ook de biologische beschikbaarheid van het sporenelement. Het is dus zaak de voedingsmiddelen individueel te bekijken. Samengevat bepalen drie factoren het succes van een voedingsmiddel als leverancier van sporenelementen: ten eerste uiteraard het sporenelementgehalte zelf, ten tweede de chemische vorm waarin het element aanwezig is – als element of in een verbinding – en ten derde het belang dat dit voedingsmiddel in het dagelijkse voedselpakket inneemt. Hoewel bepaalde voedingsmiddelen als goede bron worden beschouwd voor de sporenelementenvoorziening wil dit niet zeggen dat deze sporenelementen na consumptie ook daadwerkelijk in het lichaam opgenomen worden. Tijdens de vertering van het voedsel treden in het maagdarmkanaal allerlei interacties op tussen de sporenelementen onderling en met andere bestanddelen van de voeding. Het gevolg van deze biochemische knokpartijen laat zich raden: sporenelementen zijn meestal slechts in beperkte mate beschikbaar om door het lichaam te worden geabsorbeerd, te druk als ze het hebben met andere chemische processen. Maar ook tijdens de eigenlijke absorptie (de complete passage dus vanuit de darm, door de darmwandcel, naar de bloedbaan) spelen diverse processen mee die het absorptieproces beïnvloeden. Het totaalresultaat van deze processen wordt samengevat met de term biologische beschikbaarheid of bioavailability. De biologische beschikbaarheid is gedefinieerd als het percentage van het ingenomen element dat na absorptie en transport door het lichaam uiteindelijk wordt omgezet in de fysiologisch actieve vorm.

Voedingsgewoonte

Om de biologische beschikbaarheid van spoorelementen te bepalen, kan de bloed- of serumconcentratie gemeten worden, die dan vergeleken wordt met de totale inname. In België werd de seleenconcentratie in het bloed van bloeddonors gemeten. Via bemonstering van verschillende bloedafnamecentra eind 1987 bleek dat in het Vlaamse landsgedeelte hogere seleenwaarden werden geregistreerd dan in het Waalse gebied. De verschillende voedingsgewoonten vormen de belangrijkste verklaring voor dit verschil. De hogere consumptie van vis en vlees (belangrijke bronnen van seleen) dragen bij tot de hogere scores in Vlaanderen. Er bestaan nog veel onzekerheden op het gebied van sporenelementen en gezondheid. Vermeende tekorten zijn in principe goed te voorkomen door een gevarieerde voeding. Gerichte toepassing van kennis over de biologische beschikbaarheid van sporenelementen is wellicht effectiever voor een goede gezondheid dan het domweg verrijken van voedingsmiddelen of het slikken van tabletten met sporenelementen. Vooral het slikken van extra sporenelementen kan de onderlinge verhouding van ingenomen sporenelementen danig uit balans brengen.

Intermezzo

Bio-beschikbaarheid

Het is belangrijk te weten welke functie sporenelementen in het lichaam vervullen en langs welke weg door het lichaam ze op de gewenste plaats aankomen. Pas dan is het mogelijk de werkelijke waarde van voedingsmiddelen als sporenelementleverancier te beoordelen. Om een te laag sporenelementniveau op peil te brengen, kan besloten worden domweg meer van het sporenelement te consumeren. Een andere mogelijkheid is de biologische beschikbaarheid te verhogen. Die mate van beschikbaarheid regelt het lichaam allereerst zelf. Van ijzer is bijvoorbeeld bekend dat de eigenlijke absorptie verhoogd is bij bloedarmoede. Toch hangt de uiteindelijke absorptie niet alleen af van het aanbod, maar ook van de chemische vorm waarin het ijzer wordt aangeboden. Zo is ijzer als onderdeel van heem, in het spiereiwit myoglobine bijvoorbeeld (bij vlees), veel beter opneembaar voor de darmwandcel dan niet-heemijzer (uit plantaardige producten), omdat het heemijzer niet wordt beïnvloed door de verschillende absorptieremmers zoals fytaat. Verder is tweewaardig ijzer (Fe2+) beter oplosbaar en daardoor beter beschikbaar dan driewaardig ijzer (Fe3+). Ander voorbeeld: seleen is in de vorm van selenomethionine beter opneembaar dan als seleniet of selenaat. En molybdeen en vanadium zijn als negatief geladen ion (molybdaat en vanadaat) beter te absorberen dan als positief geladen ion, omdat de absorptieremmers veel meer invloed uitoefenen op positieve ionen. Ook de zuurgraad in het maagdarmkanaal is een belangrijke factor bij de opname van sporenelementen, waarbij een lage zuurgraad gunstig is voor het beschikbaar komen van de sporenelementen in een absorbeerbare vorm.

Koffie

Van verschillende voedingsmiddelen is bekend dat ze de biologische beschikbaarheid van sporenelementen verminderen. Thee en koffie bevatten polyfenolen die met sporenelementen onoplosbare complexen kunnen vormen. Fytaat, onder meer aanwezig in graanproducten en soja, kan met meerdere sporenelementen onoplosbare complexen vormen. Ook voedingsvezel is in staat sporenelementen te binden. Onverzadigde vetzuren zijn mogelijk minder gunstig voor de ijzerabsorptie, net als oxaalzuur en sommige fosfaatverbindingen. Ook de combinatie van verschillende sporenelementen kan de beschikbaarheid veranderen. Zo kan bijvoorbeeld een hoge inname van zink de absorptie van ijzer verminderen.

Intermezzo

Lijst van sporenelementen

Se

Seleen is noodzakelijk voor de aanmaak van het enzym gluthationreductase dat een functie heeft in de bescherming van celmembranen. Ook zou het een – nog niet geheel duidelijke – bescherming tegen kanker bieden. Vis en vlees zijn belangrijke bronnen van seleen. h3. Zn

Zink speelt, ingebouwd in verschillende enzymen, een belangrijke rol in de CO2-huishouding van het bloed en in de spijsvertering. Zinktekorten leiden tot huidafwijkingen, groeistoornissen, storingen in het immuunsysteem en problemen met de wondgenezing. Vlees en granen zijn belangrijke zinkleveranciers. h3. Cu

Kopergebrek leidt tot botafwijkingen, verhoging van het cholesterolgehalte in het bloedserum en bloedarmoede. Chocolade, noten en schaaldieren zijn rijk aan koper. h3. Pb

Lood (Pb) verstoort bij de mens de synthese van de heemstructuur in rode bloedlichaampjes, die onontbeerlijk is voor het zuurstoftransport. Op verschillende plaatsen in de syntheseroute blokkeert lood cruciale enzymen. h3. I

Joodgebrek leidt tot stoornissen in de schildklierfunctie, waarbij krop ontstaat. Afgezien van de welhaast beruchte levertraan, zijn vis en schaaldieren belangrijke joodleveranciers. In Nederland moet broodzout volgens de warenwet tussen de 55 en 65 milligram kaliumjodide per kilogram bevatten; de teruglopende broodconsumptie deed het kabinet onlangs besluiten ook macaroni en spaghetti verplicht te joderen. h3. Fe

IJzer is onder meer onmisbaar voor de aanmaak van hemoglobine, verantwoordelijk voor zuurstoftransport in het bloed. Brood levert in Nederland circa 25 procent van de totale ijzerbehoefte.

Literatuur

Nationale Raad voor de Voeding : NRV Voedingsaanbevelingen voor België. Min. Soc. Zaken, Volksgezondheid en leefmilieu, D/1996/7795/12, 77 pag. P. Mason. Handbook of dietary supplements, Oxford: 1995, Blackwell Science

Dit artikel is een publicatie van Natuurwetenschap & Techniek.
© Natuurwetenschap & Techniek, alle rechten voorbehouden
Dit artikel publiceerde NEMO Kennislink op 01 januari 1999

Discussieer mee

0

Vragen, opmerkingen of bijdragen over dit artikel of het onderwerp? Neem deel aan de discussie.

NEMO Kennislink nieuwsbrief
Ontvang elke week onze nieuwsbrief met het laatste nieuws uit de wetenschap.