Magnesium und Magnesiummangel

Magnesium ist eines der wichtigsten Elektrolyte unseres Körpers. Es ist an zahlreichen Stoffwechselvorgängen als Kofaktor beteiligt, wichtig für eine gesunde Muskelfunktion und in viele kognitive Prozesse involviert.
– Dr. Tobias Weigl

Als Elektrolyt und Aktivator bzw. Kofaktor vieler Enzyme sowie durch seine Beteiligung bei Lernprozessen kommt dem Magnesium eine besondere regulatorische Funktion zu. Bei einer Überdosis (z.B. durch Vitaminpräparate) kann es schnell zu Übelkeit, Erbrechen, Durchfall bis hin zu Kreislauf- und Herzrhythmusstörungen, Lähmungen und Atemstillstand kommen.
Eine Magnesiumunterversorgung äußert sich typischerweise in Muskelkrämpfen- und zuckungen, insbesondere weil der Magnesiumhaushalt eng mit dem Calciumspiegel verknüpft ist und auf einen Mangel meist auch eine Verminderung des Calciumspiegels folgt, der besonders für die Regulation der Muskeltätigkeit bedeutsam ist.

Was ist Magnesium?

Magnesium ist ein Element der 2. Hauptgruppe im Periodensystem der Elemente und gehört damit zu den Erdalkalimetallen. Es kommt natürlicherweise nicht frei, sondern lediglich in Verbindungen und Komplexen vor. Deshalb wird Magnesium oft auch als zweiwertiges Ion bezeichnet und dementsprechend als Mg2+ geschrieben. Die zweifach positive Ladung zeigt an, dass das Element formal zwei Elektronen zur Ausbildung der Verbindung „abgegeben“ hat und damit von einem neutralen in einen geladenen Zustand übergegangen ist. Typische Magnesiumverbindungen sind Carbonate, Silicate, Chloride und Sulfate, aber auch das Dolomit, das dem gleichnamigen Gebirgszug seine Bezeichnung einbrachte. Somit ist Mg2+ vor allem in Gesteinen vertreten, kommt aber auch gelöst in Wasser vor und ist dort zusammen mit Calcium ursächlich für die Wasserhärte. Im Chlorophyll, dem „Grün“ der Pflanzen, fungiert Magnesium als zentrales Atom (um das der Rest des Chlorophyll-Komplexes angeordnet ist) und macht ca. 2% aus. Kerne (Nüsse) und Samen sind ebenfalls magnesiumreich.

Wofür brauchen wir Magnesium?

Magnesium spielt wie auch die anderen Mitglieder aus der Alkali- und Erdalkali-Gruppe (Natrium, Kalium, Calcium) besonders für Enzyme (Riesenmoleküle, die als Katalysatoren für chemische Reaktionen im Körper fungieren und diese beschleunigen oder erst ermöglichen) eine wichtige Rolle. Sogenannte „metallionenaktivierte Enzyme“ benötigen das für sie meist spezifische Ion zur Aktivitätssteigerung oder aber, damit der umzusetzende „Stoff“ in einer bestimmten räumlich-dreidimensionalen Gestalt (Konformation) verbleibt, da das Enzym nur Substanzen in dieser speziellen Form „verwerten“ kann. Im Falle des Magnesiums ist das Ion z.B. für die Aktivierung von Restriktionsendonukleasen entscheidend, die natürlicherweise gehäuft in Bakterien vorkommen, in hohem Maße aber auch in der modernen Gentechnik Verwendung finden.

Des Weiteren wird Magnesium für die Bereitstellung des universellen „Energieträgers“ Adenosintriphosphat (ATP) benötigt. Hier stabilisiert die Bindung des Metallions einen Zustand, in dem Adenosin zusammen mit drei Phosphatgruppen vorliegt. Die Phosphatgruppen sind dabei über sogenannte „energiereiche Anhydridbindungen“ verknüpft, bei deren Lösung viel Energie frei und damit für Stoffwechselprozesse zur Verfügung steht. Ohne Magnesium würden die Bindungen ständig spontan gelöst und die zuvor investierte „Bildungsenergie“ oftmals ungenutzt wieder frei. Der Magnesium-ATP-Komplex hingegen hat eine deutlich höhere Aktivierungsenergie, als ATP ohne das Ion, sodass die Spaltung der beiden energiereichen Bindungen fast ausschließlich enzymatisch erfolgt. Somit kann ATP bis zu einem gewissen Grad auch „auf Vorrat“ in der Zelle verbleiben und ermöglicht das Ablaufen energetisch ungünstiger Reaktionen durch die energetische Kopplung oder sorgt für die schnelle Energiebereitstellung zu Beginn einer körperlichen Belastung.
Darüber hinaus ist Magnesium essenziell für die Muskelkontraktion. Die „Verkürzung“ der Muskulatur bzw. Kraftentwicklung entsteht letztlich aus der feinregulierten Interaktion zweier faserbildender Moleküle im Muskel – dem Aktin und dem Myosin, die durch Proteinstrukturen verankert bzw. in bestimmter Position zueinander gehalten werden. Während das Aktin ein fadenförmiges Riesenmolekül darstellt, verfügt das Myosin über eine Kopfdomäne, mit deren Hilfe es sich am Aktin entlangbewegen kann. Die Vielzahl solcher mikroskopisch kleiner Einzelbewegungen führt in Summe zur Muskelkontraktion oder zum Kraftaufbau (wenn der Muskel z.B. durch ein Gewicht an der Verkürzung gehindert wird). Für das Gleiten des Myosins ist einerseits das Vorhandensein von ATP erforderlich, denn nur wenn ATP am Myosinkopf gebunden ist, löst sich dieser aus seiner Verzahnung mit Aktin. Die Spaltung der energiereichen Bindung im ATP führt schließlich zum Abknicken des Myosinkopfes (Kraftschlag), anschließend zur erneuten Bindung und damit zur relativen Bewegung des Myosin gegen das Aktin. Magnesium vermittelt dabei die Bindung zwischen Myosinkopf und ATP durch Anlagerung an das aktive Zentrum des Myosins und ist somit maßgeblich an der Muskelarbeit beteiligt.

Im Gehirn ist Magnesium in besonderer Weise an Lernprozessen beteiligt. Bei neuronaler Inaktivität (Nichtverwendung des entsprechenden Hirnareals) blockiert es einen Ionenkanal namens NMDA, sodass dieser auch bei Freisetzung eines aktivierenden Botenstoffs (Neurotransmitters) wie Glutamat geschlossen bleibt. Erst eine deutliche Umpolung der Zellmembran (Depolarisation) bzw. die gleichzeitig starke Aktivierung sogenannter AMPA-Rezeptoren sorgen für eine Ablösung des Magnesiumblocks, wodurch eine enorme Signalverstärkung erreicht werden kann. Die Aktivität der Rezeptoren kann dabei einem Trampelpfad verglichen werden – bei erstmaliger Benutzung bedarf es einer größeren Anstrengung (höherer Aktivität der Zelle selbst bzw. der AMPA-Rezeptoren, bis der NMDA-Rezeptor reagiert), als bei allen folgenden Malen (der Weg ist quasi „gebahnt“, Informationen fließen schneller und lassen sich leichter zu Informationspaketen verknüpfen, die gemeinsam abgespeichert werden). Lernprozesse führt man nach aktuellem Stand der Forschung vor allem auf das Wechselspiel dieser Rezeptoren zurück.

Wie gelangt Magnesium in den Körper?

Prinzipiell können wir Magnesium in ausreichender Menge mit der Nahrung aufnehmen. Dabei wird es im Komplex mit schwachen Säuren wie z.B. Citrat eher im Magen aufgeschlossen, während die Resorption (Stoffaufnahme) basischer Komplexe im Darm, vor allem im Dünndarm, erfolgt. Dabei wird Magnesium in Mg2+ und ein Anion (ein anderes Molekül, dass die zwei Elektronen vom Magnesium aufnimmt und dadurch zweifach negativ geladen wird) gelöst und von Wassermolekülen umhüllt (hydratisiert) passiv über Membranporen oder aktiv über Transportproteine aufgenommen. Außerdem ist eine ATP-abhängige sowie eine Vitamin-D-abhängige Aufnahme beschrieben – die tatsächliche Bedeutsamkeit dieser beiden letztgenannten Mechanismen für die Resorptionsprozesse im Darm ist beim Menschen noch umstritten, spielt aber in der Niere eine Rolle.

Magnesiumgleichgewicht

Bei einem gesunden Erwachsenen können ca. 0,5g Magnesium pro Kilogramm Körpergewicht vorkommen (somit insgesamt etwa 1 Mol bei einem durchschnittlichen Gewicht von 70kg). Auf kernhaltige Zellen entfallen dabei ca. 4-12 mmol/l, auf Erythrozyten 2 mmol/l und auf Knochengewebe etwa 60 mmol/kg. Im Blut findet sich Magnesium hauptsächlich proteingebunden, der Anteil ungebunden vorliegenden Magnesiums ist mit etwa 1 mmol/l eher gering. (Diese Verteilung macht es vergleichsweise schwer, den tatsächlichen „Magnesiumstatus“ zu bestimmen, da die Blutwerte aufgrund des hohen Anteils gebundener Magnesiumformen nur bedingt aussagekräftig ist).
Für den Erhalt des Magnesiumgleichgewichts ist besonders die Rückresorption (Wiederaufnahme) in der Niere entscheidend. Diese ist abhängig von Hormonen (Parathormon, Calcitonin) und insbesondere von der Höhe des Calciumspiegels. Calcium- und Magnesiumsensoren in der Niere steuern einerseits, wie viele Ionen rückresorbiert werden, andererseits beeinflussen diese Sensoren die Ausschüttung von Parathormon und Calcitonin, die ihrerseits wiederum die Anzahl der Sensoren beeinflussen. Die genauen Ausmaße dieses offensichtlich sehr fein regulierten Systems sind aktuell noch nicht bis ins letzte Detail verstanden, grundsätzlich kann jedoch festgehalten werden, dass die Magnesium- und Calciumspiegel sich aufgrund der zahlreichen aneinander gekoppelten und voneinander abhängigen Mechanismen gleichsinnig verhalten. Bei einem Magnesiummangel stellt sich somit oft auch ein Calciummangel ein und umgekehrt. Das erklärt auch die ähnlichen Symptome bei einem Mangel oder Überschuss an Calcium bzw. Magnesium.
Zusätzlich zu den Regulationsmechanismen in der Niere muss Magnesium jedoch auch täglich mit der Nahrung zugeführt werden – die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfiehlt ca. 400mg pro Tag – Menschen die psychischen oder physischen Belastungen ausgesetzt sind, brauchen deutlich mehr. Gleichzeitig nimmt die durchschnittliche Magnesiumkonzentration im Blut und Gewebe der westlichen Bevölkerung seit Jahrzehnten kontinuierlich ab. Ursächlich sind mit Düngemitteln belastete, nährstoffarme Lebensmittel bzw. zu lange und/oder zu großer Hitze ausgesetzte Lebensmittel. Studien des Robert-Koch-Instituts zur Folge sind besonders Großküchen, Kantinen etc. wo die Speisen oft stundenlang warmgehalten werden von potenzieller „Nährstoffverarmung“ betroffen und stellen langfristig keine ausreichende Versorgung mit Vitaminen und Spurenelementen sicher.

Magnesiummangel

Ein Magnesiummangel tritt häufig als Folge einer unzureichenden Zufuhr mit der Nahrung bzw. erhöhten Bedarf bei z.B. sportlichen Aktivitäten, durch vermehrte Ausscheidung über die Nieren bei Störungen der „Nierenfilter“ oder bei verminderter Aufnahme über den Darm auf. Verantwortlich dafür kann aber auch ein Mangel an Transportproteinen sein, wie sie bei Störungen der Leber, bspw. bei einer Leberzirrhose, vorkommt. Typischerweise ist auch der Calciumhauhalt gestört und ebenfalls vermindert. Erstsymptome sind unwillkürliches Muskelzucken- und zittern sowie nach Belastungen einsetzende Krämpfe und ausgeprägte Verspannungen. Um den Mangel an Magnesium zu kompensieren, greift der Körper auf das Magnesium zurück, dass in den Knochen enthalten ist; in der Folge sinkt der Magnesiumanteil in den Knochen. Da die Magnesiumverbindungen in den Knochen eng mit Phosphat und Calcium verbunden sind, kann es zusätzlich zur Herauslösung dieser beiden Stoffe kommen – das Knochengewebe verliert dann zunehmend an Festig- und Widerstandsfähigkeit, Knochenbrüche werden häufiger und im schlimmsten Fall gipfelt das Magnesiumungleichgewicht in der Entstehung einer Osteoporose.

Magnesiumüberschuss

Ein Magnesiumüberschuss tritt in der Regel dann auf, wenn der/die Betroffene zu viel Magnesium aufnimmt, z.B. durch Magnesiumpräparate, oder durch eine Niereninsuffizienz, bei der dann nur wenig Magnesium ausgeschieden wird. Ursächlich können ebenso eine Dehydrierung (verminderte Wasserzufuhr) eine Übersäuerung oder bestimmte Stoffwechselkrankheiten (z.B. Morbus Addison) sein. Die Symptome reichen von Konzentrationsstörungen und Bewusstseinstrübung bis hin zu Muskelschwäche und Störungen der Nervenleitgeschwindigkeit.

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Häufige Patientenfragen

Hilft Magnesium bei Muskelkrämpfen?

Dr. T. Weigl
Die Studienlage ist in diesem Punkt leider nicht eindeutig und entsprechende Empfehlungen, Magnesium könne akute Muskelkrämpfe lösen, lassen sich meist auf eine recht alte Studie zurückführen, wohingegen aktuellere Forschungsergebnisse keinen oder lediglich einen sehr geringen Effekt nachweisen konnten. Verallgemeinernd lässt sich festhalten, dass durch Magnesiumgabe zur Linderung akuter Beschwerden vermutlich keine Besserung erzielt wird, wohingegen eine langfristig ausgewogene Aufnahme von Magnesium die Entstehung solcher Muskelverkrampfungen vorbeugen kann. Wie hoch die Menge an Magnesium sein muss, ist von Person zu Person unterschiedlich und muss dementsprechend angepasst werden. Nachgewiesen ist hingegen ein positiver Effekt bei der Einnahme von Magnesium zur Vorbeugung von Osteoporose.

Kann Magnesium für eine bessere Gedächtnisleistung sorgen?

Dr. T. Weigl
Tatsächlich gibt es Hinweise darauf, dass die Einnahme von Magnesium sich günstig auf die Entwicklung von Erkrankungen auswirkt, die die Gedächtnisleistung im Krankheitsverlauf vermindern (z.B. Alzheimer oder Parkinson). Auch bei vielen psychiatrischen Erkrankungen wird der Einsatz von Magnesium diskutiert. Die Studienlage ist in diesen Punkten jedoch noch nicht so weit, Ursachen und Wirkmechanismen klar zuordnen zu können. Nachgewiesen werden konnte, dass die Magnesiumeinnahme Stress reduziert – die „Stresshormone“ Adrenalin und Cortisol fördern nämlich die Magnesiumausscheidung, sodass zusätzlich zu den Stressreaktionen Muskelzuckungen und Nervenstörungen auftreten. Hier kann die Einnahme von Magnesium Abhilfe schaffen.

In welchen Lebensmitteln ist viel Magnesium enthalten?

Dr. T. Weigl
Besonders grünes Gemüse, aber auch Vollkornprodukte sind in der Regel magnesiumreich. Sesamsamen, Sonnenblumenkerne und Nüsse (besonders Mandeln) enthalten ebenfalls viel Magnesium – aber auch in dunkler Schokolade findet sich das wichtige Elektrolyt. Somit kann unbändiges Verlangen nach Schokolade auch ein Zeichen für Magnesiummangel sein.

Verwandte Themen

• Calcium
• häufige Müdigkeit
• Kaliummangel
• Vitamin D

Haben auch Sie Erfahrungen mit der Einnahme von Magnesium gemacht? Sind Sie von Störungen des Magnesiumhaushalts betroffen? Oder haben Fragen zum Thema? Zögern Sie nicht und nutzen Sie die Kommentarfunktion unten zum Austausch mit uns und untereinander!

Autoren: Dr. Tobias Weigl, Anna-Alice Ortner
Lektorat: Sebastian Mittelberg
Veröffentlicht: 09.09.2018

Quellen

• Gerd Dannhardt (1997): Der NMDA-Rezeptor und seine Liganden bei cerebraler Ischämie, in: Pharmazeutische Zeitung online.
• Leslie M. Gartner, Maria A. Patestas (2016): A Textbook of Neuroanatomy, Wiley-Blackwell.
• Sighart Golf (2006): Pharmakokinetik und Bioverfügbarkeit von Magnesium-Verbindungen, in: Pharmazeutische Zeitung online.
• Sighart Golf(2009) Bioverfügbarkeit von organischen und anorganischen Verbindungen, in: Pharmazeutische Zeitung online.
• Armin Kurz, Hans-Christian Pape, Stefan Silbernagl (2014): Physiologie. Georg Thieme Verlag, Stuttgart.
• Petrides Löffler (2014): Biochemie des Menschen. Springer Verlag, Heidelberg.
• M. J. Müller, V. Pudel (2008): Leitfaden der Ernährungsmedizin. Springer Verlag, Heidelberg.
• Pharmazeutische Zeitung online: Magnesium: Wann und wie viel substituieren?
• Spektrum.de (Hg.): Lexikon der Neurowissenschaft: Langzeitpotenzierung.