Das essentielle Spurenelement Chrom existiert in den Wertigkeiten Cr0 bis Cr+6. Chromverbindungen der Oxidationsstufen unterhalb +3 wirken reduzierend und solche der Oxidationsstufen oberhalb +3 oxidierend.
Die wichtigsten Verbindungen stellen Cr+3 und Cr+6 dar, wobei das in der Natur vorkommende dreiwertige Chrom oxidativ am stabilsten ist und beim Menschen die größte biologische Bedeutung zeigt [4, 6, 10]. Cr+6 ist ein starkes Oxidationsmittel und in der Natur nur selten anzutreffen [6, 9]. Chrom-6-Verbindungen sind zudem sehr unstabil und können spontan reduziert werden. Aus diesem Grund enthalten Lebensmittel kein Chrom im sechswertigen Zustand [6].
Da eine hohe Energie erforderlich ist, um dreiwertiges in sechswertiges Chrom zu oxidieren, können sechswertige Chromverbindungen in biologischen Systemen praktisch nicht entstehen [6].
Stoffwechsel
ResorptionDas in Nahrungsmitteln enthaltende dreiwertige Chrom wird – gebunden an Aminosäuren – über die Mukosazellen des Dünndarms, vornehmlich im Jejunum – Leerdarm –, absorbiert. Die Resorption kann entweder durch passive Diffusion oder rezeptorvermittelt, das heißt durch einen aktiven Transport erfolgen [5].
Die Resorptionsrate des oral aufgenommenen Chroms ist insgesamt sehr gering.
Cr+3 wird nur zu 0,5 % und Cr+6 etwa zu 2 % resorbiert. Zudem wird die Resorption von zahlreichen Faktoren beeinflusst [4, 5, 6, 9, 10, 12, 16]
- Aufnahmemenge – mit steigendem Angebot an Chrom –
40-250 µg/d – sinkt die Resorptionsrate auf etwa 0,4 % ab; bei niedrigeren Zufuhren – zum Beispiel 10 µg/d – liegt die Absorption dagegen bei 2 % - Chemische Eigenschaften der aufgenommenen Chromverbindung – während die Resorption aus Chromchlorid sehr gering ist, kann Chrom aus Chrompikolinat wesentlich besser resorbiert werden
- Art und Menge anderer gleichzeitig anwesender Nahrungskomponenten – zu den die Resorption fördernden Faktoren gehören sowohl Vitamine, wie Vitamin C – Ascorbinsäure – und Vitamin B3 – Nicotinsäure – als auch natürliche Chelatbildner, Aminosäuren, Oxalat, Stärke sowie Eisen- und Zinkmangel; Phytinsäure (Phytate) und die Spurenelemente Zink, Eisen und Vanadium hemmen hingegen die Absorption.
Im Anschluss der Resorption wird Chrom im Blut hauptsächlich an das Transporteiweiß Transferrin gebunden. Ist die Bindungskapazität von Transferrin gesättigt, kann Chrom auch in Verbindung mit Albumin sowie Beta- und Gamma-Globulin zu den Geweben transportiert werden [5].
Nach neuesten Untersuchungen beträgt der Chromgehalt des Serums beziehungsweise des Plasmas etwa 0,01-0,05 µg/dl [9].
Chrom wird zum größten Teil in Leber, Milz, Knochen und Weichteilgewebe, wie Niere und Lunge, gespeichert [4, 6, 15]. Die Chrom-Konzentration in diesen Organen und Geweben liegt etwa zwischen 20 und 30 µg/kg und schwankt nach geographischer Herkunft [9].
Mit zunehmenden Alter sinkt sowohl die Resorption von Chrom als auch die Chrom-Konzentration in den Meisten Geweben und Organen [9]. In der Folge wird deutlich weniger Cr+3 in den Glucosetoleranzfaktor (GTF) eingebaut, was sich ungünstig auf den Kohlenhydrat-, Protein- sowie Fettstoffwechsel auswirkt [9].
Darüber hinaus lässt die Fähigkeit zur Bildung des GTFs mit steigendem Alter nach [9].
Schließlich sollten ältere Menschen auf eine ausreichende Chromaufnahme über die Nahrung achten. Zudem empfiehlt sich die Zufuhr von chromhaltigen GTF-Molekülen [9]. Beispielsweise enthält Chromhefe den bereits synthetisierten Faktor [15]. In kohlenhydratreichen Pflanzen – Zuckerrohr, Zuckerpflanzen – ist der GTF ebenfalls zu finden. Bei der Herstellung von raffiniertem Zucker geht der GTF jedoch verloren [12].
Ausscheidung
Absorbiertes Chrom wird überwiegend über die Nieren mit dem Urin ausgeschieden [5, 8, 9]. 80 bis 97 % des glomerulär filtrierten Chroms werden renal rückresorbiert und dem Organismus wieder zur Verfügung gestellt [9].
Die Ausscheidung des Chromanteils, der vom Jejunum nicht absorbiert wurde, erfolgt weitestgehend mit den Fäzes [9, 16]. Geringe Mengen gehen über Haare, Schweiß und Galle verloren [9].
Bekannte physiologische Funktionen
Chrom beeinflusst als wesentlicher Bestandteil des sogenannten Glucosetoleranzfaktors (GTF) den Kohlenhydrat-, Fett- und Proteinstoffwechsel (Eiweißstoffwechsel) [6, 9].
Einfluss auf die Insulinwirkung – Verbesserung der Glucosetoleranz
Der Glucosetoleranzfaktor stellt die biologisch aktive Form des Chroms dar.
Dessen genaue Struktur ist noch nicht eindeutig geklärt. Der GTF scheint aus einem oder mehreren einander ähnlichen dreiwertigen Chromkomplexen zu bestehen [9]. An einem Chromatom sind zwei Moleküle Vitamin B3 – Nicotinsäure – sowie je ein Molekül Glycin, Cystein und Glutamat – Glutaminsäure – gebunden [4, 5, 9].
Weiterhin wird vermutet, dass auch Aspartat – Asparaginsäure – Bestandteil des GTF sein könnte. Das bestätigte eine Untersuchung an verschiedenen Geweben, aus denen ein Chrombindendes Oligopeptid mit einem niedrigen Molekulargewicht von 1500 isoliert wurde. Dieses besteht aus Glycin, Cystein, Glutamat und Aspartat und wurde von Vincent als „Chromodulin“ bezeichnet [17, 18].
Chromodulin wirkt über die Aktivierung eines bestimmten Enzyms [7]. Es ist für die Aktivierung der Tyrosinkinase-Aktivität des Insulinrezeptors verantwortlich [4, 17, 18]. Auf diese Weise steuert der chromhaltige GTF die Bindung von Insulin, einem glucosesenkenden (blutzuckersenkenden) Peptidhormon, an den insulinspezifischen Rezeptor.
Schließlich wird so die Insulinwirkung an den Zielzellen potenziert und die Aufnahme von Glucose und Aminosäuren in Leber-, Muskel- und Fettzellen beschleunigt, wodurch die zirkulierenden Mengen an Glucose, Insulin sowie Glukagon – Glucose erhöhendes Peptidhormon – im Serum nach Glucosebelastung vermindert wird.
Infolge des vermehrten Einstroms von Glucose und Aminosäuren in Leber, Muskulatur und Fettgewebe wird die intrazelluläre Glykogen-, Protein- und Triglyzeridsynthese stimuliert [5].
Weitere Hypothesen für eine Aktivierung der Insulinwirkung durch Chrom [9, 10]
- Cr+3 als Bestandteil des Glucosetoleranzfaktors fördert die Bildung von Insulin-Insulinrezeptor-Komplexen, welche Wechselwirkungen zwischen Insulin und insulinsensitiven Geweben ermöglichen
- Chrom reguliert über den Einfluss auf die Genexpression die Bildung eines Moleküls, das die Insulinwirkung verstärkt
Das essentielle Spurenelement Chrom ist in der Lage, die Lipidkonzentration des Gesamt- und LDL-Cholesterins sowie die Triglyzeridwerte zu senken. Zugleich lässt Chrom das HDL-Cholesterin im Serum ansteigen [4, 9, 13, 15, 16].
Somit verhindert das Spurenelement die Bildung arteriosklerotischer Plaques - Ablagerungen von Blutfetten, Thromben, Bindegewebe und Kalk in den Gefäßwänden [4, 15].
Ein Chrommangel kann mit folgenden Symptomen einhergehen [4, 5, 9, 10, 12]:
- Verminderte Glucosetoleranz – gestörte Glucoseverwertung
- Ein um 50 % reduzierter Einbau von Glucose in Muskel- und Leberglykogen
- Hyperglykämie – erhöhter Blutzuckerspiegel
- Hyperlipidämie – erhöhte LDL- und Triglyzeridwerte im Serum
- Anomalien des Stickstoffstoffwechsels
- Gewichtsverlust
Die Glucosetoleranz meint die Fähigkeit, die Zufuhr einer bestimmten Menge von Glucose zu ertragen, ohne dass pathologische (krankhafte) Blut- und Harnzuckerwerte auftreten.
Unter Chromgaben kam es zu einer signifikanten Verbesserung der Symptome [5, 10].
Allgemein gilt bei parenteraler Ernährung eine intravenöse Zufuhr von > 20 µg Chrom pro Tag als Standard [3].
Einfluss auf Diabetes mellitus
Chrom spielt in Form des Glucosetoleranzfaktors auch für Diabetiker eine wesentliche Rolle.Diabetiker leiden häufig unter Chrommangel – zu wenig Chrom in der Nahrung –, wodurch der Glucosetoleranzfaktor nur unzureichend gebildet werden kann.
Aufgrund des geringen Angebots an Chrom beziehungsweise GTF geht Diabetes mellitus meist mit Hyperglykämie einher [10].
Mit zunehmendem Ausmaß der Glucosestoffwechselstörung (Glucoseintoleranz) steigt bei Diabetikern der Bedarf an Chrom [2].
Eine mit Chromgaben erweiterte Diabetes-Diät führte zu folgenden Beobachtungen [13, 16]
- Verbesserte Glucosetoleranz
- Erhöhte (Nüchtern-) Blutzuckerwerte
- Erniedrigte Insulinspiegel
- Geringere Gesamtcholesterin- und Triglyzeridwerte
- Erhöhte HDL-Cholesterinspiegel
In einer jüngeren Metaanalyse von 15 randomisierten klinischen Studien konnte bei Nichtdiabetikern jedoch kein Einfluss der zusätzlichen Chromgaben auf die Glucose- oder Insulinkonzentration festgestellt werden [1]. Aufgrund einiger in dieser Metaanalyse untersuchten Studien aus China wurde der entsprechende Einfluss von Chrom bei Diabetikern als nicht ausreichend beweiskräftig beurteilt [1].
Bedeutung für die Gewichtsreduktion
Dem essentiellen Spurenelement Chrom wird eine gewichtsreduzierende Wirkung zugesprochen – im Vergleich zu sportlicher Aktivität ist dieser Effekt jedoch verschwindend gering [10].So ergab eine Untersuchung mit 154 Erwachsenen, die bei kalorienreduzierter Diät über einen Zeitraum von 10 Wochen 200 beziehungsweise 400 µg Chrompikolinat pro Tag erhielten, einen erhöhten Anteil an Lean Body Mass – fettfreie Körpermasse –, insbesondere an Muskelmasse, sowie einen Verlust an Körperfett [11].
In einer anderen Studie mit 33 übergewichtigen Frauen, die bei hypokalorischer Ernährung über einen Zeitraum von 12 Monaten täglich 200 µg Chrompikolinat aufnahmen, konnten hingegen keine Effekte auf das Körpergewicht beziehungsweise auf die Körperzusammensetzung festgestellt werden [14].
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