Aluminium

Aluminium ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol Al und der Ordnungszahl 13. Im Periodensystem gehört Aluminium zur dritten Hauptgruppe und zur 13. Gruppe des Periodensystems, der Borgruppe, die früher auch als Gruppe der Erdmetalle bezeichnet wurde. Aluminium ist ein silbrig-weißes Leichtmetall. Es ist das dritthäufigste Element und häufigste Metall in der Erdkruste. 2010 wurden 41 Millionen Tonnen Primäraluminium hergestellt.

Obwohl das Metall sehr unedel ist, reagiert es wegen Passivierung (Überzug mit einer dünnen Oxidschicht) bei Raumtemperatur nur oberflächlich mit Luft und Wasser. Es wird aber leicht durch Säuren, die auch in Speisen enthalten sein können, angegriffen.

Aluminium kommt in der Natur nicht als reines Metall vor; es liegt in erheblicher Menge in Verbindung mit anderen Elementen oder in ionischer Form entweder gelöst oder als Salz vor. Auch viele industrielle und kosmetische Produkte enthalten Aluminiumverbindungen.

Aluminium bzw. dessen Verbindungen werden immer wieder mit Erkrankungen wie Krebs oder Alzheimer in Verbindung gebracht, obwohl bis heute kein ursächlicher Zusammenhang zwischen erhöhter Aluminiumaufnahme und einer erhöhten Rate dieser Krankheiten nachgewiesen wurde. Da Aluminiumverbindungen in einigen Impfstoffen in geringer Konzentration vorhanden sind, wird es gerade von Impfgegnern als Argument gegen Impfungen benutzt, obwohl sich auch hier kein Zusammenhang mit angeblichen Impfschäden nachweisen lässt.

Vorkommen

Aluminium ist das dritthäufigste Element der Erdkruste, die sich überwiegend aus Alumosilicaten aufbaut, in der Aluminium mit Silizium und Sauerstoff fest verbunden ist. Durch Verwitterung der Erdkruste (Bodenbildung) wandeln sich die Alumosilikate in Tonminerale (z.B. Kaolinit) und weitere Verbindungen, vor allem Oxide, um. Bauxit, das wichtigste Mineral bei der Gewinnung von Aluminium, ist ein solches Verwitterungsprodukt. Auch wird bei der Verwitterung Aluminium in ionischer Form freigesetzt und kann dann frei in der Bodenlösung vorkommen.

So gelangt es auch in natürlicher Weise in die Pflanzen und in das Grund- und Oberflächenwasser. Die Menge des frei vorkommenden Aluminiums im Boden ist abhängig vom pH-Wert (Säuregehalt) des Bodens. Sehr saure Böden, wie man sie natürlicherweise in den Tropen und in höheren Breiten findet, enthalten besonders hohe Aluminiumkonzentrationen. Da Aluminiumionen in höheren Konzentrationen schädlich für die Pflanzenwurzel sind, können sich auf höher belasteten Standorten nur speziell angepasste Pflanzen halten. Durch die natürliche Versauerung gelten bis zu 40% der Landmasse als nicht geeignet für den Ackerbau.

Aufgrund des hohen Aluminiumgehaltes in der Erdkruste und der verschiedenen Freisetzungswege ist Aluminium ein allgegenwärtiges (ubiquitäres) Element in der Umwelt und kann in beinahe jedem Medium nachgewiesen werden. Gerade deshalb ist es wichtig, bei Spurenuntersuchungen z.B. von tierischen und menschlichen Geweben streng darauf zu achten, dass es zu keiner Kontamination kommt.

Pflanzen

Aluminium in Form verschiedener Salze (Phosphate, Silikate) ist Bestandteil vieler Pflanzen und Früchte, denn gelöstes Aluminium wird von den Pflanzen natürlicherweise durch die Wurzeln aus den Böden aufgenommen. Obwohl es für die allermeisten Pflanzen (Ausnahme: Farne und Schachtelhalme, Rhododendren) nicht essentiell ist, wird es beim Ionenaustausch, bei dem die Pflanzenwurzel ionische Nährstoffe wie Ammonium oder Kaliumionen gegen Protonen austauscht, unweigerlich mit aufgenommen. Die Pflanzenwurzel sondert dabei selbst organische Säuren aus und senkt dadurch den pH-Wert, um leichter an gebundene Nährstoffe zu gelangen.

In der niedrigen Konzentration, in der es bei leicht sauren bis neutralen Böden in der Bodenlösung vorliegt, hat es keine schädlichen Wirkungen auf die Pflanzen. Bei sehr sauren Böden, die eine hohe Aluminiumionenkonzentration aufweisen, können nur noch speziell angepasste Pflanzen gedeihen. Es haben sich im Laufe der Evolution verschiedene Strategien herausgebildet, die Pflanzen auch bei höheren Aluminiumkonzentrationen im Boden gedeihen lassen.

Lebensmittel

Die meisten Lebensmittel enthalten als Spurenelement auch Aluminium. Unverarbeitete pflanzliche Lebensmittel enthalten durchschnittlich um 5 mg/kg in der Frischmasse. Dabei streuen die Werte aufgrund unterschiedlicher Sorten, Anbaubedingungen und Herkunft in erheblichen Maße. So weisen beispielsweise Salat und Kakao deutlich höhere Durchschnittswerte auf. Schwarzer Tee kann Gehalte von bis zu 1042 mg/kg in der Trockenmasse aufweisen. Tierische Lebensmittel zeigen deutlich geringere Gehalte an Aluminium.

Beim Kochen oder Aufbewahren in Aluminiumgeschirr oder in Alufolie kann es (außer bei sauren Lebensmitteln) nach einer Schätzung zu einer maximalen zusätzlichen Aufnahme von 3,5 mg/Tag/Person kommen. Bei sauren Lebensmitteln wie Sauerkraut oder auch Tomaten können aufgrund der Säurelöslichkeit wesentlich höhere Werte erreicht werden.

Trink- und Mineralwässer weisen mit durchschnittlich 0,2–0,4 mg/l im Gegensatz zur Nahrung geringe Gehalte auf und stellen somit nur einen kleinen Beitrag zur täglichen Aluminium-Aufnahme. Die Trinkwasserverordnung legt einen Grenzwert von 0,2 mg/l fest. Trinkwasser darf in Deutschland, Österreich und der Schweiz keine höheren Werte aufweisen.

Nach einer Schätzung nimmt der erwachsene Europäer im Durchschnitt zwischen 1,6 und 13 mg Aluminium pro Tag über die Nahrung auf. Dies entspricht einer wöchentlichen Aufnahme von 0,2 bis 1,5 mg Aluminium pro kg Körpergewicht bei einem 60 kg schweren Erwachsenen. Die großen Unsicherheiten beruhen auf den unterschiedlichen Ernährungsgewohnheiten und der variablen Gehalte an Aluminium in den Lebensmitteln.

Aluminium ist als Lebensmittelzusatzstoff unter der Bezeichnung E 173 ausschließlich als Farbstoff für Überzüge von Zuckerwaren und als Dekoration von Kuchen und Keksen erlaubt. Weiterhin ist Aluminium zum Färben von Arzneimitteln und Kosmetika zugelassen.

Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) legt eine tolerierbare wöchentliche Aufnahme (TWI) von 1 Milligramm Aluminium pro Kilogramm Körpergewicht fest.

Menschlicher Körper

Aluminium ist kein essenzielles Spurenelement und gilt für die menschliche Ernährung als entbehrlich. Im menschlichen Körper befinden sich durchschnittlich etwa 50 bis 150 Milligramm Aluminium. Diese verteilen sich zu ungefähr 50% auf das Lungengewebe, zu 25% auf die Weichteile und zu weiteren 25% auf die Knochen. Aluminium ist damit als Spurenelement ein natürlicher Bestandteil unseres Körpers.

99 bis 99,9% der üblicherweise in Lebensmitteln pro Tag aufgenommenen Menge an Aluminium werden unresorbiert über den Kot wieder ausgeschieden. Auch die Aufnahme von Aluminiumsalzen über den Verdauungstrakt ist gering; sie variiert aber in Abhängigkeit von der chemischen Verbindung und ihrer Löslichkeit, dem pH-Wert und der Anwesenheit von Komplexbildnern. Auch über die Lunge nimmt der Organismus Aluminium aus der Umwelt auf. Staub, der zu einem großen Anteil aus Bodenpartikeln besteht, kann beim Einatmen zu einer Aluminiumaufnahme von durchschnittlich bis zu 12 mg pro Tag führen und damit die Menge des über die Nahrung aufgenommenen Aluminiums übersteigen. Bei Kleinkindern macht das Verschlucken von Bodenpartikeln die Hauptmenge des aufgenommenen Aluminiums aus.

Der weit überwiegende Teil des resorbierten Aluminiums wird über die Nieren schnell aus dem Blutkreislauf ausgeschieden, lediglich ein Bruchteil (1-2%) kann sich in Geweben (s.o.) ablagern, so dass es mit zunehmenden Alter zu einer höheren Gesamtkörperlast an Aluminium kommt.

Verwendung

Elementares (metallisches) Aluminium findet in seiner Reinform, aber auch in Legierungen weite Verwendung sowohl in der industriellen Produktion als auch in Konsumgegenständen. Aluminiumverbindungen werden auch vielfältig eingesetzt, so etwa zur Trinkwasseraufbereitung und in der Lebensmittelverarbeitung. Die Verwendung in Lebensmitteln ist dabei streng geregelt und in nur wenigen Ausnahmefällen in geringer Konzentration erlaubt. Auch die Trinkwasserverordnung schreibt sehr geringe Grenzwerte für Aluminium vor, lediglich Mineralwässer dürfen höhere Gehalte aufweisen. Auch einige medizinische und kosmetische Produkte verwenden Aluminiumverbindungen.

Medizin

Antazida und Phosphatbinder

In der Medizin werden u.a. verschiedene Aluminiumverbindungen (Aluminiumhydroxid, Aluminiummagnesiumsilikat, wasserhaltiges Aluminiumoxid) zur Neutralisierung der Magensäure (Antazida) verwendet.

Bei Dialysepatienten kommen neben vielen anderen Stoffen u.a. auch aluminiumhaltige Mittel als Phosphatbinder zum Einsatz, die mit der Nahrung aufgenommenes Phosphat binden können, da Phosphat bei eingeschränkter Nierenfunktion schlecht über den Harn ausgeschieden werden kann.

Wirkverstärker bei Impfstoffen

Aluminiumhydroxid wird als Adjuvans in einigen inaktivierten Impfstoffen (also solchen, die keine vermehrungsfähigen Erreger enthalten) derzeit nur noch selten eingesetzt. Die Menge des enthaltenen Aluminiumhydroxids in einer Impfdosis beträgt bei den in Deutschland zugelassenen Impfstoffen 0,2 bis 2,4 mg (Letzteres nur im Sechsfachimpfstoff Tet-Dipht-Pert-Polio-Hib-HepB, der neben Al(OH)₃ auch Aluminiumphosphat enthält, sonst meist um die 0,5 mg und weniger) und ist damit geringer als in vielen Lebensmitteln. Dabei ist der Aluminiumgehalt in einer Impfstoffdosis durch die Monographie „Impfstoffe für den Menschen“ des Europäischen Arzneibuchs auf maximal 1,25 mg pro Dosis (reiner Aluminiumanteil des jeweiligen Stoffes) begrenzt.

Aluminiumhydroxid ist in der verwendeten Dosierung ungiftig. Es verursacht nur einen lokalen Gewebsreiz und adsorbiert Proteine (Antigene des Impfstoff) unspezifisch, so dass ein Depot-Effekt entsteht und das Immunsystem die so entstandenen multiplen Epitope besser erkennt.

Somit kann die Anzahl der erforderlichen Auffrischimpfungen reduziert werden. Um eine ausreichende Immunität zu erzeugen, genügt eine relativ geringe Menge des abgetöteten Erregers, damit das Immunsystem ähnlich stark stimuliert wird. Ohne dieses Adjuvans müssten bis zum Erreichen eines anhaltenden Impfschutzes mehrere Impfungen erfolgen.

Als neueres Adjuvans wird statt Aluminiumhydroxid - z.B. Squalen - verwendet.

Daneben ist Aluminiumhydroxid auch in Therapieallergenen, die für die spezifische Immuntherapie verwendet werden, als Adjuvanz enthalten. Hier gelten die gleichen Aussagen wie für Impfstoffe. Das Nutzen-Risiko-Verhältnis von Aluminium-adjuvantierten Allergenen wird weiterhin als positiv angesehen.

Heilerde und „Detoxmittel“

Heilerde besteht überwiegend aus Alumosilikaten und enthält entsprechend einen hohen Aluminiumanteil. Bei innerer Anwendung können sich durch den Kontakt mit der Magensäure auch freie Aluminium-Ionen bilden. Das gleiche gilt für die chemisch verwandten Zeolithe, allen voran das Klinoptilolith, die im pseudomedizinischen Bereich zur Entgiftung empfohlen werden.

Kosmetik

Aluminiumverbindungen wie Aluminiumhydroxid und Aluminiumchlorohydrat können in Antitranspirantien (Schweißhemmer) enthalten sein. In Zahnpasten wird wasserunlösliches Aluminiumoxid (Korund) als Polier- und Reinigungsmittel verwendet. Auch in Sonnencremes kann Aluminiumhydroxid bzw. Aluminiumoxid enthalten sein.

Trinkwasseraufbereitung

Aluminiumsalze werden in der Wasserbehandlung für Fällungsreaktionen genutzt. So bewirken etwa Aluminiumsulfat und Kalk, wenn man sie zu Schmutzwasser hinzugibt, dass sich Aluminiumhydroxid bildet, welches Verunreinigungen absinken lässt und selbst so unlöslich ist, dass nur etwa 0,05 mg/l gelösten Aluminiums zurückbleiben. Dies liegt unter der Grenze der Weltgesundheitsorganisation (WHO) von maximal 0,2 mg/l Aluminium in Trinkwasser.

Eine Klärung wird überwiegend für stärker verunreinigte Oberflächengewässer benötigt, um Huminstoffe auszufällen und abzutrennen. Da in Deutschland der weitaus größte Teil des Trinkwassers aus Grund- und Quellwasser gewonnen wird, kommt die Behandlung mit Aluminiumsulfat wenig zum Einsatz. Des Weiteren werden neben der Ausflockung mit Aluminiumsulfat auch Eisen-Verbindungen, Filtrationstechniken (Nanofiltration) sowie weitere aluminiumfreie Sorbentien verwendet.

Die Trinkwassernormen der WHO sowie die in der EU und in Deutschland geltenden Werte geben alle eine maximale Aluminiumkonzentration von 0,2 mg/l vor.

Toxizität

Die akute Toxizität von Aluminiumsalzen ist relativ gering und spielt nur bei Dialysepatienten, die unter einer eingeschränkten Nierenfunktion leiden, eine Rolle. Da immer nur ein geringer Teil der mit der Nahrung aufgenommenen Aluminiumverbindungen resorbiert wird und davon der überwiegende Teil bald über die Nieren ausgeschieden wird, müssten extrem hohe Mengen an Aluminiumverbindungen aufgenommen werden, um entsprechend hohe Konzentrationen im Blutplasma zu erzeugen. Die Halbwertzeit im Plasma beträgt weniger als eine Stunde. Nur bei parenteral (durch direkte Injektion in den Körper) aufgenommenen Aluminiumverbindungen kann es zu akuten Symptomen wie der früher häufiger beobachteten Dialyse-Enzephalopathie kommen, die aufgrund von verunreinigten Dialysaten zustande kam.

Bei Dialysepatienten mit eingeschränkter Nierenfunktion besteht ein erhöhtes Risiko einer Anreicherung von Aluminium im Körper mit toxischen Effekten, etwa Knochenerweichungen und Schäden des Zentralnervensystems; zusätzlich sind Dialysepatienten aufgrund für sie notwendiger pharmazeutischer Produkte (Phosphatbinder) einer höheren Aluminiumzufuhr ausgesetzt.

Anhand von Fütterungsstudien an Tieren wird beobachtet, dass oral (über Lebensmittel) aufgenommene lösliche Aluminiumverbindungen in hohen Dosen über längere Zeiträume Hoden, Embryonen sowie deren Nervensysteme schädigen können. Bei hohen Dosen traten in reproduktionstoxikologischen Studien auch embryotoxische Effekte auf, teratogene Wirkungen (Fehlbildungen) wurden aber nicht beobachtet. Eine für die Alzheimer-Krankheit typische neurofibrilläre Degeneration wurde in Tierstudien, in denen Aluminium verfüttert wurde, dagegen nicht nachgewiesen.

Jedoch weisen die verfügbaren Studien diverse von Einschränkungen auf, und es liegen nur sehr wenige Studien zu einzelnen aluminiumhaltigen Lebensmittelzusatzstoffen vor. In allen Studien zeigten sich Werte für die niedrigste noch wirksame Dosis (LOEL, lowest-observed-effect-level) zwischen 50 und 75 mg/kg Körpergewicht und Tag. Diese Werte liegen um ein Vielfaches über denen in der Nahrung und den Impfadjuvanzien.

Alzheimer

Bei länger andauernder Aufnahme wurde eine zerebrale Toxizität mit der möglichen Folge einer Demenz vermutet. Die Auswertung von epidemiologischen Trinkwasserstudien belegt allerdings insgesamt keinen Kausalzusammenhang zwischen Aluminiumgehalten im Wasser und der Entstehung der Alzheimer-Krankheit oder kognitiven Dysfunktionen im Alter. Die britische Alzheimer-Gesellschaft mit Sitz in London vertritt den Standpunkt, dass die Studienlage heute keinen kausalen Zusammenhang zwischen Aluminium und der Alzheimer-Krankheit belegt, auch wenn es anfangs gewisse Hinweise gab.

Selbst bei entsprechend disponierten Personen, wie Arbeitern in der Aluminiumindustrie oder Dialysepatienten, sind die für die Alzheimer-Krankheit typischen Ablagerungen in den Nervenzellen nicht häufiger anzutreffen als bei der normal exponierten Bevölkerung. Es wird daher vermutet, dass der erhöhte Aluminium-Gehalt im Gehirn von Alzheimer-Patienten eine Folge der Vorschädigung der Blut-Hirn-Schranke ist.Auch für die vermutete Knochentoxizität von Aluminiumphosphat gibt es keine Belege.

Brustkrebs

Deodorants auf der Basis von Aluminiumchlorohydrat standen eine Zeit lang im Verdacht, Brustkrebs auszulösen. Dieser Verdacht wurde jedoch inzwischen ausgeräumt und wird von Krebsfachgesellschaften mittlerweile als bloßer Mythos eingestuft.

Allergien

Insbesondere Bert Ehgartner verbreitet die Behauptung, Aluminium in Lebensmitteln sei eine Ursache für das vermehrte Auftreten von Lebensmittelallegien bzw. löse diese erst aus. Tatsächlich werden Lebensmittelallergien meist durch körperfremde Eiweißstoffe ausgelöst, die durch Enzyme, die erst durch einen ausreichend hohen Anteil an Magensäure aktiviert werden, nur unzureichend in nicht mehr allergische Teile zerlegt werden. Dies ist dann der Fall, wenn nicht genügend Magensäure produziert wird bzw. wenn es zu einer Überanwendung von Säureblockern (Antazida) kommt. Da einige Antazida auch Aluminiumverbindungen enthalten, wird nun das Aluminium fälschlicherweise als Ursache behauptet.

Dass Aluminiumhydroxid als Adjuvanz (Verstärker einer Immunantwort) für das vermehrte Auftreten einer Allergie verantwortlich sei, ist schon aus dem Grunde widersinnig, da es als Base im sehr sauren Magenmilieu schnell in eine nicht mehr aktive Form zerfällt. Nur so kann es als Antazidum wirken.

Schlussfolgerungen

Daraus ist zu schlussfolgern, dass weder Lebensmittel noch Impfungen eine für den Menschen gefährliche Aluminiumquelle darstellen. Aufgrund der Studienergebnisse legte die Europäische Lebensmittelsicherheitsbehörde (EFSA) trotzdem rein aus Vorsorgegründen die gesundheitlich unbedenkliche wöchentliche Aufnahme von 1 mg/kg Körpergewicht (tolerable weekly intake TWI) fest.

Die Behauptung von Impfkritikern und -gegnern, dass Aluminiumhydroxid Gehirnschäden verursache, ist allein schon deswegen unplausibel, da dieser wasserunlösliche Stoff an der Impfstelle in der Muskulatur verbleibt und nicht in den Blutstrom und damit in das Gehirn gelangen kann. Außerdem ist die Menge des mit einer Impfdosis applizierten Aluminiumhydroxids geringer als die mit der täglichen Nahrung aufgenommene Menge.

Zitate und Stellungnahmen

• "Das BfR sieht [...] keine Gesundheitsgefahr für Verbraucher durch eine Aluminiumaufnahme aus Lebensmittelbedarfsgegenständen und kosmetischen Mitteln.", Bundesinstitut für Risikobewertung, 2007

Weblinks

• Spektrum.de: Wie gefährlich ist Aluminium?
• Bundesinstitut für Risikobewertung: Fragen und Antworten zu Aluminium in Lebensmitteln und verbrauchernahen Produkten

Übersichtsarbeiten zur Toxikologie von Aluminium:

• WHO Food Additives Series 65: Safety evaluation of certain food additives and contaminants. 2012 PDF-Datei
• WHO Food Additives Series 24: Toxicological Evaluation Of Certain Food Additives And Contaminants. 1989 HTML
• IPCS Environmental Health Criteria 194: Aluminium. 1997 HTML
• Bundesinstitut für Risikobewertung (Hrsg.): Keine Alzheimer-Gefahr durch Aluminium aus Bedarfsgegenständen. 2008 PDF-Datei
• Bundesinstitut für Risikobewertung (Hrsg.): Aluminiumhaltige Antitranspirantien tragen zur Aufnahme von Aluminium bei. Stellungnahme Nr. 007/2014 des BfR vom 26. Februar 2014 [1]
• Scientific Opinion of the Panel on Food Additives, Flavourings, Processing Aids and Food Contact. Materials on a request from European Commission on Safety of aluminium from dietary intake. The EFSA Journal. 2008 PDF-Datei
• Krewski et al.: Human Health Risk Assessment for Aluminium, Aluminium Oxide, and Aluminium Hydroxide. 2009 mit Link auf PDF-Datei