Eisen

Frische KräuterBereits in den alten Hochkulturen der Ägypter, Griechen und Römer kannte man die große Bedeutung des Spurenelementes Eisen für die Ernährung. Hippokrates (460 – 370 v. Chr.) wusste schon damals ein Mittel bei Eisenmangel: Einen Apfel mit Eisennägeln spicken und später nach Entfernen der Nägel verspeisen – die Fruchtsäure löste das Eisen!

Eisen zählt laut Definition zu den Mengenelementen, da es mit mehr als 50 g/kg Körpertrockengewicht (s. Mineralstoffe) im Körper der Pferde, Hunde und natürlich des Menschen enthalten ist. Aufgrund seiner Funktion (in minimalen Mengen Wirkung zu entfalten) gilt es jedoch als Spurenelement.

Eisen kommt in der Nahrung in mehreren Oxidationsstufen vor, wobei nur Fe 2+ (zweiwertiges Eisen) und Fe 3+ (dreiwertiges Eisen) für den Organismus von Bedeutung sind.

Man unterscheidet Funktionseisen und Speichereisen. Ca. 75 % des Eisens liegen im Organismus als Funktionseisen vor, davon werden ca. 65 % für die Bildung des Hämoglobins (roter Blutfarbstoff) benötigt, der Rest des Funktionseisens entfällt auf Myoglobin (roter Muskelfarbstoff) und eisenhaltige Enzyme. Ungefähr 25 % liegen als Depot-Eisen vor.

Die Gesamtzahl an Erythrocyten (roten Blutkörperchen) bei Pferden (500 kg) mit ca. 350 Billionen und einem 15 kg schweren Hund mit immerhin ca. 7 Billionen macht den hohen Anteil Eisen verständlich, der für die Bildung vor allem des Hämoglobins benötigt wird. Eisen spielt also eine entscheidende Rolle beim Sauerstoff-Transport im Körper über das Blut in die Zellen.

Freies Eisen ist ein sehr reaktives und auch toxisches Ion (elektrisch geladenes Atom). Daher liegt dieses Spurenelement im Körper ausschließlich in gebundener Form vor und wird den jeweiligen Körperstrukturen nach Bedarf zur Verfügung gestellt.

Vorkommen

In der Nahrung liegt Eisen sowohl als Hämeisen Fe 2+ (Eisen-Eiweiß-Komplex) als auch als Nicht- oder Non-Hämeisen (ionisiertes freies Fe 2+ oder Fe 3+ ) vor.

Tierische Nahrungsmittel, insbesondere Fleisch, enthalten Eisen zu 40 – 60 % in Form von Hämeisen. Dieses zweiwertige Eisen weist eine deutlich höhere Resorbierbarkeit (15 – 30 %) als dreiwertiges Eisen auf. Dreiwertiges Non-Hämeisen, das vorwiegend in pflanzlichen Nahrungsmitteln vorkommt, ist nur zu maximal 5 % verwertbar. Dies bedeutet jedoch nicht zwangsläufig ein Eisendefizit für Pflanzenfresser. Besonders eisenreiche Nahrungsquellen sind Fleisch und Innereien (Schweineleber), aber auch Getreide wie Hafer, Hirse und Gerste. Ebenso weisen Hülsenfrüchte, Nüsse, Sonnenblumen- und Kürbiskerne und vor allem Kräuter einen relativ hohen Eisengehalt auf.

Aufnahme und Verwertung

Der Organismus kann Eisen nur begrenzt ausscheiden, so dass die Regulation der Eisenhomöostase über den Dünndarm und über Hepcidin erfolgt – ein in der Leber produziertes Eiweiß, das auch Hormon des Eisenstoffwechsels genannt wird.

Beim Menschen gehen beispielsweise täglich nur ca. 0,02 % des Eisenbestandes über Zellabschilferungen im Magen-Darm-Trakt und über die Haut verloren – dies entspricht einer Halbwertszeit von ca. 10 Jahren. Unter anderem aus diesem Grund ist ein Eisenüberschuss über die Nahrung bzw. über Nahrungsergänzungsmittel zu vermeiden.

Über die Nahrung wird Eisen als zwei- oder dreiwertiges Eisen aufgenommen. Das zumeist in pflanzlicher Nahrung vorliegende Fe 3+ muss zu Fe 2+ reduziert werden. Dies geschieht in den Dünndarmzellen mithilfe von Vitamin C oder eines Enzyms, dem sogenannten Cytochrom C. Nach Umwandlung in Fe 2+ wird dieses Spurenelement in die Darmzellen aufgenommen. Entsprechend des Eisenstatus im Körper wird Eisen entweder an Transferrin (Transportereiweiß) gebunden, in die Blutbahn abgegeben und zu den Zellen und Geweben transportiert oder aber bei ausreichender Eisenversorgung als dreiwertiges Speichereisen (Ferritin) und als dessen Abbauprodukt (Hämosiderin) in allen Zellen gespeichert. Besonders starke Eisenspeicher sind Leber, Milz und auch das Knochenmark. Bei Bedarf werden diese gebundenen Speicherbestände mobilisiert und an die Gewebe verteilt. Die Mobilisation erfordert wiederum die Reduktion des dreiwertigen Eisens in zweiwertiges Eisen.

Hepcidin hemmt die Eisen-Adsorption im Dünndarm: Bei Eisenmangel wird demzufolge die Hepcidin-Produktion gedrosselt, bei Eisenüberladung des Körpers hingegen gesteigert.

Alte oder geschädigte Erythrocyten werden von Zellorganellen abgebaut und über Transferrin nach Bedarf im Organismus verteilt, ein perfektes „Eisen-Recycling“!

Auch bestimmte mit dem Futter aufgenommene Stoffe beeinflussen die Resorbierbarkeit des Eisens. Die Bioverfügbarkeit wird stark gehemmt z. B. durch Calcium, Carbonate, Phytate (in Getreide, Mais, Reis usw.), Phosphatate, Oxalsäure (in Spinat, Rhabarber) und Antazida (Magensäure bindende Medikamente). Diese resorptionshemmenden Stoffe verbinden sich mit Eisen zu schwerlöslichen Komplexen, so dass das Eisen von den Darmzellen nicht aufgenommen werden kann.

Allerdings gibt es im Gegenzug genügend Nahrungssubstanzen, die die Verfügbarkeit von Eisen steigern:

  • Vitamin C fördert die Umwandlung von Fe 3+ in das besser verwertbare Fe 2+ und verhindert dadurch die Bildung schwerlöslicher Komplexverbindungen
  • Magensäure „befreit“ Eisen offensichtlich aus Komplexverbindungen und macht es somit der Resorption zugänglich
  • Vitamin A verhindert den resorptionsblockierenden Einfluss von z. B. Phytaten, indem es Eisen während des Verdauungsprozesses bindet

Die Ausscheidung von Eisen erfolgt laut wissenschaftlichen Untersuchungen an Hunden – aus dem Jahr 1935! – vorwiegend über die permanente Zellabstoßung der Dickdarmschleimhaut und über Galleabsonderung. Hingegen wird nur geringfügig Eisen mit dem Urin oder Kot ausgeschieden.

Wirkung

Hauptaufgabe des Eisens ist der Sauerstofftransport von der Lunge zu den Zellen bzw. Organen. Hauptbestandteil der roten Blutkörperchen ist Hämoglobin, an dessen Zentralatom (Eisen) sich Sauerstoff anlagert. Der rote Muskelfarbstoff (Myoglobin, ein Muskelprotein) – der ebenfalls Eisen als Zentralatom enthält – ist für den Sauerstofftransport und die Speicherung innerhalb der Muskelzellen verantwortlich. Er übernimmt den Sauerstoff aus dem Hämoglobin des Blutes und befördert es in die Zellen.

In der Literatur wird irrtümlicherweise immer wieder das im Chlorophyll (Pflanzenfarbstoff, der für die Photosynthese von Bedeutung ist) der Pflanzen enthaltene Zentralatom als Eisen bezeichnet – das ist falsch! Hier steht Magnesium als Zentralatom!

Eisen spielt eine zentrale Rolle bei der Energiegewinnung in den Zellen (Zellatmung). Innerhalb der sogenannten Atmungskette in den Mitochondrien (Kraftwerken) der Zellen übertragen Cytochrome (eisenhaltige Enzyme) Elektronen auf molekularen Sauerstoff bis zur Bildung von Wasser. Bei diesem Vorgang wird Energie gebildet.

Außerdem schützt Eisen vor Oxidationsprozessen und damit vor der Bildung freier Radikale, die Zellen und Erbgut schädigen.

Eine Studie aus Marburg und Los Angeles, kürzlich veröffentlicht im Wissenschaftsmagazin „Cell Metabolism“, verweist auf neue Erkenntnisse in der Regulation des menschlichen Eisenstoffwechsels: Eine bedeutende Funktion haben besondere Eisen-Schwefel-Zentren, die als Kofaktoren in vielen zellulären Eiweißen wirken. Diese eisenhaltigen Kofaktoren beeinflussen die Erbsubstanz, die Proteinbiosynthese (Eiweißherstellung) und die Energiegewinnung der Zellen (Zellatmung). Im menschlichen Eisenstoffwechsel scheint es eine „Arbeitsteilung“ zweier bestimmter Eiweißmoleküle zu geben, die den Eisen-Haushalt regulieren: Während das eine Molekül den Eisen-Stoffwechsel kontrolliert, fungiert das andere Eiweißmolekül als Unterstützer bei der Biosynthese zahlreicher zellulärer Eisen-Schwefel-Proteine.

Bedarf und Mangelerscheinungen

Übliche Futtermittel für Pferde wie Wiesengras, Heu und Getreide sind gute Eisenquellen, auch wenn das Spurenelement in dreiwertiger, schlechter verwertbarer Form enthalten ist. Aber was bedeutet schlechter verwertbar?

Beim Menschen ist bekannt, dass z. B. Veganer zwar einen niedrigeren Serum-Eisen-Gehalt als ihre Fleisch und Milchprodukte verzehrenden Artgenossen aufweisen, offenbar aber unter keinerlei Eisen-Mangelerscheinungen leiden. Der Organismus ist offensichtlich in der Lage, bei erhöhtem Eisen-Bedarf die Resorptionsrate zu erhöhen (bis zu 40 %) und dadurch den Eisenstoffwechsel zu optimieren. Außerdem können in Zeiten des erhöhten Bedarfs die reichlichen Eisenspeicher im Körper genutzt werden. Könnte dies nicht auch für Pferde gelten? Auch die Eisen-Rückgewinnung aus überalterten und abgestorbenen Erythrocyten ist für den Eisenhaushalt von zentraler Bedeutung. Vielleicht sind auch die Bedarfsempfehlungen für Pferde recht hoch angesetzt?

Kräuter (Löwenzahn, Brennesseln, Wegericharten und viele mehr), Gartenkräuter (z.B. Petersilie, Origanum, Majoran) und Früchte sind hervorragende Eisenspender.

Auch Hunde erleiden normalerweise keinen nutritiven (ernährungsbedingten) Eisenmangel: Beutetierähnliche Nahrung mit blutreichem Fleisch, Knochen, vorverdautem Gemüse und vielfältigen Kräutern deckt vollständig den Eisenbedarf der Hunde, zumal Fleisch eigentlich zu einem hohen Prozentsatz das leicht resorbierbare zweiwertige Eisen enthält. Da das heutzutage beim Schlachter erhältliche Fleisch meist stark ausgeblutet ist, können bei dieser Fütterung allerdings durchaus Eisen-Mangelzustände beim Hund auftreten. Die Ergänzung mit Blutmehl oder Hämoglobin-Präparaten ist dann in jedem Fall sinnvoll.

Die oftmals übliche Fütterung der Hunde mit Trockenfutter könnte ebenfalls zu Engpässen in der Eisenversorgung führen: Die als Fleischfresser an eine reichliche Versorgung mit leicht resorbierbarem zweiwertigen Eisen angepassten Hunde haben während der Evolution nie mit ihren Eisenressourcen haushalten müssen. Bei Knappheit dieses Spurenelementes – diese Situation ist bei Trockenfutter mit künstlich zugesetztem, schlechter verwertbarem Eisen gegeben – könnte es doch unter Umständen zu Mangelerscheinungen kommen?

Ein grundsätzlich höherer Eisenbedarf liegt, wie bei allen Mineralstoffen und Vitaminen, während der Trächtigkeit, der Stillzeit und der Wachstumsphase der Tiere vor. Ein Eisenmangel kann bei Pferden und Hunden auch durch starken Parasitenbefall (chronischer Blutverlust, energiezehrender Prozess) und außergewöhnlichen Blutverlust auftreten (größere Operationen, Verletzungen, Geburt). Auch Resorptionsstörungen im Magen-Darm-Trakt aufgrund von Dysbalancen der Darmflora oder der Kryptopyrrolurie (KPU) insbesondere beim Pferd können zu einer Eisen-Mangelsituation führen. In diesem Zusammenhang ist die bei Pferden häufige Nahrungsergänzung mit Futterkalk zu erwähnen: Der hohe Calcium- bzw. Calciumsalzanteil blockiert die Eisenverwertung!

Die Symptome eines Eisenmangels zeigen sich in Anämie (Blutarmut) mit Müdigkeit, Leistungsschwäche und Infektanfälligkeit.

Überversorgung

Ein Überangebot an Eisen im Organismus ist unter natürlichen Ernährungsbedingungen bei Pferden und Hunden nicht gegeben. Das bei Hunden über Fleisch und Innereien reichlich zugeführte, gut verwertbare Eisen scheint optimal verstoffwechselt zu werden – diesbezüglich gibt es jedoch offensichtlich keine aktuellen Studien.

Die bei Pferden übliche Supplementierung mit mineralisierten Fertigfuttern oder Mineralfuttern bei bereits ausreichender Eisenversorgung über Gras oder Heu ist vorsichtig zu beurteilen: Das dann möglicherweise insgesamt zu hohe Eisenangebot kann die Verwertung anderer wichtiger Spurenelemente wie Kupfer, Phosphor, Mangan und Zink beeinträchtigen.

Trockenfutter für Hunde enthalten meist einen recht geringen Fleischanteil – zugunsten der pflanzlichen Füllstoffe. In dieser Hinsicht wäre eine Eisenergänzung im Trockenfutter sinnvoll und würde vermutlich zu keiner Überdosierung führen. Allerdings ist die Supplementierung mit künstlichen Mineralstoffen aus mehreren Gründen abzulehnen.

Akute Eisenvergiftungen schädigen die Leber, die Bauchspeicheldrüse und den Herzmuskel. Eine chronische Eisen-Überversorgung bei täglicher Fütterung mit künstlichen Mineralfuttern zusätzlich zum ausreichenden Eisenangebot über Gras und Raufutter könnte beim Pferd ebenfalls zu Leberdegeneration und Herzschädigungen führen.

Beim Menschen ist die Entstehung von Diabetes als Folge eines chronischen Eisenüberschusses nachgewiesen. Warum sollte dies nicht auch für Pferde und Hunde zutreffen?

Der gesteigerte oxidative Stress durch Eisenüberladung des Körpers kann Erbgutschäden und damit auch Krebs zur Folge haben.

Dr. Frauke Garbers, Biologin

Kofaktor: Überbegriff für verschiedene Moleküle und Molekülgruppen, die für die Funktion von Enzymen eine unerlässliche Rolle spielen. Es handelt sich immer um Nicht-Eiweiß-Stoffe.

Quellen

Oliver Stehling et al.; Cell Metabolism, doi:10.1016/j.cmet.2013.06.015; 2013.

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