Spurenelemente für Tiere

Nachgewiesene Essentialität

In der Folge werden Elemente mit nachgewiesener Essentialität besprochen.

Bor

Erst die letzten 15 Jahre konnte aufgeklärt werden, dass Bor auch für die Human- und Tierernährung essentiell ist. Der tierische Organismus mit seinem im Vergleich zu Pflanze wesentlich geringerem Bedarf, zeigt bei einer Mangelversorgung nur weniger eindeutige Symptome.

Chlorid

Chlorid gehört neben Natrium zu den quantitativ wichtigsten Ionen des Extrazellulärraumes. Sie wirken bestimmend auf Gesamtvolumen und Osmotischen Druck.

Daneben bestehen eine Vielzahl von Funktionen auf zellulärer Ebene. Der Transport der meisten anderen Ionen erfordert in der Regel einen Chlorid- oder Natrium-abhängigen Cotransporter oder Antiporter.

Chlorid- bzw. Natrium-Mangel zeigt sich identisch. Die entstandene Hypoosmolarität führt zu Wasserverschiebungen ins Gewebe (insbesondere des Gehirns) und kann im Extremfall zum Tod führen.

Fluorid

Es ist bis heute umstritten, ob Fluor zu den essentiellen Spurenelemente gehört. Es wurde verschiedentlich beobachtet, daß Fluoridmangel während Schwangerschaft und erstem Lebensjahr das Wachstum verzögert, was für unbekannte zelluläre Mechanismen spricht. Die Bedeutung für die Härte und chemische Widerstandsfähigkeit von Knochen und Zähnen ist dagegen unbestritten.

Die Resorption von Fluorid unterliegt je nach Bindung an Nahrungsbestandteile großen Schwankungen. In wässriger Lösung wird es fast quantitativ aufgenommen, wobei ca. 25 % schon im Magen resorbiert werden.

Fluorid ist aufgrund der geringen Verfügbarkeit in unseren Böden in den Nahrungsmitteln nur in sehr geringer Konzentration enthalten. Einige Pflanzen reichern aber bestimmte Elemente weit über ihren eigenen Bedarf an; so hat z.B. schwarzer Tee einen gut verfügbaren Gehalt an organisch gebundenen Fluorid (~ 1 mg/l F^- in Form von leicht resorbierbarer Fluoressigsäure).

Iod bzw. Jod

Deutschland, ebenso wie die Schweiz und Österreich sind klassische Iod-Mangelgebiete. Die Verhältnisse in den (Sub)Tropen liegen in dieser Hinsicht allerdings oft weit besser, wenn auch wenig konkrete Werte in der Aquarienliteratur vorliegen. Einen Wert kann ich jedoch anführen. Nach Kaspar Horst liegt der Iod-Gehalt der Binnengewässer Sri Lankas zwischen 140 ppb und 320 ppb. Das ist um ein Vielfaches mehr als hiesiges Leitungs- oder sogar UO-Wasser liefern kann.

Iod wird von Pflanzen im Gegensatz zu Tieren nicht benötigt- sie nehmen es aber wie viele andere Mineralstoffe relativ unspezifisch auf, so daß es Pflanzenfressern auf diesem Weg dann zur Verfügung steht.

Iod ist ein essentieller Bestandteil der Schilddrüsenhormone, ohne die höheres tierisches Leben nicht funktioniert. Gleichzeitig ist das die einzige bekannte Funktion von Iod im tierischen Organismus. Schilddrüsenhormone regeln den Grundumsatz und damit den Sauerstoff- und Energieverbrauch. Der genaue metabolische Vorgang ist immer noch weitgehend ungeklärt.

Kupfer

Der Kupfer-Plasma-Spiegel ist recht konstant und weitgehend unbeeinflußt von der Nahrungsaufnahme. Im Blut ist das Kupfer größtenteils an Transcuprein und Albumin gebunden. Nach Aufnahme in der Leber wird das Kupfer entweder in Zielproteine eingebaut oder als Kupfer-Ceruloplasmin (= Kupfer-Transportform) wieder ans Blut abgegeben. Die Ausscheidung über die Galle stellt die wichtigste Regulationsgröße für die Kupfer-Homöostase dar.

Kupfer ist ein wichtiger Bestandteil des endogenen, antioxidativen Systems. Hierzu gehören die Kupfer-Zink-Superoxiddismutase (CuSOD) und die Cytochrom C-Oxidase (CCO), die am Elektronentransport in den Mitochondrien beteiligt ist.

Die Funktionen von Kupfer beschränken sich jedoch nicht auf das antioxidative System oder den Elektronentransport. Kupfer-Ceruloplasmin ist auch an der Oxidation von Fe²⁺ zu Fe³⁺ beteiligt. Erst hierdurch kann gespeichertes Eisen an Transferrin gebunden werden, wodurch sich die engen Verknüpfungen zwischen Kupfer- und Eisenstatus erklären.

Weitere Kupfer-haltige Enzyme sind Lysosyloxidase (spielt eine zentrale Rolle bei der Vernetzung von Elastin und Collagen) und Dopamin-β-Hydroxylase (katalysiert die Reaktion von Dopamin zu Noradrenalin mit Ascorbat als Elektronendonator. Über Interleukin-2 ergeben sich so noch nicht genau verifizierte Einflüsse auf das Immunsystem).

Decapoden (Krebse, Krabben und Garnelen) haben anstelle eines Eisen-Porphyrin-Komplexes (Häm) einen Kupfer-Porphyrin-Komplex entwickelt. Sie benötigen trotz großer individueller Empfindlichkeit gegen dieses Metallion Kupfer auch hier als Spurenelement.

Natrium

siehe Chlorid

Selen

ist einerseits ein Halbmetall mit Halbleitereigenschaften, andererseits verhält es sich in vielen Reaktionen sehr ähnlich wie Schwefel und kann diesen in vielen Verbindungen ersetzen. Biologische Bedeutung haben daher auch Selen-haltige Aminosäuren und andere Verbindungen, die von den entsprechenden Schwefel-haltigen Verbindungen abgeleitet sind.
Bisher sind mehr als 20 derartige Selen-haltige Proteine oder Proteinuntereinheiten bekannt.

Sie erfüllen wichtige oxidative Schutzfunktionen in den körpereigenen Redoxsystemen:
Glutathionperoxidase, Thioredoxinreduktase, Produktion des Schilddrüsenhormons T4, DNA-Reparaturmechanismen, Apoptose bei Tumorzellen.

Vanadium

Nur beim Menschen wurde nachgewiesen, dass Vanadium essentiell ist. Vanadiummangel resultiert in verschiedenen biologischen Systemen in Wachstumsstörungen, sowie Natriumretentions-Ödemen infolge der Verminderung der Effizienz der renalen Na-Pumpe.

In Fettzellen von Ratten beeinflußt Vanadium die Glukoseoxydation im gleichen Masse wie Insulin. Vanadium verbessert die Sauerstofftransportfähigkeit der Erythrozyten, sowie die Kaliumpermeabilität der Zellmembranen.

Ferner beeinflußt es die Aktivitäten von Enzymen, wie Adenylcyclase, alkalische Phosphatase, NADH-Oxydase, Phosphofruktokinase und Ribonuclease.

Nicht nachgewiesene Essentialität

In der Folge werden Elemente mit nicht nachgewiesener Essentialität besprochen.

Lithium

Die Bedeutung von Lithium als Spurenelement ist noch nicht endgültig geklärt, es scheint aber positive Auswirkungen auf den Hirnstoffwechsel zu haben.

Im Tierversuch erzeugt Lithium-Mangel niedrigere Geburtsgewichte, erhöhte Abortraten, veränderte Enzymaktivitäten sowie Verhaltensstörungen. Beim Mensch sind Mangelerscheinungen nicht beschreiben, weshalb die Essentialität umstritten ist. Epidemiologische Untersuchungen lassen aber vermuten, dass in Gegenden mit höherer Lithium-Aufnahme die Inzidenz von Suiziden geringer ist.

Nickel

Ni(II) besitzt Ähnlichkeit mit Fe(II). Über den Metabolismus ist wenig bekannt. Die Resorption im Dünndarm liegt bei 1 - 10 %, wobei ein Synergismus mit Eisen vermutet wird.
Ein Nickel-Mangel bewirkt im Tierversuch eine Störung der Eisen-Verwertung sowie der Blutbildung. Bisher konnte Nickel aber nicht als Bestandteil eines humanen Enzymsystems nachgewiesen werden.

Viel bekannter ist Nickel wegen seiner Toxizität in größeren Mengen. Häufig ist auch eine Allergie gegen Nickel, die sich meistens als Kontaktekzem gegen billige Schmuck- und Metallwaren zeigt.

Silizium

Man vermutet Funktionen bei der Knochenbildung und im Stoffwechsel des Bindegewebes.
Die Essentialität ist allerdings nicht belegt, Mangelerscheinungen sind keine bekannt.

Zinn

Da Zinn in den Oxidationsstufen Sn²⁺ und Sn⁴⁺ vorkommt, ist theoretisch eine Beteiligung an körpereigenen Redoxsystemen sowie eine Bedeutung für die Tertiärstruktur von Proteinen denkbar. Aufgenommen wird es vorzugsweise als organischer Komplex, anorganisches Zinn ist kaum verwertbar.

Zinn wurde zu den essentiellen Elementen gezählt, seit sein wachstumsstimulierender Effekt bei Ratten entdeckt wurde. Eine Beteiligung am Gastrin, das die Salzsäureproduktion im Magen reguliert, wird diskutiert. Bisher fehlt aber jeder Beweis für eine essentielle Wirkung beim Mensch.

Hingegen ist die toxische Wirkung (hauptsächlich intestinale Wirkungen) bei höheren Dosierungen gut bekannt und dokumentiert.