Krieg ums Eisen – warum Eisenverfügbarkeit das Machtgefüge im Mikrobiom verschiebt

In unserem Körper tobt Tag für Tag ein Krieg um ein Spurenelement. Krankheitserreger kämpfen mit hilfreichen Bakterien um ein seltenes Metall. Der Körper versucht einzugreifen. Doch oft kann er nur zuschauen, wie konkurrierende Gruppen untereinander ausmachen, wer den seltenen Rohstoff bekommt und damit im Darm dominieren kann.

Zahllose Werbespots versprechen schnelle Hilfe bei Eisenmangel. Jeden Tag eine Tablette geschluckt und schon stimmt die Eisenversorgung. Dabei wird völlig außer Acht gelassen, dass nur die wenigsten Menschen einen echten Eisenmangel haben und eine zu sorglose Supplementierung zu weitreichenden Problemen führen kann. Denn das Verständnis des Wechselspiels zwischen Eisen und Mikrobiom ist essenziell, um keinen Schaden anzurichten und trotzdem eine optimale Eisenversorgung zu besitzen.

Eisen ist Leben

Der Mensch braucht Eisen. Keine Frage. Ohne dieses grundlegende Element funktionieren viele biologische Prozesse nicht. Der größte Teil steckt im Hämoglobin der roten Blutkörperchen. Eisen bindet Sauerstoff in der Lunge und sorgt für den Transport zu Geweben und Organen. Ohne Eisen gäbe es keinen effizienten Sauerstofftransport, egal wie stark deine Lunge und dein Herz sind.
Zusätzlich findet sich Eisen in einer Vielzahl von Enzymen. Essenziell ist es in unseren Mitochondrien, wo es die Bildung von ATP, der universellen Energiewährung in unserem Körper, aktiviert.
Auch im Knochenmark zur Bildung neuer Erythrozyten wird es genauso benötigt wie beim Aufbau der Proteine, der Synthese unserer DNA und vielen anderen Stoffwechselprozessen.
Und nicht zuletzt verlassen sich unser Immunsystem und unser Gehirn auf eine ausreichende Versorgung mit dem Metall in ionischer Form.

Kurz: Ohne Eisen kein Leben.

Das Gold für die Bakterien

Was für den Menschen gilt, gilt genauso für die Bakterien. Auch für diese kleinsten Lebewesen ist Eisen ein essenzieller Lebensbaustein. Daher ist es für die Mikroorganismen in unserem Körper wichtig, Zugriff darauf zu bekommen. Nun schwimmen die Bakterien in unserem Darm, aber nicht alleine herum, sondern sind von Billionen von anderen Mikroorganismen umgeben. Daher müssen sie sich durchsetzen, um das rare „Gold“ schürfen zu können. Hierzu haben sie faszinierende Techniken entwickelt.

Der Weg des Eisens in den Darm

Aber wie kommt das Eisen überhaupt zu den Mikroorganismen? Wird es denn nicht schon vorher – nach der Nahrungsaufnahme – im Dünndarm restlos resorbiert? Die Antwort ist eindeutig: Nein. Je nach Eisenform und Bedarf werden nur Teile aufgenommen, häufig im Bereich von 10–20 %, und der Rest gelangt in den Dickdarm, wo der Krieg um das wertvolle Eisen beginnt.

Die Taktik der Krankheitserreger

Pathogene, also krankmachende Bakterien, haben extrem wirkungsvolle Systeme entwickelt, um an das begehrte Metall heranzukommen. Wie ein Magnet ziehen sie es mit ihren speziellen Eisenaufnahmesystemen, den sogenannten Siderophoren, an. Daher profitieren sie ganz besonders von einem Überschuss an Eisen, der zu einer starken Zunahme der Krankheitserreger führt und entzündliche Prozesse verursacht oder Krankheiten direkt auslöst.

Die „Guten“ schlagen zurück

Aber auch sehr wertvolle Bakterien, wie z. B. Laktobazillen oder Bifidobakterien haben Strategien entwickelt. Zwar haben sie nicht so effiziente Eisenaufnahmesysteme wie die pathogenen Bakterien, aber sie haben gelernt, mit extrem wenig Eisen auszukommen. Sie benutzen dazu einen Trick: Statt Eisen verwenden sie teilweise Mangan, das andere Bakterien nicht verwenden können, und dadurch sind sie weniger eisenabhängig.

Der Körper greift ein

Und auch unser Körper sieht nicht tatenlos zu:

Wenn der Körper eine ausreichende oder überschüssige Eisenversorgung registriert, wird das Hormon Hepcidin ausgeschüttet, welches dafür sorgt, dass weniger Eisen von dort ins Blut gelangt. Umgekehrt kann er aber auch dafür sorgen, dass mehr Eisen aufgenommen wird.

Er kümmert sich also zuallererst um sich selbst und steuert die eigene Versorgung sehr penibel. Doch der Körper greift auch in den Krieg ums Eisen ein. Durch das Ausschütten von eisenbindenden Proteinen wie dem Lactoferrin entzieht er dem Darm das von den Bakterien begehrte dreiwertige Eisenion. Das schützt den Körper gut vor Infektionen, kann aber auch im schlimmsten Fall, wenn er es übertreibt, zu einer Eisenanämie führen, also zu einem Mangel an Eisen. Das System überreagiert.

Doch die Krankheitserreger können zurückschlagen: Entweder sie benutzen die erwähnten Siderophore, die Eisenaufnahmesysteme, oder sie docken an die eisenbindenden Proteine des Körpers an. Im Prinzip sind sie hier wie Piraten, die voll beladene Eisenschiffe des Körpers überfallen und das begehrte Metall an sich reißen.

Eisen und Mikrobiom – ein sensibles Gleichgewicht

Dieser Krieg ums Eisen findet also zwischen den pathogenen Bakterien, den nützlichen Darmbewohnern und unserem Körper statt und schafft damit ein Gleichgewicht, welches aber sehr anfällig für Störungen ist. Der schlimmste Eingriff in dieses fein austarierte System findet meist durch uns statt, und zwar in Form von Eisen-Supplementen.

Die verheerende Studie mit afrikanischen Babys

Um das näher zu beleuchten, ist es wert, einen Blick auf eine Studie mit Babys aus Kenia zu werfen. Hier bekamen Säuglinge, die in Afrika grundsätzlich an Eisenmangel litten, spezielle, mit Eisen angereicherte Nahrung, um das bestehende Eisendefizit auszugleichen.
Anstelle einer Verbesserung der Gesundheit wurde jedoch genau das Gegenteil erreicht. Auf einmal traten vermehrt Durchfallerkrankungen auf, pathogene Escherichia-coli-Arten nahmen in dramatischer Anzahl zu und die nützlichen Bifidobakterien nahmen ab.
Selbst als die Dosis aufgrund der Erkrankungen radikal auf nur ein Fünftel verringert wurde, zeigten die Kinder keine Besserung. Was war geschehen? Heute weiß man, dass in den ersten Lebensmonaten das Mikrobiom besonders sensibel ist. Es muss erst geformt werden. Extrem hohe Mengen an Bifidobakterien aus der Muttermilch schaffen exzellente Bedingungen für die weitere Entwicklung.

Doch die Diversität und damit die Resilienz sind in diesem Stadium sehr gering. Durch die Zugabe von Eisen wurden die wenigen vorhandenen Krankheitserreger gefördert und konnten sich dadurch im noch fragilen Mikrobiom durchsetzen. Die Folge war eine Dysbiose, also eine krankhafte Veränderung des Mikrobioms. Anstatt den Kindern zu helfen, hatte man ihnen massiv geschadet.

Vorsicht bei Schwangeren, älteren Menschen und Patienten

Aber auch Schwangere, ältere Menschen und Patienten mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen wie z. B. Morbus Crohn oder Colitis ulcerosa sind besonders anfällig für negative Einflüsse durch Eisen. Besonders herausfordernd ist es bei Letzteren, die meist an einer Eisenmangelanämie leiden, also die Zufuhr von Eisen benötigen.

Eine orale Eisentherapie kann bei Menschen mit chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (CED) zu einer Dysbalance des Mikrobioms führen. Die Vielfalt von nützlichen Darmbewohnern sinkt ab, z. B. solche, die die besonders begehrten kurzkettigen Fettsäuren bilden, und entzündungsfördernde Bakterien nehmen zu, was den ohnehin entzündeten Darm weiter belastet. Daher werden CED-Patienten häufig mit intravenösem Eisen behandelt, welches sich nicht auf die Darmflora auswirkt.

Frauen in der Schwangerschaft haben größtenteils einen erhöhten Eisenbedarf und Eisenpräparate sind hier in der ärztlichen Begleitung Standard. Jedoch ist bisher kaum untersucht, wie sich die orale Eisengabe auf die mütterliche und fetale Darmflora auswirkt. Es ist anzunehmen, dass ähnlich wie bei nichtschwangeren Frauen eine Förderung von eisenliebenden Keimen auftreten könnte. Eindeutige Studien fehlen aber noch hierzu.

Die letzte Risikogruppe, ältere Menschen, hat ohnehin schon größtenteils eine veränderte, über die Zeit in ihrer Diversität abbauende Darmflora und eine verringerte Eisenresorption. Überschüssiges Eisen im Darm verstärkt diesen Effekt.

Was sind die biologischen Auswirkungen von Eisenmangel und -überschuss?

Ein Eisenmangel wie auch ein -überschuss im Darm haben vielfältige negative biologische Auswirkungen.

Eisenüberschuss

Zum einen kann es durch Eisenüberschuss im Dickdarm zu der besprochenen Dysbiose kommen, indem das Gleichgewicht der Bakterien ungünstig verschoben wird. Durch die Verringerung der hilfreichen Darmbakterien, die kurzkettige Fettsäuren produzieren, wird die Darmwand nicht mehr ausreichend versorgt und kann sich entzünden. Dies wird gleichzeitig durch die Zunahme der Krankheitserreger verstärkt.
Im schlimmsten Fall kann es zum Leaky-Gut-Syndrom kommen, bei dem die Darmwand durchlässig wird und Nahrungsbestandteile, sowie Teile der Bakterien wie Lipopolysaccharide oder ganze Bakterien in den systemischen Kreislauf gelangen.

Neben der Verringerung der hilfreichen Bakterien werden durch Eisen pathogene Keime gefördert und es kann zu Infektionen kommen. Zusätzlich fördert Eisenüberschuss Entzündungen, was zur Ausschüttung von Hepcidin führt, welches dem Körper gezielt Eisen entzieht und damit wiederum zur Eisenanämie führen kann.

Freies Eisen im Darm erzeugt auch oxidativen Stress und kann ebenfalls die Mikrobiota selektiv beeinflussen. Ungebundenes zweiwertiges Eisen fördert die Bildung von reaktiven Sauerstoffspezies (ROS) im Darminhalt. Diese oxidieren die Umgebung des Dickdarms und schädigen die Mikroorganismen und das Wirtsgewebe. Dadurch werden sauerstofftolerante Bakterien eher gefördert als strikt anaerobe Mikroorganismen, welche gewöhnlich den Großteil der hilfreichen Darmbakterien ausmachen und stark auf ROS reagieren.

Zusätzlich wird durch den oxidativen Stress die Darmschleimhaut direkt geschädigt, da sie durch die reaktiven Sauerstoffspezies attackiert wird.

Eisenmangel

Ein Eisenmangel im Dickdarm wiederum führt zu einer Verschlechterung der Immunantwort und zur Schleimhautatrophie, bei der die Schleimhaut rückgebildet wird und ebenfalls Entzündungen und Infektionen begünstigt werden, sowie potenziell das Krebsrisiko erhöht wird. Auch hier werden ebenfalls die Bakterien, die für die Produktion der kurzkettigen Fettsäuren verantwortlich sind, verringert.

Zur Erinnerung: All dies geschieht, wenn nach der Resorption im Dünndarm zu wenig Eisen im Dickdarm ankommt oder eben zu viel. Wir reden hier nicht über eine zu geringe oder zu hohe Resorption im Dünndarm und die damit verbundenen systemischen Auswirkungen, sondern ausschließlich über die Zustände im Dickdarm.

Die Form des Eisens ist mitentscheidend

Aber als wenn das bestehende Gleichgewicht nicht schon komplex genug wäre, entscheidet auch die Form des Eisens über Eisenmangel oder -überschuss.

Häm-Eisen aus tierischen Lebensmitteln

Eine besondere Rolle spielt hierbei das Häm-Eisen, eine spezielle Form, die an den roten Blutfarbstoff gebunden ist und demnach ausschließlich in tierischen Lebensmitteln vorkommt.
Häm, in dessen Mitte das zweiwertige Eisenion sitzt, ist im Menschen bekannt für den Sauerstofftransport im Blut. Aber auch das Myoglobin im Muskel und die Cytochrome in der Zellatmung, also der Energieerzeugung, sind von dem Häm-Eisen abhängig. Daher ist das Häm-Eisen im Körper sehr begehrt.

Gelangt nun dieses Häm-Eisen über tierische Lebensmittel wie rotes Fleisch, Leber und andere Innereien oder Geflügel und Fisch in den Dünndarm, so wird es dort sehr effizient aufgenommen.
Bis zu 35 % werden hier direkt für den Körper verwendet, da er das Häm-Eisen aufgrund seiner besonderen Bedeutung besonders favorisiert.

Bei fleischreicher Kost verbleibt weniger Eisen für den Dickdarm. Allerdings ist dieses biologisch besonders aktiv, da es gut verwertbar vorliegt. Somit kommt es leichter zu einem Eisenüberschuss.

Eisen aus pflanzlicher Kost

Pflanzliche Kost hat kein Häm-Eisen und es werden nur ca. 2–10 % des Eisens im Dünndarm resorbiert: Mehr Eisen ist zwar im Dickdarm verfügbar, allerdings herrschen im Dickdarm bei pflanzlicher Kost vor allem die dreiwertigen Eisenionen vor. Diese müssen erst noch durch eine leicht störbare Reduktion mobilisiert werden, bevor die Bakterien sie verwenden können. Zusätzlich werden sie gerne komplexiert und in der biologisch weniger aktiven dreiwertigen Form gehalten.

Durch pflanzliche Kost gelangen zwar größere Mengen an Eisen in den Dickdarm, aber die mikrobielle Wirkung ist begrenzt. Es kommt daher nicht so schnell zu einem Eisenüberschuss.

Eisen aus Fleisch oder Pflanzen?

Bei reiner Fleischkost kommt zwar wenig Eisen im Darm an, dieses ist aber optimal verfügbar und hochreaktiv, sodass es eisenliebende Keime fördert. Kleine Mengen haben hier schon eine große biologische Wirkung. Denn besonders Häm-Eisen verringert die Diversität im Darmmikrobiom, verstärkt entzündliche Prozesse und fördert oxidativen Stress und eisenabhängige, oft pathogene Keime.
Anorganisches Eisen aus einer pflanzlichen Kost wirkt weniger selektiv, fördert keine aggressive Eisenkonkurrenz und schwächt negative Effekte ab. Daher ist Eisen aus pflanzlicher Kost mikrobiologisch verträglicher.

Die wichtigsten Aussagen zum Eisen und Mikrobiom

1. Die größte Menge des Eisens landet im Dickdarm

Der Großteil des aufgenommenen Eisens wird nicht im Dünndarm resorbiert, sondern landet im Dickdarm.

2. Eisen ist ein wesentlich limitierender Nährstoff im Dickdarm.

Durch die Konkurrenz der Bakterien um das Eisen und den Entzug dieser Metallionen durch den Körper wird das Mikrobiom beeinflusst.

3. Supplementierung beeinflusst das Mikrobiom

Wird Eisen oral supplementiert, so wird das Mikrobiom typischerweise in Richtung weniger „guter“ und mehr potenziell „schlechter“ Bakterien verschoben, mit den entsprechenden begleitenden negativen Effekten.

4. Komplexe wirkung

Die Wirkung von Eisen auf den Körper ist komplex und hängt von Menge, Verfügbarkeit und Quelle ab.

5. Eisen fördert oxidativen Stress

Eisen, welches frei im Darm vorliegt, fördert oxidativen Stress und beeinflusst die Darmintegrität sowie das Immunsystem.

6. Beides ist schädlich

Sowohl Eisenmangel als auch Eisenüberschuss sind schädlich für das Mikrobiom und in der Folge für den Körper.

7. Vorsicht bei Supplementierung von Eisen

Bei einer Eisensupplementation muss mit großer Vorsicht vorgegangen werden, um nicht in der Hoffnung, eine Eisenanämie zu heilen, andere gravierende negative Effekte loszutreten.

Aber was kann man nun machen? Supplementieren oder nicht? Die Unsicherheit angesichts dieser komplexen Mengenlage ist oft groß. Aus der aktuellen Literatur lassen sich jedoch einige robuste Prinzipien ableiten.

10 evidenzbasierte Tipps für optimale Eisenversorgung und Darmgesundheit

1. Eisenbedarf sollte primär über eine
abwechslungsreiche Ernährung abgedeckt werden.

Lieber eisenreiche Kost als Supplementierung. Mageres, aber idealerweise weniger rotes Fleisch, Fisch, Vollkorngetreide, Hülsenfrüchte, Nüsse und grünes Gemüse sind hierbei gute Kandidaten.

2. Eisen-Supplemente nur bei nachgewiesenem
Mangel einsetzen.

Nicht vorschnell zur Pille greifen, da dies zu Schäden am Mikrobiom führen kann.

3. Supplemente eher niedrig dosieren und Pausen einlegen

Neueste Studien zeigen, dass das körpereigene Hepcidin-Hormon schon bei der ersten Eisengabe ausgeschüttet wird und die weitere Eisenresorption bis zu 24 Stunden blockieren kann. Daher bringt die Praxis, mehrere Portionen Eisen am Tag zu schlucken, in der Regel kaum etwas, verursacht aber sehr hohe Hepcidinwerte. Daher besser eine einmalige Tagesdosis und gegebenenfalls eine Intervall-Einnahme am zweiten Tag. Dieses Alternate-Date-Prinzip führt nachweislich zu einer höheren Eisenresorption und verbessert auch die Verträglichkeit.

4. Optimalen Zeitpunkt für Supplemente beachten

In der Früh ist der körpereigene Hepcidinspiegel besonders niedrig. Daher Eisenpräparate möglichst morgens auf nüchternen Magen nehmen, wenn die Resorption am effizientesten ist. Falls das wegen eines empfindlichen Magens nicht möglich ist, sollte die Einnahme mit einer leichten Mahlzeit erfolgen, aber ohne Tee oder Kaffee.

5. Lieber pflanzliche Eisenquellen als tierische Eisenquellen

Nicht-Häm-Eisen wird weniger effizient aufgenommen und führt nicht so schnell zu einem Überschuss. Linsen, Bohnen, Haferflocken, Kürbiskerne oder grünes Blattgemüse sind gute Quellen. Die gleichzeitige Gabe von Vitamin C erhöht die eher schlechte Resorption von Eisen aus pflanzlichen Quellen im Dünndarm, sodass weniger ungebundenes Eisen im Dickdarm landet.

6. Zuviel rotes Fleisch meiden

Rotes Fleisch enthält sehr hohe Mengen an biologisch aktivem Häm-Eisen, welches zu ungünstigen Veränderungen in der Darmflora führen kann.

7. Eisenhemmer zur Mahlzeit vermeiden

Werden Eisenhemmer wie schwarzer oder grüner Tee, Kaffee oder Rotwein zu einer eisenreichen Mahlzeit getrunken, so beeinflussen sie die Resorption im Dünndarm und zu viel Eisen landet im Dickdarm, wo es die Darmflora ungünstig beeinflussen kann. Ein Abstand von ein bis zwei Stunden ist empfehlenswert. Das ist besonders relevant bei Supplementen oder sehr eisenreichen Mahlzeiten, weil sonst viel zu viel ungebundenes Eisen im Darmlumen bleibt.

8. Ballaststoffe und Präbiotika füttern die Darmflora

Eine ballaststoffreiche Kost (Vollkornprodukte, Gemüse, Nüsse, Obst) und Präbiotika wie Inulin dienen als Nahrung für hilfreiche Darmbakterien. Auch zeigen Studien, dass bestimmte Präbiotika die Eisenaufnahme verbessern können. Zusätzlich verhindern Ballaststoffe Verstopfung als Nebenwirkung der Eisen-Supplemente.

9. Fermentierte Lebensmittel und Probiotika einbauen

Fermentierte Nahrungsmittel wie Sauerkraut, Joghurt, Kimchi, Kefir oder Kombucha bereichern die Darmflora und halten negative Bakterien im Schach. Zusätzlich hat sich gezeigt, dass bestimmte probiotische Stämme von Lactobacillus fermentum oder Lactobacillus plantarum 299v die Eisenaufnahme des Körpers steigern. Ein täglicher Schuss an hilfreichen Bakterien hat also eine Doppelfunktion: Er stärkt die Darmflora und verbessert indirekt die Eisenversorgung.

10. Wenn Eisenpräparate, dann gut verträgliche nehmen:

Herkömmliches zweiwertiges Eisen neigt dazu, im Dickdarm viel freies Eisen zu hinterlassen. Es gibt neue experimentelle Ansätze, die darauf abzielen, Eisen besser verfügbar zu machen. Bei Kleinkindern wurde z. B. festgestellt, dass Eisen in nanopartikulärer Form deutlich weniger pathogene Keime wuchern ließ und weniger Darmentzündungen auftraten.

Fazit: Den Machtkampf ernst nehmen

Es lohnt sich, darüber nachzudenken, wie die Eisenversorgung optimiert werden kann, um das Darmmikrobiom nicht aus dem Gleichgewicht zu bringen. Weder zu viel noch zu wenig verfügbares Eisen im Darm ist wünschenswert.
Ohne eine festgestellte Eisenunterversorgung sollte nicht vorschnell auf Eisenpräparate zurückgegriffen werden.

Der Krieg ums Eisen ist ein massiver Machtkampf im Körper, der bei einer allzu leichtfertigen Gabe von Eisen schnell in einer Niederlage für das Mikrobiom und damit für den Körper ausufern kann.

Quellenverzeichnis:

Jaeggi 2015, Gut – Iron fortification adversely affects the gut microbiome in infants (Kenya study), DOI: 10.1136/gutjnl-2014-307720

Kortman 2014, FEMS Microbiol Rev – Nutritional iron turned inside out: intestinal stress from a gut microbial perspective, DOI: 10.1111/1574-6976.12086

Lee 2017, Gut – Oral versus intravenous iron therapy in IBD distinctly alters gut microbiota and metabolome, DOI: 10.1136/gutjnl-2015-309940

Monteagudo-Mera 2023, Front Microbiol – Impact of inorganic iron and haem on the human gut microbiota (in vitro batch culture study), DOI: 10.3389/fmicb.2023.1074637

Yilmaz 2018, Pharmaceuticals (Basel) – Gut Microbiota and Iron: The Crucial Actors in Health and Disease, DOI: 10.3390/ph11040098