Calciumernährung (#2): Wie wird Calciumcarbonat „verdaut“?

Ging es im ersten Teil unserer Serie zur Calciumernährung  um die Frage, was Kalk eigentlich ist, wollen wir in dem zweiten Teil der Frage nachgehen, wie Kalk eigentlich von einem Organismus aufgenommen wird.

Teil 2: Wie wird Calciumcarbonat eigentlich „verdaut“?

„Verdauen“ ist nicht ganz der richtige Ausdruck, das mögen Biologen und Mediziner bitte verzeihen. Dass wir ihn hier trotzdem verwenden, soll es leichter machen, den Text zu verstehen. Greifen wir dazu noch einmal die Schlussbemerkungen des ersten Teils auf, Sie erinnern sich? Dort hieß es:  Durch „organische“ Säuren wie Essig oder Zitronensäure lassen sich Kesselsteinablagerungen, wenn sie noch nicht allzu verkrustet sind, schnell wieder auflösen und „verschwinden“. Dieser Effekt dürfte den meisten von uns bekannt sein. Und damit ist schon Grundlegendes gesagt. Was aber passiert dort genau?
Und was hat das mit unserer Frage nach den Eierschalen zu tun?
Nun, bis wir zur Antwort der zweiten Frage kommen, liegt noch in ein Stück Weg vor uns. Aber die erste Frage lässt sich mit einigen Kenntnissen der Chemie schnell beantworten:
Beschränken wir uns jetzt auf das in der Natur vorkommende Calciumcarbonat, das macht es leichter. Ganz vereinfacht gesprochen reagiert  Calciumcarbonat mit Zitronensäure, indem es von der Säure aufgespalten wird. Diese Spaltung erfolgt in einen Calciumanteil und einen Carbonatanteil, während sich die Zitronensäure in einen Citratanteil und Wasserstoff spaltet (Chemiker mögen diese sehr simple Verkürzung und bildhafte Sprache entschuldigen).  Wie geht es dann weiter?
Das Calcium und das Citrat „bilden“ zusammen das wasserlösliche Calciumcitrat. Das heißt, sie „kommen nicht wirklich zusammen“, Calcium- und Citrat-Ionen befinden sich im gelösten Zustand im Wasser. Der „übriggebliebene“ Wasserstoff der Säure und das Carbonat bilden zusammen Kohlensäure, die aber ebenfalls im Wasser gelöst bleibt. Würde man das Ganze eindampfen, erhielte man am Ende Calciumcitratpulver. Diese Substanz wird in großer Menge als Nahrungsergänzungsmittel hergestell und z.B. in der Pharmazie verwendet. Calciumcitrat ist jederzeit wieder in Wasser löslich und kann so eingenommen werden. Nun ist diese Herstellung natürlich mit Kosten verbunden, daher wird in vielen Nahrungsergänzungsmitteln Calciumcarbonat verarbeitet.
Vielleicht kennen Sie solche Präparate aus Drogerien: Calciumtabletten. Diese Präparate werden mit Säuerungsmitteln versehen, damit sie sich das Calciumcarbonat  schon beim Auflösen der Tabletten im Wasserglas spaltet.
Leider müssen wir jetzt ein wenig den Chemikern über die Schulter schauen, aber ein wenig Theorie schadet nie. Wer die Details überspringen möchte, kann gern ein Stück weiter unten in den Text wieder einsteigen…
Hier also die Reaktionsgleichung: 2HOC3H4(COOH)3 + CaCO3 -> Ca3(H4(COO)3)2 +3CO2 + 3H2O

Diese Formel beschreibt die Calciumcitratsynthese. Aber das Ziel ist es ja, freie CalciumionenCa2+ zu erhalten, denn nur dise können vom Körper aufgenommen werden. Hier also die Auflösung des Calciumcitrats in Wasser (das Calcium haben wir in allen Formeln zur leichten Identifizierung fett markiert):

Ca3(H4(COO)3)2 -> 3Ca2+ + 2(H4(COO)3)3-

Eine sehr ähnliche Reaktion findet statt, wenn man Calciumcarbonat mit Essig zusammenbringt:

CaCO3 + 2CH3COOH -> Ca(CH3COO)2 + CO2 + H2O                  Ca(CH3COO)2 -> Ca2+  + 2(CH3COO)

Im Organismus vieler Tiere passiert auch nichts anderes, womit wir wieder am Anfang sind. Wie beim Kesselstein wird auch hier das wasserunlösliche Calciumcarbonat durch eine Säure aufgelöst – die Magensäure. Menschliche Magensäure besteht zu ca. 0,5% aus Salzsäure. Diese bildet den entscheidenden Schlüssel, um Calciumcarbonat (und andere Substanzen) in seine „Einzelteile zu zerlegen“:

CaCO3+2HCl->H2CO3 + CaCl2                         CaCl2 -> Ca2+  + 2Cl

Das Calciumchlorid „taucht auch hier nicht als Substanz auf“, sondern wird in Form von  Calcium- ( Ca2+ ) und Chlor-Ionen vom Körper aufgenommen. Soweit eine sehr vereinfachte Darstellung dessen, was im Verdauungstrakt passiert. Enzyme, die ebenfalls  im Magensaft enthalten sind, sorgen dafür, dass sich die Kohlensäure nicht in Wasser und Kohlendioxid aufspaltet, sondern in gelöster Form durch den Körper transportiert und schließlich ausgeschieden wird.

Diese Reaktionen kann man mit ein paar einfachen Experimenten daheim nachstellen. Man legt zum Beispiel Hühnereierschalen oder ein Stück Sepiaschulp in konzentrierten Essig oder starke Zitronensäure und erwärmt das Ganze. Dann kann man förmlich zusehen, wie sich die Substanzen nach und nach auflösen.
Entscheidend für die Reaktion sind zwei Faktoren:
1. Wärme. Vereinfacht gesprochen: Je wärmer es ist, um so schneller löst sich das Carbonat auf.
2. Die Oberfläche des Carbonats. Je größer die Oberfläche ist, um so mehr „Angriffsfläche“ hat die Säure. Nimmt man z.b. eine 5g schwere Calciumcarbonat-Kugel, vielleicht noch mit glatter, kristalliner Struktur, wie z.b. eine Perle, dann löst sich diese weitaus langsamer als 5g  gemahlener Schulp. Das gemahlene Pulver hat natürlich ein Vielfaches mehr an Ober- und damit „Angriffs“-Fläche als eine Kugel.

Auch das kann man in der heimischen Küche und ohne eine kostbare Perle zu verwenden, im Experiment ausprobieren. Dazu nimmt man einige möglichst große Stücke Eierschale, wiegt sie und gibt sie in ein Glas. Dann wiegt man die gleiche Menge möglichst fein zerkrümmelter Eierschalen ab und schüttet diese in ein zweites, identisches Glas. In beide Gläser füllt man nun die möglichst exakt gleiche Menge konzentrierten, erwärmten Essigs (z.B. 200ml). Damit sind die Bedingungen in beiden Gläsern gleich; mit einem Unterschied: Die zerbröselte Schale hat bei gleicher Menge wie die großen Stücke eine wesentlich höhere Oberfläche. Man muss kein Hellseher sein, um zu erraten, wie dieses Experiment verlaufen wird.

Wie ähnliche Versuche im Labor ausschauen und zu welchem Ergebnis es führt, Eierschalen mit konzentrierter Säure zu bedampfen, zeigt eine dänische Website .  Dort sind Eierschalen unter einem Rasterlektronenmikroskop anzuschauen. Man sieht die Schale  im unbeschädigtmn Zustand und nach einer intensiven Bedampfung mit Säure. Entsprechend „angegriffen“ sah die Schale auch aus. Diese dänische Website zeigt die Bilder. Bitte klicken Sie auf den Link, aus urheberrechtlichen Gründen können wir die Bilder hier nicht einstellen.

Alles könnte so schön einfach sein, wenn es denn bei Schildkröten genauso wäre. Ist es aber wohl nicht.  Zumindest pflanzenfressende Europäische Landschildkröten verdauen nicht mit Hilfe von Säure ihre Nahrung, und damit auch nicht das von ihnen gefressene Calciumcarbonat.  Es „…spricht einiges dafür, dass zumindest die herbivoren Schildkröten keine Salzsäure zur Verdauung einsetzen, sondern diese enzymatisch stattfindet. Die typischen salzsäurebildenden Zellen sind im Gewebe nicht nachweisbar. Auch liegt der pH-Wert im Verdauungstrakt deutlich höher als der pH-Wert bei Säugern“, schreibt Gerhard Jennemann in seinem Aufsatz „Warum essen Schildkröten eigentlich immer wieder Steine? Ursachen und Risiken“ (Jennemann, 2010).
Was heißt das?
Es gibt zwei sehr deutliche Hinweise, dass Landschildkröten diese starken Magensäuren gar nicht ausbilden. Da ist zum einen der pH-Wert, der den Säuregehalt einer Flüssigkeit anzeigt. Je niedriger der Wert ist, um so saurer ist die Substanz. Messungen zeigen, dass dieser Wert bei Schildkröten deutlich höher liegt als bei Säugern. Die Magenflüssigkeit der pflanzenfressenden Schildkröten ist also bei weitem nicht so sauer  wie z.B. bei andere Tieren oder uns Menschen. Und zweitens: Histologische Untersuchungen am Magengewebe zeigen auch, dass  die Zellen, die in der Lage wären,  Salzsäure zu bilden, bei Europäischen Landschildkröten fehlen. Daher vermutet Jennemann, dass die Aufspaltung des Futters eben nicht überwiegend durch Säuren stattfindet, sondern durch Enzyme. Das würde dann auch für das Calciumcarbonat betreffen. Letztlich aber ändert dies nichts an der Tatsache, dass Calciumcarbonat im Verdauungstrakt der Schildkröten gespalten werden muss, um vom Organismus aufgenommen werden zu können. Nur findet dies eben nicht mit der „Brachial“gewalt der Salzsäure statt, sondern durch sehr schwache organische Säuren unter Umständen auch unter Mithilfe von Mikroorganismen.
Was bedeutet das nun konkret für die Calciumversorgung von Schildkröten, vor allem von pflanzenfressenden Europäischen Landschildkröten?

Die Calciumaufnahme erfolgt bei weitem nicht so effizient, wie es der Fall wäre, wenn Magensäuren im Spiel wären. Das lässt ein paar ganz einfache Schlussfolgerungen zu:

– Calciumcarbonat muss, soll es in den Körper des Tieres gelangen, eine  große Ober- und „Angriffs“fläche besitzen, um wirksam aufgenommen werden zu können. Das bedeutet allersdings nicht, dass man seinen Tieren ab sofort nur noch pulverisiertes Calciumcarbonat anbieten muss. Das bedeutet aber, dass kompakte Strukturen grundsätzlich schlechter „verdaut“ werden können und gegebenenfalls wieder ausgeschieden werden. Viele Halter berichten, dass sie im Schildkrötenkot Reste unverdauter Eierschalen finden konnten. Ein sicheres Indiz, dass diese also nicht so effizient für die Calciumversorgung sind, wie vielleicht andere Calciumcarbonate, obwohl sie weitgehend aus der gleichen Substanz bestehen. Die Schalenstruktur dürfte also eine entscheidende Rolle dabei spielen, ob und wie gut sie von Schildkröten aufgeschlossen und aufgenommen werden können oder im Gegenteil unverdaut wieder ausgeschieden werden. Auf diese Frage werden wir später noch ausführlicher eingehen.

– Calciumcarbonat wird umso besser aufgenommen, je wärmer es ist. Was nicht heißt, dass wir künstlich Wärme zuführen müssen, also Calciumcarbonat vorheizen. Das bedeutet aber, dass die Aufnahme und Verdauung von Calciumcarbonat von im Freien gehaltenenen Schildkröten an sommerlichen und heißen Tagen effizienter vonstatten geht als an kühlen Tagen im Frühjahr, eben an Tagen, an denen Schildkröten ihre Vorzugstemperatur erreichen. Und ebenso kann man daraus schließen, dass Schildkröten, die an kühlen Sommertagen in unseren klimatischen Breiten keine zusätzlichen künstlichen Wärmequellen zur Verfügung haben, sehr viel weniger lebensnotwendiges Calcium aufnehmen können als diejenigen mit beheizbaren Frühbeeten/Gewächshäusern. Aber das ist ja grundsätzlich bei der Ernährung von Schildkröten der Fall und nichts Neues.

Demnächst Teil 3: Warum brauchen Schildkröten eigentlich so viel Kalk?

Text und Fotos (sofern nicht anders vermerkt): @ Lutz Prauser, 2013.

Alle Teile im Überblick und mit direkter Verlinkung in die Beiträge:

Teil 1: Was ist Kalk
Dieser Teil beantwortet im wesentlichen, was dieser „Kalk“ eigentlich ist, den Schildkröten zu dringend benötigen. „Kalk“ ist schließlich nicht gleich „Kalk“…

Teil 2 Wie wird Calciumcarbonat „verdaut“?
Wie spaltet sich das Cartbonat? Wie gelangt es in den Körper von Säugetieren und wie ist das bei Schildkröten?

Teil 3: Wozu brauchen Schildkröten Calciumcarbonat?
Warum ist es wichtig, dass Schildkröten ausreichend Calciumcarbonat bekommen?

Teil 4: Calcium und Phosphor – Wie gehört das zusammen?
Man darf das Eine nicht ohne das Andere sehen…

Teil 5:Calcium und Oxalsäure – alles Rhabarber?
Anmerkungen vor den fortgesetzten Warnungen vor zuviel Oxalsäure in der Nahrung.

Teil 6: Natürliche Calciumquellen
Wo finden sich in der natürlichen Ernährung von Schildkröten Spuren von Calcium?

Teil 7: Die Eierschalenfrage
Der Dauerbrenner: Soll man Eierschalen ins Gehege geben?

Teil 8: „Knochen kauen“
Knochen als Calciumquelle für Schildkröten.

Teil 9: „Knochen kochen“
Praktische Empfehlungen zum richtigen Abkochen von Knochen

Teil 10: Schulp – Die Wunderwaffe
Sepiaschulp – Die meistverbreitete Nahrungsergänzung

Teil 11: Schnckenhäuser, Muschelbruch, Perlen
Kristallines Calciumcarbonat für Schildkröten?

Teil 12: Algenkalk und Präparate aus Algenkalk
Alternative Calciumquellen.

3 Kommentare



  1. Hallo Kurt,
    erst mal vielen Dank für Deine Anmerkungen. Zu den Enzymen kann ich nicht wirklich was sagen, da wäre ein direkter Kontakt mit Jennemann sinnvoll.
    Mir ist das auch nicht ganz erklärlich, denn zum „Knacken“ des wasserunlöslichen Carbonats benötigt es ja einen Kationenlieferant, und das kann ja eigentlich nur eine Säure oder ein Salz sein.
    Salzsäure ist ganz sicher nicht der einzige Schlüssel, gut, dass du das noch mal herausgestellt hast. Sonst müsste ja bei einer dauerhaften Unterversorgung Magensäure zu den Knochen „transportiert“ werden, um aus diesen Calcium herauszulösen.
    Aber so ganz ohne Einwirkung von Säuren lässt sich eben diese Substanz auch nicht knacken, oder seh ich das falsch?


  2. Hallo Lutz
    Es würde mich sehr interessieren, welche Enzyme in der Lage sind, Calciumcarbonat zu spalten. Normalerweise sind Enzyme Biokatalysatoren die eine chemische Reaktion zwar beschleunigen aber nicht auslösen können. D.H. es muss eine Reagenz vorhanden sein um die Spaltung vor zu nehmen.
    Die Tatsache, dass im Verdauungstrack der Schildkröte keine HCL produzierenden Zellen gefunden wurden zeigt m.E. lediglich, dass hier nicht die Protonenpumpe der Säuger vorhanden ist, trotzdem werden doch Säuren produziert, oder sehe ich das falsch ?
    Menschen spalten die Carbonate ja auch wenn die gesamte Produktion der HCL geblockt wird. Mittlerweile ist der Protonenpumpenhemmer ( PPI ; Omeprazol u.ä.) eines der meist geschluckten Medikamente in Deutschland, aber ein verstärkter Calcium Mangel ist nicht bekannt.
    Wenn ich das richtig verstanden habe, weiß man also bei der Schildkröte nicht, wie die Carbonatspaltung wirklich von Statten geht.
    Gruß Kurt

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