Cholecalciferol

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Dieser Artikel behandelt Vitamin D3, für andere Vertreter der Vitamin-D-Gruppe siehe Vitamin D (Begriffsklärung)
Strukturformel
Struktur von Cholecalciferol
Allgemeines
Trivialname Vitamin D3
Andere Namen
  • Colecalciferol (INN)
  • Calciol
  • (3β,5Z,7E)-9,10-Secocholesta- 5,7,10(19)-trien-3-ol
  • 3-[2-[7a-Methyl-1-(6-methylheptan-2-yl)- 2,3,3a,5,6,7-hexahydro- 1H-inden-4-yliden] ethyliden]-4-methyliden- cyclohexan-1-ol
Summenformel C27H44O
CAS-Nummer 67-97-0
PubChem 5280795
ATC-Code

A11CC05

DrugBank DB00169
Kurzbeschreibung farbloser Feststoff
Vorkommen nicht-pflanzliche Eukaryoten
Physiologie
Funktion Vorstufe des Calcitriol, als solches: Regulierung des Calcium-Haushalts, Reifung von Immunzellen
Täglicher Bedarf 20 µg (800 IE) täglich (Summe aus Hautproduktion und Nahrungsaufnahme)
Folgen bei Mangel Rachitis, Osteomalazie
Überdosis ?
Eigenschaften
Molare Masse 384,64 g·mol−1
Aggregatzustand fest
Schmelzpunkt

84–85 °C[1]

Siedepunkt

Zersetzung

Löslichkeit fettlöslich, im Blut zu 50–80 % proteingebunden (an VDBP)
Sicherheitshinweise
Bitte die eingeschränkte Gültigkeit der Gefahrstoffkennzeichnung bei Arzneimitteln beachten
GHS-Gefahrstoffkennzeichnung aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2]
06 – Giftig oder sehr giftig 08 – Gesundheitsgefährdend

Gefahr

H- und P-Sätze H: 330​‐​311​‐​301​‐​372
P: 280​‐​304+340​‐​302+352​‐​309​‐​310 [3]
EU-Gefahrstoffkennzeichnung [4] aus EU-Verordnung (EG) 1272/2008 (CLP) [2]

T+
Sehr giftig
R- und S-Sätze R: 24/25​‐​26​‐​48/25
S: (1/2)​‐​28​‐​36/37​‐​45
Toxikologische Daten
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Cholecalciferol (auch Colecalciferol oder kurz Calciol), Vitamin D3 ist das physiologisch in allen nichtpflanzlichen Eukaryoten und so auch im Menschen vorkommende Vitamin D. Da das Secosteroid im Körper mit Hilfe von UVB-Strahlung (Dorno-Strahlung) in der Haut aus 7-Dehydrocholesterol gebildet werden kann, ist der historische Begriff Vitamin der Definition nach nicht völlig zutreffend.

In der Nahrung kommt es vor allem in Fettfischen vor oder wird den Lebensmitteln als Nahrungsergänzungsmittel zugefügt. Es hat im Körper die Funktion eines Prohormons und wird über eine Zwischenstufe zu dem Hormon Calcitriol umgewandelt.

Vitamin D spielt eine wesentliche Rolle bei der Regulierung des Calcium-Spiegels im Blut und beim Knochenaufbau. Ein Vitamin-D-Mangel führt mittelfristig bei Kindern zu Rachitis und bei Erwachsenen zu Osteomalazie.

Einfluss auf die Gesundheit[Bearbeiten]

Seit den 1990er Jahren wurde gezeigt, dass das Vitamin-D-System in verschiedenen anderen Geweben insbesondere autokrine Funktionen hat, welche die Zelldifferenzierung, die Hemmung der Zellproliferation, die Apoptose, die Immunmodulation und die Kontrolle anderer hormonaler Systeme umfasst.

Das Jesuskind in Albrecht Dürers Gemälde Maria mit der Birnenschnitte (1512, Kunsthistorischen Museums in Wien) weist charakteristische Merkmale eines Vitamin-D-Mangels auf: Vorspringen von Stirn und Scheitelhöcker mit Hinterhauptabflachung (Caput quadratum), schlaffer Bauchdecke, Thoraxdeformation und Aufreibung der Epiphysen an Hand- und Fußgelenken.[5]

Kardiovaskuläre Erkrankungen durch Unterversorgung mit Vitamin D[Bearbeiten]

In der Health Professionals Follow-up Study war das Risiko für einen Myokardinfarkt bei Männern mit Vitamin-D-Mangel (Plasma-25-OH-Vitamin D von höchstens 15 ng/ml) um den Faktor 2,4 höher als bei Gleichaltrigen mit ausreichender Vitamin-D-Versorgung (Plasma-25(OH) D von mindestens 30 ng/ml). Selbst unter Berücksichtigung von KHK-Risikofaktoren wie positive Familienanamnese, Hypertonie, ungünstiges Lipidprofil und Übergewicht war das Myokardinfarkt-Risiko bei niedrigen Vitamin-D-Werten immer noch verdoppelt.[6] Erhoben wurden diese Studiendaten bei 18.225 Männern im Alter zwischen 40 und 75 Jahren, deren Blut untersucht worden war. Zu Studienbeginn hatte noch keiner der Männer eine koronare Herzkrankheit (KHK). Innerhalb der nächsten zehn Jahre hatten 454 Studienteilnehmer einen nichttödlichen Herzinfarkt oder ein tödliches KHK-Ereignis erlitten.
In einer anderen Studie mit mehr als 3000 Männern und Frauen waren bei denen mit niedrigen Vitamin-D-Werten (median 7,7 und 13,3 ng/ml) innerhalb von 7,7 Jahren die kardiovaskuläre sowie auch die Gesamtsterberate verdoppelt.[9] Als Vergleich dienten Teilnehmer mit guter Vitamin-D-Versorgung (median 28,4 ng/ml).[12]

Dass ein hoher Vitamin D-Spiegel mit stark reduziertem Sterberisiko verbunden ist, ergab 2012 eine Metaanalyse des Copenhagen University Hospital mit einer Beobachtungszeit von 29 Jahren und insgesamt 10.170 Probanden, die zum Ergebnis hatte, dass ein hoher Spiegel an Vitamin D eine 81 % geringere Wahrscheinlichkeit einem tödlichen Herzinfarkt zu erliegen bedeutet.[13]

Allergien, Asthma und Autoimmunkrankheiten[Bearbeiten]

Eine Unterversorgung mit Vitamin D scheint nach bisherigen Untersuchungen ein Risikofaktor für folgende Erkrankungen zu sein:

In einer an der University of Colorado durchgeführten Studie an knapp 19.000 Personen zeigte sich, dass Menschen mit stark verringertem Vitamin-D-Spiegel ein um etwa ein Drittel erhöhtes Risiko für Atemwegsinfekte besitzen. Bei Asthma steigt das Risiko sogar auf das Fünffache an.[20] Es gibt Studien, die eine Supplementierung mit Vitamin D in Zusammenhang mit der Entstehung von Allergien bringen.[21] Ob das auch für andere Autoimmunerkrankungen gilt, ist umstritten. Insbesondere betrachten einige Autoren den „Vitamin-D-Mangel“ als eine Folge der Erkrankung selbst.[22] Allerdings ist die wirkungsvolle Therapie von Allergien durch Vitamin-D-erzeugende UVB-Strahlen kein Gegenargument, da sich die orale Aufnahme pharmakologisch erheblich von der endogenen Produktion in der Haut unterscheidet.[23][24][25][26]

Erkrankungen mit Häufung bei älteren Menschen[Bearbeiten]

Eine Unterversorgung mit Vitamin D scheint nach bisherigen Untersuchungen ein Risikofaktor für folgende Erkrankungen zu sein:

Krebs und weitere Erkrankungen[Bearbeiten]

Eine Unterversorgung mit Vitamin D scheint nach bisherigen Untersuchungen darüber hinaus ein Risikofaktor für folgende Erkrankungen zu sein:

Impotentia generandi[Bearbeiten]

In den vergangenen Jahren wurde von Reproduktionsmedizinern in Dänemark erkannt, dass Vitamin D eine bedeutende Rolle im Bereich der Reproduktionsmedizin spielen könnte. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Motilität der Spermatozoen offensichtlich von Vitamin D abhängt. Die Motilität der Spermatozoen ist ein entscheidender Faktor bei der Befruchtung der Eizelle.[46][47][48][49]

Physiologie[Bearbeiten]

Biosynthese von Vitamin D3[Bearbeiten]

Die meisten Wirbeltiere einschließlich des Menschen decken einen Großteil ihres Vitamin-D-Bedarfs durch Sonnenbestrahlung ihrer Haut; dies kommt auch bei bestimmten Planktonarten vor (Phytoplankton coccolithophor Emeliani huxleii).[50]

Definitionsgemäß sind Vitamine Substanzen, die der Körper selbst nicht herstellen kann, aber zum Leben benötigt werden und daher zugeführt werden müssen. Die Vorstufen des sogenannten Vitamin D werden aber vom Körper selbst hergestellt. Zum im Körper vorhandenen Provitamin 7-Dehydrocholesterol (der Ausgangssubstanz der Vitamin-D-Synthese) muss dann allerdings noch Sonnenlicht hinzukommen. Vitamin D3 wird also aus historischen Gründen als Vitamin bezeichnet. Aufgrund seiner endogenen Synthese und der Tatsache, dass seine Wirkung neben dem Syntheseort auch andere Gewebe betrifft, müsste Vitamin D3 als Prohormon bezeichnet werden.

Lichtinduzierte Bildung[Bearbeiten]

In der Haut sind die höchsten Konzentrationen des 7-Dehydrocholesterols im Stratum spinosum und Stratum basale vorhanden. Beim Menschen und den meisten Säugetieren ist 7-Dehydrocholesterol für die Vitamin-D-Bildung reichlich vorhanden (eine Ausnahme sind z. B. Hauskatzen).

Metabolite des 7-Dehydrocholesterols in der Haut (vereinfacht nach[50] und[51])
  1. Wird 7-Dehydrocholesterol mit UV-Licht mit Wellenlängen im Bereich 290–315 nm (UV-B-Strahlung) und mindestens 18 mJ/cm²[52] bestrahlt, kann im 7-Dehydrocholesterol durch eine fotochemisch induzierte 6-Elektronen-konrotatorische elektrocyclische Reaktion der B-Ring aufgebrochen werden: Es entsteht Prävitamin D3.[53]
  2. Das Prävitamin D3 ist thermodynamisch instabil und erfährt einen (1-7)sigmatropen Shift eines Protons von C-19 nach C-9 mit nachfolgender Isomerisation: Es entsteht Vitamin D3. Das Vitamin D3 gelangt in das Blut und wird dort vor allem an das Vitamin-D-bindende Protein (DBP) gebunden zur Leber transportiert, wo es weiter zu 25(OH)Vitamin D3 hydroxyliert wird. Im Reagenzglas sind nach drei Tagen 80 % des Prävitamin D3 zu Vitamin D3 isomerisiert, in der Haut ist dies nach acht Stunden geschehen.[50]

Selbstregulation der lichtinduzierten Synthese[Bearbeiten]

Wenn eine bestimmte Menge 7-Dehydrocholesterol im Reagenzglasversuch mit simuliertem äquatorialen Sonnenlicht bestrahlt wird, ist nach einigen Minuten ca. 20 % der Ausgangsmenge zu Prävitamin D3 umgewandelt. Diese Menge an Prävitamin D3 bleibt bei weiterer Bestrahlung in einem konstanten Gleichgewicht, denn auch Prävitamin D3 ist photolabil und wird durch weitergehende UV-B-Bestrahlung während der nächsten acht Stunden zum physiologisch inaktiven Lumisterol und zu Tachysterol abgebaut, bevor es zu Vitamin D3 isomerisiert. In dieser Zeit sinkt das 7-Dehydrocholesterol auf ca. 30 % der Ausgangsmenge ab. Unter unnatürlicher Schmalspektrum-UV-B-Bestrahlung mit einer Wellenlänge von 290 bis 300 nm wird dagegen 65 % des ursprünglichen 7-Dehydrocholesterols in Prävitamin D3 umgewandelt.[50]

Auch das aus Prävitamin D3 entstandene Vitamin D3 ist photolabil: Kann das Vitamin D3 nicht schnell genug im Blut abtransportiert werden, entstehen aus ihm durch UV-B- und UV-A-Strahlung (bis zu 345 nm) mindestens drei weitere unwirksame Produkte: Suprasterol-1 und -2 und 5,6-Transvitamin D3.

So wird bei einer kurzen Sonnenlichtbestrahlung (mit genügend hohem UV-B-Anteil) über einige Minuten ähnlich viel Vitamin D3 gebildet wie bei einer vergleichbaren Bestrahlung über längere Zeit. Hierdurch ist der Körper kurzfristig vor einer Vitamin-D-Intoxikation durch zu viel Licht geschützt.

Langfristig ergibt sich ein Schutz vor einer Vitamin-D-Intoxikation durch eine vermehrte Bildung von Melanin in der Haut, welches UV-Licht der Wellenlängen 290–320 nm resorbiert (Bräunung, dunkler Hauttyp in südlichen Ländern).

Der 7-Dehydrocholesterolgehalt der Haut sinkt mit dem Alter. Ferner nimmt beim Menschen im Alter die Fähigkeit der Haut, Vitamin D3 zu bilden, ungefähr um den Faktor 3 ab im Vergleich zu einem 20-jährigen Menschen.[50]

Für die blasse Haut eines hellhäutigen, jungen, erwachsenen Menschen ist die minimale Erythemdosis (MED) (wenn die Haut anfängt, rot zu werden) an einem sonnigen Sommermittag auf 42° Breite in Meereshöhe (entsprechend Boston, Barcelona oder Rom) nach 10 bis 12 Minuten erreicht, ein dunkelhäutiger Mensch benötigt entsprechend 120 Minuten. Wird die Haut dieser Menschen entsprechend ganzkörperbestrahlt, gibt sie innerhalb der nächsten 24 Stunden eine Menge vergleichbar mit 10.000 bis 20.000 IE (250 µg bis 500 µg) Vitamin D3 aus Nahrungsmitteln an das Blut ab, ein Vielfaches der Nahrungsempfehlungen von 200–500 IE Vitamin D3 täglich.[52] Eine starke Vitamin-D3-Bildung in der Haut ist also schon bei einer kurzen, aber intensiven Sonnenbestrahlung mit hohem UV-B-Anteil möglich.

Da die Knochendichte bei dunkelhäutigen Menschen von der etwas verminderten Vitamin-D-Bildung aufgrund der geringeren Durchlässigkeit der Haut für UV-Strahlen nicht vermindert ist, wird davon ausgegangen dass Dunkelhäutige eine geringere Konzentration des Vitamin-D-bindenden Proteins aufweisen[54].

Funktion[Bearbeiten]

Vitamin D3[Bearbeiten]

25-Hydroxylierung des Vitamin D3

Vitamin D3 wird, vor allem gebunden an das Vitamin-D-bindende Protein, über das Blut in die Leber transportiert. Dort wird es von dem Enzym Cytochrom P450 2R1 in den Mikrosomen zu Calcidiol (25(OH)Vitamin D3) hydroxyliert. Eine frühere Vermutung, dass diese Reaktion auch in den Mitochondrien stattfindet, wurde inzwischen widerlegt.[55][56]

Calcidiol (25(OH)Vitamin-D3) wird in der Leber wieder an Vitamin-D-bindendes Protein gebunden und in das Blut abgegeben. Dort hat es eine Halbwertszeit von ca. 19 Tagen.[1]

Diese enzymatische Reaktion ist wahrscheinlich keiner nennenswerten Regulation unterworfen, da der 25(OH)Vitamin-D3-Spiegel im Blut ziemlich genau die längerfristige Vitamin-D3-Versorgung der letzten drei bis vier Monate widerspiegelt, während der Vitamin-D3-Spiegel die Versorgung der letzten Stunden bis Tage anzeigt.

25(OH)Vitamin D3[Bearbeiten]

25(OH)Vitamin D3 (Calcidiol) ist eine Speicherform des Vitamin D3. Eine solche muss es geben, um die großen Spitzen und Pausen der hauptsächlichen Vitamin-D-Versorgung durch das Licht abfangen zu können. Die mittel- bis längerfristige Vitamin-D-Versorgung eines Organismus lässt sich am besten über den Blutspiegel des 25(OH)Vitamin D3 bestimmen (Näheres siehe unten).

Das so gebildete 25(OH)D3 gelangt nun, hauptsächlich wieder an das Vitamin-D-bindende Protein gebunden, zu seinen Zielgeweben, zum Beispiel zu den Nieren, wo es dann zum Calcitriol (1α,25(OH)2Vitamin D3) aktiviert wird (siehe unten). Dieses erst ist der hauptsächlich aktivierende Ligand für den Vitamin-D-Rezeptor. Dieser letzte Aktivierungsschritt ist auf vielen Ebenen redundant und von Gewebe zu Gewebe unterschiedlich reguliert, um immer an den momentanen Bedarf des Körpers und des Zielgewebes an die Vitamin-D-Wirkung angepasst zu sein.

25(OH)Vitamin D3 kann wahrscheinlich selbst auch, jedoch ca. hundertmal weniger als Calcitriol, den Vitamin-D-Rezeptor aktivieren. Dies kommt bei einer Vergiftung mit Vitamin D3 zum Tragen, wenn die letzte Regelung der Aktivierung des Vitamin D3 durch überhöhte 25(OH)Vitamin-D3-Spiegel übergangen wird.[57]

Aktivierung von 25(OH)Vitamin D3 zu Calcitriol[Bearbeiten]

Die Vitamin-D-Metabolite werden als Komplex zusammen mit dem Vitamin-D-bindenden Protein (VDBP) im Blutplasma transportiert. In den Glomeruli der Nieren bindet dieser Komplex an Cubilin-Moleküle in der Zellmembran von proximalen Tubuluszellen, und wird anschließend mithilfe des Megalins in die Zelle verfrachtet und dort freigesetzt. In den Lysosomen wird der Komplex durch Peptidasen wieder getrennt, wodurch 25(OH)Vitamin D3 frei im Zytosol diffundiert.[58]

An der Plasmamembran der Mitochondrien der Zellen des proximalen Tubulus der Nieren kann das 25(OH)Vitamin D3 durch 1α-Hydroxylase zum biologisch aktiven 1,25(OH)2Vitamin D3 (Calcitriol) weiter hydroxyliert oder durch die gegensätzlich regulierte 24-Hydroxylase zum 24R,25(OH)2Vitamin D3 inaktiviert werden oder die Nierenzelle unverändert wieder in das Blut verlassen (um dort erneut an VDBP gebunden zu werden).

Die Bildung des 1,25(OH)2Vitamin D3 in der Niere ist fein reguliert: die wichtigsten Faktoren, die seine enzymatische Bildung über eine Aktivierung der 1α-Hydroxylase direkt fördern, sind unabhängig voneinander ein erhöhtes Parathormon, ein verringerter Calciumspiegel und ein niedriger Phosphatspiegel im Blut. 1,25(OH)2D3 selber hemmt die 1α-Hydroxylase und aktiviert die 24-Hydroxylase. Indirekt, zumeist über das Parathormon, beeinflussen unter anderem Calcium, Östrogen, Glucocorticoide, Calcitonin, Somatotropin und Prolactin die Calcitriolbildung. Glucocorticoide bewirken einen Mangel an Calcitriol. (Deshalb ist es während einer systemischen Corticoidtherapie, wenn Vitamin D genommen werden muss, notwendig, Vitamin D in aktiver Form als Alphacalcidol (derzeitige Medikamente in Deutschland: „EinsAlpha“, „Bondiol“, „Doss“), zu verwenden.) All diese Regulationen dienen dazu, gerade soviel Vitamin D zu synthetisieren, dass der Körper in seiner momentanen Situation seinen Calcium- und Phosphatbedarf decken kann. Die Regulation der 24R,25(OH)2D3-Bildung erfolgt durch die gleichen Faktoren, jedoch in umgekehrter Richtung.[57]

In anderen Geweben wird die Aktivierung des 25(OH)Vitamin D3 zu 1α,25(OH)2Vitamin D3 durch andere Faktoren geregelt: Zytokine, Wachstumsfaktoren usw.[57]

1,25(OH)2D3 liegt in sehr viel geringerer Konzentration als 25(OH)D3 und auch hauptsächlich an DBP gebunden im Blut vor. Die Konzentration insbesondere von freiem 1,25(OH)2D3 (Calcitriol) ist streng geregelt und weitgehend mit seiner Aktivität korreliert. Sie ist ferner weitgehend unabhängig von der Konzentration seines Vorläufers 25-Hydroxy-Cholecalciferol (Calcidiol) oder des VDBP.[57]

Funktion von Calcitriol[Bearbeiten]

Hauptartikel: Calcitriol

In den Zellen der Zielorgane wirkt 1,25(OH)2D3 (Calcitriol) wie ein Steroidhormon: Es wird an ein intrazelluläres Rezeptorprotein, den Vitamin-D-Rezeptor (VDR), gebunden und in den Zellkern transportiert. Dort assoziiert der Vitamin-Rezeptor-Komplex an die DNA und verändert die Transkription verschiedener hormonsensibler Gene, was schließlich zu Änderungen in der Proteinsynthese mit entsprechenden biologischen Wirkungen führt.

Abbau von Vitamin D3[Bearbeiten]

1,25(OH)2D3 (Calcitriol) wird durch 24-Hydroxylase zur wasserlöslichen Calcitroinsäure abgebaut, die über die Galle ausgeschieden wird.[59] Die 24-Hydroxylase wird durch das Gen CYP24A1[60] codiert.

Vitamin-D-Stoffwechsel bei Erkrankungen[Bearbeiten]

Patienten mit Tuberkulose, Sarkoidose und anderen granulomatösen Erkrankungen und gelegentlich auch Krebserkrankungen aktivieren das 25(OH)Vitamin D3 z. B. in den Makrophagen stärker zu 1,25(OH)2Vitamin D3 und können so funktionell in eine Vitamin-D-Hypervitaminose mit Hypercalcämie kommen.[61] Dem liegt ein ursprünglich zumeist sinnvoller Mechanismus der Immunologie zugrunde (näheres siehe unter Calcitriol).

Patienten mit Williams-Beuren-Syndrom haben zu 15 % eine Hypercalcämie. Es gab viele Vermutungen zu einem Zusammenhang mit dem Vitamin-D-Stoffwechsel, die Ergebnisse entsprechender Beobachtungen waren jedoch widersprüchlich.[62]

Bei Patienten mit Smith-Lemli-Opitz-Syndrom ist der Abbau des Vitamin-D-Vorläufers 7-Dehydrocholesterol zu Cholesterin durch Mutationen in der 7-Dehydrocholesterol-Reduktase gestört. In ihrem Stoffwechsel staut sich zwar das 7-Dehydrocholesterol; ihre Haut ist manchmal photosensibel, aber ihr Vitamin-D-Status ist dennoch vergleichbar mit der Normalbevölkerung.[63]

Bei der „Idiopathischen infantilen Hyperkalzämie“ handelt es sich um eine Mutation im Gen CYP24A1, wodurch der Abbau von Vitamin D gehemmt wird. Betroffene Kinder entwickeln unter Vitamin-D-Substitution eine schwere Hyperkalzämie mit Wachstumsverzögerung, Erbrechen, Dehydratation, Fieberschüben und Nephrokalzinose.[64]

Formen und Quellen[Bearbeiten]

Formen von Vitamin D[Bearbeiten]

Neben Vitamin D3 werden die folgenden Substanzen aus der Vitamin-D-Klasse unterschieden:

Aufnahme von Vitamin D3 aus der Nahrung[Bearbeiten]

Vitamin D3 ist kein gewöhnlicher Nahrungsbestandteil. Erst in den letzten 10 Jahren wird zunehmend erkannt, mit welchen Zivilisationskrankheiten (außer der Rachitis und Osteomalazie) der endemische Lichtmangel der modernen Gesellschaften einhergeht (siehe unter Calcitriol). Daher wird der öffentlich zu empfehlende Tagesbedarf (RDA) an Vitamin D3 unter Wissenschaftlern und Verantwortlichen für die Gesundheitsversorgung lebhaft diskutiert. Die derzeitigen Empfehlungen werden von Forschern auf diesem Gebiet als entweder irrelevant (für ausreichend UVB-lichtexponierte Personen) oder unzureichend (für die Mehrzahl der Bevölkerung in zivilisierten Gesellschaften höherer Breiten) angesehen.

Der Bedarf an Vitamin D über die Nahrung wird umso größer, je kürzer die Zeit ist, die ein Mensch im direkten Tages- bzw. Sonnenlicht verbringt. Dabei ist die Synthese in der Haut nicht unbedingt proportional zu deren Sonnenexpositionszeit, sondern hängt unter anderem auch ab vom Gehalt der Haut an der Vorstufe 7-DHC. Die zunehmende Verwendung von Sonnenschutzcreme vermindert darüber hinaus auch bei Aufenthalten in der Sonne die Synthese von Vitamin D. Daher ist das Argument, die Aufnahme von Vitamin D sei neben der Eigenproduktion nur von sekundärer Bedeutung, nicht zutreffend.

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) hat Richtwerte für die Vitamin-D-Menge angegeben, die alimentär (das heißt durch Nahrungszufuhr) abgedeckt werden sollte.[65] Sie empfiehlt darin für Säuglinge im ersten Lebensjahr täglich 10 µg und für die anderen Kinder und Erwachsenen 20 µg (800 IE) Vitamin D3.[66] In Deutschland werden den meisten Säuglingen im ersten Lebensjahr und eventuell noch im zweiten Winter täglich eine Tablette mit 12,5 µg Vitamin D3 (500 IE) zur Rachitisprophylaxe gegeben.

In Europa gelten zum Teil höhere Referenzwerte für Kinder und Jugendliche. In offiziellen Empfehlungen sind die Angaben zur maximalen täglichen Zufuhr beispielsweise für die Altersgruppe von 4 bis 10 Jahren doppelt so hoch, für die Altersgruppe der 11- bis 17-Jährigen dreimal so hoch: Säuglinge (6–11 Monate): 10–25 µg (400 – 1000 IE) pro Tag, Kleinkinder (1–3 Jahre): 10 µg (400 IE) pro Tag, Kinder (4–10 Jahre): 0–10 µg (0–400 IE)pro Tag und Jugendliche (11–17 Jahre): 0–15 µg (0–600 IE) pro Tag.[67]

Aktuelle Leitlinien in den USA empfehlen 5 µg (200 IE) täglich für Kinder und jüngere Erwachsene, 10 µg (400 IE) für 50– bis 70-Jährige und 15 µg (600 IE) für Über-70-Jährige.

Im Winter sind lediglich 500 – 1000 IE (12,5–25 µg) nötig, weil der Rest des Bedarfs hierfür aus den körpereigenen Speichern gedeckt wird.[68]

Man hat abgeschätzt, dass die tägliche Zufuhr von 1 IE Vitamin D3 bei Erwachsenen den 25(OH)Vitamin-D3-Spiegel im Blut um ca. 0,007 ng/ml steigert (unterschiedlich je nach Vitamin-D-Status). Es bedarf bei ca. 80 kg schweren Erwachsenen täglich ca. 114 µg (4600 IE) Vitamin D3, um einen ausreichenden 25(OH)Vitamin-D3-Spiegel von 80 nmol/l = 32 ng/ml im Blut langfristig zu halten, sofern keine Vitamin-D-Bildung durch Licht hinzukommt.[68]

Wenn eine stillende Mutter täglich 100 µg (4000 IE) Vitamin D einnimmt (wenn sie keinem UV-B-Licht ausgesetzt ist), erscheint in ihrer Muttermilch genug Vitamin-D-Aktivität, dass der Säugling vor einem Vitamin-D-Mangel ohne weitere Zufuhr sicher geschützt ist. Bei 50 µg (2000 IE) ist dies noch nicht sicher der Fall (die Anzahl der untersuchten Frauen war aber gering).[69]

Vitamin D in Muttermilch[Bearbeiten]

Der Muttermilchgehalt an Vitamin-D-wirksamen Komponenten ist bemerkenswert knapp. Er ist sehr von dem Vitamin-D-Status der Mutter abhängig. Bereits hydroxyliertes 25(OH)Vitamin D3 macht den größten Anteil der antirachitischen Aktivität der Muttermilch aus. Der Vitamin-D-Gehalt in der fetthaltigeren Hintermilch (die der Säugling zuletzt trinkt) ist größer als in der Vordermilch. Wenn die in höheren Breiten lebenden Mütter 50 µg (2000 IE) Vitamin D3 täglich im Winter einnehmen, erreicht ihre Muttermilch die antirachitische Aktivität unsupplementierter Mütter im Sommer, die Antwort ist jedoch individuell sehr unterschiedlich.[70]

Haben Mütter einen für sie subklinischen Vitamin-D-Mangel (wie die meisten Frauen in zivilisierten Gesellschaften fernab des Äquators im Winter und vor allem auch in islamischen Gesellschaften), so haben die Säuglinge ein wesentlich höheres Risiko, rasch einen relevanten Vitamin-D-Mangel zu entwickeln. So wird in einer kürzlich vom „National Institute of Child Health and Human Development“ in den USA durchgeführten und im „The Archives of Pediatrics & Adolescent Medicine“ im Juni 2008 erschienenen Studie behauptet, dass in den USA im Winter bis zu 78 % von mit Muttermilch gestillten Babys im Winter an Vitamin-D-Mangel leiden könnten. Insgesamt scheint aber auch für den Säugling die Bildung des Vitamin D3 in der Haut den natürlichen Hauptrachitisschutz darzustellen. Nach einigen Studien ist nicht nur ein Vitamin-D-Mangel gefährlich für Babys, zu viel Vitamin D wird mit einem erhöhten Auftreten von Schizophrenie in Verbindung gebracht.[71]

Möglicherweise geht das aktuell im Blut der Mutter vorhandene Vitamin D3 wesentlich besser in die Muttermilch über (30–80 %) als das bereits hydroxylierte 25(OH)Vitamin D3 (0,5 %); ob dies so stimmt, wird noch erforscht.

Vitamin D in Nahrungsmitteln[Bearbeiten]

Unter nicht immer und überall gegebenen optimalen Bedingungen (siehe oben) kann die Haut eines jungen erwachsenen Menschen 10.000–20.000 IE (250–500 µg) Vitamin D täglich bilden. Dagegen enthalten nur wenige Nahrungsmittel Vitamin D3 in vergleichbaren Mengen. Es findet sich vor allem in Fettfischen, Innereien, Eiern und in begrenztem Maße auch in Milchprodukten.

In Pilzen (z. B. Hefen) ist das Mycosterin Ergosterin enthalten, das sich bei ausreichender UV-Licht-Bestrahlung in biologisch aktives Ergocalciferol (Vitamin D2) umwandeln kann. In einer Studie der Universitätsklinik Freiburg konnte demonstriert werden, dass Zuchtchampignons, die mit UV-B-Strahlung behandelt wurden, signifikante Mengen an Vitamin D2 bildeten (491 μg oder 19.640 IE pro 100 g Zuchtchampignons). Die Verabreichung der so angereicherten Zuchtchampignons waren Vitamin D2-Supplementen ebenbürtig. Ähnliche Ergebnisse können auch mit Shiitake, Maitake, Shimeji oder anderen Pilzen erzielt werden. Im Falle von Shiitake konnten Werte von bis zu 267.000 IE pro 100 g Shiitakepilze bei 14 Stunden Sonnenlichtexposition erreicht werden.[72][73]

Auch einige Pflanzen enthalten Ergosterin in Spuren.

Der Vitamin-D3-Gehalt einiger ausgewählter Lebensmittel zeigt die meistens geringe Rolle der Nahrung für die Vitamin-D-Versorgung:

Nahrungsmittel µg bzw. IE pro 100 g (1 µg entspricht 40 IE) Referenz
Lebertran 170 µg bis 3.800 µg 6.800 IE bis 152.000 IE [74]
Matjeshering, gesalzen 27 µg 1.080 IE [75]
Räucheraal 21 µg 840 IE [76]
Lachs 16 µg 640 IE [76]
Sardine 11 µg 440 IE [76]
Kalbfleisch 3,8 µg 152 IE [77]
Avocado 3,43 µg 137 IE [78]
Hühnerei 2,9 µg 116 IE [76]
industriell hergestellte Säuglingsmilch in Deutschland 1–2 µg/100 kcal 40–80 IE/100 kcal [70]
Champignons 1,9 µg 76 IE [76]
Leber (Rind) 1,7 µg 68 IE [77]
Butter 1,2 µg 48 IE [76]
Sahne 1,1 µg 44 IE [77]
Emmentaler 1,1 µg 44 IE [76]
Gorgonzola 1 µg 40 IE [76]
Edamer 40 % Fett i. Tr. 0,29 µg 12 IE [76]
Speisequark 40 % Fett i. Tr. 0,19 µg 8 IE [76]
Vollmilch mind. 3,5 % Fett 0,088 µg 4 IE [76]
Joghurt mind. 3,5 % Fett 0,062 µg 2 IE [76]
Muttermilch 0,01–0,12 µg 0,4–4,8 IE [70]

Bei den Angaben muss berücksichtigt werden, dass nicht alle Lebensmittel in gleicher Menge konsumiert werden. Lebertran ist zwar eine reichhaltige Vitamin-D-Quelle, wird aber bekanntlich nur in ausgesprochen geringen Mengen verzehrt. Auf der Basis dieser Daten können neben fettreichen Fischen auch Pilze, Milchprodukte und angereicherte Speisefette einen guten Beitrag zur Vitamin D3-Versorgung leisten.

Die EsKiMo-Studie hat zwischen 2003 und 2006 das Ernährungsverhalten von 2500 Kindern im Alter von 6 bis 11 Jahren in ganz Deutschland untersucht. Dabei wurde für die tägliche Vitamin D3-Aufnahme der niedrigste Wert aller untersuchten Nährstoffe in Bezug zum jeweils empfohlenen Wert gemessen. Demnach beträgt die tatsächliche Vitamin D3-Aufnahme nur etwa 30 % der DGE-Empfehlung. Die Autoren folgern: „Die Zufuhr an Vitamin D ist … suboptimal und kann bei Kindern, die sich kaum im Freien aufhalten, schnell zu einer echten Mangelsituation mit langfristig negativen Folgen für die Knochengesundheit führen.“[79] Die im September 2008 veröffentlichte DONALD-Ernährungsstudie vom Forschungsinstitut für Kinderernährung (FKE) bestätigte die Vitamin-D3-Unterversorgung bei Kindern. Bei den 598 Studienteilnehmern im Alter von 1 bis 12 Jahren ergab die Auswertung nach Einzelprotokollen, dass acht von zehn Kindern die Empfehlung der DGE für Vitamin D nicht erreichen.[80]

Bislang wurde hierzulande neben industriell hergestellter Säuglingsmilch nur Margarine mit 2,5 µg Vitamin D3 pro 100 g angereichert, um eine ausreichende Versorgung der Bevölkerung sicherzustellen. Dagegen ist das fettlösliche Vitamin nicht in fertigen Multivitaminsäften erhältlich, sondern nur in (Brause-)Tabletten.

Die Unterversorgung mit Vitamin D3 ist in vielen Ländern mit mäßiger Sonneneinstrahlung, langen Wintern und nur mäßigem Fettfischkonsum ein rege diskutiertes Problem. Eine Lösung besteht darin, Vitamin-D-haltige Lebensmittel täglich aufzunehmen und so oft wie möglich in die Sonne zu gehen. Darüber hinaus wird durch die Anreicherung von Lebensmitteln mit Vitamin D3 in vielen Ländern eine Erhöhung der Zufuhr aus der Nahrung angestrebt.

Die tägliche Vitamin-D-Aufnahme mit der Nahrung in verschiedenen Ländern ist ungefähr wie folgt (1 µg entspricht 40 IE Vitamin D3):

Bevölkerungsgruppe tägliche Vitamin-D3-Aufnahme davon supplementiertes Vitamin D3 Referenz
junge, weiße amerikanische Männer 8,1 µg 5,1 µg [81]
junge, weiße amerikanische Frauen 7,3 µg 3,1 µg [81]
schwarze amerikanische Erwachsene 6,2 µg 4,3 µg [81]
britische Männer 4,2 µg 1,4 µg [81]
britische Frauen 3,7 µg 1,1 µg [81]
japanische Frauen 7,1 µg 0 µg [81]
norwegische Männer 6,8 µg 2,9 µg [81]
norwegische Frauen 5,9 µg 2,9 µg [81]
spanische Männer ca. 4 µg [81]
spanische Frauen ca. 3 µg [81]
deutsche Männer 2,9 µg 0 µg [70]
deutsche Frauen 2,2 µg 0 µg [70]
italienische Haushalte 3,0 µg [70]

Innerhalb dieser Bevölkerungsgruppen und zwischen den ausgewerteten Studien variieren diese Durchschnittsangaben aber erheblich.[81]

In Deutschland ist die Vitamin-D3-Supplementierung bei Erwachsenen bislang nicht üblich. Die Ergebnisse der nationalen Verzehrstudie 2008 zeigen, dass nur etwa 3 % aller befragten Frauen und weniger als 2 % der befragten Männer zusätzlich 5 µg Vitamin-D3 pro Tag aufnehmen.[82]

In den USA und in Kanada wird die Trinkmilch regelmäßig mit 10 µg Vitamin D3 pro Liter supplementiert. In Großbritannien, Irland und Australien dürfen Frühstückscerealien und Margarine mit Vitamin D3 supplementiert werden. In Norwegen und Japan trägt der Fettfischkonsum zur Vitamin-D-Versorgung durch die Nahrung bei. In Norwegen ist darüber hinaus die Einnahme von Lebertran als Nahrungsergänzungsmittel noch immer sehr weit verbreitet. In den meisten anderen Ländern wird mit der Nahrung kaum Vitamin D3 aufgenommen.

Industriell hergestellte Säuglingsmilch muss in den USA mit 1 bis 2,5 µg / 100 kcal supplementiert sein. Säuglinge, die gestillt werden oder weniger als 500 ml dieser Formelnahrung trinken, sollen täglich 200 IE (5 µg) Vitamin D3 bekommen.[83]

Mit der Nahrung aufgenommenes Vitamin D wird rasch im Dünndarm resorbiert und gelangt mit den Fetten zusammen über die Lymphe in die Blutbahn. Dort hat es eine Halbwertszeit von 19 bis 25 Stunden.[1] In dieser Zeit wird es entweder im Fettgewebe abgelagert oder in der Leber zu 25(OH)Vitamin D3 hydroxyliert.

Technische Synthese von Vitamin D[Bearbeiten]

Die photochemische Synthese von Vitamin D2 wurde erstmals 1927 vom Göttinger Chemiker Adolf Windaus entdeckt und untersucht. Seine Arbeiten ermöglichten die Fabrikation des antirachitischen Vitamins D2 durch die Pharmaunternehmen E. Merck und Bayer (Markenname Vigantol), wodurch der Vitaminmangel vieler Kinder therapiert werden konnte. Seit einigen Jahren werden vermehrt Nahrungsergänzungsmittel auch mit Vitamin D3 angereichert. Die Anreicherung von Lebensmitteln des täglichen Bedarfs mit Vitamin D ist aufgrund seiner Toxizität in Deutschland derzeit hingegen verboten. Da Butter einen natürlich hohen Gehalt hat, gibt es eine einzige Ausnahmegenehmigung für Margarine, um sie ihrem Vorbild gleichwertig zu machen.

Bei der technischen Synthese des Vitamins D2 geht man vom Ergosterol aus, welches aus Hefe gewonnen wird, und setzt es der UV-Strahlung einer Quecksilberdampflampe aus, wobei alle Wellenlängen außerhalb des Bandes 270–300 nm ausgefiltert werden. Das entstehende Gemisch aus Prävitamin und Vitamin kann je nach Temperatur des Ansatzes eine hohe Konzentration Vitamin D2 enthalten, das chromatografisch abgetrennt wird.[84] Auch bei der Herstellung von Vitamin D3 wird von derselben Vorstufe ausgegangen, wie sie auch im Körper vorkommt, dem 7-Dehydrocholesterol,[85] welches seinerseits durch Bromierung eines Cholesterol-Esters mit anschließender Dehydrobromierung und Verseifung erhalten wird.[86] Beide photochemischen Reaktionen werden zweckmäßigerweise in Mikroreaktoren durchgeführt.[87]

Vitamin-D-Zufuhrempfehlungen[Bearbeiten]

D-A-CH Referenzwerte der DGE, ÖGE, SGE/SVE

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung hat die empfohlene Aufnahmemenge für Vitamin D im Januar 2012 erhöht.[88] Sie gibt diese nun als „Schätzwerte für eine angemessene Zufuhr bei fehlender endogener Synthese“ an; die bis 2012 geltenden „Zufuhrempfehlungen“ wurden ohne Berücksichtigung der Eigensynthese ausgesprochen und waren im Mittel um den Faktor 4 geringer. Im Jahr 2012 wurden die folgenden Werte veröffentlicht:

Säuglinge (0 bis unter 12 Monaten): 10 µg/Tag (Schätzwert)
Kinder (1 Jahr bis unter 15 Jahre): 20 µg/Tag
Jugendliche und Erwachsene (15 Jahre bis unter 65 Jahren): 20 µg/Tag
Erwachsene ab 65 Jahren: 20 µg/Tag
schwangere Frau: 20 µg/Tag
stillende Frau: 20 µg/Tag

Zusammengefasst: Alle Personen 20 µg/Tag, Säuglinge bis 1 Jahr alt, die Hälfte dieser Dosis.

1 µg = 40 Internationale Einheiten (IE); 1 IE = 0,025 µg

Die US-Gesundheitsorganisation Institute of Medicine (IOM) untersuchte zwischen 2008 und 2010 das bis dato vorhandene Datenmaterial über Vitamin D und seine Folgen für die menschliche Gesundheit. Ziel der Studie war es, konkrete, auf wissenschaftlichen Studien basierte Empfehlungen bezüglich Vitamin D zu geben. Die Studie ergab, dass gesundheitliche Vorteile über die Knochengesundheit hinaus für Vitamin-D-Werte höher als 20 μg/l wissenschaftlich umstritten sind. Der Tagesbedarf an Vitamin D wurde damit auf nicht mehr als 600 I.E. festgelegt, wobei die maximale tägliche Dosis auf 4.000 I.E. angehoben wurde. Die Empfehlung basiert auf dem Studium von mehr als 1000 Veröffentlichungen zu Vitamin D und ist damit die größte Vitamin-D-Untersuchung des letzten Jahrzehnts.[89]

Supplementierung bzw. Substitution[Bearbeiten]

Die generelle Empfehlung für Schwangere, Vitamin D zu substituieren, wird durch eine Großstudie an 3960 Mutter-Kind-Paaren in Frage gestellt, in der der mütterliche Calciferol-Spiegel nahezu keinen Einfluss auf die kindliche Knochendichte hatte[90][91].

Während der Schwangerschaft kann eine ausreichende Versorgung mit Vitamin D beitragen, das Risiko von Lebensmittelallergien bei Kindern im ersten Lebensjahr signifikant zu senken[92]. Zudem gibt es einen Zusammenhang zwischen einer ausreichenden Vitamin-D-Versorgung in der Schwangerschaft und der Muskelkraft der Kinder[93]. Vitamin D scheint die intrauterine Muskelentwicklung zu stärken.

Dem allerdings widersprechen die Ergebnisse der LiNA Studie[94], die zwischen 2006 und 2008 an 622 Müttern und deren 629 Kindern durchgeführt wurde. Wurde bei den werdenden Müttern während der Schwangerschaft und nach der Geburt ein niedriger Vitamin-D-Spiegel im Blut nachgewiesen, so traten bei ihren zweijährigen Kindern Nahrungsmittelallergien seltener auf als bei werdenden Müttern mit einem hohen Vitamin-D-Spiegel. Die Forscherin Kristin Weiße folgert aus den Ergebnissen, dass ein hoher Vitamin-D-Spiegel das Risiko bei Zweijährigen erhöht, an einer Nahrungsmittelallergie (z.B. gegen Hühnereiweiß, Milcheiweiß, Weizenmehl, Erdnuss oder Sojabohne) zu erkranken.[95] Die Ergebnisse der LiNA Studie werden wegen der Fokussierung auf die "ärztlich diagnostizierte Nahrungsmittelallergie" kontrovers diskutiert. [96] Wegen gegenteiliger Ergebnisse, nämlich vorteilhafter Beeinflussung der regulierenden T-Zellen wurde sogar ein Schutz des Kindes vor Allergien postuliert. [97][98]

Die Beeinflussung dieses Risikofaktors Vitamin-D-Mangel durch landesweite Supplementierung lässt in der Summe eine Reduktion der Mortalität erwarten (Hochrechnung für Deutschland).[99] Nach einer dänischen Studie (2012) wurde hingegen die niedrigste Mortalität bei 25(OH)D-Konzentrationen im Blutserum von 50-60 nmol/l (entsprechend einer Calcidiol-Konzentration von 20-24 ng/ml) festgestellt. Höhere Werte korrelierten überraschenderweise mit einer erhöhten Mortalität.[100] Epidemiologische Studien über Vitamin D werden durch das Sonnenbaden der Teilnehmer in ihren Resultaten beeinflusst.[101]

Überdosierung und Toxizität[Bearbeiten]

Hauptartikel: Hypervitaminose D

Eine akute oder chronische Vitamin-D-Überdosierung kann zu einer Vitamin-D-Hypervitaminose führen. Der Wissenschaftliche Lebensmittelausschuss der Europäischen Kommission hat 2002 folgendermaßen zu der Sicherheit des Vitamin D3 Stellung genommen:

Eine maximale tägliche Dosis von 50 µg (2000 IE) für Jugendliche und Erwachsene (inklusive Schwangere und stillende Mütter) und 25 µg (1000 IE) für Kinder in den ersten 10 Lebensjahren sind von Gesunden ohne Risiko von Nebenwirkungen auch ohne medizinische Aufsicht langfristig einnehmbar.
Diese Angabe ist zumindest für Erwachsene vorsichtig und mit einem Sicherheitsfaktor von 2 versehen, das heißt, dass eigentlich erst bei über doppelt so hohen Dosen Nebenwirkungen beobachtet wurden. Gemessen an den üblichen Vitamin-D-Dosierungen scheint diese Stellungnahme für Erwachsene einen ausreichenden Spielraum zu lassen. Bei Kleinkindern ist dieser Sicherheitsbereich geringer.[70]

Von den meisten Autoren wird für Erwachsene eine tägliche Zufuhr bis zu 100 µg (4000 IE) Vitamin D3 über sechs Monate als sicher angesehen, das heißt ohne nachprüfbare Nebenwirkungen wie eine erhöhte Calciumausscheidung im Urin.[102][103]

Die Packungsbeilagen von apothekenpflichtigen Vitamin-D-Präparaten geben dagegen eine Überdosierungschwelle zwischen 40.000 und 100.000 IE für Erwachsene an, die über ein bis zwei Monate eingenommen werden müssen. Die Packungsbeilage eines Medikaments gilt normalerweise sowohl medizinisch als auch juristisch als ausschlaggebend.[104]

Vitamin-D3-Mangel[Bearbeiten]

Symptome[Bearbeiten]

Aufgrund der unterschiedlichen Ursachen für Vitamin-D-Mangel gibt es eine Vielzahl an Symptomen. Diese finden sich sowohl am Skelett- als auch am Nervensystem. Dazu kommen noch ein paar weitere Punkte, die weder dem einen noch dem anderen System zuzuordnen sind. Zu den Symptomen gehören Müdigkeit, verlangsamten Denken, Depression, Muskelschwäche und -krämpfe, Schmerzen in den Knien und im Rücken, Schlafstörungen, Hautprobleme, erhöhte Anfälligkeit für Infekte und bakterielle Infektionen.[105] Die eindrucksvollsten Symptome, die krankheitskennzeichnend sind, findet man am menschlichen Skelett. An erster Stelle stehen hier die Skelettschmerzen und Knochenverbiegungen, welche durch Diaphysenschäden entstehen. Des Weiteren kommt es zu Achsenabweichungen, die durch Knieverformungen zustande kommen, und Auftreibung bzw. Brechung der metaphysären Wachstumsfugen. Durch diese Veränderungen im Skelettsystem entstehen klinische Bilder wie die Skoliose, der Glockenthorax, der rachitische Rosenkranz (umschriebene Rippenschwellung an der Knorpel-Knochen-Grenze) oder die Kyphose. Der zweite Symptomkreis beruht auf Veränderungen im Nervensystem. Hier werden vor allem eine Neigung zur Tetanie, eine muskuläre Hypotonie und auch eine allgemeine motorische Entwicklungsverzögerung beobachtet. Darüber hinaus können Patienten mit Vitamin-D-Mangel epileptische Anfälle haben. Weitere Symptome sind Herzrhythmusstörungen, die durch eine Hypokalzämie entstehen können, eine allgemein erhöhte Infektanfälligkeit und eine Zahnfleischwucherung, die sogenannte Gingivahyperplasie.[106]

Mangel an Sonnenlicht (UVB-Strahlung)[Bearbeiten]

Die Höhe des Sonnenstands ist unter anderem ein entscheidender Faktor für die Vitamin-D3-Bildung in der Haut.[50] Wird sie bei sonst guten Lichtbedingungen ganztägig so unterschritten, dass kein Vitamin D3 mehr in der Haut gebildet werden kann, spricht man von dem „Vitamin-D-Winter“. Zudem spielen für die Lichtintensität eine Rolle: die Bewölkung, das Ozon, die Höhe über dem Meeresspiegel, die Beschaffenheit der Erdoberfläche usw. Ab einer bestimmten Summe UV-B-Licht-absorbierender Faktoren ist die Lichtintensität zu gering, um noch Vitamin D3 in der Haut bilden zu können.[107]

In den gemäßigten Breiten steigt die Vitamin-D-Bildung in der Haut mit der Höhe des Sonnenstands exponentiell an und ist daher stark jahreszeitabhängig. Bei niedrigem Sonnenstand mit vorwiegendem UVA-Anteil des Sonnenlichts ist die Grenze zwischen effektiver Vitamin-D-Bildung in der Haut und Sonnenbrand schmal oder eben gar nicht erreichbar.

Nördlich des 52. Breitengrads (London, Ruhrgebiet) und nach anderen Forschungen schon des 42. Breitengrads (Barcelona, Norditalien) kann im Winter kein Vitamin D3 in der Haut gebildet werden. Unterhalb des 37. Breitengrads (Los Angeles, Sizilien) sei dagegen eine ausreichende Vitamin-D-Biosynthese sicher über das ganze Jahr möglich.[50][102][107]

Einfluss der Hautbeschaffenheit[Bearbeiten]

Je heller die Haut, desto besser kann UV-B-Strahlung für die Vitamin-D-Bildung genutzt werden. Menschen, die im Laufe der Ausbreitung des Menschen von Afrika in nördliche Breiten ausgewandert sind, entwickelten helle Haut.[52] Die einzige Ausnahme bilden die Inuit, die erst seit relativ kurzer Zeit die Arktis bewohnen und ihren Vitamin-D-Bedarf durch die Nahrung decken (Fettfische).

Nicht angepasst sind wir an vergleichsweise sehr moderne Lebensumstände: Weitgehendes Leben in geschlossenen Räumen, unter Glas, bei künstlichem Licht, unter einer UV-B-Licht filternden Smogglocke, konsequente Benutzung von Sonnencreme oder weitgehend vollständige Bedeckung der Haut mit Kleidern unter freiem Himmel. Schon im alten Rom war die Mangelerkrankung Rachitis beschrieben worden; besonders zu den Zeiten der beginnenden Industrialisierung im 19. Jahrhundert und Anfang des 20. Jahrhunderts – und zu dieser Zeit insbesondere in den Industriestädten Europas und Nordamerikas – war sie weit verbreitet.[108] In der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts erkannte man den Zusammenhang zwischen Rachitis, Sonnenlicht und Vitamin D3.

Auch heute noch ist die Vitamin-D-Versorgung in vielen Ländern nicht optimal, wie epidemiologische Untersuchungen ergeben haben.[102][109] Je nach Risikogruppe kann der Mangel auch in Deutschland beträchtlich sein: So wurde in der EsKiMo-Studie (Teilstudie der KiGGS-Studie des Robert-Koch-Instituts) bei sechs- bis elfjährigen Kindern, für die aufgrund ihres Größenwachstums Vitamin D (und Calcium) besonders wichtig sind, ein Defizit an zugeführtem Vitamin D ermittelt:[79] Die durchschnittliche Aufnahme für Kinder in Deutschland lag bei 1,5 µg Vitamin D pro Tag, während die deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) 10 µg in ihren Leitlinien empfiehlt (siehe Kapitel Vitamin D3 in Nahrungsmitteln weiter oben). Eine zu geringe Vitamin-D-Versorgung spiegelt sich auch in den in KIGGS erfassten Serumwerten von 25(OH)Vitamin D3 wider.[110]

Wenn Menschen mit dunkler Haut heute in höheren Breiten leben, vergrößert sich ihr Risiko für einen Vitamin-D-Mangel zusätzlich. Besonders während der Schwangerschaft kann der Mangel entstehen. Die Supplementation von Vitamin D in der Schwangerschaft kann wegen des hohen Bedarfs unzureichend sein. Einen Mangel fanden Lisa Bodnar und Kollegen in einer Studie bei 80 Prozent der Afroamerikanerinnen und knapp der Hälfte der weißen US-amerikanischen Frauen, und dies, obwohl neun von zehn der insgesamt 400 Schwangeren eine Vitamin-Supplementation betrieben.[111]

Trotz eines im Mittel niedrigeren Vitamin-D-Spiegels bei Afroamerikanern ist deren Knochendichte durchschnittlich höher und das Risiko osteoporotischer Frakturen niedriger als bei weißen Amerikanern. In einer amerikanischen Kohortenstudie mit über 2000 Teilnehmern, zur Hälfte aus beiden Ethnien, fand sich ein mittlerer 25-OH-Vitamin-D-Spiegel von 15,6 ng/ml bei den Afroamerikanern und von 25,8 ng/ml bei den weißen Amerikanern. Auch das Vitamin-D-bindende Protein (VDBP) war bei Afroamerikanern mit mittleren 168 µg/ml gegen 337 µg/ml deutlich niedriger, während das freie und bioverfügbare 25-OH-Vitamin D mit 2,9 ng/ml gegen 3,1 ng/ml bei beiden Ethnien identisch war und die Afroamerikaner eine signifikant höhere Schenkelhals-Knochendichte von mittleren 1,05 g/cm² gegen 0,94 g/cm² aufwiesen. Dabei können die drei Phänotypen des VDBP, die in beiden Ethnien sehr unterschiedlich verteilt sind, fast 80 % der Variationen des VDBP-Spiegels und 9,9 % der Variationen des Vitamin-D-Spiegels erklären, während die Ethnie für weitere 0,1 % bzw. 7,3 % der Variationen verantwortlich ist, und die saisonalen Veränderungen weitere 10,5 % der Vitamin-D-Variationen erklären können. Somit lassen sich die angegebenen Grenzwerte nur eingeschränkt auf nichtweiße Ethnien übertragen.[112]

Laborwerte[Bearbeiten]

Die Bestimmung des Vitamin-D3-Spiegels im Blutserum reflektiert nur die Vitamin-D-Aufnahme mit der Nahrung bzw. die Eigensynthese in der Haut während der letzten Stunden bis Tage. Für eine Untersuchung des längerfristigen Vitamin-D-Status ist die Bestimmung des 25(OH)Vitamin-D3-Spiegels im Blut, in das Vitamin D3 in der Leber rasch umgewandelt wird (siehe oben), sinnvoller. Die Halbwertszeit des 25(OH) Vitamin D3 in der Blutzirkulation ist je nach Vitamin-D-Gesamtstatus 1–2 Monate. Bis sich nach einer Änderung der täglichen Vitamin-D-Zufuhr ein neues Fließgleichgewicht mit einem dann wieder stabilen Serumwert einstellt, vergehen bis zu vier Monate.[70]

Das 25(OH)D3 lässt sich seit Anfang der 1980er Jahre bestimmen und ermöglichte ein weitergehendes Verständnis für die Physiologie des Vitamin D3. Die Angabe der Messwerte erfolgt entweder in Gewichts- oder molaren Konzentrationseinheiten, wobei 1 ng/ml etwa 2,5 nmol/l entspricht.

Bewertung des 25(OH)Vitamin-D3-Spiegels[Bearbeiten]

Spirale von ausreichender Vitamin-D-Versorgung bis zur klinisch manifesten Rachitis (nach[52])

Menschen aus südlichen Ländern, die viel der Sonne ausgesetzt sind und ihre Haut nicht komplett bedecken, haben häufig Serumkonzentrationen von 50 bis 90 ng/ml.[102] Bei den noch ursprünglich lebenden Massai und Hadza wurde ein mittlerer 25(OH)Vitamin-D3-Spiegel von 46 ng/ml gemessen.[113]

Ab einer Serumkonzentration von unter 30 ng/ml kompensiert der Körper mangelnde Vitamin-D-Wirkungen auf den Calciumhaushalt mit einem erhöhten Parathormon (s. u.). Die Calciumabsorption im Darm ist im Wesentlichen von der aktiven Form 1α,25(OH)2Vitamin D3) beeinflusst und unabhängig vom 25 (OH) Vitamin-D3 Spiegel.[114] Ältere Studien hatten angenommen, dass die Calciumabsorption im Darm ab einem 25(OH)Vitamin-D3-Spiegel unter 30 ng/ml gebremst wird.[115]

Die Definition des Vitamin-D-Mangels anhand des 25-OH-Vitamin-D-Spiegels ist weiterhin kontrovers und das amerikanische Institute of Medicine benennt weiterhin als unteren Grenzwert 20 ng/ml.[116] Andere gehen von folgender Bewertung der Serumkonzentration für 25(OH)D3 aus:

  • Werte unter 11 ng/ml bedeuten eine ernste Rachitisgefahr für Kleinkinder und Säuglinge sowie eine Osteomalaziegefahr für den Erwachsenen.
  • Werte unter 20 ng/ml bedeuten einen langfristig relevanten Vitamin-D-Mangel (auch wenn eine manifeste Rachitis oder Osteomalazie nicht zwangsläufig auftritt).
  • Werte zwischen 20 und 30 ng/ml bedeuten einen relativen Mangel („Insuffizienz“).
  • Werte zwischen 30 und 60 ng/ml bedeuten eine physiologisch sicher ausreichende Versorgung.
  • Werte über 88 ng/ml bedeuten eine Vitamin-D-Überversorgung.
  • Werte über 150 ng/ml bedeuten eine Vitamin-D-Intoxikation.[52][102]
  • Werte über 280 ng/ml führen zu ernsthaften Störungen in der Calciumhomöostase.[103]

Bezüglich dieser Normwerte differieren die Literaturangaben. In der sechsten Auflage des Buches Labor und Diagnose werden folgende Referenzbereiche für Vitamin D 25 OH genannt: Alter bis 50 Jahre: 50 bis 175 nmol/l (20 bis 70 ng/ml), Alter ab 50 Jahre: 63 bis 175 nmol/l (26 bis 70 ng/ml).[117]

Der Blutspiegel wird über einen weiten Dosisbereich täglicher Vitamin-D-Zufuhr von 20 µg (800 IE) bis 250–500 µg (10.000–20.000 IE) bei Erwachsenen in einem Bereich von 30 bis 88 ng/ml gehalten und steigt erst bei noch höherer Zufuhr an. Diese obere Grenze (20.000 IE) entspricht der maximalen täglichen Bildung des Vitamin D3 in der Haut.[70]

Häufigkeit niedriger 25(OH)Vitamin-D3-Spiegel[Bearbeiten]

Je nach Jahreszeit, geografischer Breite, Nahrungsgewohnheiten, Bevölkerungsgruppe und Lebensstil fällt der 25(OH)Vitamin-D3-Spiegel in Bereiche, bei denen man von einem Vitamin-D-Mangel ausgehen muss. Niedrige Vitamin-D-Spiegel sind ein unabhängiger und langfristiger Risikofaktor für eine Reihe von Krankheiten (Krebserkrankungen, Autoimmunerkrankungen, Infektanfälligkeit, brüchigere Knochen). Da (wie oben erklärt) ein niedriger Vitamin-D-Spiegel zivilisationsbedingt ist, ist er zwar oft normal, aber deshalb noch nicht gesund. Folgende Werte fanden sich in verschiedenen Studien:

Ort geogr. Breite Gruppe, Alter Sommer / Herbst
(ng/ml ± SD)
Winter / Frühjahr
(ng/ml ± SD)
Ref.
Miami (Florida) 26° über 18. Lj. 26,8 ± 10,3 (Männer)
25,0 ± 9,4 (Frauen)
23,3 ± 8,4 [102]
Boston (Massachusetts) 43° weiße Frauen 20.–40. Lj. 34,2 ± 13,2 24,0 ± 8,6 [102]
Boston (Massachusetts) 43° schwarze Frauen 20.–40. Lj. 16,4 ± 6,6 12,1 ± 7,9 [102]
Paris 49° männliche Jugendliche 23,4 ± 8,0 8,2 ± 2,8 [102]
Calgary (Alberta) 51° 27.–89. Lj. 28,6 ± 9,4 22,9 ± 8,5 [102]

Paris wurde als Vertreter mitteleuropäischer Verhältnisse bezüglich geografischer Breite, Nahrungsgewohnheiten und Supplementation in die Tabelle aufgenommen. Hier fällt insbesondere der äußerst niedrige Wert im Winter auf. Zu bedenken ist jedoch u. a. die Reduktion der UV-Strahlung durch Smog.
Die Auswirkung unterschiedlicher Hautpigmentierung wird am Beispiel aus Boston deutlich.

Geschichte[Bearbeiten]

Die Entdeckung von Vitamin D ist mit der Suche nach einem Heilmittel für Rachitis verknüpft.[118] Im Jahre 1919 konnte gezeigt werden, dass die Heilung von Rachitis durch Bestrahlung mit künstlich erzeugtem UV-Licht möglich ist,[119] zwei Jahre später wurde dies ebenfalls durch die Bestrahlung mit normalem Sonnenlicht nachgewiesen.[120] Unabhängig von diesen Erkenntnissen war etwa zeitgleich der britische Arzt Sir Edward Mellanby davon überzeugt, dass Rachitis durch ein Ernährungsdefizit ausgelöst werde und konnte ebenfalls 1919 an Experimenten mit Hunden zeigen, dass Rachitis durch Butter, Milch und insbesondere Lebertran geheilt werden konnte. Er hielt daraufhin das erst kurz zuvor in Lebertran entdeckte Vitamin A für den auslösenden Faktor. Es war bekannt, dass Vitamin A durch Oxidation zerstört wird. Lebertran verliert deshalb nach oxidativer Behandlung die Fähigkeit, Nachtblindheit zu heilen. So behandelter Lebertran war jedoch weiterhin in der Lage, Rachitis zu kurieren. Der Chemiker Elmer Verner McCollum (in Zusammenarbeit mit dem Kinderarzt John Howland) schloss daraus, dass ein weiterer Stoff, unabhängig vom bekannten Vitamin A, für diese Wirkung verantwortlich war.[121] Als das vierte gefundene Vitamin (nach den Vitaminen A, B und C) wurde es daraufhin „Vitamin D“ genannt.

Es gibt eine Initiative, den 2. November zum Vitamin-D-Tag zu erklären und damit darauf hinzuweisen, wie groß das Vitamin-D-Mangel-Problem weltweit ist.[122]

Handelsnamen[Bearbeiten]

Monopräparate: Calcimagon (D), Dekristol (D), Vigantoletten (D)

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

Weblinks[Bearbeiten]

 Wikibooks: Vitamin D-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien
 Wikibooks: Gallensäuren-Stoffwechsel – Lern- und Lehrmaterialien

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c Cholecalciferol in der Hazardous Substances Data Bank, abgerufen am 29. Juli 2012.
  2. a b Eintrag aus der CLP-Verordnung zu CAS-Nr. 67-97-0 in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA (JavaScript erforderlich).
  3. a b Eintrag zu Colecalciferol in der GESTIS-Stoffdatenbank des IFA, abgerufen am 9. April 2011 (JavaScript erforderlich)
  4. Seit 1. Dezember 2012 ist für Stoffe ausschließlich die GHS-Gefahrstoffkennzeichnung zulässig. Bis zum 1. Juni 2015 dürfen noch die R-Sätze dieses Stoffes für die Einstufung von Zubereitungen herangezogen werden, anschließend ist die EU-Gefahrstoffkennzeichnung von rein historischem Interesse.
  5. Albert Gossauer: Struktur und Reaktivität der Biomoleküle, Verlag Helvetica Chimica Acta, Zürich, 2006, S. 152, ISBN 978-3-906390-29-1.
  6. a b E. Giovannucci, Y. Liu, B. W. Hollis, E. B. Rimm: 25-hydroxyvitamin D and risk of myocardial infarction in men: a prospective study. In: Archives of internal medicine. Band 168, Nummer 11, Juni 2008, S. 1174–1180, ISSN 1538-3679. doi:10.1001/archinte.168.11.1174. PMID 18541825. PMC 3719391 (freier Volltext).
  7. M.F.R. Sowers, C.A. Gadegbeku: Vitamin D deficiency in younger women is associated with increased risk of high blood pressure. American Heart Association, Abstract P253K, Chicago, September 2009.
  8. a b c S. E. Judd, V. Tangpricha: Vitamin D deficiency and risk for cardiovascular disease. In: Am J Med Sci. 338, Nr. 1, 2010, S. 40–44. PMID 19593102.
  9. a b c H. Dobnig, S. Pilz, H. Scharnagl, W. Renner, U. Seelhorst, B. Wellnitz, J. Kinkeldei, B. O. Boehm, G. Weihrauch, W. Maerz: Independent association of low serum 25-hydroxyvitamin d and 1,25-dihydroxyvitamin d levels with all-cause and cardiovascular mortality. In: Archives of internal medicine. Band 168, Nummer 12, Juni 2008, S. 1340–1349, ISSN 1538-3679. doi:10.1001/archinte.168.12.1340. PMID 18574092.
  10. Jorge N Artaza, Rajnish Mehrotra, Keith C Norris: Vitamin D and the cardiovascular system. In: Clinical Journal of the American Society of Nephrology. 4, Nr. 9, 2009, S. 1515–1522. doi:10.2215/CJN.02260409. PMID 19696220. Abgerufen am 8. August 2010.
  11. Maturitas 65, 2010, 225, zitiert nach Ärzte-Zeitung, 24. Februar 2010, S. 4.
  12. Zitiert nach Ärzte-Zeitung, 9. Juli 2008, S. 1
  13. P. Brøndum-Jacobsen, M. Benn, G. B. Jensen, B. G. Nordestgaard: 25-hydroxyvitamin d levels and risk of ischemic heart disease, myocardial infarction, and early death: population-based study and meta-analyses of 18 and 17 studies. In: Arteriosclerosis, Thrombosis, and Vascular Biology Band 32, Nummer 11, November 2012, S. 2794–2802, ISSN 1524-4636. doi:10.1161/ATVBAHA.112.248039. PMID 22936341.
  14. P. Szodoray et al.: The complex role of vitamin D in autoimmune diseases. In: Scand J Immunol. 68, Nr. 3, 2008, S. 261–269. PMID 18510590.
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  16. A. J. Joseph et al.: 25 (OH) vitamin D level in Crohn’s disease: association with sun exposure & disease activity. In: Indian J Med Res. 130, Nr. 2, 2009, S. 133–137. PMID 19797809.
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