Vitamin D – Biofaktor für Knochenstoffwechsel, Muskulatur und Immunsystem

Vitamin D ist als fettlösliches Vitamin an zahlreichen Prozessen im Organismus beteiligt und besitzt neben dem Vitamincharakter hormonelle Wirkungen. Insbesondere für den Mineralhaushalt und die Knochenmineralisierung benötigt der Körper ausreichende Mengen dieses Biofaktors. Über die Nahrung werden nur geringe Mengen Vitamin D aufgenommen, der weitaus größte Vitamin D-Anteil wird in der Haut unter dem Einfluss von UV-B-Strahlung selbstständig gebildet. Die Vitamin D-Versorgung in Deutschland gilt als unzureichend: Fast 62 % der Bevölkerung weisen zu geringe Serumkonzentrationen an Vitamin D auf1. Bei einer unzureichenden Vitamin D-Versorgung über die Ernährung und durch UV-B-Strahlung ist eine Vitamin D-Supplementierung zur Deckung des täglichen Bedarfs notwendig.

Zufuhr-Empfehlungen und Versorgungslage

Laut Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) benötigen gesunde Personen folgende Tagesmengen des Biofaktors:

Alterempfohlene Vitamin D-Zufuhr bei fehlender endogener Synthese in µg/Tag
(1 µg = 40 Internationale Einheiten (IE); 1 IE = 0,025 µg)
Säuglinge bis 12 Monate10 µg/Tag
Kinder und Jugendliche20 µg/Tag
Erwachsene bis 65 Jahre und Senioren20 µg/Tag
Schwangere und Stillende20 µg/Tag

Laut der Nationalen Verzehrsstudie II3 liegt die mittlere tägliche Zufuhr von Vitamin D bei Männern bei 2,9 µg/Tag und bei Frauen bei 2,2 µg/Tag und somit sowohl bei Männern als auch bei Frauen weit unter den Zufuhr-Empfehlungen der DGE.

Da Vitamin D lediglich in fettem Fisch in ausreichender Menge zu finden ist, ist die empfohlene Tagesdosis von 20 µg bzw. 800 IE für Kinder, Jugendliche und Erwachsene allein über die Ernährung nicht zu gewährleisten. Die Vitamin D-Versorgung muss weitgehend über die endogene Synthese und/oder über die Einnahme eines Vitamin D-Präparates sichergestellt werden. Lediglich bei häufiger und regelmäßiger Sonnenbestrahlung kann die gewünschte Vitamin D-Tagesdosis ohne Supplemente erreicht werden.
Die Vitamin D-Versorgung gilt als gesichert, wenn die Serumkonzentration der Speicherform des Vitamin D, Calcidiol =25(OH)D, bei einem Wert über 50 nmol/l liegt. Nach Auswertungen des Robert Koch-Instituts (RKI) sind 30,2 % der Erwachsenen in Deutschland mangelhaft mit Vitamin D versorgt, da bei ihnen Serumkonzentrationen von unter 30 nmol/l vorliegen. Der Anteil der nicht ausreichend (< 50 nmol/l) oder mangelhaft (< 30 nmol/l) mit Vitamin D versorgten Frauen nimmt mit dem Alter weiter zu. Bei Männern nimmt in der Altersgruppe der 65–79-Jährigen die Zahl der mangelhaft (26,6 %) und nicht ausreichend (36,0 %) Versorgten mit dem Alter etwas ab.

In Deutschland zählen Schwangere und stillende Frauen, Säuglinge sowie ältere Menschen zu den Risikogruppen für einen Vitamin D-Mangel.

In der Schwangerschaft ist eine ausreichende Vitamin D-Versorgung wichtig für die Entwicklung des Fetus. Laut Untersuchungen weisen jedoch 98 % der Schwangeren im Winter Vitamin D-Serumkonzentrationen unterhalb der von der DGE empfohlenen 50 nmol/l auf, und selbst im Sommer unter dem Einfluss der UV-Strahlung liegt die Quote noch bei 49 %4.

Eine andere Studie konnte belegen, dass bei 77 % der stillenden Frauen nach der Geburt Vitamin D-Spiegel unter 50 nmol/l vorlagen5. Zu ähnlichen Ergebnissen kam eine aktuelle Untersuchung, wonach rund 50 % der stillenden Frauen Vitamin D-Serumspiegel unter 50 nmol/l aufwiesen und somit suboptimal versorgt waren. Bei 27 % der Frauen konnte sogar ein Vitamin D-Mangel mit Werten unter 25 nmol/l festgestellt werden. Stillende Frauen litten viermal häufiger unter einer Vitamin D-Unterversorgung als nicht stillende Frauen6. Während der Stillzeit wirken sich Supplementationen der Mutter daher günstig auf den Vitamin D-Status des Säuglings aus. Eine Studie zeigte, dass tägliche Gaben von 5.000 IE des Biofaktors die Vitamin D-Konzentrationen der Muttermilch und damit auch die des gestillten Säuglings verbesserten7.

Da Säuglinge keiner direkten Sonnenbestrahlung ausgesetzt werden sollten, weil bei ihnen der hauteigene Schutzmechanismus noch nicht ausgebildet ist, und aufgrund der oben erwähnten Vitamin D-Unterversorgung stillender Frauen gehören Säuglinge ebenfalls zu den Risikogruppen eines Vitamin D-Mangels. Aus diesem Grund empfiehlt die DGE eine Rachitisprophylaxe sowohl für nicht-gestillte als auch gestillte Säuglinge durch Vitamin D-Supplemente ab der 1. Lebenswoche bis zum Ende des 1. Lebensjahres. Im 2. Lebensjahr sollte die Rachitisprophylaxe zumindest in den Wintermonaten weiter durchgeführt werden.

Auch ältere Menschen leiden häufig unter einem Vitamin D-Mangel, da ab dem 60. Lebensjahr die körpereigene Vitamin D-Synthese stark abnimmt. Zum einen ist der Gehalt der Vitamin D-Vorstufe 7-Dehydrocholesterol in der Haut vermindert, zum anderen sinken Leber- und Nierenleistung, um aktives Vitamin D, das sogenannte Calcitriol (1,25(OH)2D3), zu bilden. Zudem sind ältere Menschen häufig pflegebedürftig und immobil und halten sich daher seltener im Freien auf. Zusätzlich nehmen viele Senioren weniger Vitamin D über die Nahrung auf. Von daher ist bei älteren Menschen häufig eine Supplementierung des Biofaktors angezeigt8.

Diese Ursachen können zu einem Vitamin D-Mangel führen

Knapp 62 %  der Bevölkerung sind nicht ausreichend mit Vitamin D versorgt. Die möglichen Ursachen für einen Vitamin D-Mangel sind vielfältig und werden durch eine verminderte Synthese und/oder Zufuhr sowie einen erhöhten Bedarf des Biofaktors ausgelöst. Neben dem bereits erwähnten erhöhten Risiko für einen Vitamin D-Mangel bei Säuglingen, Schwangeren, Stillenden und Senioren kann es generell durch eine ungenügende Sonnenexposition, z. B. durch Sonnenschutzmittel und im Freien, zu einer ungenügenden Vitamin D-Synthese über die Haut kommen. Die Vitamin D-Eigensynthese ist auch bei Menschen mit dunkler Hautfarbe vermindert, da die Konzentration des Pigments Melanin erhöht ist. Dieser körpereigene Farbstoff wirkt wie ein Sonnenschutz, wodurch weniger UV-B-Strahlung durch die Haut dringen kann. Insbesondere wenn Menschen mit dunkler Haut in höheren Breitengraden leben, kann der Bedarf an Vitamin D erhöht sein. Auch bei einer vollständigen Bedeckung der Haut mit Kleidung ist die Vitamin D-Eigensynthese in der Haut eingeschränkt, wodurch ein Vitamin D-Mangel entstehen kann9,10.
Zudem kann die Vitamin D-Resorption durch chronische Malabsorptionssyndrome vermindert sein, z.B. bei Mukoviszidose, Morbus Crohn, Zöliakie und Lebererkrankungen. Bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz wird mehr Vitamin D über die Nieren ausgeschieden und weniger aktives Vitamin D gebildet, wodurch es ebenfalls zu einem Mangel des Biofaktors kommen kann. Auch die langfristige Einnahme von Arzneimitteln wie Antiepileptika, Sedativa, Glukokortikoiden, Protonenpumpeninhibitoren oder Zytostatika kann zu einer Vitamin D-Unterversorgung führen.
Nicht zuletzt kann ein Magnesiummangel einen Vitamin D-Mangel bedingen, da die beiden Biofaktoren synergistisch im Körper agieren: Einerseits ist der Mineralstoff Magnesium ein Cofaktor für die Umwandlung der inaktiven zur aktiven Vitamin D-Form, andererseits fördert Vitamin D die Magnesiumaufnahme im Dünndarm.

Physiologie – Knochenstoffwechsel, Muskulatur, Immunsystem

Vitamin D wird zu 80 bis 90 % über die Haut gebildet, nur ein geringer Teil wird aus der Nahrung aufgenommen. Die beiden wichtigsten Vitamin D-Vorstufen sind das unter UV-Strahlung gebildete oder über Nahrungsmittel tierischer Herkunft aufgenommene Vitamin D3 (Cholecalciferol) und das aus Lebensmitteln pflanzlichen Ursprungs stammende Vitamin D2 (Ergocalciferol). Beide Vorstufen werden über das Blut in die Leber transportiert und dort zu einer weiteren Zwischenform, dem 25(OH)D, Calcidiol, umgewandelt. Im nächsten Schritt wird in den Nieren die aktive, wirksame Vitamin D-Stufe, das sogenannte 1,25(OH)2D3 bzw. Calcitriol, gebildet.

Knochenstoffwechsel
Vitamin D beeinflusst neben den Hormonen Calcitonin und Parathormon den Calcium- und Phosphatstoffwechsel im Körper und ist damit ein wichtiger Faktor für die Knochenmineralisierung. Vitamin D fördert die Absorption und Rückresorption von Calcium und Phosphat in Darm und Niere. Gleichzeitig hemmt der Biofaktor Vitamin D die Ausschüttung des Parathormons und verhindert so den ungehemmten Calciumabbau aus dem Knochen. Ein Vitamin D-Mangel stört die Knochenmineralisierung und wirkt sich negativ auf die Knochengrundsubstanz und -festigkeit des Knochens aus.

Muskelstoffwechsel
Vitamin D unterstützt Muskelleistung sowie Schnellkraft und Koordinationsfähigkeit der Muskulatur. Untersuchungen konnten nachweisen, dass Menschen mit niedrigen Vitamin D-Blutspiegeln häufiger stürzen als Menschen mit einem ausreichendem Vitamin D-Blutspiegel11.

Immunsystem
Zudem ist Vitamin D wichtig für die Funktion und Regulierung des Immunsystems. In Zellen des Immunsystems befinden sich Vitamin D-Rezeptoren. So hat Vitamin D einen Einfluss auf die körpereigene Immunfunktion12.

Magnesiumhaushalt
Wie oben bereits erwähnt, wirken Vitamin D und Magnesium synergistisch13. Vitamin D benötigt Magnesium für seine Umwandlung in den aktiven Metaboliten Calcitriol. Andererseits unterstützt Vitamin D die Resorption von Magnesium im Dünndarm. Eine hohe Magnesiumzufuhr ist mit einem signifikant niedrigeren Risiko für einen Vitamin D-Mangel verknüpft. Aufgrund des Synergismus der beiden Biofaktoren sollte generell auf eine ausreichende Versorgung mit Vitamin D und Magnesium geachtet werden.

Autoimmunerkrankungen
Ergebnisse von Beobachtungsstudien zeigen vor allem in westlichen Ländern einen zunehmenden Anstieg von Autoimmunerkrankungen in den letzten Jahrzehnten. Bei Autoimmunerkrankungen wie z.B. Multipler Sklerose, Typ I Diabetes und Morbus Crohn kommt es zu einem Verlust der Immuntoleranz, wodurch der Organismus die Fähigkeit verliert, zwischen körpereigenen und körperfremdem Zellen zu unterscheiden. In Folge wird gesundes Gewebe angegriffen und zerstört14.
Bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen liegt häufig eine Unterversorgung an Vitamin D oder sogar ein Mangel vor. Vitamin D ist essentiell für die Funktion des angeborenen sowie des erworbenen Immunsystems. Daher wird ein möglicher Zusammenhang zwischen einer Vitamin D-Unterversorgung und dem Verlust der Immuntoleranz bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen diskutiert15. In einigen Studien wurde bereits die klinische Wirksamkeit einer Vitamin D-Supplementation bei Autoimmunerkrankungen untersucht. Obwohl in manchen Studien eine vorteilhafte Wirkung der Vitamin D-Supplementierung bei Autoimmunerkrankungen gezeigt wurde, gibt es auch Studien, in welchen keine Wirkung auf Krankheitsparameter festgestellt wurde. Ob eine Vitamin D-Supplementation ein therapeutischer Ansatz bei Autoimmunerkrankungen sein kann, muss demnach noch mit gut designten randomisierten, placebo-kontrollierten, multizentrischen klinischen Studien gezeigt werden.

Weiterhin konnten positive Effekte von Vitamin D auf das Herz-Kreislaufsystem, bei einigen Krebserkrankungen und Diabetes mellitus beobachtet werden16.

Folgen eines Vitamin D-Mangels

Wie aus der Physiologie ersichtlich, ist der Biofaktor Vitamin D an wichtigen körpereigenen Prozessen beteiligt. Eine Vitamin D-Unterversorgung kann zu folgenden Erkrankungen führen:

Rachitis bei Säuglingen und Kleinkindern
Im Kindesalter führt eine Vitamin D-Hypovitaminose zur Rachitis, einer Vitamin D-mangelbedingten Erkrankung des wachsenden Knochens. Der Vitamin D-Mangel führt zu erniedrigten Calciumkonzentrationen im Blut und gestörten hormonellen Prozessen, mit der Folge einer Störung des Knochenstoffwechsels. Es kommt zu einer Erweichung und Verformung der Knochen. Besonders betroffen sind Brustbein, Schädel und Wirbelsäule. Zudem kommt es zu neuromuskulären Störungen mit Muskelkrämpfen und herabgesetzter Muskelkraft.

Osteomalazie bei Erwachsenen
Bei Erwachsenen kann der Vitamin D-Mangel zur Osteomalazie führen, bei der es wie bei der Rachitis zu einer Demineralisation mit anschließender Erweichung und Verformung der Knochen kommt. Besonders betroffen sind die Wirbelsäule, der Brustkorb, die Beckenknochen und die Knochen der Extremitäten. Wie bei der Rachitis kommt es auch bei der Osteomalazie zu Muskelkrämpfen, muskulärer Schwäche und Knochen-Muskel-Schmerzen. Die Muskelfunktion ist bei Vitamin D-Konzentrationen unter 50 nmol/l beeinträchtigt, wodurch Menschen beispielsweise häufiger stürzen. So konnte eine Meta-Analyse nachweisen, dass die Supplementierung von 700 bis 1.000 IE Vitamin D täglich die Anzahl der Stürze von über 65-Jährigen signifikant um 19 % reduzieren kann.

Osteoporose
Wenn die Knochendichte einen bestimmten Wert unterschreitet, spricht man von Osteoporose. Dem Verlust an Knochenmasse liegt ein Missverhältnis zwischen Knochenauf- und Knochenabbau zugrunde. Es wird mehr Knochenmasse durch die knochenabbauenden Osteoklasten abgebaut, als durch die knochenaufbauenden Osteoblasten neu gebildet werden kann. Es kommt zu Knochenschmerzen, Frakturen, insbesondere im Bereich von Wirbelsäule und Hüftgelenk, Rückenschmerzen und Minderung der Körperlänge.
Bei der Osteoporose spielt Vitamin D eine wichtige Rolle, da der Biofaktor zum einen den Calciumeinbau in den Knochen fördert und zum anderen die Calciumausscheidung über die Nieren vermindert. Anhand einer Studie konnte bewiesen werden, dass eine Einnahme von täglich 792 bis 2.000 IE Vitamin D das Risiko für Hüftfrakturen bei über 65-Jährigen um 30 % reduziert. Auch für andere Frakturen konnten ähnlich positive Ergebnisse beobachtet werden. Außerdem reduzierte die Vitamin D-Supplementierung die Frakturrate unabhängig von Geschlecht, Alter und Wohnsituation, das heißt auch ältere Menschen in Pflegeeinrichtungen profitierten von einer Vitamin D-Substitution17.
Daher muss im Rahmen einer Osteoporosebehandlung auf eine ausreichende Zufuhr an Vitamin D und Calcium geachtet werden. Auch der Magnesiumgehalt betroffener Patienten sollte überprüft werden, da Magnesium ebenfalls eine wichtige Rolle im Knochenstoffwechsel spielt.
Zudem kann eine Vitamin D-Supplementation die pharmakologische Wirkung der im Rahmen einer Osteoporosebehandlung eingesetzten Bisphosphonate verbessern18. Auch diesbezüglich sollten die synergistischen Effekte genutzt werden.

In diesen Nahrungsmitteln ist Vitamin D enthalten

Vitamin D ist nur in wenigen Lebensmitteln tierischen und pflanzlichen Ursprungs in nennenswerten Mengen enthalten. Erwähnenswert sind lediglich fettreiche Fische wie Hering (25 µg/100g), Lachs (16 µg/100g) und Sardine (11 µg/100g) sowie Leber (0,3–2,0 µg/100g), getrocknete Steinpilze (3,1 µg/100g) und Champignons (1,9 µg/100g). Milch, Milchprodukte und Eigelb enthalten in sehr geringen Mengen Vitamin D.

Generell kommt daher der Vitamin D-Versorgung über die Nahrung nur eine untergeordnete Bedeutung zu.

Welche Nebenwirkungen und Folgen einer Vitamin D-Überdosierung sind bekannt?

Für Erwachsene und Kinder ab 11 Jahren hat die Europäische Lebensmittelbehörde (EFSA) die tägliche Aufnahme von 100 µg bzw. 4.000 IE Vitamin D als sogenannten Tolerable Upper Intake Level (UL) bewertet. Diese Tagesdosis sei unproblematisch im Hinblick auf eine Überdosierung. Für Kinder zwischen einem und 10 Jahren gilt ein UL von 50 µg  bzw. 2.000 IE pro Tag, für Kinder unter einem Jahr von 25 µg bzw. 1.000 IE pro Tag19.

Erst die Einnahme sehr hoher Vitamin D-Dosen von mehr als 50.000 IE pro Tag kann zu Nebenwirkungen wie Hyperkalzämie (erhöhter Calciumspiegel im Blut) und Hyperkalzurie (erhöhter Calciumspiegel im Urin) führen20. Die Sorge um eine Förderung der Steinbildung ist im therapeutischen Bereich der Vitamin D-Supplementierung daher unbegründet.

Zu beachten

Vitamin D wird im Fettgewebe gespeichert und steht dem Körper dann nicht mehr zur Verfügung. Übergewicht erhöht auf diese Weise die Gefahr eines Vitamin D-Mangels21. Bereits eine 10 %ige Gewichtszunahme führt zu einem Rückgang der Vitamin D-Spiegel um mehr als 4 %. Bei Übergewichtigen kann daher eine höhere Dosierung an Supplementen notwendig sein als bei Normalgewichtigen.

Quellen

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