Vitamin D3 -Das Sonnenvitamin

Calciferole

 

Unter Vitamin D versteht man eine Gruppe verschiedener fettlöslicher Vitamine, deren Wirkungsbereich hauptsächlich in der Regulierung des Kalziumhaushalts liegt. Eigentlich sind es keine Vitamine, sondern Steroid-Verbindungen.

 

Die wichtigsten Vertreter sind:

  • Vitamin D1: Verbindung von Ergocalciferol (D2) und Lumisterol, 1:1 (kommt in den Pflanzen vor)
  • Vitamin D2: Calciferol, genauer: Ergocaciferol (synthetisiert aus Ergosterol)
  • Vitamin D3: Cholecalciferol, welches in tierischen Organismen vorkommt, sowie dessen Stoffwechselprodukte 25-D3 = 25-Hydroxy-Cholecalciferol (Calcidiol) und 1,25-D3 = 1,25-Dihydroxycholecalciferol (Calcitriol)
  • Vitamin D4: 22,23-Dihydroergocalciferol (gesättigte Form von Vitamin D2)
  • Vitamin D5: Sitocalciferol (synthetisiert aus 7-Dehydrositosterol)

 

Vitamin D3

 

1. Synthese

Frühere Autoren waren der Meinung, die Synthese von Vitamin D würde im Darm Epithel starten und zwar durch Oxidation von Cholesterin aus der Nahrung oder Galle zu dem Pro-Vitamin D3 (7-Dehydrocholesterol =7-DHC), welches, gebunden an Carrier, über die Blutbahn zur Haut transportiert wird. Dort, vor allem im Stratum spinosum und Stratum spinale, wird es in den Keratinozyten durch Photolyse mit UVB-Licht der Wellenlängen 280-315 nm (Maximum bei 298 nm; bei 310 nm werden nur noch 22% des Maximalwertes erreicht, und bei 320 nm resultieren lediglich 0,44% des Maximalwertes) in das instabile Cholecalciferol (Prä-Vitamin D3) isomerisiert.

Kontroverse: Mittlerweile gelang sowohl in vitro (Schuessler et al., 2001) als auch in vivo (Lehmann et al., 2003) der Nachweis, dass humane Keratinozyten über einen autonomen Vitamin-D- Stoffwechsel verfügen. Campell und Farrel kommen 2009 in ihrem Textbuch zu ähnlicher Ansicht. Nach ihrer Meinung würde der gemessene Wert am im Blut zirkulierendem 7-DHC niemals ausreichen, um die erforderlichen Mengen Cholecalciferol in der Haut zu synthetisieren. Sie glauben daher, dass spezialisierte Keratinozyten der Epidermis das 7-DHV aus Acetyl-CoA selber herstellen.

Wie auch immer, unbestritten ist, dass aus 7-DHC in der Haut durch Sonneneinstrahlung Cholecalciferol entsteht. Die Quantität hängt neben der Wellenlänge des Lichts jedoch auch vom Sonneneinfallswinkel, vom Wetter, der Luftverschmutzung und dem Ozongehalt der Luft ab. Ebenso spielen individuelle Faktoren eine Rolle. Siehe dazu unten.

Anmerkung: Da zur 7-DHC-Bildung Cholesterin benötigt wird, ist zu bedenken, dass es z.B. durch Cholesterin senkende Maßnahmen zu einer Verringerung der 7-Dehydrocholesterol-Produktion kommen kann. Gerade alte Menschen nehmen auf ärztlichen Rat hin Cholesterin senkende Medikamente ein.

Das synthetisierte Cholecalciferol gelangt dann in das Blut, wo es, vor allem an das Vitamin-D-bindende Protein (DBP) gebunden, zur Leber transportiert wird und in den dortigen Mitochondrien durch das Enzym Vitamin-D-25-Hydroxylase zu Calcidiol (25-OH-Vitamin-D3) hydroxyliert wird. In dieser inaktiven Form, die der Speicherung (Halbwertzeit 19 Tage) dient, zirkuliert es über die Blutbahn, gebunden am Transportmolekül DBP. 

Erst in einem weiteren Umwandlungsschritt entsteht vor allem in der Niere aus Calcidiol mit Hilfe des Enzyms 1-alpha-Hydroxylase die aktive Form, das Steroidhormon Calcitriol, auch 1,25-Dihydroxycholecalciferol (1,25(OH)2D3 ) genannt. Calcitriol ist die physiologisch aktive Form des Prohormons Vitamin D3. Nahezu alle Zellen im Körper sind mit spezifischen Rezeptoren, den Vitamin-D-Rezeptoren (VDR) ausgestattet, über die Calcitriol zahlreiche Vorgänge in der Zelle steuert.

Zusammen mit dem Parathormon (PTH), das in den Nebennieren gebildet wird, reguliert das Calcitriol den Kalzium-Spiegel (Kalziumhomöostase) im Blut. Aber auch in anderen Geweben, in denen der Vitamin-D-Rezeptor exprimiert wird (z.B. Herz, Magen, Pankreas, Prostata, Hypophyse, Brustdrüse, Gehirn, Haut, Gonaden, aktivierte T- und B-Lymphozyten, Myozyten, Melanozyten), erfüllt Calcitriol eine Reihe wichtiger Funktionen, deren Erforschung erst am Anfang steht.

 

2. Funktionen von Vitamin D3

 

Kalziumhaushalt

Kalziumhomöostase: Vitamin D hat zusammen mit Kalzium einen entscheidenden Einfluss auf den Knochenstoffwechsel. Es steigert die Kalzium-Absorption aus dem Darm, vermindert die Kalziumausscheidung über die Niere, steigert die Bildung, Reifung und Aktivität der Knochenzellen, aktiviert die Osteoklasten und reguliert die Kalzium-Mineralisierung des Knochens.

Muskulatur

Zudem verbessert Vitamin D die Kalziumaufnahme in den Muskelzellen und fördert damit deren Kontraktionsfähigkeit. Es soll die Neubildung (nach Absterben/ Verlust) ebenso positiv beeinflussen wie die Regeneration (nach Schädigung). Diskutiert wird zudem eine bessere Sauerstoffaufnahme in die Zellen. Die genannten Effekte können in der Summe auch zur Förderung der Muskelkraft beitragen.

Hormonsystem

Vitamin D3 fördert die Sekretion von Insulin, der Schilddrüsenhormone und des Parathormons. Es trägt zur Steuerung des Enzyms Tyrosin-Hydroxylase in den Nebennieren bei, welches die Produktion der Neurotransmitter Dopamin, Adrenalin und Noradrenalin reguliert. Diese Neurohormone beeinflussen Stimmung, Vitalität und das körpereigene Stress-Management. Liegt nicht ausreichend Vitamin D vor, schütten die Nebennieren verstärkt diese Hormone aus, was zu Erschöpfungszuständen und chronischer Müdigkeit führen kann. 

 

Vitamin D3

 

Depression

In bestimmten Bereichen des Gehirn, die für Depressionen relevant sind, befinden sich Andockstellen für Vitamin-D-Rezeptoren. Daraus lässt sich folgern, dass Vitamin D bei der Entstehung sowie der Verstärkung von Depressionen und chronischer Müdigkeit beteiligt ist. Menschen, die über einen längeren Zeitraum einen Vitamin-D-Spiegel von unter 20 ng/ml aufweisen, haben ein vierfach höheres Risiko, an einer Depression zu erkranken. Eine niedrige Vitamin-D-Konzentration soll mit die Hauptursache für die sogenannte Winterdepression sein. Man rechnet, dass ca. 20 % der Deutschen unter Winterdepression leiden. Darüber hinaus scheint eine Vitamin-D-Substitution auch bei schweren Depressionen hilfreich zu sein, hier vor allem bei der Altersdepression oder im Rahmen einer neurodegenerativen Erkrankung, wie z. B. der Multiplen Sklerose. 

Zellproliferation

Neben der Kalziumhomöostase ist eine der wichtigsten biologischen Funktionen des Vitamin-D seine Fähigkeit, hypertrophes Zellwachstum zu regulieren und Zelldifferenzierungen zu induzieren. Dabei ist die Wirkung des Vitamin-D stark abhängig von der Dosis. In niedrigen Dosierungen führt es zur Proliferation von Kerationozyten. In höheren Dosen wird deren Proliferation dagegen gehemmt. Diese Wirkung ist in gesunden wie in erkrankten Zellen (Krebszellen) nachgewiesen. Gerade bei Brustkrebs, Melanom (schwarzer Hautkrebs) und Osteosarkom gehört die Therapie mit Vitamin D3 mittlerweile zum Standard. Da Vitamin D3 die Geschwindigkeit der Melaninsynthese erhöht, entsteht ein Schutz gegen Hautkrebs.

Immunsystem

Zahlreiche klinische Doppelblind-Studien mit insgesamt 11 000 Teilnehmern belegen, dass das Risiko für Atemwegsinfekte bei Vitamin-D-Mangel durch Vitamin-D-Gabe um 70 % gesenkt wird. Dies liegt an der

immunmodulierende Wirkung des Vitamin D3 auf Monozyten (Makrophagen), T- und B-Lymphozyten und Langerhanssche Zellen. Man geht davon aus, dass diese Zellen nicht nur Vitamin-D-Rezeptoren besitzen, sondern auch selbst in der Lage sind, Calcitriol zu bilden (Van Etten et al., 2003). Werden Makrophagen durch ein infektiöses Antigen aktiviert, steigert dieses Signal die Neubildung von Vitamin D-Rezeptoren in der Zelle. Gleichzeitig stimuliert die Makrophagen-Aktivierung die Umwandlung von Calcidiol in dessen aktive Form Calcitriol. Letzteres wandert an den Zellkern und initiiert dort die Bildung antimikrobiell wirkender Peptide wie Cathelicidine und Defensine, die Grenzflächen von Haut und Schleimhaut vor mikrobiellen Invasoren schützt.

Im Gegensatz zu Makrophagen exprimieren T-Zellen nur nach Aktivierung Vitamin D-Rezeptoren. Calcitriol beeinflusst nach Bindung an diese Rezeptoren die Funktion der T-Lymphozyten auf unterschiedliche Weise. Einmal vermindert es die Proliferation der T-Zellen durch Hemmung der Interleukin 2-Bildung. Des weitern hemmt es die Gamma-Interferon-Bildung und eine vermehrte Bildung der entzündungshemmenden Interleukine IL-4, IL-10 und IL-13.

Weiterhin besitzt Calcitriol einen regulierenden Einfluss auf B-Lymphozyten und deren Immunglobulin-Synthese.

Nach einer Studie des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) mit 9548 Patienten, konnten 41 Prozent der Todesfälle durch Atemwegserkrankungen innerhalb eines Zeitraums von 15 Jahren auf eine unzureichende Vitamin-D-Versorgung zurückgeführt werden.

Gleichzeitig schützt Vitamin D3 vor einer Überreaktion des Immunsystems (Zytokinsturm).

 

Untersuchungen bezüglich der Auswirkungen einer Supplementierung von Vitamin D3 auf eine COVID-19-Erkrankung

In Frankreich führte ein Supplementierung mit Vitamin D bei ca. 88-Jährigen in Altenheimen zu einer Risikoreduzierung an COVID-19 zu erkranken um 93 Prozent.

Auch eine Studie im med. Zentrum an der Uni Heidelberg ergab bei einem Vitamin D-Mangel einen schweren Verlauf der Krankheit COVID-19 und das 18-fache Risiko für einen tödlichen Verlauf. 

In einer israelischen Studie (Eugen Merzon, Dimitry Tworowski et al. 28.08.2020) konnte gezeigt werden, dass COVID-19-Patienten häufiger einen Vitamin D-Mangel aufweisen als die Durchschnittsbevölkerung und dann auch schwerer erkrankten als Patienten mit Blutspiegeln im Referenzbereich.

Wie oben bereits erwähnt, erhöht Vitamin D die Geschwindigkeit der Melaninsynthese. Zwischenprodukte des Melanins sind wie auch die 1-α-Hydroxylase (siehe oben) in der Lage, das Wirtsprotein „Furin“, der Türöffner für das Coronavirus, in seiner Produktion zu hemmen und somit die Verbreitung des Virus in der Lunge zu verhindern.

Eine spanische Studie kommt zu dem Schluss, dass hochdosierte Gaben von Vitamin D den Krankheitsverlauf der 76 an COVID-19 erkrankten Patienten sehr positiv beeinflusst hat. Von 50 Patienten, die Vitamin D erhielten, musste nur 1 Patient auf der Intensivstation behandelt werden, von den 26 Patienten, die kein Vitamin D bekamen, dagegen die Hälfte.

In einer Meta-Analyse mit 1.368 Patienten an COVID-19 erkrankten Personen wurde bei den Patienten mit einem niedrigen D3-Blutspiegel ein schwererer Krankheitsverlauf beobachtet als bei denen mit höheren Vitamin D3-Spiegeln.

 

Radikalfänger

Vitamin D3 wirkt zwar nicht per se antioxidativ, scheint aber dennoch als Fänger von Radikalen in der Haut zu fungieren, die durch Bestrahlung mit UV-Licht entstehen. Vitamin D3 schützt damit selbst seine Synthese in den Keratinozyten. Ein sehr effektiver Selbstschutz der Haut gegen die schädigende Wirkung von UV-Strahlen ist zusätzlich die Einlagerung von Melanin in die Epidermis. Nachteil bei dunkelhäutigen Personen, deren Keratinozyten durch den sehr hohen Melanin-Anteil weniger UV-Licht erhalten (siehe unten).

Damit zutun haben könnten auch die Ergebnisse einer britischen Studie, der zufolge eine Unterversorgung mit Vitamin D häufig mit einer krankhaft nachlassenden Gehirnleistung im Alter verbunden sei. 

Herz-Kreislauf

Gemäß den Befunden mehrerer Studien in England ist Bluthochdruck deutlich mit einem schlechten Vitamin D-Status assoziiert. Zu den gleichen Ergebnissen kommen Untersuchungen der US-Studie NHANES, die einen signifikanten Zusammenhang zwischen der kardiovaskulären Mortalität von Hypertonikern und dem Vitamin-D-Spiegel ergaben.

Eine dänische Doppelblindstudie an 92 Hypertonikern mit einen Vitamin-D-Mangel, ergab nach einer Supplementation von 3.000 IE Cholecalciferol/d über 20 Monate, eine Senkung des 24-Stunden-Blutdruckes um 3,7/2,7 mmHg.

 

Gewichtsreduzierung

Ebenfalls eine dänische Studie ergab bei fettleibigen Personen einen positiven Einfluss auf die Gewichtsreduzierung, allerdings in Verbindung mit einer ausgewogenen, moderat hypokalorischen Diät (nicht dass der Leser glaubt, er schluckt Vitamin D3 und nimmt allein dadurch ab). Die Teilnehmer mit einer monatlichen Suppstitution von 25.000 I.E. verloren durchschnittlich 3,8 kg in sechs Monaten, die in der Gruppe mit 100.000 I.E. /Monat dagegen 5,5 kg im selben Zeitraum. Die Kontrollgruppe ohne Vitamin D3-Gaben verloren im Schnitt nur 1,2 kg.

 

 

 

3. Versorgung und Dosierung

Eigentlich entstehen unter normalen Bedingungen nur selten Vitamin-D-Mangelzustände. Eigentlich!

Vor allem dann nicht, wenn man sich häufig draußen aufhält, sich der Sonneneinstrahlung mit Bedacht aussetzt und sich nicht ausschließlich vegetarisch oder vegan ernährt.

Da sich die Lebensgewohnheiten jedoch massiv geändert haben, zeigt sich generell ein Vitamin D-Mangel. Einer Studie aus dem Jahr 2016 zufolge haben 84 % der fast 56.000 europäischen Studienteilnehmer einen Vitamin D-Serumspiegel-Mangel.

(Cashman KD, Dowling KG, Skrabáková Z et al.: Vitamin D deficiency in Europe: pandemic? Am J Clin Nutr 2016; 103: 1033–44)

Und in Deutschland weisen ca. 60 % der Bevölkerung eine unzureichende Vitamin D-Versorgung auf.

Zur Feststellung eines Mangels wird der Blutspiegel von Calcidiol gemessen und zwar in Nanomol (nmol/l). Liegt dieser Anteil unter 30 nmol/l im Blutserum, spricht man von einem Mangel. Ideal ist ein Wert von über 50 nmol/l. Um die gewünschte Konzentration von 50 nmol/l im Blut zu erreichen, gibt die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) als Referenzwert für die Vitamin D-Zufuhr, unter der Annahme einer fehlenden körpereigenen Bildung, 20 µg  (800 IE) Vitamin D pro Tag an. Öfters wird auch die Bezeichnung ng/ml verwendet (50 nmol/l = 20 ng/ml)

Werte unter 11 ng/ml bedeuten eine ernste Rachitisgefahr für Kleinkinder und Säuglinge

Werte unter 20 ng/ml bedeuten einen langfristig relevanten Vitamin-D-Mangel 

Werte zwischen 30–60 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.

Werte über 280 ng/ml führen zu ernsthaften Störungen in der Calciumhomöostase

Zu bedenken ist außerdem, dass der 7-Dehydrocholesterolgehalt der Haut mit dem Alter (ab 60) sinkt , und zwar um den Faktor 3 im Vergleich zu einem 20-jährigen Menschen. Während für einen jungen hellhäutiger Menschen 10-12 Minuten in der Sonne ausreichen, um 10.000 bis 20.000 IE Cholecalciferol zu bilden, benötigt ein dunkelhäutiger Mensch 120 Minuten. Genauer gesagt, eine Person mit Hauttyp 5/6 benötigt die 10- 50-fache Dosis an UV-Strahlung, um die gleiche Menge Vitamin-D zu produzieren wie eine Person mit Hauttyp 2/3. 

Gerade ältere Menschen gehen nicht mehr so oft in die Sonne, was ein Problem darstellt, denn die Zufuhr an Vitamin D3 über die Nahrung deckt in der Regel nicht mehr als 20 Prozent des Bedarfs. Das betrifft vor allem diejenigen, die in Pflegeheimen leben. Zudem reduziert sich ab dem 70. Lebensjahr die Vitamin D-Synthese in der Haut um etwa 75 Prozent.

Aber selbst bei jungen, aktiven Erwachsenen ist ein Vitamin-D Mangel weit verbreitet – durch unsere Lebensgewohnheiten steigend. So ergaben Untersuchungen, dass 36 Prozent des medizinischen Personals in einer Bostoner Klinik im Alter zwischen 18 und 29 Jahren am Ende des Winters einen Vitamin-D Mangel aufwiesen. Ergebnisse in Deutschland zeigten, dass in den Wintermonaten bis zu 80 Prozent der Bevölkerung mit Vitamin D unterversorgt sind.

 

Weitere Ursachen für eine Unterversorgung sind

– Niedrige kutane 7-DHC-Konzentration (Cholesterinsenker!), 

– hohes Lebensalter, 

– Fettleibigkeit,

– starkes Rauchen,

– Krankheiten (Nierenschäden, Lebererkrankungen, Morbus Crohn u.a.),

– Medikamente (Spasmolytika, Glukokortikoide, Immunsuppressiva, HIV-Medikamente)

– Sonnencremes,

– Einfallswinkel der Sonnenstrahlen: Fallen die Sonnenstrahlen nahezu senkrecht auf die Haut, können bei wolkenlosem Himmel pro Tag bis zu 20.000 IE Vitamin D entstehen. Im Winter ist das nicht der Fall, denn da fallen die Sonnenstrahlen derart flach auf die Erde, so dass nur wenige UVB-Photonen die Erdoberfläche erreichen. Davon sind vor allem Regionen oberhalb des nördlichen und südlichen 35. Breitengrades betroffen. Die Skandinavier müssten demnach alle einen Vitamin D Mangel haben, haben sie aber nicht. Dies liegt wohl an ihrer Ernährung, deren wesentlicher Bestandteil aus Fisch (Lebertran) und Schafinnereien besteht.

– Schlechte Bioverfügbarkeit von in der Nahrung vorkommendem Vitamin D, die bei ungefähr 50 Prozent liegt und noch verringert wird durch Phytine (in Getreideprodukten), Alkohol, hoher pH-Wert im Darm sowie einer gestörten Fettverdauung.

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung empfahl bisher für Senioren eine Zufuhr von mindestens 10 µg Vitamin D (= 400 IE) pro Tag. Diese Menge reicht jedoch nicht aus, eine bestehende Mangelsituation auszugleichen, insbesondere nicht bei älteren Personen. Um einen Mangel auszugleichen wird daher eine Supplementation von 400 bis 2.000 IE empfohlen. Seit 2011 wurde der Minimalwert auf eine tägliche Zufuhr von 20 µg (=800 IE) neu festgelegt.

Polen geht da noch höher und empfiehlt bei 65 – 75 Jährigen  800 – 2.000 IE / d. Sind diese übergewichtig, steigt die Empfehlung auf 1.600 – 4.000 IE / d.

Und bei > 75 Jährigen  2.000 bis 4.000 IE / d. Sind diese Personen übergewichtig, steigt die Empfehlung auf 4.000 – 8.000 IE / d.

Auch Dänemark empfiehlt generell, dass über 70-jährige täglich 800 IU Vitamin D3 einnehmen sollen.

Anmerkung: 40 Internationale Einheiten (IE) Vitamin D3 entsprechen einem Mikrogramm (µg) Vitamin D3.

Toxizität: Die Europäische Behörde für Lebensmittelsicherheit (EFSA) gibt für Erwachsene eine tolerierbare Gesamtzufuhr an Vitamin D3/d von 100 µg (4000 IE) an. Die amerikanische Endokrinologische Gesellschaft hält sogar eine Zufuhr von bis zu 250 µg Vitamin D3 pro Tag (10.000 IE) beim gesunden Erwachsenen für unbedenklich.

Eine starke Überdosierung über einen langen Zeitraum erhöht die Kalzium-Spiegel im Blut und kann zu Kalziumeinlagerungen in verschiedenen Organen (Nieren, Herz, Lungen, Muskeln, Sehnen) führen. In solchen Einzelfällen sind darüber hinaus Symptome wie Übelkeit, Erbrechen, Appetitlosigkeit, verstärktes Durstgefühl und Herzrhythmusstörungen beschrieben worden.

Tipp: Hochdosiertes Vitamin D sollte man immer mit Magnesium einnehmen, denn dies ist zur Verstoffwechslung von Vitamin D3 wichtig.

 

Vitamin D-Gehalte in Lebensmitteln

Vitamin D3

Aus den 1950er Jahren

Lebensmittel je 100 g Vitamin D- Gehalt in µg
Lebertran 330
Dorschleberöl 210
Hering 31
Aal, geräuchert 22
Lachs 16
Rollmops 12
Sardine 11
Avocados 6
Thunfisch 4,2
Eier 2,9
Champignons 1,9
Kabeljau 1,3
Rahm-Camenbert 0,63
Rindsleber 1,9
Geflügel 0 – 1,69

 

 

Einzelnachweise

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  3. Holick, M.F.: Environmental factors that influence the cutaneous production of vitamin D. On: Am J Clin Nutr. Band 61 (3 Suppl), 1995, S. 638S–645S.
  4. Holick, M.F.: Vitamin D: Physiology, Molecular, Biology an Clinical Applications, Boston 2010
  5. Wissenschaftlicher Lebensmittelausschuss der Europäischen Kommission: Opinion of the Scientific Committee on Food on the Tolerable Upper Intake Level of Vitamin D. 2002
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