Vitamin D

Zuletzt aktualisiert am: 15.05.2018

Autor: Prof. Dr. med. Peter Altmeyer

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Synonym(e)

Antirachitisches Vitamin; Calciferol, Vitamin D1, Vitamin D2, Ergocalciferol; Calcitriol; Cholecalciferol; Cholecalciferolum; Vitamin D3, Colecalciferol

Definition

Der Begriff Vitamin D ("Sonnenvitamin") ist als Sammelbezeichnung für eine Gruppe fettlöslicher Vitamine zu verstehen, die den Calcium- und Phosphathaushalt regulieren. Vitamin D besitzt darüberhinaus komplexe Hormon-artige Wirkung und weiterhin immunregulatorische Eigenschaften.

Alle steroidähnlichen Vertreter der Vitamin-D-Gruppe (Vitamin D1, Vitamin D2, Vitamin D3  gehören zu den Secosteroiden) unterscheiden sich lediglich durch ihre Seitenketten (s. Formeln von Vitamin D2/D3). Sie entstehen im Organismus aus ungesättigten Sterolen, verschiedenen Vitamin-D-Vorstufen  (D-Provitamine). 

Die einzelnen Vertreter der Vitamin-D-Gruppe sind in der Nahrung nur in minimalen Mengen vorhanden. Hingegen sind ihre Vorstufen, die D-Provitamine im Tier-und Pflanzenreich reichlich vertreten. Vitamin D1 kommt natürlich nicht vor. Vitamin D1 ist eine Molekülverbindung von Ergocalciferol und Lumisterol und ist ein unwirksames Nebenprodukt der Vitamin D2-Synthese.

So entsteht aus dem, v.a. im Pflanzenreich vorkommendem  Provitamin D2, dem Ergosterol, in der Haut unter UV-Bestrahlung Ergocalciferol, das Vitamin D2.  Aus dem v.a. in tierischen Geweben vorkommendem Provitamin D3, dem 7-Dehydrocholesterol (7-Dehydrocholesterol ist der wichtigste Vertreter der D-Provitamine) entsteht, ebenfalls in der Haut, unter UV-Bestrahlung das das Vitamin D3, das Colecalciferol . 7-Dehydrocholesterol kann aber auch vom Organismus selbst hergestellt werden. Beide D-Vitamine unterliegen soit dem selben Stoffwechselgang; sie sind gegenseitig austauschbar.

Die Haut, speziell die Epidermis,  spielt somit bei der  Vitamin-D- Synthese im Organismus eine entscheidende Rolle. Da UV-Strahlen die photosensiblen Provitamine in Stoffwechsel-aktive Verbindungen (D-Vitamine) überführt speichert der Organismus die Provitamine in den Epithelzellen, da nur dort UVB-Strahlen (UV-Spektrum: 290-320nm) wirksam sind. Somit werden auch die größten Konzentrationen an Provitamin D3 (7-Dehydrocholesterol) in der Epidermis und dort im Stratum spinosum und im Stratum basale nachgewiesen. In der Epidermis werden die Provitamine in die Vitamine der D-Gruppe überführt. Die weitaus wichtigste biologische Rolle der Vitamin-D-Gruppe spielt das Vitamin D3 (Colecalciferol) das unter UVB-Strahlung enzymatisch aus 7-Dehydrocholesterol gebildet wird.

Allgemeine Information

Der Vorgang der UV-induzierten Bildung der D-Vitamin läuft auch experimentell ab. Dies läßt sich am Beispiel des Provitamin D3 (7-Dehydrocholesterol) nachweisen.  Wird 7-Dehydrocholesterol einer natürlichen Sonnenbestrahlung ausgesetzt, so wird nach wenigen Minuten etwa 20% des 7-Dehydrocholesteroldes (Provitamin D3) zu Colecalciferol dem Vitamin D3 umgewandelt. Bei weiterer Bestrahlung bleibt in diesem experimentellen Ansatz die Konzentration des Vitamin D3 konstant. Vitamin D3 selbst ist ebenfalls ist photolabil und wird durch eine weitere UV-B-Bestrahlung zu physiologisch inaktiven Produkten (Lumisterol und zu Tachysterol) abgebaut. Verwendet man als Bestrahlungsquelle eine Schmalspektrum-UV-B-Lichtquelle (UV-Spektrum: 290 bis 300 nm) so wird sogar 65 % des ursprünglichen 7-Dehydrocholesterols in Vitamin D3 umgewandelt.  

Wird die Haut eines hellhäutigen nicht UV-vorbestrahlten hellhäutigen Kaukasiers ganzkörperbestrahlt, so produziert  sie innerhalb von 24 Stunden 10.000 bis 20.000 IE (250 µg bis 500 µg) Vitamin D3 . Eine für einen Tag ausreichende Vitamin-D3-Bildung der Haut ist nach einer 15-minütigen Sonnenexposition von Gesicht, Händen und Unterarmen ausreichend!

Bei dunkelhäutigen Menschen verringert der hohe Gehalt an Melanin in der Haut eine erfolgreiche Vitamin-D-Produktion. In nördlichen Breitengraden leiden daher Migranten dunklen Hauttyps nicht ganz selten an einem niedrigen Vitamin-D3-Spiegel (Powe CE et al.2013).

Im Alter sinkt der 7-Dehydrocholesterolgehalt der Epidermis kontinuierlich ab. Ferner nimmt beim Menschen im Alter auch die Fähigkeit der Haut, Vitamin D3 zu bilden ab (im Vergleich zu einem 20-jährigen Menschen etwa um den Faktor 3). Bei gleichzeitig geringer UV-Exposition können sich Indikationen für eine Vitamin-D-Substitution ergeben.

Das durch die Nahrung zugeführte bzw. das in der Haut gebildete Vitamin D3 wird im Blut an das Vitamin-D3-bindende-Protein (DBP, Transcalciferin) gebunden und zur Leber abtransportiert.

Vitamin D3 selbst ist funktionell inaktiv und wird erst in einem weiteren enzymatischen Schritt in der Leber oder in der Niere am C-Atom 25 zu 25-OH-D3 (Calcifediol, Calcidiol) hydroxyliert. Calcifediol ist die im Blut zirkulierende Form. Auch dieses Derivat ist noch weitgehend inaktiv. Die 2. Hydroxylierung zu dem hochwirksamen 1,25-Dihydroxycholecalciferol (Calcitriol; s. Bedeutung von extern angewandtem Calcitriol in der Psoriasistherapie), der eigentlichen Wirkungsform des Vitamin D im menschlichen Organismus, erfolgt v.a. in der Niere.

Die enzymatische Bildung des Calcitrols in der Niere erfolgt „bedarfsgesteuert“ und wird von mehreren Faktoren beeinflusst. Die wichtigsten Faktoren die zu einer Aktivierung des Enzyms 1α-Hydroxylase führen, sind erhöhtes Parathormon, verringerter Calciumspiegel und ein niedriger Phosphatspiegel im Blut. Bei fortgeeschrittener Niereininsuffizienz wird die Synthese des 1,25(OH)2D3- Synthese dueutlich eingeschränkt.  

Calcitriol (1,25(OH)2D3) fördert über die Induktion des Calcium-bindenden Proteins in den Mukosazellen des Dünndarms die enterale Resorption von Calcium und Phosphat und senkt die renale Calcium-und Phosphatausscheidung. Die Knochenmineralisation wird so gefördert. Calcitriol hemmt reziprok die Parathormon-Ausschüttung in den Nebenschilddrüsen.

Calcitriol hemmt wiederum reziprok das Enzym  1α-Hydroxylase. Diese bedarfsgerechte Steuerung der Calcitriolbildung begründet, warum dem Calcitriol ein "Hormonstatus" zuerkannt wird .

Indirekt, zumeist über das Parathormon, beeinflussen u.a. Östrogene, Glucocorticoide, Calcitonin, Somatotropin und Prolactin die Calcitriolbildung. Glucocorticoide hemmen die Calcitriol-Bildung (deshalb ist es bei einem unter systemischer Corticoidtherapie auftretenden Vitamin D –Mangels notwendig, Vitamin D in aktiver Form zu substituieren).

Calcitriol wirkt wie ein Steroidhormon. Die Substanz bindet an einen intrazellulären Vitamin-D-Rezeptor (VDR). Es kann so in den Zellkern geschleust werden. Dort bindet der Vitamin-D-Rezeptor-Komplex an DNA und  verändert die Transkription verschiedener Gene mit entsprechenden biologischen Wirkungen. Es konnte festgestellt werden, dass Vitamin D die Induktion von Cathelicidin aus Monozyten verbessert. Weiterhin wird die Bildung von Defensinen stimuliert. 

Calcitriol (1,25(OH)2D3) wird nicht ausschließlich in der Niere,sondern auch extrarenal in Keratinozyten, Monozyten, T-und B-Lymphozyten und Langerhans-Zellen. Dieses extrarenal gebildetete Calcitriol wird jedoch nicht ins Blut abgegeben, sondern reguliert ortsständig, teilweise auch gewebespezifisch unterschiedliche Zellfunktionen wie Prolferation, Differenzierung, Angiogenese und Apoptose (Reichrath J et al. 2018) 

Abbau des Calcitriols: Calcitriol wird durch die 24-Hydroxylase zur wasserlöslichen Calcitroinsäure abgebaut und über die Galle ausgeschieden.

Klinisches Bild

 

Extraossäre Wirkung des Vitamin D

Vitamin D wird in Medienberichten als Allzweck-Waffe gegen Depressionen, Krebs, Diabetes und Herz-Kreislauf-Erkrankungen beschrieben. Vitamin D-Supplemente finden sich in großer Zahl in Supermarkt- und Drogerieregalen. Ein relevanter Vitamin D Mangel (< 12,5 ng/ml) ist nach einer RKI-Statistik zufolge jedoch eher selten. Denn der gesunde Organismus ist in der Lage, Vitamin D ausreichend zu speichern.

Vitamin-D-Stoffwechsel bei Erkrankungen: Patienten mit Tuberkulose, Sarkoidose und anderen granulomatösen Erkrankungen produzieren in Makrophagen vermehrt Calcitriol (1,25(OH)2Vitamin D3). Damit kann es zu einer Vitamin-D-Hypervitaminose mit konsekutiver Hypercalcämie (E83.58) kommen (Baughman RP et al. 2017).

Verschiedene Immunzellen so dendritische Zellen, Makrophagen, T- und B-Zellen exprimieren den Vitamin D-Rezeptor und die 1α-Hydroxylase(CYP27B1). Weiterhin wurde über Assoziationen zwischen Vitamin D-Defizienz und verschiedenen autoimmunologischen Erkrankungen, so bei Rheumatoider Arthritis, bei Systemischem Lupus erythematodes und bei Multipler Sklerose berichtet (Ao T et al. 2017; Langer-Gould A et al. 2018)

Hinweis(e)

Die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) hat bei fehlender endogener Synthese Richtwerte für die Vitamin-D-Menge angegeben.  Sie empfiehlt für Säuglinge im ersten Lebensjahr täglich 10 µg, für Kleinkinder und Erwachsenen 20 µg (800 IE) Vitamin D3.

Überdosierungen von Vitamin D führen zu einer Hypervitaminose mit gestörtem Calcium-und Phosphatstoffwechsel und einem Entzug von Calcium aus dem Knochen. Dieses wird in Gefäßen und in der Niere abgelagert.

Der Internationale Vitamin D-Standard ist ein 0,01% Lösung von bestrahltem Ergosterol in Olivenöl. 1 IE entspricht der Menge des Vitamins das die antirachitische Kraft von 1mg dieser Standardlösung hat (=0,025ug reines kristallines Vitamin D3); 1mg Vitamin D3 sind 40.000IE.

Literatur
Für Zugriff auf PubMed Studien mit nur einem Klick empfehlen wir Kopernio Kopernio

  1. Ao T et al. (2017) Update on recent progress in vitamin D research. The effects of vitamin D in autoinflammatory diseases. Clin Calcium 27:1551-1559.
  2. Baughman RP et al. (2017) Current concepts regarding calcium metabolism and bone health in sarcoidosis. Curr Opin Pulm Med 23:476-https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/28598871
  3. Bjelakovic G et al. (2017) Vitamin D supplementation for chronic liver diseases in adults. Cochrane Database Syst Rev 11:CD011564.
  4. Gregoriou E et al. (2017) The Effects of Vitamin D Supplementation in Newly Diagnosed Type 1 Diabetes Patients: Systematic Review of Randomized Controlled Trials. Rev Diabet Stud 14:260-268.
  5. Jamali N et al. (2017) Vitamin D and regulation of vascular cell function. Am J Physiol Heart Circ Physiol doi: 10.1152/ajpheart.00319.2017.
  6. Langer-Gould A et al. (2018) Vitamin D-Binding Protein Polymorphisms, 25-Hydroxyvitamin D, Sunshine and Multiple Sclerosis. Nutrients doi: 10.3390/nu10020184.
  7. Makishima M (2017) Update on recent progress in vitamin D research. Vitamin D receptor and the nuclear receptor superfamily. Clin Calcium 27:1533-1541.
  8. Norman AW (1998) Sunlight, season, skin pigmentation, vitamin D, and 25-hydroxyvitamin D: integral components of the vitamin D endocrine system. Am J Clin Nutr 67: 1108–1110.
  9. Powe CE et al. (2013) Vitamin D–Binding Protein and Vitamin D Status of Black Americans and White Americans. New England Journal of Medicine 369: 1991–2000
  10. Reichrath J et al (2018) Die Haut als Hormonfabrik: eine kurze Übersicht über die Vitamin-D-Versorgung in Deutschland. Akt Dermatol 44: 53-61
  11. Shallis RM et al. (2018) Mechanisms of Hypercalcemia in Non-Hodgkin Lymphoma and Associated Outcomes: A Retrospective Review. Clin Lymphoma Myeloma Leuk 18: e123-e129.

 

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Zuletzt aktualisiert am: 15.05.2018