Vitamine D3 und K2 schaffen Calcium in die Knochen

Gegen Osteoporose und zur Prävention von Knochenmetastasen bei Krebs

Heidesheim am Rhein (pts015/15.04.2016/11:00) Dr. Jacobs Institut informiert: Für die Mineralisierung des Knochens ist das Zusammenspiel der Vitamine D3 und K2 (Menachinon) besonders wichtig: Vitamin D3 ist für die Bildung, Vitamin K2 für die Aktivierung der relevanten Proteine verantwortlich, die dafür sorgen, dass das Calcium auch tatsächlich im Knochen und nicht in den Gefäßen als Arterienverkalkung landet. Auch präventiv ist die Kombination beider Vitamine vorteilhaft.

Inzwischen ist belegt, dass ein Vitamin-D-Mangel die Entstehung von Prostatakrebs und Brustkrebs begünstigt sowie deren Aggressivität und Metastasierung fördert. Immer mehr Studien weisen auf die hohe Bedeutung von Vitamin D für die Aggressivität von Prostatakrebs und dessen Prävention und Verlauf hin. Ausreichend hohe Spiegel von über 30 ng/ml (75 nmol/l) werden von den Autoren ausdrücklich empfohlen.

Eine große Meta-Analyse stellte auch bei Brustkrebs ein deutlich niedrigeres Rezidivrisiko bei Frauen mit ausreichendem Vitamin-D-Spiegel fest. Hohe Vitamin-D-Serumwerte von durchschnittlich 30 ng/ml verdoppelten die Überlebenswahrscheinlichkeit der Patientinnen im Vergleich zu niedrigen Vitamin-D-Werten von durchschnittlich 17 ng/ml (Mohr et al., 2014).

Da sich Metastasen häufig im Knochen festsetzen, ist eine gute Knochenmineralisierung von Bedeutung. Und genau dabei helfen die Vitamine D3 und K2.

Die Vitamine D und K - eine kurze Einführung

Formen und Aufgaben von Vitamin D

Die Bildung von aktivem Vitamin D ist ein mehrstufiger Prozess. Durch die verschiedenen Aktivierungsstufen, die zudem alternative Bezeichnungen haben, kommt es häufig zu Verwirrung. Das inaktive Vitamin D3 (Cholecalciferol, Calciol) wird durch die UVB-Strahlung der Sonne in der Haut gebildet. Die Zufuhr über Lebensmittel spielt nur eine Nebenrolle. In der Leber wird Vitamin D3 in 25-OH-Vitamin D3 (Calcidiol) umgewandelt. Dieses eignet sich als Serummarker zur Bestimmung des Vitamin-D-Status. In den Zellen der Zielgewebe wird schließlich durch das Enzym 1-alpha-Hydroxylase 1,25-(OH)2-Vitamin D3 (Calcitriol) gebildet, das stoffwechselaktive Vitamin-D-Hormon (Gröber et al., 2013). Calcitriol bindet im Zellkern der Zielgewebe an den Vitamin-D-Rezeptor. Auf diese Weise steuert es als Transkriptionsfaktor die Bildung der unterschiedlichsten Proteine. Aufgrund der Vielfalt an Vitamin-D-Zielzellen ist das Hormon im Menschen an der Regulation von mehr als 2000 Genen beteiligt (Gröber et al., 2013).

Formen und Aufgaben von Vitamin K

Die natürlicherweise vorkommenden Formen von Vitamin K sind Phyllochinon (Vitamin K1) und die Gruppe der Menachinone (Vitamin K2). Letztere haben unterschiedlich lange Seitenketten, nach deren Länge die Benennung erfolgt (Anzahl der Isoprenoid-Einheiten) (Menachinon 4 bis 13 bzw. MK-4 bis MK-13) (Booth, 2012). Vitamin K trägt als Cofaktor des Enzyms gamma-Glutamylcarboxylase zur Carboxylierung bestimmter Proteine bei. Durch die Carboxylgruppen können diese Proteine Calcium binden. Bei einem Vitamin-K-Mangel ist diese Calciumbindung folglich beeinträchtigt. Zu den bekanntesten Zielproteinen zählen die Gerinnungsfaktoren, so dass Vitamin K entscheidend zur Blutgerinnung beiträgt. Aber auch die Proteine Osteocalcin und das Matrix-Gla-Protein (MGP) benötigen Vitamin K (Vermeer, 2012), um Calcium in die Knochen einlagern und die Ablagerung in den Arterien verhindern zu können (Schurgers et al., 2010).

Regulation des Calciumstoffwechsels

Insbesondere bei der Regulation des Calciumstoffwechsels im Körper spielen - neben dem Parathormon - das aktive Vitamin D3 (Calcitriol) und Vitamin K eine wichtige Rolle (s. Abb. 1):

Calcium im Serum

Das Parathormon wird in der Nebenschilddrüse gebildet. Seine Aufgabe ist es, den Calciumspiegel im Serum bei zu niedrigen Werten wieder auf ein normales Niveau anzuheben (2,2-2,65 mmol/l). Bei sinkendem Serum-Calciumspiegel wird deshalb vermehrt Parathormon freigesetzt.

Dieses gewährleistet durch drei Mechanismen, dass der Calciumspiegel im Serum wieder ansteigt:

1. Knochen: Durch Aktivierung der Osteoklasten (Zellen für Knochenabbau) wird aus den Knochen Calciumphosphat freigesetzt (s. Abb. 1, grüner Ablauf).

2. Nieren: In den Nieren reduziert das Parathormon die Phosphatresorption und steigert die Calciumresorption. Dadurch steigt im Serum der Anteil am physiologisch bedeutsamen freien Calcium (s. Abb. 1, blauer Ablauf).

3. Darm: Die Aktivität des Enzyms 1-alpha-Hydroxylase wird gesteigert. Dieses Enzym ist für die Bildung von Calcitriol verantwortlich. Durch die erhöhten Calcitriolspiegel wird die Calciumresorption im Dünndarm verbessert (s. Abb. 1, oranger Ablauf).

Steigende Serum-Calciumspiegel hingegen hemmen die Freisetzung des Parathormons. Auch Calcitriol übt diese negative Feedback-Regulation auf das Parathormon aus. Auf diese Weise werden zu hohe Parathormon-Werte im Blut verhindert.

Calcium im Knochen

Für den Einbau von Calcium in die Knochen sind Calcitriol und Vitamin K verantwortlich. Als Transkriptionsfaktor ist Calcitriol für die Abschreibung der Gene für Osteocalcin und das Matrix-Gla-Protein (MGP) verantwortlich. Die entstandenen Proteine werden durch Vitamin K aktiviert. Zudem hemmt Vitamin K die Aktivität der knochenabbauenden Osteoklasten. Auf diese Weise fördern Calcitriol und Vitamin K im Zusammenspiel die Mineralisierung der Knochen und wirken der Einlagerung von Calcium in die Blutgefäße entgegen.

Auswirkungen eines Vitamin-D- und -K-Mangels

Vitamin D

Geringe Vitamin-D-Serumwerte können zahlreiche Mangelerscheinungen hervorrufen. Am bekanntesten sind wohl Mineralisationsstörungen im Knochen (Rachitis bzw. Osteomalazie): Ein Vitamin-D-Mangel hat dauerhaft erniedrigte Serum-Calciumspiegel zur Folge. In diesem Fall reguliert der Körper mit erhöhten Parathormonwerten gegen. Langfristig führt dies zu einer Überfunktion der Nebenschilddrüsen (sekundärer Hyperparathyreoidismus): Vermehrte Calcium-Freisetzung aus den Knochen (Demineralisierung) sowie Calcium-Ablagerungen in Nieren (Nierensteine) und Arterien ("Verkalkung" der Blutgefäße) sind die Folge.

Ein Vitamin-D-Mangel kann aber z. B. auch zu Muskelschwäche, Muskelschmerzen, einer schlechten Immunfunktion, einer erhöhten Anfälligkeit für Autoimmunerkrankungen sowie zu einer reduzierten Insulinsensitivität beitragen. Zudem nimmt der vorherrschende Vitamin-D-Status Einfluss auf die Entstehung und Weiterentwicklung von Krebserkrankungen (Gröber et al., 2013).

Vitamin K

Bei einem Vitamin-K-Mangel können die Zielproteine nicht mehr ausreichend Calcium binden. Dies hat zur Folge, dass Zähne und Knochen einen reduzierten Calciumgehalt aufweisen und porös werden. Wird Calcium nur noch unzureichend im Knochen gebunden, so lagert es sich in den Arterien ab. Der Mangel an Calcium in den Knochen führt zu Osteoporose, während Calcium-Ablagerungen in den Arterienwänden die Ursache der Koronaren Herzkrankheit und anderer Formen von Herz-Kreislauf-, Nieren- und neurodegenerativen Krankheiten sind.

Serumwerte und Dosierung

Vitamin-D-Serumwerte

Zur Ermittlung des Vitamin-D-Status eignet sich der 25-OH-Vitamin-D-Serumwert (Gröber et al., 2013). Der optimale Wert liegt bei 75-125 nmol/l (30-50 ng/ml).

Bei einem vorliegenden Vitamin-D-Mangel kann es in manchen Fällen sinnvoll sein, neben dem 25-OH-Vitamin-D-Spiegel auch den 1,25-(OH)2-Vitamin-D-Spiegel zu bestimmen. Bei chronischen Entzündungen ist letzterer häufig erhöht. Bakterielle Entzündungsprozesse (wie z. B. bei Borrelien und Chlamydien) können den Vitamin-D-Rezeptor blockieren und auf diese Weise neben erniedrigten 25-OH-Vitamin-D-Spiegeln zu erhöhten 1,25-(OH)2-Vitamin-D-Spiegeln führen. In diesem Fall sollte mit einer entsprechenden Therapie die Entzündungsursache bekämpft werden. Häufig normalisieren sich anschließend auch die Vitamin-D-Serumwerte (Mangin et al., 2014).

Supplementierung von Vitamin D

Aufdosierung

Wenn ein Vitamin-D-Mangel festgestellt wurde, sollte der Serumwert zunächst aufdosiert werden. Generell sind Vitamin-D-Supplemente auf Ölbasis vorteilhaft. In dieser Form ist die Bioverfügbarkeit des fettlöslichen Vitamin D am besten (Grossmann und Tangpricha, 2010). Eine empfehlenswerte Formel zur Aufdosierung von Vitamin D ist folgende:
40 x (Sollwert (in nmol/l) - Istwert (in nmol/l)) x Körpergewicht (in kg)

Das Ergebnis aus dieser Formel sollte auf etwa zehn Tage verteilt supplementiert werden (Gröber et al., 2015a).

Beispiel: Bei einem Körpergewicht von 70 kg, einem Sollwert von 125 nmol/l und einem Istwert von 50 nmol/l ergibt sich eine Aufdosierungsmenge von 210.000 I.E. Vitamin D3. Bei Verteilung auf 10 Tage müssen so 21.000 I.E. Vitamin D3 täglich aufgenommen werden.

Alternativ können Sie auch diese einfachere Formel anwenden: 10 Wochen täglich 8000 I.E.

Das bedeutet zum Beispiel: Über einen Zeitraum von 10 Wochen nehmen Sie täglich 10 Tropfen eines Vitamin D3 Öls à 800 I.E. (8000 I.E.) ein.

Beachten Sie bei dieser einfacheren Formel, dass sie als Mittelwert für normalgewichtige Personen gilt. Da der Vitamin-D3-Bedarf durch das Körpergewicht beeinflusst wird, sollte sie für kleine Menschen und Schlanke nach unten bzw. für große Menschen und Übergewichtige nach oben angepasst werden. Auch Entzündungen erhöhen den Vitamin-D-Bedarf.

Eine sehr hohe Vitamin-D-Dosierung innerhalb eines kurzen Zeitraums ist allerdings eher unphysiologisch und kann mit Risiken einhergehen (z. B. Calciumablagerungen außerhalb der Knochen). Beachten Sie daher die empfohlene Ergänzung von Vitamin K2 bei hohen Vitamin-D-Dosierungen (siehe unten).

Erhaltungsdosis

Nach der Aufdosierung sind täglich 40-60 I.E. Vitamin D3 pro kg Körpergewicht als sogenannte Erhaltungsdosis zur Aufrechterhaltung des erreichten Wertes empfehlenswert. Neben dem Körpergewicht sind bei der individuellen Erhaltungsdosis auch eventuelle Entzündungsprozesse sowie die körpereigene Vitamin-D-Bildung durch Sonneneinstrahlung zu berücksichtigen.

Etwa zehn Wochen nach Beginn der Vitamin-D-Supplementierung sollte der Serumspiegel erneut überprüft werden. Auf zu hohe oder zu geringe Werte kann dann mit einer Anpassung der Erhaltungsdosis entsprechend reagiert werden.

Überdosierung

Bei einer regelmäßigen täglichen Zufuhr von über 4000 I.E. (100 µg) Vitamin D können unerwünschte Wirkungen wie die Bildung von Nierensteinen oder Nierenverkalkung auftreten. Dies ist bei den üblichen Ernährungsgewohnheiten derzeit nur durch eine übermäßige Einnahme von Vitamin-D-Präparaten möglich. Aus medizinischen Gründen können höhere Vitamin-D-Zufuhrmengen ärztlich angezeigt sein.

Eine Vitamin-D-Überdosierung durch exzessive Bestrahlung der Haut mit Sonnenlicht ist übrigens nicht möglich. In diesem Fall werden Provitamin D3 und Vitamin D3 in inaktive Photoprodukte abgebaut (Gröber et al., 2013).

Wichtiger Hinweis: Zur Krebsprävention und bei Krebs ist es besonders wichtig, seinen Vitamin-D-Serumspiegel über das Jahr hinweg möglichst konstant zu halten. Bei stark sinkenden Vitamin-D-Werten im Herbst und Winter kann es in vielen Zielgeweben, wie z. B. der Prostata, zu einem lokalen Calcitriol-Mangel kommen. Dies begünstigt organspezifische Erkrankungen wie Krebs (Vieth, 2004 und 2009). Besser für einen gleichmäßig hohen Vitamin-D-Serumspiegel ist daher auch die tägliche Aufnahme kleinerer Vitamin-D-Mengen, statt einmal im Monat eine hohe Dosis zu supplementieren. Auch ist es nicht sinnvoll, durch extensive Sonnenbäder besonders viel Vitamin D im Sommer "zu tanken", um so über den Winter zu kommen. Dies funktioniert nicht und ist darüber hinaus wahrscheinlich sogar besonders ungünstig.

Vitamin-K-Serumwerte

Der Normbereich der Vitamin-K-Serumwerte liegt bei 50-900 ng/l. Statt der direkten Bestimmung von Vitamin K im Serum wird in der Praxis häufig die Gerinnungsaktivität des Blutes gemessen. Um diese aufrechtzuerhalten wird jedoch wesentlich weniger Vitamin K benötigt als für die Vitamin-K-abhängige Aktivierung von Zielproteinen außerhalb der Leber (z. B. Osteocalcin, Matrix-Gla-Protein). Die Bestimmung der gamma-Carboxylierung dieser Zielproteine ist wesentlich aussagekräftiger für den Vitamin-K-Versorgungsstatus. In einer Studie wurde bei der Mehrheit der Teilnehmer ein hoher Anteil an nicht-carboxyliertem Osteocalcin und Matrix-Gla-Protein festgestellt (Theuwissen et al., 2014).

Supplementierung von Vitamin K

Für die Dosierung von Vitamin K geben Fachgesellschaften lediglich Schätzwerte oder Empfehlungen für die angemessene Zufuhr an (Deutsche Gesellschaft für Ernährung: 60-80 µg/Tag (DGE, 2015); Food and Nutrition Board: 90-120 µg/Tag (Booth, 2012)). Diese Werte berücksichtigen die Dosierung an Vitamin K, die zur Vorbeugung von Blutungen benötigt wird. Allerdings ist die Carboxylierung der Blutgerinnungsfaktoren die erste Funktion, die Vitamin K im Körper erfüllt, da diese Funktion unmittelbar für das Überleben wichtig ist. Um auch für die weiteren Funktionen ausreichend Vitamin K zur Verfügung zu haben, benötigt der Körper vermutlich größere Mengen (Vermeer, 2012).

Die Fachgesellschaften unterscheiden bei ihren Empfehlungen nicht zwischen den verschiedenen Formen von Vitamin K. Vitamin K1 hat eine geringe Halbwertszeit und wird zum Großteil in der Leber für die Blutgerinnung verbraucht. Aufgrund der außergewöhnlich hohen Bioverfügbarkeit und langen Halbwertszeit (Schurgers et al., 2007) ist die Supplementierung in Form von Vitamin K2 als Menachinon-7 (MK-7) ratsam. So steht auch für die Carboxylierung der Zielproteine außerhalb der Leber ausreichend Vitamin K zur Verfügung.

Dosierung

Präventiv ist die tägliche Supplementierung von 0,5-1 µg Vitamin K2 pro Kilogramm (kg) Körpergewicht (KG) empfehlenswert. Bei bereits bestehender Osteoporose oder anderen auf einen Vitamin-K-Mangel zurückführbaren Erkrankungen sollten täglich besser 2-4 µg Vitamin K2 / kg KG ergänzt werden (Gröber et al., 2015b).

Bei der Einnahme von mehr als 4000 I.E. Vitamin D3 am Tag (z. B. zur Aufdosierung) sollten je 800 I.E. Vitamin D3 etwa 20 µg Vitamin K2 MK-7 ergänzt werden. Bei 5600 I.E. Vitamin D3 wären dies 140 µg Vitamin K2 pro Tag.

Überdosierung

Eine Überdosierung mit Vitamin K ist nur schwer möglich, was die Tatsache zeigt, dass das Food and Nutrition Board für Vitamin K keinen Tolerable Upper Intake Level (UL) festlegt. Der UL bezeichnet die Dosis eines Nährstoffs, die von einer Person täglich langfristig maximal aufgenommen werden kann, ohne gesundheitliche Probleme hervorzurufen.

Einnahme von Blutgerinnungshemmern vom Cumarin-Typ

Vorsicht mit Vitamin-K-haltigen Nahrungsergänzungsmitteln ist lediglich bei der gleichzeitigen Einnahme von Blutgerinnungshemmern vom Cumarin-Typ (z. B. Phenprocoumon) geboten, da diese als Vitamin-K-Antagonisten agieren (Vermeer, 2012). Eine Studie zeigt, dass sich bereits die tägliche Einnahme von 10 µg Menachinon-7 störend auf die Wirkung blutverdünnender Medikamente auswirkt (Theuwissen et al., 2013). Anders sieht die Sache bei Vitamin K1 aus: Hier konnte in einer Studie bei einer Supplementierung von bis zu 100 µg/Tag kein signifikanter Effekt auf die Therapie mit Blutverdünnern beobachtet werden (Schurgers et al., 2004).

Personen, die blutverdünnende Medikamente einnehmen, müssen eine Supplementation von Vitamin K unbedingt vorher mit ihrem Arzt abklären. Falls Blutverdünner eingenommen werden und die Verwendung von Vitamin K2 gewünscht ist, sollten die Blutwerte (insbesondere die Gerinnungswerte) ständig kontrolliert werden und die Medikamenten-Dosis angepasst werden.

Blutgerinnungshemmer vom Cumarin-Typ fördern die Arterienverkalkung und haben andere ausgeprägte Nebenwirkungen. Sinnvoll könnte daher auch der Wechsel zu einem moderneren Blutverdünner mit weniger Nebenwirkungen sein. Ein solcher Wechsel darf aber ebenfalls nur nach vorheriger Abklärung mit dem behandelnden Arzt erfolgen.

Fazit

Die Vitamine D3 und K2 sind ein wirkungsvolles Duo für gesunde Knochen, weil sie zusammen dafür sorgen, dass sich das Calcium nicht in den Gefäßen ablagert, sondern in den Knochen eingebaut wird. Vitamin K2 darf bei der Einnahme von Gerinnungshemmern nur in Absprache mit dem Arzt angewendet werden. Vitamin D sollte am besten nach der Messung des Serumspiegels und bei einem vorliegenden Mangel aufdosiert und der erreichte Wert dann erhalten werden. Empfehlenswert und sicher sind 25-OH-Vitamin-D-Serumwerte von 75-125 nmol/l (30-50 ng/ml).

Literatur:
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