Calcium und Knochenstoffwechsel
Der hormonell aktive Metabolit von Vitamin D für den Knochenstoffwechsel ist vor allem das 1,25 (OH)2D (Calcitriol) welches hauptsächlich in der Niere gebildet wird und entscheidend an der Regulierung des Calcium-Phosphathaushaltes und damit der Knochenmineralisation beteiligt ist, sowie ebenfalls das weniger erforschte 24,25 (OH)2D, welchem eine wichtige Rolle bei der Heilung von Knochenbrüchen und dem Knorpelstoffwechsel zugeschrieben wird.
Vitamin D in der Form des 1,25 (OH)2 D ist primär dafür verantwortlich den Calciumspiegel im Blut konstant zu halten. Bei einem Abfall der Calciumkonzentration im Plasma wird aus der Nebenschilddrüse Parathormon freigesetzt. Dadurch kommt es zur vermehrten Bildung von 1,25 (OH)2und zu einer verstärkte Calcium-, und Phosphataufnahme aus dem Dünndarm, sowie zu einer gesteigerten Rückresorption in den Nieren und einer Aktivierung der Osteoklasten, was initial auch zur Kalziumfreisetzung aus dem Knochen führt. Die Knochenmineralisation wird durch 1, 25 (OH)2 D indirekt gefördert, indem genug Calciumphosphat für die Mineralisation des Knochenkollagens bereitgestellt wird.
Bei einem Vitamin D Mangel beträgt die Aufnahme von Calcium aus dem Darm nur ca. 10-15%, welche sich auf 30-40% erhöht sobald eine ausreichende Vitamin D Versorgung erreicht wird. Daneben wird die Bildung von Osteocalcin gefördert, als wichtigstem Nichtkollagen Protein des Knochens. Vitamin D spielt demnach zusammen mit Parathormon und Wachstumsfaktoren eine entscheidende Rolle in der Aufrechterhaltung eines adäquaten Calcium-Phosphatspiegels und damit für das Knochenwachstum und die Knochenmineralisation.
Das bekannteste Mangelbild bei Vitamin D ist die Rachitis bei Kindern bzw. die Osteomalazie beim Erwachsenen. Während die Rachitis in den westlichen Ländern durch eine konsequente Vitamin D Prophylaxe weitgehend verschwunden ist, kommt sie in Staaten des mittleren Ostens und in Asien weiterhin endemisch vor.
Durch einen Mangel an Vitamin D wird bei der Rachitis die endochondrale Knochenbildung durch die ungenügende Differenzierung der Knorpelzellen gestört. Dadurch kommt es zu Verformungen der langen Röhrenknochen sowie zu Schädelfehlbildungen. Beim Erwachsenen kommt es durch den Kalziummangel aufgrund der fehlenden Resorption im Darm zu einer Entmineralisierung des Knochens. Dies äußert sich häufig in diffusen und bohrenden Knochenschmerzen. Oft findet sich eine Muskelschwäche und ein chronisches Müdigkeitssyndrom. Diese Effekte werden über direkte und indirekte Mechanismen auf zellulärer Ebene sowohl über Vitamin D als auch über die aktiven Metabolite vermittelt.
Die vermehrte Bildung von 1α, 25 (OH)2 D führt zu einem sekundären Hyperparathyreoidismus mit Phosphaturie (vermehrte Phosphatausscheidung) und einem inadäquatem Kalziumphosphatprodukt. Diese Krankheitsbilder stellen sozusagen die Spitze des Eisberges eines Vitamin D Mangels dar, bei dem es zur Aufrechterhaltung des Kalziumspiegels im Blut zur Freisetzung aus dem Knochen kommt.
Calcium ist das Hauptmineral im Knochen und dient dabei gleichzeitig als Reservoir um die Calciumkonzentration im Blut konstant zu halten. Der wichtigste Regulator der Calciumkonzentration ist dabei Vitamin D.
Die Osteoporose ist die global häufigste altersabhängige systemische Skeletterkrankung, die durch eine niedrige Knochenmasse in Verbindung mit einer erhöhten Knochenbrüchigkeit gekennzeichnet ist. Sie ist die häufigste Ursache pathologischer Frakturen beim älteren Menschen. Die Prävalenz der Osteoporose wird in Deutschland für Frauen über 50 mit 24 % angegeben; bei Männern beträgt diese 6 %. Weltweit findet sich bei ca.1/3 der Frauen zwischen 60-70 Jahren eine Osteoporose, bei Frauen über 80 Jahren bei zwei Dritteln. Das Risiko eine osteoporotische Fraktur im Leben zu erleiden beträgt bei Frauen über 50 Jahren 47%, für Männer 22%.
Bei osteoporotischen Patienten führt ein Vitamin D Mangel zu einer verstärkten Ausschüttung von Parathormon aus den Nebenschilddrüsen. Durch diesen sekundären Hyperparathyreoidismus kommt es im Nettoeffekt zu einer zunehmenden Demineralisation des Knochengewebes durch die vermehrte Bildung von 1, 25 (OH)2D und einen erhöhten Turnover im Knochengewebe durch bisher nicht genau geklärte Mechanismen.
Auch wenn es nach wie vor Gegenstand von Diskussionen ist, ob Calcium und Vitamin D die Knochendichte erhöhen und das Risiko osteoporotischer Frakturen senken können gibt es vielversprechende epidemiologische Daten die einen Zusammenhang zwischen Knochendichte und Vitamin D Spiegeln zeigen.
In Metaanalysen wurde hierbei ein Spiegel von 30-40ng/dl an 25-OH Vitamin D identifiziert, bei dem das Frakturrisiko signifikant reduziert werden konnte. Die bisherigen widersprüchlichen Studienergebnisse sind möglicherweise auch darauf zurückzuführen, dass positive Effekte nur nachweisbar sind, wenn eine ausreichende Anhebung der Vitamin D Werte erfolgt.