Calcium distribution in the body
The total calcium in serum is divided as follows:
Reference ranges for adults: Total calcium and ionized calcium
| mmol/l | mg/dl | |
| Gesamt-Calcium | 2.1 - 2.7 | 8.4 - 10.6 |
| Material: Serum, Heparin-Plasma | ||
| Messmethoden: Atomabsorptions-Spektroskopie (AAS), (Flammen-) photometrie | ||
| ionisiertes Calcium | 1.15 - 1.35 | 4.6 - 5.4 |
| Material: heparinisiertes Vollblut oder anaerob gewonnenes Serum | ||
| Messmethode: Messung mittels Calciumionen-selektiver Elektrode | ||
mmol/l mg/dl
Total calcium 2.1 - 2.7 8.4 - 10.6
Material: serum, heparin plasma
Measurement methods:
Atomic absorption spectroscopy (AAS), (flame) photometry
ionized calcium 1.15 - 1.35 4.6 - 5.4
Material: heparinized whole blood or anaerobically collected serum
Measurement method: measurement using a calcium ion-selective electrode
Assessment Diagnostics: Total calcium and ionized calcium 7
The total calcium concentration in serum is strongly influenced by the protein content, especially by albumin. A decrease in albumin by 1g/dl leads to a decrease in total calcium by about 1 mg/dl (0.25 mmol/l).
Ionized calcium is considered a better indicator of calcium status as it represents the biologically active form. With higher specificity and sensitivity, ionized calcium is generally increased or decreased in the same diseases as total calcium. To determine the true calcium situation, the determination of ionized calcium is particularly important in the following cases: in newborns and premature infants (often acidosis and/or hypoproteinemia), after massive transfusions (calcium complexes due to citrate), in cardiopulmonary bypass, cardiac incidents during hemodialysis, in total protein values below 60 and above 85 g/l, mild degrees of hyperparathyroidism are occasionally only detected by repeated determinations of ionized calcium.
However, ionized calcium is also influenced by numerous factors such as haemolysis, physical activity, blood pH, diurnal fluctuations or transient after food intake.
In addition, sample collection is very complex and therefore generally not yet suitable for practical use: close the sample container immediately (free of air bubbles), transport ice-cooled. With good hyperaemia and good circulatory conditions, capillary puncture (earlobe, fingertip, in infants the lateral areas of the heel) gives comparable values to arterial blood sampling: heparinized glass capillary, fill capillary completely, insert wire pins for later mixing, close capillary on both sides with caps, store between cooling elements, analysis within 1h.
Reference ranges for adults: Calcium excretion in urine
| Altersgruppe | 24 h-Sammelharn | |
| mmol/24h | mg/24h | |
| Männer | < 7.5 | < 300 |
| Frauen | < 6.2 | < 250 |
Age group 24 h-collected urine
mmol/24h mg/24h
Men < 7.5 < 300
Women < 6.2 < 250
Assessment Diagnostics: Calcium excretion in urine
Assessment of calcium metabolism with increased or decreased serum calcium. Bone pain, kidney stones, renal insufficiency, cortisol therapy.
Differential diagnosis: familial hypocalcuric hypercalcemia and primary hyperparathyroidism 8
Measurement of calcium excretion in 24-hour urine is considered a useful additional parameter for assessing calcium status. However, this should only be evaluated in conjunction with the serum concentrations of calcium, phosphate, parathyroid hormone and vitamin D. In addition, the calcium urine value is dependent on oral calcium intake. 9
Reference ranges Iron in serum 10*
| Frauen (nicht schwanger) | 25. LJ | 37-165 µg/dl |
| 40. LJ | 23-134 µg/dl | |
| 60. LJ | 39-149 µg/dl | |
| Frauen (schwanger) | 12. SSW | 42-177 µg/dl |
| am Geburtstermin | 25-137 µg/dl | |
| 6 Wochen postpartum | 16-150 µg/dl | |
| Männer | 25. LJ | 40-155 µg/dl |
| 40. LJ | 35-168 µg/dl | |
| 60. LJ | 40-120 µg/dl | |
| *Umrechnung der Einheiten für Laborangaben in µmol/l µg/dl x 0.179 = µmol/l µmol/l x 5.587= µg/dl | ||
- Women (not pregnant) 25th LY 37-165 µg/dl
40th LY 23-134 µg/dl
60th LY 39-149 µg/dl
- Women (pregnant) 12th SSW 42-177 µg/dl
at the due date 25-137 µg/dl
6 weeks postpartum 16-150 µg/dl
- Men 25th LY 40-155 µg/dl 40th LY 35-168 µg/dl 60th LY 40-120 µg/dl LJ 40-155 µg/dl
40. LJ 35-168 µg/dl
60. LJ 40-120 µg/dl
*Conversion of units for laboratory data in µmol/l
µg/dl x 0.179 = µmol/l
µmol/l x 5.587= µg/dl
Even if the concentration of iron is regularly measured in the blood serum, the values are not very meaningful for assessing total body iron. In addition to slight variations from laboratory to laboratory, the serum value itself is subject to strong fluctuations: On the one hand, the value is subject to hourly fluctuations and, on the other, to a circadian rhythm with higher serum levels in the afternoon. It is also influenced by whether and what the patient has eaten.
It is therefore best to take a blood sample on an empty stomach and in the morning.
In addition, serum iron is sensitive to hemolysis and the serum level is increased by iron released from erythrocytes - both in the blood sample and in the case of pathological hemolysis.
Instead of measuring serum iron alone, a combination of the following laboratory parameters has therefore proven effective in determining iron metabolism:11
| unterer Grenzwert | Frauen | Männer |
| Hämoglobin-Wert (Hb) | 12 g/dl | 13 g/dl |
| Serum-Ferritin | 30 ng/ml | 30 ng/ml |
| Transferrinsättigung (TSAT) | 20 % | 20 % |
| C-reaktives Protein (CRP) | 0,5 mg/dl | 0,5 mg/dl |
Lower limit value Women Men
Haemoglobin value (Hb) 12 g/dl 13 g/dl
Serum ferritin 30 ng/ml 30 ng/ml
Transferrin saturation (TSAT) 20 % 20 %
C-reactive protein (CRP) 0.5 mg/dl 0.5 mg/dl
Although a low Hb status indicates anemia, the value says nothing about the filling status of the iron stores. The depot iron, the serum ferritin, is responsible for this; it is the central laboratory value as a measure of the filling status of the iron stores. This shows whether the iron depot in the body is full, reduced or depleted. If this value is too low, there is an iron deficiency:
Caution: In the case of infections or inflammation, the ferritin value is distorted and can be normal or elevated, even though the iron stores are empty. And whether there is an infection or inflammation in the body can be detected with the help of the CRP value. If elevated CRP is detected in the blood test, transferrin saturation provides a more reliable indication of iron availability.
The glycoprotein transferrin, which is produced in the liver, acts as an iron transporter from cell to cell in the organism. The transferrin saturation (TSAT) shows how much iron is actually transported. The reference range is defined as 20 to 45 %. If the transferrin saturation is below the lower limit of 20 %, the body has too little iron available for metabolism and iron deficiency-related erythropoiesis occurs. For this reason, transferrin saturation is considered a more suitable laboratory value for the detection of iron deficiency in inflammatory processes in the organism and the resulting falsified serum ferritin.
Other parameters for determining iron status
Soluble transferrin receptors are transferrin receptors (TfR) that form a complex with the iron transporter transferrin and are found freely in the blood plasma (sTfR, s = soluble).
They have the task of absorbing the iron transported to the cell by transferrin and bringing it into the cell. Over 80 % of transferrin receptors are localized on the precursor cells of erythropoiesis, with the exception of erythrocytes. Therefore, the sTfR concentration reflects both the iron requirement and the number of erythropoiesis cells. In iron deficiency, the sTfR concentration in the serum increases as the erythropoiesis cells produce more transferrin receptors. This is relevant for iron diagnostics because the increase in serum sTfR occurs before the haemoglobin level drops. The sTfR status reflects the current iron requirement, while ferritin gives an indication of how full the iron stores are. A combination of these two values provides a good picture of the iron status. 12
For your information: The reticulocyte hemoglobin equivalent13
The soluble transferrin receptor is usually assessed together with serum iron, serum transferrin, serum ferritin and the reticulocyte haemoglobin equivalent.
The reticulocyte hemoglobin equivalent indicates the hemoglobin content of the reticulocytes and is considered an important additional laboratory parameter for the diagnosis of iron deficiency anemia. As the reticulocyte develops into a mature erythrocyte within about two days, the detection of the haemoglobin content in the reticulocyte provides information about the current iron supply. This means that abnormalities in iron metabolism can be detected earlier than by determining the haemoglobin content of mature red blood cells.
Reference range: 28-35 pg or 1.77-2.22 fmol
Values < 28 pg indicate an iron deficiency.
Erythrocyte indices: Volume and hemoglobin concentration of the erythrocytes14
MCV: mean cell volume of the erythrocytes, calculated from the erythrocyte and haematocrit value, standard value: 81-100 fL
MCH: mean haemoglobin content of the erythrocytes, calculated from the erythrocyte and Hb value. Standard value approx. 30 pg
MCHC: average hemoglobin concentration of the erythrocytes, calculated from the Hb and hematocrit value. Normal value: 30-36 g/dl
The erythrocyte indices provide indications of possible causes of anemia:
MCV low: microcytic anemia, e.g. due to iron deficiency
MCV high: macrocytic or pernicious anemia, e.g. due to vitamin B12 deficiency
MCV normal: normocytic anemia, especially in the case of bleeding
Iron in urine15
Urine samples are unsuitable for the diagnosis of iron deficiency, because in the case of low excretion it is not possible to distinguish between an existing deficit of the biofactor iron and a reduced current absorption.
Iron content in hair
The iron content in hair and nail samples has a certain significance in toxicological aspects, but cannot be used to prove the iron status. Factors influencing the evaluation are the different structure and metabolism of the hair, external depositsand contamination of the sample.
Zur Info: Intra- und extrazelluläres Magnesium16
Intrazelluläres Magnesium
Magnesium gehört zu den intrazellulären Elementen, da sich ca. 95 % des gesamten Magnesiumbestandes des Körpers intrazellulär befinden. Hiervon sind 50-70 % in gebundener Form an Hydroxylapatit in den Knochen lokalisiert. Etwa 28 % des intrazellulär vorhandenen Magnesiums sind in der Muskulatur und der restliche Anteil im Weichteilgewebe gespeichert. Das im Weichteilgewebe vorhandene Magnesium ist zu 90 % an ATP, Phospholipide, Nukleinsäuren und Polyamine gebunden und circa 10 % liegt in ionisierter, freier Form vor.
Extrazelluläres Magnesium
Nur 5 % des Ganzkörpermagnesiumbestandes ist im Extrazellulärraum und weniger als 1 % im Serum und der interstitiellen Flüssigkeit zu finden. Die Magnesiumkonzentration im Serum beziehungsweise Plasma beträgt etwa 0,8-1,1 mmol/L. Davon sind 32 % an Plasmaproteine wie Albumin oder Globulin, circa 13 % an Liganden wie Phosphat, Sulfat, Citrat und Carbonat gebunden und 55 % sind frei gelöst und werden als ionisiertes Magnesium bezeichnet. Die freie Magnesiumionenkonzentration liegt somit bei etwa 0,5 mmol/L, der Referenzbereich wird mit 0,46-0,6 mmol/L angegeben – und ist zudem abhängig von den Messgeräten der jeweiligen Laboratorien.
Die freie extrazelluläre Magnesiumkonzentration wird unter physiologischen Bedingungen durch Anpassung von Resorption und Ausscheidung mit den Speichern im Skelett in einem engen Bereich konstant gehalten. Vereinfacht gesagt: Im Magnesiummangel setzt der Organismus den Biofaktor aus Knochen oder Muskelzellen frei, um den Magnesiumblutgehalt konstant zu halten.
Zudem unterliegt die Serummagnesiumkonzentration einem zirkadianen Rhythmus mit hohen Werten am Abend und einem Abfall in der Nacht, wobei es für diese Zusammenhänge bisher keine Erklärung gibt.
Durch die genannten physiologischen Zusammenhänge ist die Labordiagnostik eines Magnesiummangels erschwert, da die Bestimmung der Serumwerte nicht immer aussagekräftig ist. Trotz Serumwerten im Normbereich kann intrazellulär ein Magnesiummangel vorliegen. Erst wenn dort der Magnesiumspeicher erschöpft ist, sinkt die Serummagnesiumkonzentration ab, d.h. eine Hypomagnesiämie gilt als Hinweis für einen massiven Magnesiummangel. Die Hypomagnesiämie kann jedoch auch durch zuvor erfolgte Freisetzung von Magnesium aus dem Intrazellulärraum maskiert werden.17
Dennoch werden laut wissenschaftlichen Studien sowie Empfehlungen der Gesellschaft für Magnesiumforschung als Mindest-Zielgröße für Magnesium 0,8 mmol/L im Serum, besser aber 0,85 mmol/L angestrebt.18,19,20
Hilfreicher ist die Messung von ionisiertem Magnesium, dem eigentlich aktiven Magnesium, welches bereits erniedrigt sein kann, während die Serumspiegel noch im Normbereich sind. Die Messung des ionisierten Magnesiums an Magnesium-sensitiven Elektroden im Serum misst die physiologisch aktive Fraktion von Magnesium, nämlich jene Fraktion, auf die Gewebe reagiert. Ionisiertes Magnesium gilt daher als empfindlicherer Indikator für das auf zellulärer Ebene verfügbare tatsächliche Magnesium.
Allerdings ist die Probenabnahme sehr komplex und daher in der Regel noch nicht praxistauglich: Probengefäß sofort verschließen (Luftblasenfrei), Transport eisgekühlt. Bei guter Hyperämisierung und guten Kreislaufverhältnissen ergibt die kapillare Punktion (Ohrläppchen, Fingerbeere, bei Säuglingen die seitlichen Bereiche der Ferse) vergleichbare Werte zur arteriellen Blutabnahme: heparinisierte Glas-Kapillare, Kapillare vollständig füllen, Drahtstifte zur späteren Durchmischung einführen, Kapillare beiderseits mit Kappen verschließen, Lagerung zwischen Kühlelementen, Analyse innerhalb 1h.6
Daher steht die Messung des ionisierten Magnesiums im Serum in der Standarddiagnostik – ebenso wie die Messung des Lymphozyten- oder Muskel-Magnesiums – noch nicht zur Verfügung.
Generell sollte daher gerade bei dem Biofaktor Magnesium explizit auf die Patienten-Anamnese, insbesondere bei Risikogruppen wie Herz-Kreislaufpatienten, Diabetiker und Senioren und Mangelsymptomatik geachtet werden.
Normwerte Magnesium21,22
Magnesium im Serum
| Zielgruppe | Norm |
| Neugeborene | 0,48-1,05 mmol/L |
| Kinder | 0,6-0,95 mmol/L |
| Frauen | 0,77-1,03 mmol/L |
| Männer | 0,73-1,06 mmol/L |
Magnesium im Vollblut
Magnesium in den Erythrozyten
Es gibt Hinweise, dass der Nachweis des Magnesiumgehaltes in den Erythrozyten nur bedingt den aktuellen Körpermagnesiumbestand widerspiegelt. Erythrozyten verfügen nicht über alle Magnesiumtransportsysteme und können den Biofaktor nur schlecht aufnehmen. Die Erythrozyten-Magnesiumkonzentration gibt keinen Hinweis auf die aktuelle Magnesiumversorgung, sondern repräsentiert die Versorgung in den letzten Wochen, also für die Zeit, in der die Erythrozyten gebildet wurden.23
Magnesium im Urin
Mit dem Magnesiumretentionstest (Magnesium-Loadingtest) ist es prinzipiell möglich, einen chronischen Magnesiummangel nachzuweisen. Dazu wird die Magnesium-Konzentration im 24-Stunden-Sammelurin bestimmt und mit jener Konzentration nach einer intravenösen Magnesium-Belastung verglichen. Werden weniger als 60 % des infundierten Magnesiums ausgeschieden, spricht dies für einen Mangelzustand.
Allerdings gehört auch der Magnesium-Retentionstest nicht zur Standarddiagnostik. Und zudem wird deren Aussagekraft durch die Nierenfunktion beeinflusst. Erhöhte renale Magnesiumverluste bei Diabetes, Alkoholabusus oder durch Medikamente wie Diuretika verfälschen den Test.
Referenzbereiche Zink im Serum
| Altersgruppe | mg/dl | µmol/l |
| bis 60 J | 0,7 – 1,5 | 10,7 – 23,0 |
| 60 - 90 J | 0,6 – 1,1 | 9,6 – 16,4 |
| > 90 J | 0,5 – 1,0 | 8,0 – 15,1 |
Referenzbereiche Zink im Plasma
Referenzbereiche Zink im Vollblut
Je nach Labor und Messmethode können die Referenzbereiche leicht variieren. Eine tendenzielle Verschiebung der Werte mit dem Lebensalter zu niedrigeren Referenzbereichen ist aber vergleichbar.
Das Lebensalter bewirkt leichte Veränderungen der Normwerte, die aber für Serum und Vollblut nicht unbedingt synchron verlaufen. Zudem sind geschlechtsspezifische Unterschiede erkennbar.
Achtung: Falsch hohe Zinkwerte durch Verwendung von Glasröhrchen möglich. Aus dem Glas diffundieren kontinuierlich geringe Mengen an Zink, die die Zinkkonzentrationen verfälschen. Aber auch verschiedene Teflonarten und Polyäthylen enthalten Zink. Am besten ist die Verwendung von Polypropylen.
Bestimmungsmethoden
Der Biofaktor Zink ist in nahezu allen Kompartimenten so konzentriert, dass AAS als Methode verwendet wird. Die Photometrie erfasst niedrige Zinkplasmaspiegel nur unzureichend.
Bewertung Zink-Diagnostik
Anders als beispielsweise beim Eisen, gibt es für Zink derzeit keinen verlässlichen Biomarker zur routinemäßigen Beurteilung eines Mangels. Die Messung der Zinkkonzentration im Serum oder der Aktivität zinkhaltiger Enzyme und insbesondere die Bestimmung des Zinkgehaltes in Haaren und Urin zeigten in wissenschaftlichen Untersuchungen wenig überzeugende Ergebnisse.24,25
Etwa 95 % des Gesamtkörperbestandes an Zink befinden sich intrazellulär. Im Serum befindet sich deutlich weniger als 1% des Körperzinks.
Der Zinkgehalt in Haar- und Nagelproben besitzt bei toxikologischen Aspekten eine gewisse Aussagekraft, ist aber zum Nachweis des Zinkstatus nicht verwertbar. Einflussgrößen bei der Bewertung sind der unterschiedliche Aufbau und Stoffwechsel des Haares, externe Ablagerungen und Kontaminationen der Probe.
Urinproben zur Diagnose eines Zinkmangels sind ungeeignet, denn bei niedriger Ausscheidung kann nicht zwischen einem bestehenden Defizit des Biofaktors Zink und einer verminderten aktuellen Resorption unterschieden werden.
Alternativ möglich, jedoch zeitaufwändig ist die Zinkanalyse im Vollblut, bei der neben dem Serum die Erythrozyten berücksichtigt werden. Da der überwiegende Teil von Zink erythrozytär gebunden ist (ca. 85 %), unterliegt die Vollblutdiagnostik weniger Störeinflüssen.
Möglich wäre die Untersuchung von Gewebeproben, was aber für die therapeutische Praxis wenig geeignet ist. Außerdem sind die Aktivität der alkalischen Phosphatase und die Zink-Bindungskapazität aussagekräftige, allerdings ebenfalls wenig praxistaugliche Parameter:26
Die Zinkbestimmung im Plasma ist die am häufigsten angewandte Labormethode. Allerdings gibt es auch Hinweise, dass die Bestimmung im Serum der im Plasma vorzuziehen ist, da Antikoagulantien mitunter messbare Zinkmengen enthalten.
Es sollte zudem insbesondere berücksichtigt werden, dass die Zink-Plasmakonzentration durch Anpassung von Aufnahme und Ausscheidung über einen weiten Zufuhrbereich konstant gehalten wird. Normale Plasmawerte schließen einen Zinkmangel nicht aus. Umgekehrt müssen niedrige Zinkwerte im Plasma nicht unbedingt auf einen Mangel hinweisen, da auch Stress, Infarkte, Infektionen und Entzündungen sowie Hypalbuminämie bei Lebererkrankungen und Hämodilution, z. B. in der Schwangerschaft die Werte absenken können. Auch in Folge von Verbrennungen oder durch operative Eingriffe kommt es vielfach zu einem schnellen Abfall der Zinkkonzentration im Plasma.
Der auch laut Empfehlung der Deutschen Gesellschaft für Ernährung (DGE) einfachste und zuverlässigste Weg stützt sich in der Zinkdiagnostik auf die Anamnese möglicher Ursachen bzw. Risikofaktoren und die Verminderung von Mangelsymptomen nach Zinksupplementation.24,27
Vitamin B1 (Thiamin) ist wasserlöslich und zählt zu den essentiellen Vitaminen, da der menschliche Organismus es nicht herstellen kann, sondern mit der Nahrung aufnehmen muss. Der Begriff Vitamin B1 bezeichnet die Verbindungen Thiamin (T) und dessen Metabolite in Form von Estern – bezeichnet als Mono-, Di- und Triphosphat, abgekürzt mit TMP, TDP und TTP.
Thiamindiposphat wird auch als Thiaminpyrophosphat (TPP) bezeichnet. TPP ist die Coenzymform (Cocarboxylase) von Thiamin und dominiert im Vergleich zu Thiamin, aus welchem es durch das Enzym Thiaminpyrophosphokinase gebildet wird. Während in der Regel Thiamin die übliche Darreichungsform durch Lebensmittel oder Supplemente ist, stellt TDP/TPP die physiologisch aktive und damit wichtigste Komponente dar. TPP ist Bestandteil von Enzymen, die im Kohlenhydrat- und Aminosäurestoffwechsel eine wichtige Rolle spielen. Das freie Thiamin findet sich nur in sehr geringer Konzentration im Plasma. Der größte Teil ist als TPP an die Erythrozyten gebunden: Etwa 75 % des Gesamt-Thiamins im Vollblut finden sich in Erythrozyten, ca. 15 % in Leukozyten und ca. 10 % im Plasma.
Referenzbereiche (Laborabhängig):
Vitamin-B1-Status:
Ergänzend bei Verdacht auf chronischen Vitamin-B1-Mangel
Vitamin B1 im Urin21
Nachweis bioaktiver B-Vitamine im mikrobiologischen Bioessay33
Die Standardlabormethode bei den B-Vitaminen ist die Bestimmung durch HPLC. Es wird im Serum, EDTA-Plasma oder intrazellulär die Substanzmenge der jeweiligen B-Vitamine nachgewiesen. Diese Methoden beschränken sich in der Regel auf die metabolisch aktive Form des Vitamins (Thiaminpyrophosphat bei Vitamin B1, Pyridoxal-5-phosphat bei Vitamin B6).
Die Bestimmung bioaktiver B-Vitamine empfiehlt sich, wenn bei der Standarddiagnostik grenzwertig niedrige Werte mehrerer B-Vitamine gemessen wurde. Auch kann sie der Therapiekontrolle und Optimierung der Supplementation dienen.
Für die Laboruntersuchung wird enzymatisch vorbehandeltes Blut auf Mikrotiterplatten aufgebracht, die mit vitaminsensitiven Saccharomyces- bzw. Lactobacillus-Bakterienstämmen beschichtet sind. Die für jedes B-Vitamin speziell zusammengesetzte Kultur enthält alle für das Wachstum notwendigen Anteile außer des jeweils zu untersuchenden B-Vitamins. Das resultierende Bakterienwachstum ist dann proportional zur Menge der jeweils bioaktiv verfügbaren B-Vitamine im Blut. Aufgrund der komplizieren Präanalytik gilt die Messung der bioaktiven B-Vitamine allerdings als störanfällig und gehört nicht zur Standarddiagnostik.
Vitamin B6 ist die Sammelbezeichnung für verschiedene chemische Verbindungen – Pyridoxin, Pyridoxal, Pyridoxamin sowie deren phosphorylierte Derivate – deren aktivierter Metabolit Pyridoxal-5-Phosphat ist. Alle Derivate können vom Stoffwechsel ineinander überführt werden und besitzen dieselbe biologische Aktivität (Vitamere).
Der Biofaktor Vitamin B6 wird aus dem Vollblut oder Serum/Plasma bestimmt. Die Normalwerte für Pyridoxyl-5-phosphat (PALP) sind:
Nachweis bioaktiver B-Vitamine im mikrobiologischen Bioessay33
Die Standardlabormethode bei den B-Vitaminen ist die Bestimmung durch HPLC. Es wird im Serum, EDTA-Plasma oder intrazellulär die Substanzmenge der jeweiligen B-Vitamine nachgewiesen. Diese Methoden beschränken sich in der Regel auf die metabolisch aktive Form des Vitamins (Thiaminpyrophosphat bei Vitamin B1, Pyridoxal-5-phosphat bei Vitamin B6).
Die Bestimmung bioaktiver B-Vitamine empfiehlt sich, wenn bei der Standarddiagnostik grenzwertig niedrige Werte mehrerer B-Vitamine gemessen wurde. Auch kann sie der Therapiekontrolle und Optimierung der Supplementation dienen.
Für die Laboruntersuchung wird enzymatisch vorbehandeltes Blut auf Mikrotiterplatten aufgebracht, die mit vitaminsensitiven Saccharomyces- bzw. Lactobacillus-Bakterienstämmen beschichtet sind. Die für jedes B-Vitamin speziell zusammengesetzte Kultur enthält alle für das Wachstum notwendigen Anteile außer des jeweils zu untersuchenden B-Vitamins. Das resultierende Bakterienwachstum ist dann proportional zur Menge der jeweils bioaktiv verfügbaren B-Vitamine im Blut. Aufgrund der komplizieren Präanalytik gilt die Messung der bioaktiven B-Vitamine allerdings als störanfällig und gehört nicht zur Standarddiagnostik.
| Gesamt-Vitamin-B12-Serumspiegel: | Normbereich ca. 200-1.000 ng/l |
| Serumspiegel < 200 ng/l: | Vitamin-B12-Mangel bestätigt |
| Serumspiegel 200-400 ng/l: | Holotranscobalamin (Holo-TC) im Serum messen |
| Holo-TC < 35 pmol/l: | Vitamin-B12-Mangel bestätigt |
| Holo-TC > 55 pmol/l: | Vitamin-B12-Mangel unwahrscheinlich |
| Holo-TC 36-55 pmol/l: | Methylmalonsäure (MMA) und/oder Homocystein im Serum messen |
| MMA > 300 nmol/l bzw. > 0,4 µmol/l und Homocystein > 10 µmol/: | Vitamin-B12-Mangel bestätigt. |
Diagnose Vitamin-B12-Mangel: Das gilt es zu berücksichtigen30,31
Die Resorption des Biofaktors Vitamin B12 erfolgt im distalen Ileum aktiv über einen Transporter in der Darmwand und in der Mundschleimhaut und entlang des gesamten Darmes durch einen passiven - vom Konzentrationsgefälle abhängigen – Mechanismus.32 Für die aktive Aufnahme ist die Bindung an den Intrinsic Faktor (IF) aus der Magenwand erforderlich; bei Fehlen des IF (z.B. bei atrophischer Gastritis oder nach Magen-Operationen) müssen deshalb hohe orale Vitamin-B12-Konzentrationen zugeführt werden, um eine ausreichende passive Aufnahme zu erreichen.
Im Plasma erfolgt anschließend die Bindung eines Teils von Vitamin B12 an Transcobalamin zu Holotranscobalamin (Holo-TC). Der größte Anteil von 70 bis 90 % wird jedoch an Haptocorrin gebunden – ein biologischer inaktiver Komplex, da nur Leberzellen und keine anderen Körperzellen über Rezeptoren zur Resorption verfügen. Ausschließlich Holo-TC kann als metabolisch aktive Form von Vitamin B12 von allen Zellen über entsprechende Rezeptoren aufgenommen werden.
Bei der Bestimmung des Gesamt-Vitamin-B12 wird nicht zwischen der metabolisch aktiven und inaktiven Form differenziert. Die alleinige Messung dieses Laborparameter gibt im sogenannten „Graubereich“ zwischen 200 und 400 ng/l daher keinen eindeutigen Hinweis, ob Holo-TC als alleinige metabolisch aktive Form von Vitamin B12 in ausreichender Menge zur Verfügung steht. Es empfiehlt sich dann die zusätzliche Messung von Holo-TC im Serum.
Auch beim Holo-TC gibt es allerdings einen Graubereich zwischen 35 und 55 pmol/l, in dem ein eventueller Vitamin-B12-Mangel durch Bestimmung weiterer Laborparameter – Homocystein und Methyl-Malonsäure (MMA) – diagnostisch abzuklären ist. Vitamin B12 ist einer der Kofaktoren im Methionin-/Homocystein-Stoffwechsel; im intrazellulärem Vitamin-B12-Mangel steigen die Konzentrationen an Homocystein und MMA an (Messwerte siehe oben).
Aufgrund dieser physiologischen Zusammenhänge wird deutlich, dass die Messung von Holo-TC, Homocystein und MMA eine höhere Sensitivität und Spezifität hat als die alleinige Messung von Gesamt-Vitamin-B12:
Zu beachten:
Bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizenz ist die Aussagekraft der Vitamin-B12- und Holo-TC-Serumspiegel nur eingeschränkt möglich. Der Verdacht auf Vitamin-B12-Mangel wird bei diesen Patienten über eine Verminderung von MMA im Serum nach Cobalamingabe diagnostiziert.
Nachweis bioaktiver B-Vitamine im mikrobiologischen Bioessay33
Die Standardlabormethode bei den B-Vitaminen ist die Bestimmung durch HPLC. Es wird im Serum, EDTA-Plasma oder intrazellulär die Substanzmenge der jeweiligen B-Vitamine nachgewiesen. Diese Methoden beschränken sich in der Regel auf die metabolisch aktive Form des Vitamins (Thiaminpyrophosphat bei Vitamin B1, Pyridoxal-5-phosphat bei Vitamin B6).
Die Bestimmung bioaktiver B-Vitamine empfiehlt sich, wenn bei der Standarddiagnostik grenzwertig niedrige Werte mehrerer B-Vitamine gemessen wurde. Auch kann sie der Therapiekontrolle und Optimierung der Supplementation dienen.
Für die Laboruntersuchung wird enzymatisch vorbehandeltes Blut auf Mikrotiterplatten aufgebracht, die mit vitaminsensitiven Saccharomyces- bzw. Lactobacillus-Bakterienstämmen beschichtet sind. Die für jedes B-Vitamin speziell zusammengesetzte Kultur enthält alle für das Wachstum notwendigen Anteile außer des jeweils zu untersuchenden B-Vitamins. Das resultierende Bakterienwachstum ist dann proportional zur Menge der jeweils bioaktiv verfügbaren B-Vitamine im Blut. Aufgrund der komplizieren Präanalytik gilt die Messung der bioaktiven B-Vitamine allerdings als störanfällig und gehört nicht zur Standarddiagnostik.
Folsäure ist zu 95 % in den Erythrozyten lokalisiert, nur 5 % befinden sich im Serum. Ein Folsäuremangel wird daher in der Regel nicht über die Folsäurekonzentration im Serum gemessen, sondern durch Erythrozytenanalyse. Ein Folsäuredefizit führt zu einer megaloblastären, hyperchromen makrozytären Anämie mit erhöhtem MCV und MCH. Die Bestimmung der Folsäure in den Erythrozyten ist gut geeignet zur Beurteilung des Schweregrades eines Folsäuremangels, da sie im Gegensatz zur Bestimmung der Serum-Folsäure unabhängig von kurzfristigen Nahrungseinflüssen ist. Die Bestimmung der Serum-Folsäure kann in unklaren Fällen unterstützend hilfreich sein.
Folsäure in den Erythrozyten
Folsäure im Serum
Der Nachweis des Folsäuregehaltes in den Erythrozyten zusammen mit Folsäure im Serum geben Ausmaß und Schweregrad des Folsäuredefizits an. Folsäurewerte in den Erythrozyten unter 50 µg/l weisen auf einen manifesten Folsäuremangel hin. Reduzierung der intraerythrozytären Folsäure bei normaler Serum-Folsäure im Serum deutet auf ein Vitamin-B12-Defizit hin (siehe unten).
Zu beachten:
Ein Folsäuremangel wird durch zahlreiche Arzneimittel über Hemmung der Resorption oder der Folsäureproduktion oder durch Folsäureantagonismus ausgelöst. Folgende Arzneimittel sind dahingehend zu berücksichtigen: Aminopterin, Amethopterin, Daraprim, Pyrimethamin, hormonelle Kontrazeptiva, Sulfasalazin, Antiepileptika, Aminosalicylsäure und Phenacetin.
Nicht nur ein Folsäuremangel, sondern auch ein Defizit an Vitamin B12 kann zu hämatologischen Störungen im Sinne einer megaloblastären Anämie führen. Die durch Folsäuremangel bedingte megaloblastäre Anämie ist weder klinisch noch mikroskopisch von der Vitamin-B12-Mangel-bedingten megaloblastären Anämie zu unterscheiden. Wird bei megaloblastärer Anämie aufgrund eines Vitamin-B12-Mangels fälschlicherweise ein Folsäuredefizit vermutet und nur Folsäure alleine supplementiert, verstärken sich die neurologischen Auswirkungen des Vitamin-B12-Mangels, und es kann infolge dieser „Folat-Falle“ zu irreversiblen neurologischen Schädigungen kommen. Eine alleinige Folsäure-Supplementierung bei gleichzeitig vorliegendem Vitamin-B12-Mangel würde also Vitamin-B12-abhängige neurologische Störungen verstärken. Daher sollten bei Verdacht grundsätzlich beide Biofaktoren untersucht werden.
Der früher zur Differenzierung dienende Schilling-Test (1 µg mit 57Co radioaktiv markiertes Vitamin B12 wird oral verabreicht und die Ausscheidung im 24-Std.-Urin verfolgt: Bei gesunden Patienten werden mindestens 5% des radioaktiv markierten Vitamin B12 renal ausgeschieden) ist obsolet und wird heute durch die oben genannten verlässlichen Blutspiegel-Untersuchungen ersetzt.
Bei Nachweis eines Folsäuremangels ist vor Verordnung von hochdosierter Folsäure (Tagesdosis: 5 mg) durch den Therapeuten sicherzustellen, dass der Mangel nicht alimentär behoben werden kann.
Folsäurepräparate mit geringerer Dosierung (0,4-0,8 mg), die zur Vorbeugung von Neuralrohrdefekten vor und während einer Schwangerschaft empfohlen werden, gelten zwar aus medizinischer Sicht aufgrund zahlreicher positiver Studienergebnisse als äußerst sinnvoll, gehören dennoch nicht zum Regelleistungskatalog der GKV. Einige Krankenkassen erstatten allerdings Folsäurepräparate in der oben genannten Dosierung über Schwangerschaftsprogramme oder besondere Satzungsleistungen.
Ascorbinsäure ist äußerst oxidationsempfindlich. Dem Plasma muss daher eine EGTA/GSH-Lösung als Oxidationsschutz zugesetzt werden. Das so stabilisierte Plasma muss tiefgefroren versandt werden. Die Bestimmung des Vitamin C erfolgt nach dieser Stabilisierung als Summe von Ascorbinsäure und Dehydroascorbinsäure.34
Zu beachten:
Von einem niedrigen Vitamin-C-Status ist bei Werten zwischen 1,7 bis unter 3 mg/l auszugehen, Werte unterhalb 1,7 mg/l kennzeichnen einen Vitamin-C-Mangel und bei Werten unterhalb 1 mg/l besteht ein erhöhtes Skorbut-Risiko.
Alimentär werden nur geringe Mengen Vitamin D3 aufgenommen, der weitaus größte Anteil von 80 bis 90 % wird in der Haut unter dem Einfluss von UV-B-Strahlung selbstständig gebildet. Die beiden wichtigsten Vitamin-D-Vorstufen sind das unter UV-Strahlung synthetisierte oder über Nahrungsmittel tierischer Herkunft aufgenommene Vitamin D3 (Cholecalciferol) und das aus Lebensmitteln pflanzlichen Ursprungs stammende Vitamin D2 (Ergocalciferol).
Beide Vorstufen werden, vor allem gebunden an das Vitamin-D-bindende Protein DBP über das Blut in die Leber transportiert und dort von dem Enzym Cytochrom P450 2R1 zu einer weiteren Zwischenform, dem 25(OH)D3, Calcidiol, umgewandelt. Calcidiol wird in der Leber wieder an DBP gebunden und an das Blut abgegeben. Calcidiol fungiert als Speicherform von Vitamin D3 und hat die Aufgabe, die Pausen und Spitzen der Vitamin-D3-Versorgung über das UV-Licht ausgleichen zu können.
Calcidiol gelangt, hauptsächlich wieder an DBP gebunden, in die Nieren, um dort zur physiologisch aktiven, das heißt eigentlich wirksamen Vitamin-D3-Form, dem 1,25(OH)2D3 bzw. Calcitriol, umgewandelt zu werden.
Die Bestimmung des Vitamin-D3-Serumspiegels reflektiert lediglich die Vitamin-D3-Aufnahme – alimentär und über die Haut – der letzten Tage. Um einen Hinweis auf die längerfristige Vitamin-D3-Versorgung zu erhalten, ist die Bestimmung des Calcidiols, dessen Halbwertszeit im Blut mit ein bis zwei Monaten angegeben wird, sinnvoller.
Vitamin-D3-Status: Referenzwerte
Die Definition eines Vitamin-D3-Mangels anhand des 25-OH-Vitamin-D3-Spiegels wird nach wie vor kontrovers diskutiert. Das Robert Koch-Institut verwendet in Überstimmung mit der Deutschen Gesellschaft für Ernährung und der WHO die international häufig genutzte Klassifikation des US-amerikanischen Institute of Medicine (IOM). Als Referenzwert benennen sie als unteren Calcidiol-Grenzwert 50 nmol/l bzw. 20 ng/ml.35 Die Vitamin-D3-Versorgung gilt demnach als gesichert, wenn die Serumkonzentration der Speicherform Calcidiol = 25(OH)D3 über 50 nmol/l bzw. 20 ng/ml liegt. (25(OH)D3 kann in den Einheiten nmol/l oder ng/ml angegeben werden, für die Umrechnung teilt man den Wert durch 2,5).36
| 25(OH)D3 in nmol/l | 25(OH)D3 in ng/ml | Interpretation |
| < 30 | < 12 | mangelhafte Versorgung mit erhöhtem Risiko für Rachitis, Osteomalazie und Osteoporose |
| 30 - < 50 | 12 - < 20 | suboptimale Versorgung |
| 50 - < 75 | 20 - < 30 | ausreichende Versorgung |
| 75 - < 125 | 30 - < 50 | ausreichende Versorgung ohne weiteren Zusatznutzen |
| ≥ 125 | ≥ 50 | mögliche Überversorgung mit erhöhtem Risiko für Hypercalcämie, Nierensteine oder Herzrhythmusstörungen |
| Material: Serum37 Materialmenge: 1 ml Messmethode: LIA | ||
In einem Expertenkonsens von 2022 wurden im Gegensatz zu der oben zitierten Klassifikation mit einem unteren Calcidiol-Grenzwert von 50 nmol/l bzw. 20 ng/ml etwas höhere Referenzbereiche empfohlen. Diese liegen bei 75 bis 125 nmol/l bzw. 30 bis 50 ng/ml.37
Auch wenn die Richtlinien zur Vitamin-D3-Diagnostik zum momentanen Zeitpunkt heterogen sind,38 gilt der obere Referenzwert von 125 nmol/ bzw. 50 ng/ml in beiden Empfehlungen. Calcidiol-Serumspiegel oberhalb dieser Werte sind im Hinblick auf das erhöhte Risiko einer Vitamin-D3-Überversorgung mit erhöhtem Risiko für Hypercalcämie, Nierensteine oder Herzrhythmusstörungen zu vermeiden.
Freies Vitamin D3 – bessere Beurteilung der Vitamin-D-Versorgung39
25(OH)D3 ist lipophil und daher zum größten Teil an Trägermoleküle gebunden und wird so im Blut transportiert. Als Trägermoleküle dienen Albumin und zu 85 bis 90 % das oben bereits erwähnte Vitamin-D-bindende Protein DBP. Lediglich ein sehr kleiner Anteil des 25(OH)D3 von etwas 1 % ist frei, also ungebunden. Aber nur dieses freie Vitamin D3 ist biologisch aktiv, da es die Zellmembran passieren und den intrazellulär gelegenen, zur Familie der Steroidrezeptoren gehörenden, nukleären Vitamin-D-Rezeptor aktivieren kann („Freie Hormon-Hypothese“).
Der Labornachweis von 25(OH)D3 erfasst aber sowohl das freie, biologisch verfügbare Vitamin D3, als auch den an Trägermoleküle gebundenen Teil. Eine Differenzierung ist nicht möglich. Und da die DBP-Konzentration sehr störanfällig ist (Hormone wie Östrogen, Leber- und Nierenleistung, Genetik), gilt die bisher angenommene Korrelation des freien, biologisch aktiven Vitamin D3 mit dem Gesamt-Vitamin-D3 – gemessen in Form des 25(OH)D3 – als unbefriedigend.
Die Bestimmung des freien Vitamin D3 (fD3) im Serum ist unabhängig von den genannten Störgrößen und reflektiert den Teil des Biofaktors, der mit dem Vitamin-D-Rezeptor interagiert. Die Messung wird von einigen Diagnostik-Laboratorien routinemäßig angeboten.40
Zu beachten:
Übergewicht erhöht die Gefahr eines Vitamin-D3-Mangels.41 Bereits eine 10 %ige Gewichtszunahme führt zu einem Rückgang der Vitamin D3-Spiegel um mehr als 4 %. Bei Übergewichtigen kann daher eine höhere Dosierung an Supplementen notwendig sein als bei Normalgewichtigen.