Vitamin D3 – Biofaktor für Knochenstoffwechsel, Muskulatur und Immunsystem

Vitamin D₃ ist als fettlösliches Vitamin an zahlreichen Prozessen im Organismus beteiligt und besitzt neben dem Vitamincharakter hormonelle Wirkungen. Insbesondere für den Mineralhaushalt und die Knochenmineralisierung benötigt der Körper ausreichende Mengen dieses Biofaktors. Über die Nahrung werden nur geringe Mengen Vitamin D₃ aufgenommen, der weitaus größte Vitamin-D₃-Anteil wird in der Haut unter dem Einfluss von UV-B-Strahlung selbstständig gebildet. Die Vitamin-D₃-Versorgung in Mitteleuropa gilt als unzureichend: Etwa 60 % der Bevölkerung weisen zu geringe Serumkonzentrationen der Speicherform von Vitamin D₃, dem Calcidiol (=25(OH)D₃) auf; genauer gesagt, sie erreichen nicht die wünschenswerte Blutkonzentration des Markers 25(OH)D₃ von 50 nmol/l.¹ Bei einer unzureichenden Vitamin-D₃-Versorgung ist eine Vitamin-D₃-Supplementierung zur Deckung des täglichen Bedarfs notwendig.

Laut Empfehlungen der D-A-CH-Fachgesellschaften, der Gesellschaften für Ernährung in Deutschland, Österreich und der Schweiz benötigen gesunde Personen folgende Tagesmengen des Biofaktors:²

Laut der Nationalen Verzehrsstudie II³ liegt die mittlere tägliche Zufuhr von Vitamin D₃ bei Männern bei 2,9 µg/Tag und bei Frauen bei 2,2 µg/Tag und somit sowohl bei Männern als auch bei Frauen weit unter den Zufuhr-Empfehlungen der D-A-CH-Fachgesellschaften.

Da Vitamin D₃ lediglich in fettem Fisch in ausreichender Menge zu finden ist, ist die empfohlene Tagesdosis von 20 µg bzw. 800 IE für Kinder, Jugendliche und Erwachsene allein über die Ernährung nicht zu gewährleisten. Die Vitamin-D₃-Versorgung muss weitgehend über die endogene Synthese und/oder über die Einnahme eines Vitamin-D₃-Präparates sichergestellt werden. Lediglich bei häufiger und regelmäßiger Sonnenbestrahlung könnte die gewünschte Vitamin-D₃-Tagesdosis ohne Supplemente erreicht werden. Dies ist jedoch aufgrund des erhöhten Hautkrebsrisikos durch übermäßige Sonneneinstrahlung nicht zu empfehlen.

Das Robert Koch-Institut (RKI) 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.⁴ Die Vitamin-D₃-Versorgung gilt nach dieser Klassifikation als gesichert, wenn die Serumkonzentration der Speicherform des Vitamin D₃, das Calcidiol, bei einem Wert über 50 nmol/l liegt. 

In einem Expertenkonsens von 2022 wurden im Gegensatz dazu etwas höhere Referenzbereiche empfohlen.⁵ Nach diesen Empfehlungen sollte der Calcidiol-Grenzwert bei 75 nmol/l bzw. 30 ng/ml liegen.

Die Richtlinien zur Vitamin-D₃-Diagnostik sind also zum momentanen Zeitpunkt heterogen. Generell gilt, dass  Calcidiolwerte über 125 nmol/ bzw. 50 ng/ml zu vermeiden sind. Hier besteht ein erhöhter Risiko einer Vitamin-D₃-Überversorgung mit erhöhtem Risiko für Hypercalcämie, Nierensteine oder Herzrhythmusstörungen.

Welche Risikogruppen für einen Vitamin-D₃-Mangel sind bekannt?

In Mitteleuropa zählen Schwangere und stillende Frauen, Säuglinge sowie ältere Menschen zu den Risikogruppen für einen Vitamin-D₃-Mangel.

In der Schwangerschaft ist eine ausreichende Vitamin-D₃-Versorgung wichtig für die Entwicklung des Fetus. Laut Untersuchungen weisen jedoch 98 % der Schwangeren im Winter Serumkonzentrationen unterhalb von 50 nmol/l auf, im Sommer unter dem Einfluss der UV-Strahlung liegt die Quote noch bei 49 %.⁶ Studien konnten belegen, dass bei bis zu 77 % der stillenden Frauen nach der Geburt Calcidiol-Spiegel unter 50 nmol/l vorlagen.^7,8 Während der Stillzeit wirken sich Supplementationen der Mutter daher günstig auf den Vitamin-D₃-Status des Säuglings aus.⁹

Da Säuglinge keiner direkten Sonnenbestrahlung ausgesetzt werden sollten, weil bei ihnen der hauteigene Schutzmechanismus noch nicht ausgebildet ist, und aufgrund der oben erwähnten Vitamin-D₃-Unterversorgung stillender Frauen gehören Säuglinge ebenfalls zu den Risikogruppen für einen Vitamin-D₃-Mangel. Um einer Vitamin-D₃-mangelbedingten Rachitis entgegenzuwirken bzw. eine manifeste Rachitis zu behandeln, sollte nach den Leitlinien der Deutschen Gesellschaft für Kinderendokrinologie und -diabetologie eine spezielle Behandlung mit Vitamin D₃ und Calcium durchgeführt werden.¹⁰

Auch ältere Menschen leiden häufig unter einem Vitamin-D₃-Mangel, da ab dem 60. Lebensjahr die körpereigene Vitamin-D₃-Synthese stark abnimmt. Zum einen ist der Gehalt der Vorstufe 7-Dehydrocholesterol in der Haut vermindert, zum anderen sinken Leber- und Nierenleistung, um aktives Vitamin D₃, das sogenannte Calcitriol (1,25(OH)₂D₃), zu bilden. Zudem sind ältere Menschen häufig pflegebedürftig und immobil und halten sich daher seltener im Freien auf. Zusätzlich nehmen viele Senioren weniger Vitamin D₃ über die Nahrung auf. Von daher ist bei älteren Menschen häufig eine Supplementierung des Biofaktors angezeigt.¹¹

Etwa 60 bis 70 %  der Bevölkerung sind nicht ausreichend mit Vitamin D₃ versorgt. Ein Vitamin-D₃-Mangel kann durch eine verminderte Synthese und/oder Zufuhr sowie einen erhöhten Bedarf des Biofaktors ausgelöst werden. Neben dem bereits erwähnten erhöhten Risiko für einen Vitamin-D₃-Mangel bei Säuglingen, Schwangeren, Stillenden und Senioren kann es generell durch eine ungenügende Sonnenexposition, z. B. durch Sonnenschutzmittel und im Freien, zu einer ungenügenden Vitamin-D₃-Synthese über die Haut kommen. Die Vitamin-D₃-Eigensynthese ist auch bei Menschen mit dunkler Hautfarbe vermindert, da die Konzentration des Pigments Melanin erhöht ist.^12,13
Zudem kann die Vitamin-D₃-Resorption durch chronische Resorptionsstörungen vermindert sein, z.B. bei Mukoviszidose, Morbus Crohn, Zöliakie und Lebererkrankungen. Bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz wird mehr Vitamin D₃ über die Nieren ausgeschieden und weniger aktives Vitamin D₃ gebildet, wodurch es ebenfalls zu einem Mangel des Biofaktors kommen kann. Auch die langfristige Einnahme von Arzneimitteln kann zu einer Vitamin-D₃-Unterversorgung führen.
Nicht zuletzt kann ein Magnesiummangel einen Vitamin-D₃-Mangel bedingen, da die beiden Biofaktoren synergistisch im Körper agieren: Einerseits ist der Mineralstoff Magnesium ein Cofaktor für die Umwandlung der inaktiven zur aktiven Vitamin D₃-Form, andererseits fördert Vitamin D₃ die Magnesiumaufnahme im Dünndarm.¹⁴

Vitamin D₃ wird zu 80 bis 90 % über die Haut gebildet, nur ein geringer Teil wird aus der Nahrung aufgenommen. Die beiden wichtigsten Vitamin-D-Vorstufen sind das unter UV-Strahlung gebildete oder über Nahrungsmittel tierischer Herkunft aufgenommene Vitamin D₃ (Cholecalciferol) und das aus Lebensmitteln pflanzlichen Ursprungs stammende Vitamin D₂ (Ergocalciferol). Beide Vorstufen werden über das Blut in die Leber transportiert und dort zu einer weiteren Zwischenform, dem 25(OH)D₃, Calcidiol, umgewandelt. Im nächsten Schritt wird in den Nieren die biologisch aktive, wirksame Vitamin-D₃-Stufe, das sogenannte 1,25(OH)₂D₃ bzw. Calcitriol, gebildet.

Knochenstoffwechsel
Vitamin D₃ beeinflusst neben den Hormonen Calcitonin und Parathormon den Calcium- und Phosphatstoffwechsel im Körper und ist damit ein wichtiger Faktor für die Knochenmineralisierung. Vitamin D₃ fördert die Resorption und Rückresorption von Calcium und Phosphat in Darm und Niere. Gleichzeitig hemmt der Biofaktor die Ausschüttung des Parathormons und verhindert so den ungehemmten Calciumabbau aus dem Knochen. Ein Vitamin-D₃-Mangel stört die Knochenmineralisierung und wirkt sich negativ auf die Knochengrundsubstanz und -festigkeit des Knochens aus.

Muskelstoffwechsel
Vitamin D₃ unterstützt Muskelleistung sowie Schnellkraft und Koordinationsfähigkeit der Muskulatur. Untersuchungen konnten nachweisen, dass Menschen mit niedrigen Calcidiol-Blutspiegeln häufiger stürzen als Menschen mit einem ausreichendem Blutspiegel.

Immunsystem
Zudem ist Vitamin D₃ wichtig für die Funktion und Regulierung des Immunsystems. In Zellen des Immunsystems befinden sich Vitamin-D-Rezeptoren. So hat der Biofaktor einen Einfluss auf die körpereigene Immunfunktion.¹⁵

Ein Vitamin-D₃-Mangel kann die Anfälligkeit für virale Infektionen erhöhen. Für Funktion und Regulierung des angeborenen und erworbenen Immunsystems ist daher eine ausreichende Vitamin-D₃-Versorgung essentiell. Der Biofaktor kann das Infektionsrisiko mindern und die Immunfunktion stärken, indem es Zellen des humoralen und zellulären Abwehrsystems aktiviert und der entzündungsfördernden Zytokine reduziert.¹⁶

Magnesiumhaushalt
Eine hohe Magnesiumzufuhr ist mit einem signifikant niedrigeren Risiko für einen Vitamin-D₃-Mangel verknüpft.¹⁷ Aufgrund des Synergismus der beiden Biofaktoren sollte generell auf eine ausreichende Versorgung mit Vitamin D₃ und Magnesium geachtet werden.

Wie aus der Physiologie ersichtlich, ist der Biofaktor Vitamin D₃ an wichtigen körpereigenen Prozessen beteiligt. Eine Vitamin-D₃-Unterversorgung kann zu folgenden Erkrankungen führen:

Rachitis bei Säuglingen und Kleinkindern
Im Kindesalter kann eine Vitamin-D₃-Hypovitaminose zur Rachitis, einer Vitamin-D₃-mangelbedingten Erkrankung des wachsenden Knochens führen. Der Vitamin-D₃-Mangel führt zu erniedrigten Calciumkonzentrationen im Blut und gestörten hormonellen Prozessen, mit der Folge einer Störung des Knochenstoffwechsels. Es kommt zu einer Erweichung und Verformung der Knochen. Besonders betroffen sind Brustbein, Schädel und Wirbelsäule. Zudem kommt es zu neuromuskulären Störungen mit Muskelkrämpfen und herabgesetzter Muskelkraft.

Osteomalazie bei Erwachsenen
Bei Erwachsenen kann der Vitamin-D₃-Mangel zur Osteomalazie führen, bei der es wie bei der Rachitis zu einer Demineralisation mit anschließender Erweichung und Verformung der Knochen kommt. Besonders betroffen sind die Wirbelsäule, der Brustkorb, die Beckenknochen und die Knochen der Extremitäten. Wie bei der Rachitis kann es auch bei der Osteomalazie zu Muskelkrämpfen, muskulärer Schwäche und Knochen-Muskel-Schmerzen kommen. Die Muskelfunktion ist bei Calcidiol-Konzentrationen unter 50 nmol/l beeinträchtigt, wodurch Menschen beispielsweise häufiger stürzen. So konnte eine Meta-Analyse nachweisen, dass die Supplementierung von 700 bis 1.000 IE Vitamin D₃ täglich die Anzahl der Stürze von über 65-Jährigen signifikant um 19 % reduzieren kann.¹⁸

Osteoporose
Wenn die Knochendichte einen bestimmten Wert unterschreitet, spricht man von Osteoporose. Dem Verlust an Knochenmasse liegt ein Missverhältnis zwischen Knochenaufbau und Knochenabbau zugrunde. Es wird mehr Knochenmasse durch die knochenabbauenden Osteoklasten abgebaut als durch die knochenaufbauenden Osteoblasten neu gebildet werden kann. Es kommt zu Knochenschmerzen, Frakturen, insbesondere im Bereich von Wirbelsäule und Hüftgelenken, Rückenschmerzen und Minderung der Körperlänge.
Bei der Osteoporose spielt Vitamin D₃ eine wichtige Rolle, da der Biofaktor zum einen den Calciumeinbau in den Knochen fördert und zum anderen die Calciumausscheidung über die Nieren vermindert. Anhand einer Studie konnte bewiesen werden, dass eine Einnahme von täglich 792 bis 2.000 IE Vitamin D₃ das Risiko für Hüftfrakturen bei über 65-Jährigen um 30 % reduziert. Auch für andere Frakturen konnten ähnlich positive Ergebnisse beobachtet werden. Außerdem reduzierte die Vitamin-D₃-Supplementierung die Frakturrate unabhängig von Geschlecht, Alter und Wohnsituation, das heißt auch ältere Menschen in Pflegeeinrichtungen profitierten von einer Vitamin-D₃-Substitution.¹⁹
Daher muss im Rahmen einer Osteoporosebehandlung auf eine ausreichende Zufuhr an Vitamin D₃ und Calcium geachtet werden. Auch der Magnesiumgehalt betroffener Patienten sollte überprüft werden, da Magnesium ebenfalls eine wichtige Rolle im Knochenstoffwechsel spielt.
Zudem kann eine Vitamin-D₃-Supplementation die pharmakologische Wirkung der im Rahmen einer Osteoporosebehandlung eingesetzten Bisphosphonate verbessern.²⁰ Auch diesbezüglich sollten die synergistischen Effekte genutzt werden.

Autoimmunerkrankungen
Bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen liegt häufig eine Unterversorgung bzw. ein Mangel an Vitamin D₃ vor. Es wird ein möglicher Zusammenhang zwischen einem Vitamin-D_3-Defizit und dem Verlust der Immuntoleranz bei Patienten mit Autoimmunerkrankungen diskutiert.^21,22

In einigen Studien wurde die klinische Wirksamkeit einer Vitamin-D₃-Supplementation bei Autoimmunerkrankungen untersucht - allerdings mit uneinheitlichen Ergebnissen. Obwohl in manchen Studien eine vorteilhafte Wirkung der Vitamin-D₃-Supplementierung bei Autoimmunerkrankungen gezeigt wurde, gibt es auch Studien, in denen dies nicht bestätigt werden konnte. 

Weiterhin konnten positive Effekte von Vitamin D₃ auf das Herz-Kreislaufsystem, bei einigen Krebserkrankungen und Diabetes mellitus beobachtet werden.²³

Ein Vitamin-D₃-Mangel gilt als Risikofaktor für die Entwicklung von Bluthochdruck (Hypertonie), und ein ausreichender Vitamin-D₃-Status kann sich senkend auf den arteriellen Blutdruck auswirken.²⁴ Ein Vitamin-D₃-Mangel kann auch das Risiko für Angina pectoris, Herzinfarkt, plötzlichen Herztod, Herzschwäche und Sterblichkeit aufgrund von Herzerkrankungen erhöhen.²⁵

Dennoch konnten die positiven Effekte des Biofaktors nicht in allen Studien bestätigt werden.²⁶

Wie wird ein Vitamin-D₃-Mangel nachgewiesen?

Informationen zur Labordiagnostik von Vitamin D₃ finden Sie hier.

Besteht bei Ihnen der Verdacht auf einen Vitamin D₃-Mangel? Machen Sie den Biofaktoren-Check und finden Sie Ihr persönliches Risiko heraus.

Vitamin D₃ ist nur in wenigen Lebensmitteln tierischen und pflanzlichen Ursprungs in nennenswerten Mengen enthalten. Erwähnenswert sind fettreiche Fische wie Hering (25 µg/100g), Lachs (16 µg/100g) und Sardine (11 µg/100g) sowie Leber (0,3–2,0 µg/100g), getrocknete Steinpilze (3,1 µg/100g) und Champignons (1,9 µg/100g). Milch, Milchprodukte und Eigelb enthalten in sehr geringen Mengen Vitamin D₃.

Generell kommt daher der Vitamin-D₃-Versorgung über die Nahrung nur eine untergeordnete Bedeutung zu.

Für Erwachsene und Kinder ab 11 Jahren hat die Europäische Lebensmittelbehörde (EFSA) die tägliche Aufnahme von 100 µg bzw. 4.000 IE Vitamin D₃ als sogenannten Tolerable Upper Intake Level (UL) bewertet.²⁷ Um eine rasche Korrektur eines Vitamin-D₃-Mangels zu erreichen, können in den ersten vier bis 12 Behandlungswochen höhere Vitamin-D₃-Dosen – bis zu 6.000 IE – angewendet werden. Bei Risikogruppen sollte der Vitamin-D₃-Status nach etwa sechs Wochen kontrolliert werden.⁵ Diese Tagesdosis sei unproblematisch im Hinblick auf eine Überdosierung. Für Kinder zwischen einem und 10 Jahren gilt ein UL von 50 µg  bzw. 2.000 IE pro Tag, für Kinder unter einem Jahr von 25 µg bzw. 1.000 IE pro Tag.²⁷

Erst die Einnahme sehr hoher Vitamin-D₃-Dosen von mehr als 50.000 IE pro Tag kann zu Nebenwirkungen wie Hyperkalzämie (erhöhter Calciumspiegel im Blut) und Hyperkalzurie (erhöhter Calciumspiegel im Urin) führen.²⁸ Die Sorge um eine Förderung der Steinbildung ist im therapeutischen Bereich der Vitamin-D₃-Supplementierung daher unbegründet.

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