Prävention osteoporotischer Frakturen durch gemeinsame Gabe von Vitamin D und Calcium

Osteoporose ist als systemische Skeletterkrankung durch eine niedrige Knochenmasse und Verschlechterung der Mikroarchitektur des Knochengewebes gekennzeichnet. Insbesondere bei älteren Menschen ist es wichtig, Osteoporose vorzubeugen und zu behandeln, da Stürze mit einem erhöhten Frakturrisiko und weiteren Komplikationen verbunden sind. Die Gabe von Calcium und Vitamin D gilt als Basis der Osteoporosetherapie. Auch andere Mikronährstoffe wie Magnesium und Vitamin K spielen im Konzert mit Vitamin D und Calcium eine wichtige Rolle im Knochenstoffwechsel. Damit ihre günstigen Effekte nicht durch unerwünschte Wirkungen begleitet werden, sollte auf eine ausgewogene Dosierung geachtet werden.

Vitamin D ist ein fettlösliches Vitamin, das vielzählige zelluläre und molekulare Funktionen hat: neben der Knochenmineralisation ist Vitamin D unter anderem an der Differenzierung und Regeneration verschiedener Organe beteiligt, beeinflusst den Glukosestoffwechsel und ist wesentlich für ein funktionierendes Immunsystem. Bevor es biologisch aktiv werden kann, muss es von der Speicher- oder inaktiven Form Calcidiol (25(OH)Vitamin-D3) in die aktive Form Calcitriol (1,25(OH)2Vitamin-D3) konvertiert werden. Dazu wird Magnesium benötigt. Vitamin D wird größtenteils in der Haut bei Sonnenlichtexposition aus 7-Dehydrocholesterol synthetisiert, daneben kann es in geringem Umfang auch über die Nahrung aufgenommen werden (1). Als Marker für die Beurteilung der Vitamin D-Versorgung wird die Konzentration von 25(OH)Vitamin-D3 im Blutserum verwendet. Die DGE empfiehlt für Jugendliche ab 15 Jahren sowie Erwachsene eine tägliche Vitamin D-Zufuhr von 800 IE pro Tag sowie zur Osteoporoseprophylaxe mindestens das Erreichen eines 25(OH)Vitamin-D3-Spiegels von 20 ng/ml (50 nmol/l). Zur Senkung des Sturzrisikos wird ein 25(OH)Vitamin-D3-Serumwert von über 60 nmol/l bei älteren Menschen als geeignet eingestuft (2). Vitamin D-Experten der Endocrine Society sehen generell einen Vitamin D-Spiegel von 30 ng/ml (75 nmol/l) als erforderlich, um Folgeerkrankungen zu vermeiden (3).

Calcium hat ebenfalls eine zentrale Bedeutung für viele lebenswichtige Vorgänge. Neben seiner Rolle als struktureller Knochenbestandteil ist es wichtig für die Muskelkontraktion einschließlich des Herzmuskels, ist involviert in die Blutgerinnung und Kofaktor vieler Enzyme (4). Ein ausgewogener Calciumstoffwechsel ist Voraussetzung für einen ungestörten Knochenstoffwechsel. Ausgehend von einer täglichen oralen Aufnahme von 1 g Calcium werden pro Tag normalerweise etwa 300–400 mg Calcium resorbiert. Die Calciumhomöostase wird hormonell über das Parathormon (PTH), das Peptid Klotho sowie Vitamin D und Östrogene reguliert (5).

Neben seiner wesentlichen Rolle für die Blutgerinnung aktiviert Vitamin K das von den Osteoblasten gebildete Osteocalcin, welches erst dann effektiv Calcium binden und in die Knochenmatrix einbauen kann (10, 11).

Auch Magnesium ist an der Regulation des Knochenstoffwechsels beteiligt: Es fungiert als Kofaktor für das Vitamin D-bindende Protein. Darüber hinaus ist die Umwandlung von Vitamin D durch hepatische 25-Hydroxylierung und renale 1α-Hydroxylierung in die aktive Form von 1,25(OH)2Vitamin-D3 (Calcitriol) ein magnesiumabhängiger Prozess. Magnesiummangel führt zu reduzierten Calcitriol-Werten und gestörtem Parathormon-Ansprechen (1).

Erhöhtes Osteoporoserisiko bei Älteren

Osteoporose ist durch die reduzierte Knochenmasse und gestörte Knochenarchitektur mit einem erhöhten Frakturrisiko verbunden (6). In Deutschland gaben bei einer Umfrage des RKI ca. 8 Prozent der Frauen und 2 Prozent der Männer über 18 Jahren eine Osteoporose an. Dabei nimmt das Osteoporoserisiko mit steigendem Alter deutlich zu: Ab 65 Jahren liegt der Anteil der Betroffenen bei 24 Prozent der Frauen und 5,6 Prozent der Männer (7). Man geht davon aus, dass etwa 50 Prozent der Frauen und 20 Prozent der Männer im Alter ab 50 Jahren in ihrer verbleibenden Lebenszeit eine osteoporotische Fraktur erleiden werden. Insbesondere die Hüftfraktur ist mit einer 1-Jahres-Mortalität von ca. 30 Prozent folgenschwer (6).

Zur Entstehung von Osteoporose tragen unterschiedliche Faktoren bei. Neben dem Alter sind dies verhaltensbedingte, beeinflussbare Risikofaktoren wie Bewegungsmangel und Fehlernährung, andere Grunderkrankungen und die Einnahme bestimmter Medikamente. Darüber hinaus erhöhen nicht beeinflussbare Faktoren wie weibliches Geschlecht und familiäre Veranlagung das Osteoporoserisiko (7).

Synergieeffekte von Calcium und Vitamin D auf das Frakturrisiko

Vitamin D und Calcium sind für einen normal funktionierenden Knochenstoffwechsel essentiell, und eine ausreichende Versorgung mit beiden Nährstoffen gilt als wichtige Präventivmaßnahme zur Senkung des Osteoporoserisikos (8). In einem aktuellen systematischen Review und Metaanalyse wurde der Einfluss der Supplementierung von Vitamin D allein oder in Kombination mit Calcium auf das Frakturrisiko untersucht. Eingeschlossen waren 11 Beobachtungsstudien mit 39.141 Patienten sowie 11 randomisierte kontrollierte klinische Studien (RCTs) mit 34.243 Patienten. Die Auswertung der Beobachtungsstudien ergab, dass jeder Anstieg um 10 ng/ml 25 (OH)Vitamin-D mit einer angepassten Risikoreduktion (RR) für eine Fraktur jeglicher Art von 0,93 und für eine Hüftfraktur von 0,80 Prozent verbunden war. In der Auswertung der RCTs ergab sich für die alleinige Gabe von Vitamin D bei stark variierenden Dosierungen der einzelnen Studien (400 IE tägliche Gabe bis 30.000 IE Bolusgabe) kein Vorteil für die Frakturprophylaxe. Demgegenüber zeigte sich durch die tägliche kombinierte Gabe von Vitamin D (400–800 IE pro Tag) plus Calcium (1.000–1.200 mg pro Tag) eine 6-prozentige Risikoreduktion für Frakturen aller Art sowie eine 16-prozentige Risikoreduktion für eine Hüftfraktur (6).

Mögliche unerwünschte Effekte durch Calciumsupplementierung in Abhängigkeit von Dosierung und Risikogruppe, Vitamin K als Schutzfaktor

Obwohl eine ausreichende Calciumzufuhr sehr wichtig ist, gilt auch hier: es sollte eine angemessene Zufuhr gewählt werden. Mehrere Studien weisen darauf hin, dass eine langfristige und zu hohe Supplementierung von Calcium mit unerwünschten Wirkungen verbunden sein kann. Eine Metaanalyse aus 2013 ergab ein erhöhtes Risiko für Myokardinfarkte und Schlaganfälle, wobei die Effekte bei älteren Patienten am stärksten ausgeprägt waren. Die gemeinsame Verabreichung mit Vitamin D konnte diese Effekte nicht abschwächen (9). Eine weitere Metaanalyse aus dem Jahr 2017 kam zu dem Schluss, dass die Studienlage aufgrund des teilweise sehr unterschiedlichen Studiendesigns noch keine eindeutigen Schlüsse zulässt. Ihrer Meinung nach sind jedoch insbesondere Patienten mit chronischen Nierenerkrankungen bei zusätzlicher Calciumzufuhr gefährdet, wobei hier auch ein Zusammenhang mit erhöhten Phosphatwerten bei dieser Patientengruppe zu bestehen scheint. Auch Patienten, die vor der Studie keine Calciumsupplemente eingenommen haben (also Calcium-naiv waren) scheinen ein real erhöhtes Risiko zu haben (4). Es existieren jedoch auch deutliche Störfaktoren wie zirkulierende Lipidspiegel, Blutdruck und Body-Mass-Index. Polymorphismen des Calcium-Sensorrezeptors, die mit geringen Erhöhungen des Serum-Calciums verbunden sind, werden ebenfalls mit kardiovaskulären Erkrankungen in Verbindung gebracht. Eine unabhängige Restwirkung von Serum-Calcium auf das kardiovaskuläre Risiko scheint also zu bestehen.

Im deutlichen Gegensatz dazu scheint die Vitamin K-Gabe die Arterienverkalkung und arterielle Versteifung zu reduzieren (10). Eine ausreichende Zufuhr von Vitamin K kann nachweislich das Risiko für Gefäßschäden senken, weil es das Matrix-GLA-Protein (MGP) aktiviert, das Kalkablagerungen an den Gefäßwänden verhindert. Ebenso gibt es Studien, die zeigen, dass Vitamin K-Mangel das Risiko osteoporotischer Frakturen erhöht (11). Daher könnte eine zusätzliche Vitamin K-Aufnahme dazu dienen, calciumbedingte Gesundheitsrisiken zu minimieren (10) und einen optimalen Effekt hinsichtlich eines reduzierten Frakturrisikos zu erreichen (11).

Fazit

Beobachtungsstudien zeigen, dass die Aufnahme von Calcium aus der Nahrung mit keinen unerwünschten Wirkungen auf die kardiovaskuläre Gesundheit verbunden ist, daher sollte der Calciumbedarf möglichst über die Ernährung gedeckt werden. Dabei ist es wichtig, eine sehr hohe oder sehr niedrige Zufuhr zu vermeiden. Dies sollte auch bei einer Calcium-Supplementation berücksichtig werden. Die optimale und zielgerichtete Calciumverwertung hängt auch von der ausreichenden Zufuhr von Vitamin K2, Vitamin D und damit auch von Magnesium ab, da diese Mikronährstoffe in einem komplexen Netzwerk miteinander interagieren. Für Personen mit einem erhöhten Osteoporoserisiko bzw. Risiko für Mikronährstoffmängel, die auf Supplemente zurückgreifen, ist es deshalb umso wichtiger Präparate zu verwenden, die ein ausgewogenes Verhältnis der Mikronährstoffe enthalten. Insbesondere die Calciumdosierung sollte nicht zu hoch gewählt werden, da der Hauptteil des Calciumbedarfes über die Ernährung gedeckt werden sollte. Wie bei allem in der Medizin gilt es, das sensible Gleichgewicht des Körpers auch bei notwendiger Zufuhr von Supplementen zu erhalten.

Quellen

  1. Uwitonze AE et al. Role of Magnesium in Vitamin D Activation and Function. J Am Osteopath Assoc. 2018;118(3):181-189. doi:10.7556/jaoa.2018.037 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/29480918/
  2. Deutsche Gesellschaft für Ernährung e.V. Linseisen J. et al. Stellungnahme. Vitamin D und Prävention ausgewählter chronischer Erkrankungen. 2011. https://www.dge.de/fileadmin/public/doc/ws/stellungnahme/DGE-Stellungnahme-VitD-111220.pdf
  3. Holick et al., Guidelines for Preventing and Treating Vitamin D Deficiency and Insufficiency Revisited; J Clin Endocrinol Metab, 2012 April; 97(4):1153-1158. https://academic.oup.com/jcem/article/97/4/1153/2833218
  4. Reid IR et al. Calcium and Cardiovascular Disease. Endocrinol Metab 2017;32:339-349. doi: 10.3803/EnM.2017.32.3.339 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/28956363/
  5. Kasperk C et al. Störungen des Calciumstoffwechsels. Internist 2014; 55:1313–1326. doi: 10.1007/s00108-014-3610-y https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs00108-014-3610-y
  6. Yao P et al. Vitamin D and Calcium for the Prevention of Fracture. A Systematic Review and Meta-analysis. JAMA Network Open. 2019;2(12): e1917789. doi:10.1001/jamanetworkopen.2019.17789 https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31860103/
  7. Robert Koch Institut: 12-Monats-Prävalenz von Osteoporose in Deutschland. Journal of Health Monitoring 2017; 2(3). doi: 10.17886/RKI-GBE-2017-055 https://www.rki.de
  8. Deutsche Apotheker Zeitung: Calcium und Vitamin D – Physiologische Funktionen und Bedarfmengen. DAZ 2003, Nr. 36, S. 99, 31.08.2003
  9. Reid IR. Cardiovascular Effects of Calcium Supplements. Nutrients 2013, 5, 2522-2529; doi:10.3390/nu5072522 https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3738985/
  10. Maresz K. Proper Calcium Use: Vitamin K2 as a Promoter of Bone and Cardiovascular Health. Integr Med (Encinitas). 2015; 14(1): 34–39. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4566462/
  11. Fusaro M. et al, Vitamin K and bone, Clin Cases Miner Bone Metab. 2017 May-Aug; 14(2): 200–206. Published online 2017 Oct 25. doi: 10.11138/ccmbm/2017.14.1.200; https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC5726210/

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