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B978-3-437-58052-9.00007-4

10.1016/B978-3-437-58052-9.00007-4

978-3-437-58052-9

Abb. 7.1

[L107]

Regulierung des Calciumspiegels

Abb. 7.2

[E460]

Lage der EpithelkörperchenEpithelkörperchen hinter der Schilddrüse

Abb. 7.3

[L157]

Calciumverteilung und -stoffwechsel

Abb. 7.4

[L106]

Weg des Vitamin D zum D-Hormon

Abb. 7.5

[L123]

Regulation des Calciumspiegels

Abb. 7.6

[L123]

Wirkungen von Parathormon (Parathyrin), D-Hormon (Calcitriol) und Calcitonin

Calciumstoffwechsel

  • 7.1

    Anatomie der beteiligten Organe111

  • 7.2

    Physiologie112

    • 7.2.1

      Calcium112

    • 7.2.2

      Phosphat114

    • 7.2.3

      Vitamin D (Cholecalciferol)114

    • 7.2.4

      Parathormon (PTH, Parathyrin)120

    • 7.2.5

      Calcitonin121

  • 7.3

    Krankheitsbilder122

    • 7.3.1

      Osteomalazie, Rachitis122

    • 7.3.2

      Tetanie122

    • 7.3.3

      Hyperparathyreoidismus123

    • 7.3.4

      Hypoparathyreoidismus125

Die Regulierung des CalciumspiegelsCalciumstoffwechsel im Serum, seine Aufnahme und Ausscheidung über Darm und Niere sowie Aufnahme und Abgabe aus dem bzw. an den Knochen wird durch drei verschiedene Hormone veranlasst (Abb. 7.1). Es handelt sich um das

  • Calcitonin der Schilddrüse,

  • Parathormon (PTH, Parathyrin) der Nebenschilddrüse,

  • D-Hormon (Calcitriol), das aus Vitamin D in Leber und Niere entsteht.

Parathormon und Calcitonin sind Peptidhormone, das D-Hormon leitet sich vom Cholesterin ab und gehört demzufolge zu den Steroidhormonen.

Gleichzeitig und parallel zum Calcium regulieren diese drei Hormone auch Phosphat und (teilweise) Magnesium.

Anatomie der beteiligten Organe

Schilddrüse
SchilddrüseCalcitoninDie Anatomie der Schilddrüse SchilddrüseCalcitoninwurde bereits besprochen (Kap. 2.1). CalcitoninCalcitonin wird in den parafollikulären C-ZellenC-ZellenCalcitonin des Organs gebildet. Diese liegen zwischen den Follikeln im bindegewebigen Stroma der Drüse. Zu einem geringeren Anteil wird Calcitonin auch in anderen Organen wie z.B. Nebenschilddrüse, Thymus und Darm produziert, sodass es üblicherweise selbst nach Entfernung der Schilddrüse nicht zu Mangelzuständen kommt.
Nebenschilddrüse
Die NebenschilddrüsenNebenschilddrüsenParathormonParathormon (Epithelkörperchen) als Produktionsstätten des Parathormons (PTH, Parathyrin) liegen in direktem Kontakt zur Schilddrüse an deren dorsalem Rand nahe beim Ösophagus (Abb. 7.2). Zwei der vier Körperchen, die jeweils etwa 5 × 3 × 1 mm groß sind, liegen beidseits am dorsalen Unterrand der Schilddrüse, zwei befinden sich im Bereich des oberen Drittels. Ihre Gesamtmasse liegt bei 100 mg.
PTH wird von den Epithelzellen der vier Drüsenkörperchen gebildet. Die Blutversorgung erfolgt aus den Gefäßen der Schilddrüse. Das venöse Blut der Schilddrüse enthält also L-Thyroxin, Triiodthyronin, Calcitonin und Parathormon.

Merke

Das Para-T-Hormon wird neben (para) der Schilddrüse (Thyroidea), also in der Nebenschilddrüse produziert.

Haut
Die Haut mit ihren drei Schichten Epidermis (Oberhaut), Corium (Lederhaut) und Subkutis (Unterhaut = Fettgewebe) wird im Fach Dermatologie besprochen. Vitamin D (Cholecalciferol) CholecalciferolVitamin Dwird in den basalen Schichten der Epidermis aus Cholesterin gebildet und ans Blut abgegeben, sobald dieselbe einer UV-Strahlung ausgesetzt wird.

Physiologie

Calcium

Der menschliche KörperCalciumAufgaben enthält durchschnittlich rund 1,2 kg Calcium (Ca2+). Etwa 98 % hiervon sind im Knochen in der Form des CalciumphosphatsCalciumphosphat (Apatitkristalle) gebunden und geben ihm seine typische Festigkeit. Nur 2 % befinden sich in Blut und Interstitium sowie minimal auch in den Zellen – hier jedoch nahezu ausschließlich in den Schläuchen des endoplasmatischen Retikulums und den Mitochondrien, aber nur in Spuren im Zytosol.
Aufgaben
Calcium besitzt vielfältige Aufgaben im Organismus:
  • In den Muskelzellen von Herz und Skelett ist es der wesentliche Faktor für die Kontraktion, ebenso in den glatten Muskelzellen der Blutgefäße und inneren Organe.

  • Im hormonellen System ist es beteiligt an der Übertragung von Nachrichten (Second Messenger), in exokrinen Drüsen für deren Sekretabgabe in die Ausführungsgänge. Ein ähnlicher Mechanismus führt an den präsynaptischen Membranen der nervalen Axone zur Freisetzung von Neurotransmittern und damit zur Reizweiterleitung.

  • Im Extrazellulärraum ist es unabdingbarer Faktor (Faktor IV) der Blutgerinnung.

  • Schließlich ist es essenzieller Bestandteil einzelner Proteine wie beispielsweise der Natriumkanäle der Zellmembranen.

Hinweis Prüfung

Von Bedeutung sind im Hinblick auf die Prüfung allein seine Beteiligungen an der Muskelkontraktion und an der Blutgerinnung.

Calcium im Serum
Calcitonin, PTH Calciumim SerumSerumcalciumund D-Hormon halten nicht den riesigen Calciumvorrat im Knochen konstant, sondern ausschließlich den vergleichsweise winzigen Serumanteil. Knochen, Niere und Darm werden lediglich dazu benutzt, Calcium ins Blut zu holen oder es daraus zu entfernen.

Merke

Der Calcium-Serumspiegel liegt bei 2,3–2,5 mmol/l. Bei > 2,7 mmol/l spricht man von der HyperkalzämieHyperkalzämie, bei < 2,0 mmol/l von der HypokalzämieHypokalzämie.

Knapp 50 % des Serumcalciums liegen beim physiologischen pH-Wert des Blutes (7,40) gebunden an die Proteine des Plasmas vor, gut 50 % in freier, ionaler Form als Ca2+.

Exkurs

Serumcalcium bei Änderungen des pH-Wertes

Die großen Anziehungskräfte zwischen gegensinnig geladenen Teilchen (+ und −) stellen ein wesentliches Grundelement chemischer Reaktionen dar; dies wird im Fach Chemie besprochen. Die in der wässrigen Flüssigkeit des Blutes gelösten Moleküle und Ionen tragen ausnahmslos Ladungen (bzw. Teilladungen) plus oder minus, weil genau das erst ihre Wasserlöslichkeit ermöglicht. Bei den Eiweißen des Serums, z.B. dem mengenmäßig weit vorherrschenden Albumin, überwiegen die negativen Ladungen an einem Teil der Aminosäuren, aus denen die Eiweiße zusammengesetzt sind. So besteht Albumin, eine globulär zusammengefaltete Kette aus knapp 600 Aminosäuren, zu etwa einem Viertel aus den sauren Aminosäuren Glutaminsäure und Asparaginsäure – also Aminosäuren mit einer Carboxylgruppe -COOH als Bestandteil der Seitenkette.
Abhängig ist die Anzahl der negativen Ladungen vom pH-Wert der umgebenden Flüssigkeit, der im Fall des Blutes sehr genau auf 7,40 eingestellt ist, mit nur geringsten Abweichungen bei der zweiten Kommastelle. Bei diesem pH-Wert hat ein Teil (!) der beiden sauren Aminosäuren das H+ ihrer Carboxylgruppe -COOH an die Umgebung abgegeben, sodass daraus das negativ geladene -COO− entstand. Säuert man nun das Serum an, gibt man also H+ dazu, binden diese Protonen an einen Teil dieser COO-Gruppen und neutralisieren damit deren negative Ladungen (H+ + COO = COOH). Die Gesamtzahl an negativen Ladungen nimmt ab. Umgekehrt nimmt diese Zahl zu, wenn man den pH-Wert des Blutes ins Alkalische verschiebt, also einen Teil der bis dahin noch am COOH vorhandenen H+-Ionen entfernt, sodass nun zusätzliche COO-Gruppen entstehen.
pH-Werte oberhalb 7,0 sind alkalisch. Die extrazellulären Körperflüssigkeiten mit ihrem pH-Wert von 7,40 sind also schwach alkalisch. 7,45 ist jedoch sozusagen ein klein wenig alkalischer als 7,35. Man bezeichnet eine pH-Wert-Verschiebung von 7,40 auf > 7,45 als Alkalose und AlkalosepH-WertAzidosepH-Werteine Verschiebung auf < 7,35 als Azidose. Selbst diese minimalen Abweichungen vom physiologischen pH-Wert verändern bereits die Gesamtzahl an negativen Ladungen COO: Bei der Azidose gibt es deutlich weniger, bei einer Alkalose nehmen sie zu.
1-wertige Kationen wie Na+ oder K+ besitzen in wässriger Lösung keine ausreichende Affinität zu den negativen Ladungen der Eiweiße, weil die Hydrathüllen mit ihren eigenen Ladungen diese gegenseitigen Anziehungskräfte neutralisieren. Na+ und K+ schwimmen deshalb grundsätzlich frei in den Körperflüssigkeiten umher. Dagegen wirken die Anziehungskräfte der 2-fach positiv geladenen Kationen des Serums, Ca2+ und Mg2+, teilweise durch ihre Hydrathüllen hindurch und bewirken damit eine Anlagerung dieser Ionen an die Negativladungen der Eiweiße. Dabei handelt es sich allerdings um keine eigentliche chemische Bindung, sondern lediglich um eine vergleichsweise lockere und damit auch reversible Anziehungskraft zwischen den gegensinnigen Ladungen + und −, soweit dieselben eben trotz Abschirmung (Hydrathülle) wirksam bleiben. Beim physiologischen pH-Wert von 7,40 sind etwa 50 % der vorhandenen Calcium- und Magnesiumionen davon betroffen, hängen also gewissermaßen am Albumin, während die zweite Hälfte in freier Form vorhanden ist. Dies ist allerdings kein statischer, sondern ein dynamischer Prozess, der sich diesem Gleichgewicht entsprechend einstellt. Diffundiert ein Teil der freien Ca2+-Ionen zu negativen Ladungen auf der Protein-Oberfläche, verlässt parallel hierzu im selben Moment ein anderer Teil ihre Bindung an COO, sodass die Relation von 1:1 konstant bleibt.
Lediglich der Vollständigkeit halber sei an dieser Stelle erwähnt, dass das Albuminmolekül auch zahlreiche positive Ladungen aufweist (bedingt durch Lysin und Arginin), sodass es negativ geladene Moleküle, beispielsweise weitere Serumproteine, anlagern kann. Daneben besitzt es ungeladene (fettige) Molekülbereiche, mittels derer es Fette wie Bilirubin oder Fettsäuren binden und zu ihren Erfolgsorganen transportieren kann. Auch etliche Hormone werden in derartigen Bindungen transportiert. Zusätzlich vermag dieses Wunderwerk eines Proteins auch noch seine Faltung zu verändern, sodass seine Bindungskapazitäten der jeweiligen Situation bzw. Aufgabe perfekt angepasst werden können. Schließlich sei noch seine überragende Bedeutung beim Aufbau des kolloidosmotischen Drucks in Erinnerung gerufen.
Der prozentuale Anteil zwischen gebundenen und frei umherschwimmenden 2-wertigen Kationen ist mit der Zahl der Negativladungen in den Eiweißen verknüpft. Wenn sich deren absoluter Anteil bei einer Alkalose des Blutes erhöht, bindet eine größere Zahl an Calcium- und Magnesiumionen ans Albumin, sodass sich die physiologische 1:1-Relation verschiebt und der freie Anteil abnimmt. Nun beruhenCalciumWirkungen sämtliche Calciumwirkungen auf seinem freien Anteil; der gebundene Teil ist wirkungslos und stellt gewissermaßen lediglich eine Reserve dar, aus dem die Ionen genau dann freigesetzt werden, wenn bis dahin vorhandene Ionen (z.B. über die Niere) verloren gehen. Dies erinnert an die hormonelle Situation u.a. bei Cortisol oder T4, die aus ihrem Plasmaspeicher nur soweit freigesetzt werden, wie dies dem Verbrauch an den Zielorganen entspricht.
Aus der Verschiebung freier Calciumionen zum Albumin bei der Alkalose resultiert eine scheinbare Hypokalzämie. Obwohl diese HypokalzämieHypokalzämie tatsächlich nur scheinbar ist, indem sich das Gesamtcalcium gar nicht verändert hat, entstehen hieraus pathologische Folgen (Kap. 7.3.2). Bei einer Azidose der Extrazellulärflüssigkeit mit ihrer geringeren Zahl an negativen Ladungen entsteht eine scheinbare Hyperkalzämie. HyperkalzämiescheinbareDieser vorübergehende Überschuss an wirksamem Calcium hat im Gegensatz zum Mangel der Alkalose keine pathologischen Folgen und braucht nicht besprochen zu werden.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass vom Labor die Calcium- und Magnesiumionen in ihrer Summe gemessen werden. Der Serumwert von etwa 2,4 mmol/l für Calcium bleibt also bei einer Azidose oder Alkalose unverändert, die Relation zwischen freien und gebundenen Ionen wird vom Labor nicht definiert.
Calciumstoffwechsel
Im Gesamtblut befinden Calciumstoffwechselsich ungefähr 500 mg Calcium. Eine ähnliche Größenordnung wird täglich bei einer Zufuhr von etwa 1.000 mg mit der Nahrung im proximalen Dünndarm resorbiert. Dies entspricht bis zu 50 % der zugeführten Menge – abhängig vom Spiegel des D-Hormons und der Zusammensetzung der Nahrung. Durchschnittlich wird lediglich ein Drittel resorbiert. Der Rest wird mit dem Stuhl ausgeschieden (Abb. 7.3) und scheint bei seiner Passage durch den Dickdarm zumindest bei ausreichender Zufuhr einen gewissen Schutz vor dem Dickdarmkarzinom aufzubauen.
Der Tagesbedarf an CalciumCalciumTagesbedarf (= zugeführte Menge) liegt bei 1.000 mg (Kinder und Erwachsene) und ist in Schwangerschaft, Stillzeit oder auch bei der Osteoporose auf etwa 1.500 mg gesteigert. Ist der Calciumstoffwechsel ausgeglichen, scheidet die Niere das resorbierte Calcium abgesehen von dem Anteil, der den Knochenspeicher vermehrt, vollständig wieder aus. Ungeachtet einer evtl. zu geringen Aufnahme von Calcium über die Nahrung gehen täglich als Minimum ca. 200 mg über die Niere verloren – kurzfristig steigerbar durch Kaffee, Cola, Schwarztee, Kochsalz oder Alkohol, also Substanzen, die vorübergehend diuretisch wirken können. Dieser Zusammenhang gilt in identischer Form auch für Magnesium. MagnesiumGrößeres Gewicht besitzen diese Verluste z.B. bei der anhaltenden osmotischen Diurese des schlecht eingestellten Diabetikers sowie bei alkoholkranken Patienten, bei denen es zusätzlich noch häufig an einer ausreichenden Zufuhr mangelt. Im Schweiß sind ebenfalls geringe Mengen an Calcium und Magnesium enthalten, was bei stark schwitzenden Menschen berücksichtigt werden sollte. Die Folge einer unzureichenden Zufuhr besteht demnach in einem kontinuierlichen Calciumverlust aus dem KnochenCalciumVerlust aus dem Knochen, weil der Serumspiegel konstant gehalten wird, solange der (riesige) Knochenspeicher Reserven besitzt.
Cortisol behindert die CalciumresorptionCalciumresorption, CortisolCortisolCalciumresorption. Abends, bei niedrigen Cortisolspiegeln, wird also mehr Calcium (und Magnesium) resorbiert, was man bei einer therapeutischen Substitution beachten sollte. Beachten sollte man auch, dass etliche Nahrungsbestandteile wie Phytine (Hülsenfrüchte bzw. unerhitztes Getreide, z.B. das Frühstücksmüsli), Oxalsäure (u.a. Rhabarber, Spinat, Rote Beete), Phosphat (Wurst, Fleisch, Fertiggerichte) oder Ionen wie beispielsweise Zink, Eisen und Kupfer die Resorption aus dem Darm behindern. Während jedoch Phytine oder Oxalsäure durch ihre sehr feste Calciumbindung die Resorption vollständig unterbinden können, gilt dies für Phosphate nur sehr eingeschränkt.
Calciumreiche Nahrungsmittel calciumreiche Nahrungsmittelsind im Wesentlichen nur Milch und Milchprodukte sowie Mineralwässer oder Leitungswasser aus calciumreichen Böden (= „hartes Wasser“), in geringerem Umfang auch manche Gemüse (z.B. Brokkoli) und verarbeitete Getreide. Die Resorption aus Milch und Milchprodukten ist trotz deren Phosphatanteil vollkommen ausreichend.

Exkurs

Wegen der ungemein häufig zu beobachtenden Missverständnisse sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, dass einzelne Atome wie C oder geladene Atome (Ionen) wie Ca2+, Mg2+ und Na+ nicht verändert, also auf irgendeine Art und Weise „umgewandelt“ werden können. Als die Erde vor knapp 5 Milliarden Jahren aus kosmischem Staub kondensierte, waren sämtliche Atome, die wir auf ihr finden können, bereits vorhanden – entstanden nochmals Milliarden Jahre zuvor in großen Sonnen durch physikalische Kernverschmelzungen aus Wasserstoff, dem kleinsten Atom des Kosmos. Manche Atome mögen in der Erdgeschichte durch Meteoriteneinschläge dazugekommen sein, auch wenn das mengenmäßig keine Bedeutung hat. Das Calcium unserer Körperflüssigkeiten ist also als Atom oder Ion zumindest 4,7 Milliarden Jahre alt und wird immer noch unverändert existieren, wenn Sonnensystem und Erde irgendwann „untergehen“ sollten. Was veränderbar ist, sind die komplexen Strukturen von Lebensformen, also Moleküle, die aus wenigen oder zahlreichen Atomen bestehen – z.B. Proteine, Kohlenhydrate, Vitamine oder Fette – und die auf- und wieder abgebaut werden können, sodass daraus kleine Moleküle oder sogar wieder einzelne Atome entstehen. Der Kohlenstoff C, der z.B. in die Zuckerstrukturen der Nahrung als C-OH integriert ist, wird nach seiner Oxidation unter Energiegewinn als CO2 wieder aus dem Organismus ausgeschieden – atomar verändert hat sich dieses C dabei nicht, lediglich die Partner wurden ausgetauscht (es ist nicht bekannt, ob das dem C Freude bereitet).

Ionen wässriger Flüssigkeiten wie Ca2+ oder Na+ sind ebenso wenig veränderbar. Sie können im tierischen Organismus noch nicht einmal unter Oxidation Energie liefern. Sie kommen nicht in organische Moleküle integriert in unseren Körper, sondern einzeln in der Form von Ionen, und in dieser Form verlassen sie den Organismus evtl. irgendwann wieder. Ein Tagesbedarf entsteht deswegen, abgesehen von Wachstumsperiode (auch in die Breite) oder Schwangerschaft, ausschließlich aus Verlusten nach außen, z.B. über Niere, Darm, Muttermilch oder Schweiß oder auch aus abschilfernden Zellen. Exakt diese Verluste müssen ersetzt werden, nicht mehr und nicht weniger. Wenn also ein Schüler (wie so häufig!) bei der ziemlich gemeinen Frage, wo im Organismus Calcium hergestellt oder abgebaut wird, ins Grübeln gerät, sollte er zunächst nochmals den Basisband (Fach Basiswissen) zur Hand nehmen, bevor er sich an größere Aufgaben wagt.

Phosphat

Der menschliche PhosphatOrganismus enthält durchschnittlich etwa 0,8–1,0 kg Phosphor, also kaum weniger als Calcium. Von dieser Menge befinden sich etwa 85 %, an Calcium gebunden im Knochen, 14 % intrazellulär und nur knapp 1 % in Blut und Interstitium.
Wie beim Calcium führen selbst kleinste Mengen, die akut aus dem Phosphatspeicher des Knochens abgegeben werden, durch dieses extreme Ungleichgewicht zu großen Verschiebungen in der Extrazellulärflüssigkeit, bevor sie von der Niere ausgeschieden werden.
Im Gegensatz zu Calcium und Magnesium erfolgt die Resorption von Phosphat aus dem Darm weitgehend vollständig. Da es in üblicher Nahrung reichlich enthalten ist, kommt es kaum jemals zu Mangelerscheinungen, sofern keine pathologischen Begleitumstände vorliegen. Der Tagesbedarf liegt bei 800 mg, also in der Größenordnung des Calciums.

Vitamin D (Cholecalciferol)

Vom Vitamin D zum D-Hormon
Vitamin DCholecalciferolVitamin DVitamin D entsteht als sog. D3 (= Cholecalciferol bzw., von Pseudoexperten „modernisiert“: Colecalciferol) Cholecalciferolaus Vitamin D3dem 7-Dehydrocholesterin, indem es in der Haut aus Cholesterin unter Einwirkung von UV-Licht umgewandelt wird (Abb. 7.4). Die benötigten Wellenlängen der Strahlung liegen bei 290–315 nm, also im Bereich des UV-B. Da Vitamin D demnach im Körper selbst entsteht, ist es genau genommen kein Vitamin, sondern ein Pro-Hormon, doch hat sich die historische Bezeichnung bis heute erhalten. Teilweise ist es auch in der Nahrung enthalten, vor allem in Fisch und Fischölen – geringe Mengen in angereicherter Milch (nicht in Deutschland!), Eigelb, Fleisch (v.a. Leber) und Avocado. Da Leber und Avocado nicht gerade routinemäßig gegessen werden und Eigelb eher geringe Mengen enthält und wegen seines Cholesteringehalts ohnehin als ungesund gilt, bleiben als einzige nennenswerte Nahrungsquellen fetter Seefisch und Fischöle übrig. Bei Menschen, die ganzjährig geschlossene Kleidung tragen, ist die Zufuhr über die Nahrung allerdings wichtig. Hier wird das „Vitamin“ tatsächlich zum Vitamin. Der TagesbedarfVitamin DTagesbedarf liegt dann laut aktueller Empfehlung der DGE bei 800 Einheiten, entsprechend 20 µg. Säuglingen (nach der Stillzeit) und Kleinkindern werden 10 µg empfohlen. Die gibt es für Kleinkinder, die sich noch nicht ab und zu leichtbekleidet in der Sonne bewegen, in der Form wohlschmeckender Kautabletten, während man frühere Generationen noch mit Lebertran gequält hatte.
Hinsichtlich der sehr breiten und ausgeprägten Mangelversorgung in der Bevölkerung wird gerne formuliert, dass ältere Menschen aufgrund ihrer reduzierten Vitaminbildung in der Haut besonders von einem D-Mangel betroffen seien. Als ob das irgendeine Art von Bedeutung hätte! Denn wenn sich nahezu alle Menschen jedweden Alters nur noch mit dick aufgetragenem Sonnenschutz in die Sonne wagen, kann eine theoretisch erreichbare Vitaminsynthese in junger oder alter Haut keine Bedeutung mehr besitzen. Tatsächlich ist die Mangelversorgung alter Menschen, u.a. eben auch beim Vitamin D, nochmals ausgeprägter als in jüngeren Jahren, doch liegt dies an ihrer Ernährungs- und Lebensweise und nicht daran, dass die Oma im Bikini am Badestrand zu wenig Vitamin D bildet, weil ihre Haut zu alt dafür ist.

Hinweis des Autors

Vitamin DTagesbedarfDie Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) definierte noch bis zum Jahresende 2011 einen Tagesbedarf von 5 µg. Nachdem dies weltweit bereits seit etlichen Jahren als überholt galt und im April 2011 an der Berliner Charité ein Symposium der bedeutendsten internationalen Vitamin-D-Forscher (mit u.a. Holick, Vieth, Reichrath und Spitz) stattfand, bei dem eine allgemeine Zufuhr von 25–50 µg/Tag (1.000–2.000 Einheiten) empfohlen wurden, rang sich die DGE im darauffolgenden Jahr zu ihrer angepassten Empfehlung durch – immerhin eine Steigerung um 300 % gegenüber bisherigen Vorgaben, also nunmehr einer Dosis, bei der zuvor wie bei Vitaminen üblich vor toxischen Risiken gewarnt worden war. Ebenfalls wie üblich werden sowohl von der Laienpresse wie auch von allen selbst ernannten Fachleuten derlei Warnungen gebetsmühlenartig wiederholt. Während man also bis 2011 bei einer Tageszufuhr von > 5 bzw. monströsen Dosen von bis zu 20 µg/Tag krank bis schwer krank wurde, bleibt man damit seit 2012 erst so richtig gesund. Seither wird mit derselben Ernsthaftigkeit davor gewarnt, diese 20 µg/Tag zu überschreiten.

Eine ausreichende Vitamin-D-Versorgung wird nicht nach der substituierten Menge, sondern nach dem Serumspiegel des 25(OH)D (= 25-Hydroxy-D) definiert (s.u.). 25(OH)D (= 25-Hydroxy-D);OH)D (= 25-Hydroxy-D)Danach wird in Bezug auf den Knochenstoffwechsel und den Spiegel des Parathormons ein Serumspiegel von minimal 20 ng/ml, besser 30–40 ng/ml als notwendig erachtet. Von den eigentlichen Vitamin-D-Forschern, welche die ungezählten weiteren Vitamin-D-Wirkungen bis hin zu seinen prophylaktischen Effekten bei Mamma- und Prostatakarzinomen in ihren Studien berücksichtigen, wird einVitamin DSerumspiegel minimaler Serumspiegel von 40 ng/ml 25(OH)D, mit einem Optimum zwischen 40 und 60 ng/ml, angestrebt. Dieses Optimum wird zunehmend auch von Forschern definiert, die primär auf anderen Gebieten tätig sind – zuletzt 2015 in einer aufwendig durchgeführten und gut dokumentierten Studie der Uni Zürich. Dabei wurde ein Bezug hergestellt zwischen dem Serumspiegel von 25(OH)D und der Knochenstabilität, gemessen mit Calcium-41. Danach führten Serumspiegel um 20 ng/ml zum Knochenabbau, während im Verlauf einer schrittweisen Erhöhung über 9 Monate erst ab 40 ng 25(OH)D eine Stabilisierung erreicht wurde.

Die laut DGE vorgegebene Zufuhr von 20 µg/Tag bei Kindern und Erwachsenen (10 µg bei Säuglingen) führt zu einem Serumspiegel in der Größenordnung von 20 ng/ml, also der absoluten Untergrenze dessen, was weltweit als Minimum angesehen wird und gleichzeitig ein Serumspiegel, bei dem es am Knochen laut Züricher Studie zum Abbau kommt, nicht zur Stabilisierung. Um den von den tatsächlichen Experten definierten Serumspiegel von minimal 40 ng/ml 25(OH)D zu erreichen, wäre eine tägliche Substitution von bis zu 4.000 Einheiten (bis zu 100 µg) notwendig. Dies ist die 5-fache Menge der neuen DGE-Vorgabe und die 20-fache Menge dessen, was noch bis Ende 2011 gegolten hatte. Will man die vom eher vorsichtig formulierenden Harrison (= weltweiter Goldstandard der inneren Medizin) 2011 vorgeschlagene absolute Untergrenze von 30 ng/ml sicher erreichen, müssen mindestens 40 µg Vitamin D/Tag substituiert werden. Selbst dieses zurückhaltend formulierte Minimum entspricht immer noch dem Doppelten der aktuellen DGE-Dosierung. Man darf gespannt verfolgen, ob und wann die Empfehlungen ein weiteres Mal erhöht, also den Empfehlungen der eigentlichen Experten angepasst werden.

Es darf durchaus vorausgesetzt werden, dass sich die DGE ihre Entscheidungsfindungen nicht einfach macht, auch wenn die jeweils genutzte Datenlage weder vollständig noch auf dem neuesten Stand der Forschung zu sein scheint. Ein gutes Beispiel bietet die Behauptung vom Januar 2012: „Hypothesen wie zum Beispiel eine Risikosenkung für Krebskrankheiten oder Diabetes mellitus durch Vitamin D konnten nicht bewiesen werden.“ Allerdings war zu dieser Zeit die antiproliferative Wirkung an den VD-Rezeptoren von Karzinomen der Mamma oder Prostata längst dokumentiert, etliche Studien abgeschlossen. Entsprechendes galt für die Datenlage in Bezug auf die positive Wirkung in Prophylaxe und Begleittherapie des Diabetes mellitus.

Das große Problem, das aus den Empfehlungen dieser Gesellschaft resultiert, ist, dass dieselben beständig am Minimum dessen ausgerichtet sind, was absolut notwendig ist, um gerade noch keine erkennbaren Defizite zuzulassen. Diejenigen jedoch, die diese Empfehlungen interpretieren und umsetzen, gehen davon aus, dass es sich bei den von der DGE vorgegebenen Referenzwerten um ausgewogene Mengenangaben handelt, die aus diesem Grund nicht überschritten werden sollten, dass also eine zusätzliche Substitution toxisch wirken könnte. So steht es auf den entsprechenden Beipackzetteln u.a. der Vitaminpräparate, so wird es von Laien und Ärzten fehlinterpretiert und von allen „Fachleuten“ gebetsmühlenartig wiederholt. Es liegt an der DGE selbst, diesen missverstandenen Zusammenhang endlich einmal zurechtzurücken. Allein die Bezeichnung der minimal notwendigen Zufuhr als „Referenzwert“ weist aus Sicht des Autors auf ein Missverständnis der DGE hinsichtlich ihrer eigenen Verantwortung und Verantwortlichkeit für eine bestmögliche Gesundheit der Bevölkerung. Stattdessen verfällt diese Gesellschaft lieber auf Nebenkriegsschauplätzen in Aktionismus und teilt beispielsweise die bisherige Empfehlung von 100 mg Vitamin C/Tag neuerdings auf die Geschlechter auf, sodass dem Mann nunmehr 110 mg und der Frau nur noch 95 mg/Tag zugestanden werden. Ursache ist die möglicherweise neu gewonnene Erkenntnis, dass Männer im Durchschnitt schwerer sind als Frauen.

Das „Vitamin“ wird nach seiner Bildung in der Haut oder Resorption aus dem Darm in der Leber mit einer weiteren alkoholischen OH-Gruppe versehen – es wird in Position 25 (an der Seitenkette) hydroxyliert, enthält demnach jetzt insgesamt zwei Hydroxylgruppen und heißt 25(OH)D bzw. Calcidiol (Abb. 7.4). Calcidiol

Exkurs

Dabei bedeutet „di-ol“ 2-mal (di) „ol“ als chemische Bezeichnung für einen 2-wertigen Alkohol. Alkohole sind durch eine oder mehrere Hydroxylgruppen -OH charakterisiert und erhalten in der Chemie grundsätzlich Benennungen mit der Endung -ol, um auf diesen Zusammenhang hinzuweisen. Das Fett Cholesterin, das in Position 3 des Sterangerüstes eine Hydroxylgruppe trägt, ist ein Alkohol und heißt deswegen international und chemisch korrekt Cholesterol. Auch das in der Haut durch Spaltung eines Ringes daraus hervorgehende Vitamin D enthält unverändert diese OH-Gruppe und heißt deswegen chemisch Cholecalciferol. Das im Deutschen historisch als Glycerin bezeichnete Molekül aus einer Kette mit 3 C-Atomen und 3 daran hängenden OH-Gruppen ist ein 3-wertiger Alkohol und wird deshalb international als GlycerolGlycerol bezeichnet (Fach Chemie).

CalcidiolCalcidiol wird von der Leber ins Plasma abgegeben und besitzt hier aufgrund einer nahezu vollständigen Bindung an Plasmaproteine eine Halbwertszeit von 2–3 Wochen. Calcidiol ist in physiologischen Mengen biologisch nicht aktiv (wohl aber in Mengen, die aus pharmakologisch verabreichten Vitamin-D-Extremdosen entstehen!) und bildet demzufolge lediglich eine Speicherform bzw. dient als Prohormon für die nachfolgende Aktivierung zum D-Hormon. Dies ist vergleichbar mit dem von der Leber gebildeten Angiotensinogen, das im Blut lediglich auf Vorrat für das RAAS zur Verfügung gestellt wird.

Pathologie

Die lange Halbwertszeit resultiert aus der nahezu vollständigen Proteinbindung im Serum. Geht das Vitamin-D-bindende Protein (DBP)Vitamin-D-bindendes Protein (DBP) im Rahmen eines nephrotischen Syndroms verloren, verkürzt sich die Halbwertszeit erheblich.

In der Niere wird schließlich, in Abhängigkeit von den Erfordernissen des Organismus, also unabhängig von der vorhandenen Menge an Calcidiol, eine dritte OH-Gruppe (in Position 1 des Moleküls) angeknüpft. Das Molekül heißt damit CalcitriolCalcitriol (3-mal „ol“) bzw. 1,25(OH)2D (= 1,25-Dihydroxy-Vitamin D) und stellt nun erst das fertige und wirksame D-Hormon dar. Auch Calcitriol D-Hormonwird in gewissem Umfang im Serum an DBP gebunden, was aber nicht von allzu großer Bedeutung ist.

Merke

Synonyme und gleichwertige Bezeichnungen sind

  • D-Hormon

  • Calcitriol

  • 1,25-Dihydroxy-Vitamin D

  • 1,25(OH)2D

Die häufig benutzte Formulierung „Vitamin-D-Hormon“ ist eher unglücklich, weil sie ausdrückt, dass man sich nicht zwischen dem Vitamin und dem Hormon entscheiden mag. Es handelt sich jedoch um keinen Zwitter, sondern um ein Hormon, das aus der Vorstufe des Vitamins hervorgegangen ist. Wenn alle Hormone zusätzlich zu ihrem eigentlichen Namen auch noch nach ihren Vorstufen benannt würden, entstünde eine etwas unübersichtliche Situation. Dagegen ist die Bezeichnung 1,25-Dihydroxy-Vitamin D keine Alternative für Unentschlossene, sondern eine chemische Definition, die korrekt die zweifache Hydroxylierung des Vitamin-D-Moleküls beschreibt.

Pathologie

Insuffizienzen von Leber und/oder Niere führen zu einem entsprechenden Mangel an CalcitriolCalcitriolmangel. Beispielsweise sind bereits bei einem Abfall der Nierenfunktion auf etwa 50 %, mit einer GFR von etwa 60ml/min bzw. einem Serumkreatinin von etwa 2 mg/dl (Fach Urologie), wie sie im höheren Lebensalter ungemein häufig ist, mit einem Abfall des D-Hormon-Serumspiegels und resultierendem Anstieg von PTH verbunden.

Sonneneinstrahlung und Vitamin-D-Bildung
Sporadische Sonnenbestrahlungen genügen vollauf zur Vitamin-D-BildungVitamin DBildung, Sonneneinstrahlung: Eine einzige Ganzkörperbestrahlung bis zur leichten, kaum wahrnehmbaren Hautrötung stellt mit der Bildung von etwa 10.000 Einheiten (250 µg) den Vitamin-D-Bedarf für etwa 1 Woche sicher. Für eine einigermaßen ausreichende, wenn auch nicht gerade optimale Vitaminversorgung genügt bereits die regelmäßige (tägliche) Sonnenexposition von Gesicht und Armen (nicht Hände!), sofern auf die üblich gewordenen Sonnenschutzcremes verzichtet wird. So war vor Millionen von Jahren die Synthese dieses Pro-Hormons „evolutionär angedacht worden“.
Im Winterhalbjahr entstehen in Mitteleuropa, bedingt allerdings ausschließlich durch den bereits im Sommerhalbjahr vorliegenden manifesten oder latenten Mangel, bei der Mehrzahl der Europäer sehr ausgeprägteVitamin DMangel Mangelerscheinungen, obwohl die Evolution diesbezüglich vorgesorgt hatte: Das fettlösliche Vitamin D wird nach seiner Bildung in der Haut zunächst mit dem Blutkreislauf auf sämtliche Gewebe verteilt. Dabei entnimmt die Leber lediglich den Anteil, der ihrer Durchblutung entspricht, während sich ein weiterer Anteil auf das Fettgewebe verteilt und dort gespeichert wird. Dies ist ein passiver, ungesteuerter Vorgang (Fett löst sich in Fett). Bei Abfall des Serumspiegels wird dieser Teil kontinuierlich wieder freigesetzt, sodass damit ein weiteres Depot für sonnenarme Zeiten zur Verfügung steht. Voraussetzung ist allerdings, dass im Sommerhalbjahr ein solches Depot auch tatsächlich angelegt wurde. Das über die Nahrung zugeführte Vitamin D unterliegt prinzipiell denselben Gesetzmäßigkeiten, weil Fette nicht wie die übrigen Nahrungsbestandteile direkt und konzentriert zur Leber gelangen, sondern zunächst über Lymphe und Blut auf den Gesamtkreislauf verteilt werden.
Die evolutionäre Anpassung an äußere Bedingungen erkennt man daran, dass die menschliche Hautfarbe desto heller und damit durchlässiger für UV-B wird, je weiter man nach Norden kommt. Die geringere Sonneneinstrahlung wird also durch die durchlässigere Haut kompensiert. Die Inuit bilden wegen ihrer geschlossenen Kleidung und ihrer Hautfarbe so gut wie kein Vitamin D, führen aber von jeher reichliche Mengen mit der Nahrung zu. Dabei bedeutet „reichlich“ mehrere Größenordnungen dessen, was die DGE den Deutschen zugesteht.
Vitaminzufuhr

Hinweis des Autors

Evolutionär vorgesehen war die Bildung des D-Hormons in Haut, Leber und Niere. Einen Vitaminstatus besaß die Ausgangssubstanz CholecalciferolCholecalciferol lediglich bei Völkern wie Eskimos bzw. Inuit. Die in der heutigen Zeit weit verbreitete Furcht vor Hautkrebs hat zur Vermeidung ausreichender Insolationen geführt. Die hohen Lichtschutzfaktoren der von den Sonnenhungrigen verwendeten Präparate schützen gleichermaßen vor UV-A wie UV-B, sodass sie auch die Vitamin-D-Bildung verhindern. Selbst die DGE geht als deren Folge von einer sehr ausgeprägten Unterversorgung der deutschen Bevölkerung aus und schätzt die durchschnittliche Vitamin-D-Bildung auf lediglich etwa 3 µg/Tag. Die notwendige Zufuhr des Vitamins, sozusagen 17 µg/Tag, findet dennoch überwiegend nicht statt, weil Vitaminsubstitutionen nach „Expertenmeinung“ pauschal als unnötig angesehen, so manches Mal beinahe verteufelt werden und weil die Vorgaben der DGE wohl in Fachkreisen bekannt sind, jedoch nicht in der Bevölkerung ankommen – und auch nicht unbedingt bei den Hausärzten. Damit vermeidet das 80-Millionen-Volk der Deutschen also nun tatsächlich wenige Hundert Hautkrebse pro Jahr, handelt sich jedoch dafür möglicherweise im Gegenzug Tausende zusätzlicher Dickdarmkarzinome, Mamma- und Prostatakarzinome ein, weitere Immunschwächen bis hin zur bevorzugten Entstehung von Autoimmunkrankheiten wie auch muskuläre und mentale Schwächen nebst Begünstigung kardiovaskulärer Erkrankungen mit Todesfolge. Nach den Ergebnissen neuer Studien scheint zusätzlich ein Zusammenhang zwischen niedrigen Vitamin-D-Serumspiegeln (25-Hydroxy-Vitamin-D) und dem gehäuften Auftreten einer Demenz einschließlich der Alzheimer-Krankheit zu bestehen (Fach Neurologie).

Eine ausreichende Vitaminzufuhr über die Nahrung ist nicht möglich, sofern man auf fetten Seefisch bzw. Fischöle verzichten möchte. Bei Vitaminpräparaten sollte man D3Vitamin D3 (Cholecalciferol, Colecalciferol) bevorzugen, weil das früher als äquivalent angesehene Vitamin D2 (Ergocalciferol)Vitamin D2Ergocalciferol aus pflanzlichen Quellen diesen Status längst verloren hat. Als ideale tägliche Zufuhr kann bei Jugendlichen und Erwachsenen eine Tagesdosis von 2.000–4.000 Einheiten gelten, entsprechend 50–100 µg, in der Stillzeit sogar 6.000 Einheiten (150 µg). Weniger als 40 µg, also dem Doppelten der DGE-Empfehlung, sollten es keinesfalls sein, damit der Serumspiegel des 25(OH)D wenigstens sicher in den Bereich von > 30 ng/ml gelangt. Auch der Serumspiegel des Parathormons darf nicht reaktiv erhöht sein, wofür ebenfalls eine Untergrenze von 30 ng/ml erreicht werden muss. Ergänzt werden sollte die Substitution durch 1.000 mg Calcium/Tag bzw. 1.500 mg in Schwangerschaft, Stillzeit und Postmenopause. Diesbezüglich ist wenigstens bei entsprechender Auswahl eine Zufuhr über die Nahrung möglich. Magnesium darf nicht vergessen werden.
Wegen der guten Speicherfähigkeit von Vitamin D (Fettgewebe) und 25(OH)D (Serum) kann die Substitution auch durch wöchentliche Einmalgaben von 10.000 Einheiten des Vitamins erfolgen. Dies entspricht der Situation bei der Substitution mit Iodid („Wocheniod“).
Die Toxizität des Vitamins ist außerordentlich gering, auch wenn „Fachleute“ diesbezüglich anderer Meinung sind. Nach diversen Studienergebnissen bleibt eine regelmäßige tägliche (nicht wöchentliche!) Zufuhr von 10.000 Einheiten (250 µg) vollkommen ohne negative Auswirkungen. Dies ist „evolutionär äußerst logisch“, denn diese Menge wird im Sommerhalbjahr beim ursprünglich üblichen Aufenthalt im Freien ohne dicke Schutzschichten ohnehin gebildet. Laut Harrison (2012) muss erst bei täglichen Dosen von mehr als 40.000 Einheiten (= 1.000 µg = 1 mg!) mit toxischen Wirkungen gerechnet werden. Bei extremer Überdosierung mit resultierenden Serumspiegeln von > 150 ng/ml 25(OH)D kommt es zur Hyperkalzämie.HyperkalzämieVitamin D Die erhöhten Ausscheidungsraten von Calcium über die Niere begünstigen die Entstehung von Nierensteinen. Zusätzlich entsteht analog zur Situation beim schlecht eingestellten Diabetiker eine osmotische Diurese,osmotische DiureseVitamin D weil nicht nur Moleküle wie Glukose, sondern auch Ionen wie Ca2+ große Hydrathüllen besitzen, sodass zusätzliche Flüssigkeitsmengen verloren gehen und wieder zugeführt werden müssen.
Mögliche Nebenwirkungen bei extremer Überdosierung sind also:
  • Hyperkalzämie

  • vermehrte Calciumausscheidung mit

    • osmotischer Diurese

    • NierensteinenNierensteineVitamin D

Anzumerken bleibt, dass die Serumspiegel sowohl an Cholecalciferol als auch hinsichtlich der eigentlichen Wirkform Calcitriol ohne Aussagekraft sind – u.a. deswegen, weil die D-Hormon-Produktion bei einem Mangel an 25(OH)D reaktiv gesteigert wird, sodass sich selbst bei ausgeprägten Mangelzuständen der Hormonspiegel noch im breit gefassten Normbereich befinden kann. Allein zur diagnostischen Beurteilung geeignet sind also die Serumspiegel der Speicherform/des Prohormons 25(OH)D (Calcidiol). Da dies allgemein anerkannt ist, wird auch von den Laboratorien ausschließlich dieser Wert bestimmt.
Schließlich sei aufgrund so mancher Vorstellungen noch darauf hingewiesen, dass die wegen des Cortisol-Serumspiegels zu bevorzugende abendliche Gabe von Calcium mit Vitamin D nichts zu tun hat. D gehört zu den fettlöslichen Vitaminen und sollte deshalb im Zusammenhang mit irgendeiner Nahrungsaufnahme substituiert werden – unabhängig von der Tageszeit und unabhängig von einer etwaigen Calciumsubstitution. Es bedarf wie grundsätzlich alle „EDEKA-Vitamine“ für seine Resorption ausreichender Mengen an Gallensäuren. Aus diesem Grund kann auch bei Erkrankungen, die zu einem Mangel an Gallensäuren führen bzw. deren Rückresorption im terminalen Ileum verhindern (z.B. Morbus Crohn), ein Mangel an Vitamin D selbst bei ausreichender Zufuhr entstehen.
In Einzelfällen kommt es aufgrund chromosomaler Mutationen, die z.B. den Hormonrezeptor (VDR) der Zielzellen betreffen oder auch die 1α-Hydroxylase, die in der Niere oder in peripheren Geweben aus der Vorstufe 25(OH)D das fertige Hormon herstellt, zu Mangelerscheinungen bereits im frühen Kindesalter (→ Rachitis).
Regulation der Hormonbildung
Faktoren, welche die D-HormonD-HormonRegulation-Bildung in den proximalen Tubuluszellen der Niere stimulieren, sind ein erniedrigter Calcium- und/oder Phosphat-Serumspiegel sowie die Hormone PTH, Estradiol (und weitere Östrogene), Prolaktin und das Wachstumshormon Somatotropin (STH). Dies bedeutet, dass der Spiegel des D-Hormons genau dann erhöht wird, wenn besonders viel bzw. zusätzliche Mengen an Calcium gebraucht werden: bei Calciummangel, in der Schwangerschaft (Östrogene) und Stillzeit (Prolaktin) sowie in der Wachstumsphase (STH). Abgebaut wird das Hormon direkt von den Geweben, in denen es seine Wirkungen entfaltet, weil es nicht über einen Second Messenger wirkt, sondern als Steroidhormon direkt in die Zielzellen aufgenommen und dort verstoffwechselt wird.

Merke

Stimuli der D-Hormon-Bildung

  • Hypokalzämie

  • Hypophosphatämie

  • Parathormon

  • Östrogene

  • Prolaktin

  • Somatotropin

Hemmung der Synthese

  • hohe Calcium-Serumspiegel

  • erhöhte Spiegel an D-Hormon (→ negative Rückkopplung)

Hormonwirkungen
Wirkungen an Knochen, Darm und Niere
Calcitriol bindet an seinen Vitamin DWirkungenZielzellen spezifisch an einen Rezeptor, der erstaunlicherweise Vitamin-D-Rezeptor (VDR) genannt wird. Vitamin-D-Rezeptor (VDR)Tatsächlich bindet das Vitamin selbst sowie das Zwischenstadium 25(OH)D ebenfalls, doch ist die Affinität des Hormons etwa eintausend Mal stärker. Dies dürfte den Hauptgrund für die außerordentlich geringe Toxizität des D-Vitamins darstellen.
Das Hormon beeinflusst den Calcium- und Phosphatstoffwechsel an den Organen Knochen, Darm und Niere, wobei die jeweiligen Wirkungen an diesen Organen aus der physiologischen Aufgabe des Hormons abgeleitet werden können: D-Hormon kümmert sich in diesem Zusammenhang lediglich um einen ausreichend hohen Calcium- und Phosphat-Serumspiegel (s.a. Abb. 7.6).
  • Am Darm stimuliert es die Resorption von Calcium und Phosphat (und Magnesium). Anders formuliert: Ohne ausreichende Calcitriol-Serumspiegel ist eine ausreichende Calciumresorption nicht möglich.

  • An der Niere erhöht es die Rate der Rückresorption von Calcium ins Blut, vermindert also dessen Ausscheidungsrate.

  • Am Knochen wirkt es entsprechend dem Parathormon durch indirekte Stimulierung der Osteoklasten und erhöht dadurch (theoretisch) ebenfalls den Calcium-Serumspiegel. Andererseits weiß man inzwischen, dass die Synthese des von den Osteoblasten gebildeten Peptids Osteocalcin Osteocalcinder Mithilfe der Vitamine D und K bedarf. Beim Osteocalcin handelt es sich um ein Peptid mit zahlreichen carboxylierten Glutaminsäuren, das für die Verkalkung des Kollagengerüstes der Knochenmatrix benötigt wird (Fach Bewegungsapparat). Die Vitamine D und K stellen demnach die Voraussetzung dafür dar, dass überhaupt Knochen gebildet werden kann. Dasselbe gilt für Vitamin C und Magnesium, weil dieselben bereits für die Kollagensynthese benötigt werden.

Merke

Man sollte als Therapeut darauf achten, dass im Wachstumsalter, nach Frakturen oder bei der Osteoporose ausreichende Serumspiegel an Magnesium und Calcium sowie den Vitaminen C, D und K erreicht werden.

Das Serum-Calcium wird also durch alle diese Mechanismen erhöht. Calcitriol hemmt dosisabhängig über eigene Rezeptoren die Bildung von PTH in der Nebenschilddrüse. Der hierfür minimal notwendige Serumspiegel des Calcidiol liegt bei 30 ng/ml. Dies kann als negative Rückkopplung verstanden werden, weil PTH seinerseits die Synthese von Calcitriol in der Niere stimuliert. Dadurch, dass es daneben sowohl den Calciumspiegel anhebt (Darm + Niere) als auch, hierdurch bedingt, die Calcitoninsekretion steigert (s.u.) und die PTH-Sekretion ein weiteres Mal unterdrückt, überwiegt schließlich am Knochen trotz der Osteoklastenstimulierung die aufbauende, also Knochen mehrende Wirkung. Es ist demnach die negative Rückkopplung zwischen D-Hormon und Parathormon (Kap. 7.2.4), in Verbindung mit den erhöhten Calciumspiegeln aufgrund gesteigerter Resorptionsrate aus dem Dünndarm, welche die Kalzifizierung des Knochens möglich macht. Fehlt bei sehr einseitiger Ernährung Calcium in der zugeführten Nahrung, holt auch Calcitriol Calciumphosphat aus dem Knochen ins Serum und dabei spielt es dann keine Rolle, ob PTH zugeschaltet ist oder ob es bei hohen Calcitriol-Serumspiegeln fehlt. Die Knochen mehrende Wirkung des D-Hormons geht in diesen Fällen verloren.

Pathologie

Aufgrund seiner direkt an den Zellen der Nebenschilddrüse ansetzenden Hemmung der PTH-Sekretion kann Calcitriol erfolgreich beim HyperparathyreoidismusHyperparathyreoidismusCalcitriolCalcitriolmangelHyperparathyreoidismus eingesetzt werden.

Weitere Wirkungen
Über den Calciumstoffwechsel hinausVitamin DMangel hat das D-Hormon eine Vielzahl weiterer Wirkungen. Es scheint ein ubiquitär wirkendes Hormon zu sein, weil nahezu alle Gewebe mit VDR (Vitamin-D-Rezeptoren) ausgestattet sind. Insofern darf man erwartungsvoll weiteren Forschungsergebnissen kommender Jahre entgegenschauen. Die nachfolgende Auflistung positiver Ergebnisse entspricht der aktuellen Studienlage.
  • Es stimuliert das Immunsystem zur Vitamin DImmunsystemImmunsystemVitamin DSynthese antibiotisch wirkender Substanzen – u.a. in Makrophagen die Synthese von Cathelicidin und Defensinen. Dies könnte z.B. erklären, warum die Heilungsrate von Tuberkulosekranken in früheren Jahrhunderten durch ausgiebige Sonnenbäder gefördert wurde. Dementsprechend wurden gute Erfolge mit Lebertran bei der Behandlung der Tuberkulose erzielt. In einer aktuellen englischen Studie wurde der Zusammenhang nun auch wissenschaftlich untermauert, indem die modernen antituberkulösen Kombinationstherapien ihre Wirksamkeit durch zusätzlich substituiertes Vitamin D signifikant verstärkten. Vitamin D lockt Leukozyten chemotaktisch in die Haut, woraus sich eventuell die positive Wirkung von UV-B bzw. calcitriolhaltiger Salben bei der Psoriasis erklären ließe (Fach Dermatologie). Wichtiger in diesem Zusammenhang ist allerdings wohl die antiproliferative Wirkung auf die Keratinozyten (Basalzellen) der Haut, deren exzessiv gesteigerte Teilungsrate zu den hyperkeratotischen Papeln der Psoriasis führen.

  • In Makrophagen wurde nicht nur der VDR nachgewiesen, sondern zumindest in den Makrophagen von Granulomen auch die 1α-Hydroxylase, die aus 25(OH)D das D-Hormon synthetisiert. Möglicherweise ist die Gesamtwirkung der D-Metaboliten auf das Immunsystem auch einer der Gründe dafür, dass verschiedenste Infektionskrankheiten einschließlich grippaler Infekte bevorzugt im Winterhalbjahr entstehen, wenn die Vitamin-D-Serumspiegel niedriger sind. Die harmonisierende Wirkung des D-Hormons auf das Immunsystem kann erklären, warum Autoimmunkrankheiten wie u.a. Diabetes mellitus Typ 1, rheumatoide Arthritis oder Multiple Sklerose bei niedrigen Hormonspiegeln deutlich häufiger zu beobachten sind. Interessant ist in diesem Zusammenhang die Wirkung auf den Serumspiegel an verschiedenen Zytokinen, indem beispielsweise die Spiegel der entzündungsfördernden TNF-α und Il-6 gesenkt, derjenige von Il-10 dagegen erhöht wird – einschließlich der resultierenden Verschiebung bei den T-Lymphozyten hin zu den regulatorischen T-Zellen (Fach Immunologie).

  • Hinsichtlich des Bewegungsapparats erschöpft sich die Wirkung nicht im Knochenaufbau. Auch die Muskulatur wird gekräftigt. Umgekehrt ist eines der Symptome eines Vitamin-D-Mangels eine muskuläre Schwäche. Möglicherweise ist daran der bereits bei Serumspiegeln unterhalb 30 ng/ml 25(OH)D reaktiv erhöhte Parathormon-Serumspiegel mitbeteiligt, weil PTH durch eine Ausschwemmung von Phosphat über die Niere einen peripheren Phosphatmangel erzeugt. Dieser Mangel führt u.a. in der Muskulatur zu einem Mangel an ATP und damit auch an Muskelkraft. Die Sturzgefahr Sturzgefahr, Vitamin-D-MangelOsteoporoseVitamin-D-Mangelälterer Menschen, verbunden mit Frakturen u.a. am Schenkelhals, ist sowohl eine Folge der muskulären Insuffizienz als auch der osteoporotischen Knochenstruktur. Der meist sehr ausgeprägte Vitamin-D-Mangel der Senioren, nochmals verstärkt bei Bewohnern von Alten- und Pflegeheimen, bietet diesbezüglich einen wichtigen Therapieansatz. In Abhängigkeit vom Serumspiegel des 25(OH)D sollte in diesen Fällen zunächst sehr hoch dosiert werden, z.B. mit 50.000 Einheiten D3 1-mal/Woche, bis sich die Serumspiegel in physiologischen Bereichen zumindest oberhalb von 30 ng/ml befinden.

  • Interessant ist neben der Wirkung auf die Keratinozyten der Haut auch diejenige auf die Zellen der Haarwurzel. Bei einem ausgeprägten D-Mangel entsteht eine Alopezie, Vitamin-D-MangelAlopezie. Daraus kann abgeleitet werden, dass man bei einem diffusen Haarausfall, der weder durch Eisen- oder Zinkmangel noch durch sonstige fassbaren Pathologika verursacht wird, den Serumspiegel des 25(OH)D bestimmen sollte. Inzwischen belegen zahlreiche Studien einen signifikanten prophylaktischen Schutz vor Brust-, Darm- und Prostatakrebs durch das Vitamin. Dies gilt zumindest für Serumspiegel oberhalb 40 ng/ml 25(OH)D, wie sie von den Vitamin-D-Forschern ohnehin übereinstimmend gefordert werden. Die Karzinomzellen verfügen über den VDR und werden durch Calcitriol bzw. 25(OH)D am Wachstum gehindert. Diese protektive Wirkung kann selbst bei bereits bestehenden Karzinomen zur Lebensverlängerung bzw. Unterstützung der Chemotherapie genutzt werden.

  • Eine kardiale Insuffizienz Herzinsuffizienz, Vitamin-D-Mangelkann entsprechend jeder muskulären Schwäche durch einen Vitamin-D-Mangel hervorgerufen oder begünstigt werden. Zusätzlich scheint das Hormon über die VDR der Gefäße günstige Auswirkungen auf den Blutdruck zu besitzen. In Studien wurden allein durch Vitamin-D-Substitution systolischer und diastolischer Blutdruck in geringem Umfang gesenkt, arteriosklerotische Veränderungen positiv beeinflusst. Über die VDR der Renin produzierenden Zellen an den afferenten Nierenarteriolen scheint zusätzlich ein erhöhter Renin-Serumspiegel gesenkt zu werden.

  • Auch die B-Zellen des Pankreas sowie die Adipozyten verfügen über eine Ausstattung mit VDR. Während Calcitriol über eine Stimulation der B-Zellen zumindest bei Bedarf den Insulin-Serumspiegel erhöht, sensibilisiert es gleichzeitig die peripheren Zellen, vermindert also deren Insulinresistenz. In den Adipozyten des Bauchraums (viszerales Fett) scheint die Synthese des sättigenden Hormons LeptinLeptin gesteigert zu werden. LDL-Cholesterin und Triglyzeride werden gesenkt, der Spiegel des HDL-Cholesterin nimmt zu. Dadurch sollte gerade auch beim Typ-2-DiabetikerTyp-2-DiabetesD-Hormon auf einen ausreichenden Spiegel an 25(OH)D geachtet werden, obwohl selbstverständlich körperliche Aktivität und Gewichtsreduktion unverändert weit im Vordergrund stehen.

  • VDR wurden auch zerebral nachgewiesen, z.B. in serotoninabhängigen Regionen. Calcitriol scheint demzufolge die Stimmungslage zu verbessern und Depressionen vorzubeugen. Es könnte aus diesem Zusammenhang heraus vermutet werden, dass gerade die Frühjahrsmüdigkeit, verbunden oft mit einem Stimmungstief, eventuell von dem im Winterhalbjahr zunehmenden Vitamin-D-Mangel begünstigt wird.

  • Die VDR des Hippokampus stellen möglicherweise die Verbindung zur prophylaktischen Wirkung ausreichender Calcidiol-Serumspiegel gegenüber Demenzerkrankungen her. Der Hippokampus ist nicht nur Teil des limbischen Systems, sondern dient auch als Zwischenspeicher für das tagsüber Gelernte, aus dem die subjektiv als bedeutsam erachteten, emotional belegten oder mehrfach wiederholten Informationen nachts ins Langzeitgedächtnis übertragen werden. Ist diese Übertragung gestört – z.B. bei niedrigem Vitamin-D-Serumspiegel oder erhöhten Cortisolspiegeln – gerät das Gelernte wieder in Vergessenheit. Zusätzlich wäre vorstellbar, dass die Aktivierung der Mikroglia durch das D-Hormon einen entscheidenden Beitrag beim Abbau von Plaques bei Alzheimer-Demenzen leistet. Dagegen scheint nach der bisherigen Studienlage eine bereits bestehende Alzheimer-Demenz nicht mehr deutlich beeinflusst zu werden, doch wurde die Substitution möglicherweise auch mit zu geringen Dosen und über zu kurze Zeiträume durchgeführt.

Zusammenfassung

D-Hormon

Charakteristika

  • Steroidhormon

  • wird aus dem Vitamin D in Leber und Niere gebildet

    • Aufnahme des Vitamin D3 = Cholecalciferol mit der Nahrung oder Entstehung in der Haut (bei UV-B-Einstrahlung)

    • Umwandlung in Calcidiol = 25-Hydroxy-Cholecalciferol = 25(OH)D in der Leber

    • Umwandlung in Calcitriol = 1,25-Dihydroxy-Cholecalciferol = D-Hormon in der Niere und zusätzlich lokal in zahlreichen weiteren Geweben

Wesentliche Wirkung

  • gewährleistet einen ausreichenden Calcium- (und Phosphat-) Serumspiegel

  • Angriffspunkte: Darm, Niere, Knochen

  • Hauptwirkung bei ausreichender Calciumaufnahme: Stabilisierung des Knochens

  • zahlreiche weitere Wirkungen an unterschiedlichsten Geweben wie z.B. Gehirn und Immunsystem (ohne Prüfungsrelevanz)

Parathormon (PTH, Parathyrin)

PTH ist ein Peptidhormon ParathormonParathyrinund besteht aus einer Kette mit 84 Aminosäuren. Der adäquate Reiz für die Sekretion des PTHPTH aus der Nebenschilddrüse ist ein erniedrigter Calcium-Serumspiegel. Es reagiert dabei wie üblich nicht auf die Konzentration des Gesamtcalciums, sondern nur auf dessen freien, nicht an Plasmaeiweiße gebundenen Anteil (Abb. 7.5). Zusätzlich ist PTH mit Calcitriol rückgekoppelt: Hohe Serumspiegel an D-Hormon unterdrücken seine Bildung. Spiegel von weniger als 30 ng/ml Calcidiol stimulieren die Nebenschilddrüsen auch dann, wenn der Calcium-Serumspiegel nicht erniedrigt ist! Es sei nochmals daran erinnert, dass bei Umsetzung der DGE-Empfehlungen (20 µg Vitamin D/Tag) dieser Minimalspiegel nicht erreicht wird.
Abgebaut wird PTH in Leber und Niere. Die Halbwertszeit liegt lediglich bei 2–5 min, sodass Änderungen des Serumcalciums sehr fein einreguliert werden können. Andererseits dauert es aber doch mindestens 30 min, bis erniedrigte Calciumspiegel durch die Wirkung des PTH auf den Knochen ausgeglichen sind. Immerhin jedoch bedeutet dies, dass Symptome, die im Rahmen einer scheinbaren Hypokalzämie bei anhaltender Alkalose entstanden sind, innerhalb dieser Zeitspanne von selbst verschwinden, falls bis dahin keine Therapie möglich war.
Hormonwirkungen
Calcium
PTH erhöht wie Calcitriol den Calcium-SerumspiegelCalciumParathormonParathormonCalcium. Während Calcitriol dies über eine umfassende Wirkung an Knochen, Niere und Darm erreicht, wirkt PTH zum einen ebenfalls über eine Calciumrückresorption an der Niere, zum anderen aber vor allem am Knochen, indem es hier über eine ParathormonWirkungenStimulierung der Osteoklasten die Calciumphosphatkristalle (Apatitkristalle) auflöst und Calcium und Phosphat ins Blut bringt. Über dieselben Mechanismen an Knochen und Niere steigt auch der Magnesium-Serumspiegel. Magnesium-Serumspiegel, ParathormonParathormonMagnesium-SerumspiegelInteressant ist, dass PTH die fertigen Osteoklasten gar nicht beeinflusst, sondern zum einen deren Bildung aus den Vorstufen ankurbelt und zum anderen über seine Rezeptoren an den Osteoblasten eine Verschiebung des Gleichgewichts zwischen Auf- und Abbau zugunsten des Abbaus bewirkt. Es veranlasst die Osteoblasten zur Sekretion von Interleukinen wie beispielsweise IL-6, welche nun ihrerseits die Osteoklasten zur vermehrten Tätigkeit stimulieren.
PTH fördert außerdem die Bildung des D-HormonsD-HormonParathormon in der Niere, also die Hydroxylierung von Calcidiol zum Calcitriol, wodurch es seine eigene Wirkung an der Niere potenziert. Zusätzlich erfolgt nun über das vermehrt gebildete D-Hormon eine gesteigerte Calciumresorption aus dem Darm, an dem PTH selbst keine Wirkung zeigt. Die beiden Hormone ergänzen sich.
Calcitriol und 25(OH)D hemmen bei ausreichenden Serumspiegeln (25-OH-D oberhalb 30 ng/ml) die Sekretion des PTH aus der Nebenschilddrüse. Im Umkehrschluss kommt es bei einem Mangel an Vitamin D zu einem chronisch erhöhten PTH-Serumspiegel – mit ungünstigen Auswirkungen auf die Knochenstruktur und die Phosphatspiegel sowie u.a. auch auf die Gefäße.
Ein ständig erhöhter Serumspiegel an PTH führt zur Demineralisierung des Knochens. Inzwischen hat man allerdings beobachtet, dass wiederholte kurzfristige Erhöhungen über lediglich 1–2 Stunden, z.B. durch pharmakologische Substitutionen, den umgekehrten Effekt erzeugen und zur Stabilisierung des Knochens führen, wenn sie als Monotherapie oder in Kombination mit Östrogenen und/oder Vitamin D erfolgen. Dies wird neuerdings als Alternative zur Behandlung der Osteoporose genutzt. Als Grund für diese erstaunliche Wirkungsweise wird angenommen, dass PTH die Osteoblasten zunächst isoliert aktiviert, bevor schließlich in einem zweiten Schritt über die sezernierten Interleukine die Tätigkeit der Osteoklasten überwiegt.

Merke

Die wesentliche Funktion des PTH besteht im Ausgleich eines abgefallenen Calcium-Serumspiegels. Daraus kann abgeleitet werden, dass das Hormon bei einem physiologischen Calciumspiegel sozusagen überflüssig ist. Dementsprechend stellen D-Hormon, 25(OH)D und die HyperkalzämieHyperkalzämieParathormon die stärksten Hemmstoffe der PTH-Sekretion aus der Nebenschilddrüse dar.

Man kann sich die Zusammenarbeit und das gemeinsame Ziel der beiden Hormone so vorstellen, dass PTH grundsätzlich so lange, wie die 25(OH)D-Serumspiegel und die Calciumzufuhr über die Nahrung physiologisch ausgeglichen sind, keine Funktion besitzt. Sobald jedoch ein Mangel an Calcitriol und/oder Nahrungscalcium auftreten, stimuliert und unterstützt PTH die D-Hormon-Bildung und -Wirkung, bis der Mangel behoben ist. Damit ist PTH evolutionär lediglich ein „Reservehormon“ für Zeiten des Nahrungsmangels und die letzten Wochen eines langen Winters.

Aus diesen kurzen Phasen des Lichtmangels wurde nun allerdings in der Neuzeit ein Dauerzustand, weil man der als toxisch erkannten Wirkung der Sonne inzwischen mit Vermummung und höchsten Lichtschutzfaktoren begegnet. Zusätzlich wird nicht immer ausreichend Calcium zugeführt. Der in der Konsequenz beständig erhöhte PTH-Serumspiegel führt daher nun zur voranschreitenden Entkalzifizierung des Knochens bis hin zur Osteomalazie bzw., im höheren Lebensalter, zur Osteoporose.

Phosphat
PhosphatPhosphatParathormonParathormonPhosphat wird durch die PTH-Wirkung am Knochen mit dem Auflösen der Apatitkristalle verstärkt ins Blut ausgeschwemmt. Der Serumspiegel steigt hierdurch aber nicht, weil die Hormonwirkung an der Niere hinsichtlich Phosphat in einer vermehrten Ausscheidung besteht. Bei ständig erhöhten PTH-Serumspiegeln entwickelt sich sogar in der Regel durch diesen Effekt eine Hypophosphatämie, begünstigt durch die ebenfalls reaktiv erhöhten Calcitonin-Spiegel.

Zusammenfassung

Parathormon

Charakteristika

  • Peptidhormon

  • Produktion in der Nebenschilddrüse

  • kurze Halbwertszeit

  • Abbau in Leber und Niere

    • Hypokalzämie als wichtigster Stimulus der Sekretion

    • Sekretionshemmung durch Hyperkalzämie und die Vitamin D-Metaboliten

  • Gegenspieler des Calcitonins

  • synergistische Effekte mit Calcitriol

Wesentliche Wirkung

  • gewährleistet einen ausreichenden Calcium- (und Phosphat-) Serumspiegel

  • Angriffspunkte: Knochen und Niere (Aktivierung des D-Hormons, Calciumrückresorption, Phosphatausscheidung)

Calcitonin

CalcitoninCalcitoninCalcitonin (= Thyreocalcitonin)Thyreocalcitonin ist ein Peptidhormon und besteht aus einer Kette mit 32 Aminosäuren. Es ist der Gegenspieler des PTH, was dessen Wirkung auf Knochen und Niere angeht. Seine Sekretion erfolgt parallel zum Calcium-Serumspiegel. Eine HyperkalzämieHyperkalzämieCalcitonin führt zur Sekretionssteigerung, ein Abfallen des Calciumspiegels zur verminderten Sekretion. Die Halbwertszeit liegt, dem PTH entsprechend, ebenfalls bei wenigen Minuten.
Hormonwirkungen
CalcitoninCalcitoninCalcitonin lagert Calcium vermehrt in den Knochen ein, indem es analog zur PTH-Wirkung die Osteoblasten nicht direkt, sondern über eine Hemmung der Osteoklasten stimuliert bzw. das Gleichgewicht des Knochenumsatzes zugunsten des Knochenaufbaus verschiebt. An der Niere stimuliert das Hormon die Calciumausscheidung. Auch Phosphat wird durch Calcitonin vermehrt ausgeschieden (Abb. 7.6). Unter dem Strich senkt Calcitonin durch seine gleichgerichteten Wirkungen an Knochen und Niere sehr schnell und effektiv den Serum-Calciumspiegel.

Merke

Sowohl Parathormon als auch Calcitonin senken über ihre Wirkung an der Niere den peripheren Phosphatspiegel. Dies kann bei einem ausgeprägten Mangel an Vitamin D, dem einzigen diesbezüglichen Gegenspieler (vermehrte Resorption aus der Nahrung), eine kritische Hypophosphatämie erzeugen.

Pathologie

Einer OsteomalazieOsteomalazieCalcitonin („Knochenerweichung“, Kap. 7.3.1) und einer OsteoporoseOsteoporoseCalcitonin wirkt Calcitonin durch Hemmung der Osteoklasten entgegen. Diese beiden Erkrankungen werden auch vom D-Hormon positiv beeinflusst. Sobald dieses nämlich durch seine Wirkung an Darm und Niere vermehrt Calcium im Serum bereitgestellt hat, wird dasselbe durch die nun erhöhte Calcitoninsekretion in den Knochen eingelagert. Die eigentliche Wirkung des D-Hormons auf den Knochen wird durch die erhöhten Serumspiegel an Calcium und Calcitonin überspielt.

Zusammenfassung

Calcitonin

Charakteristika

  • Peptidhormon

  • kurze Halbwertszeit

  • Gegenspieler des Parathormons

Wesentliche Wirkung

  • senkt den Calcium- und Phosphat-Serumspiegel

  • Angriffspunkte: Niere, Knochen

Krankheitsbilder

Osteomalazie, Rachitis

Die Entkalkung des Knochens („Knochenerweichung“)Knochenerweichung heißt beim Erwachsenen OsteomalazieOsteomalazie und beim Kleinkind RachitisRachitis. Ursache ist in beiden Fällen ein Mangel an Vitamin D und damit auch an Calcitriol, seiner wirksamen Form. Der Calcitriol-Mangel führt über eine unzureichende Resorption von Calcium aus der Nahrung zur HypokalzämieHypokalzämieOsteomalazie. Diese wiederum bewirkt gemeinsam mit dem Mangel an D-Hormon eine Dauerstimulation der Nebenschilddrüse. Das ständig erhöhte Parathormon führt schließlich zur Entkalkung des Knochens.
Diese Entkalkung hat trotz Stimulation der Osteoklasten nicht automatisch einen Abbau der Knochengrundsubstanz mit ihren kollagenen Fibrillen zur Folge, weil dies durch die üblichen körperlichen Aktivitäten und die Wirkung der Sexualhormone verhindert wird. Die Osteoklasten sezernieren deshalb in diesem Fall lediglich Säure in ihre Howship-Lakunen und lösen die Apatitkristalle darin auf. Dies kann im Gegensatz zum Abbau der Knochengrundstruktur nicht verhindert werden. Die Osteomalazie hat aus diesem Zusammenhang heraus mit einer Osteoporose nichts zu tun: Bei der Osteomalazie ist der Knochen durch den Mangel an Apatitkristallen weicher als üblich, in seinen weiteren Anteilen jedoch vollkommen unverändert. Bei der Osteoporose kommt es dagegen zum Abbau der gesamten Knochenstruktur. Erst wenn sich im Alter ein Mangel an Sexualhormonen und an körperlicher Belastung dazugesellt, wird durch ein erhöhtes PTH zusätzlich die vorbestehende Osteoporose verstärkt.
Osteomalazie, Rachitis und Osteoporose werden im Fach Bewegungsapparat besprochen.

Tetanie

Krankheitsentstehung
Eine „echte“ HypokalzämieHypokalzämieTetanieTetanie oder eine Verminderung des freien Calciumanteils im Blutplasma (scheinbare Hypokalzämie), z.B. bei einer Alkalose (Kap. 7.2.1), führt zu einer Übererregbarkeit an Nerven und Muskeln. Calcium nimmt selbst am Aktionspotenzial der Skelettmuskeln nicht teil. Am Herzen und vor allem an der glatten Muskulatur ist es dagegen maßgeblich beteiligt, doch würde man hier eher bei einer Hyperkalzämie verstärkte Kontraktionen erwarten. Dies gilt auch für die Nervenendigungen, bei denen das einströmende Calcium für die Freisetzung der Neurotransmitter an der Synapse erforderlich ist. Es scheint bzw. wird auf diese Weise definiert, dass eine Verminderung der Anzahl an Calciumionen an erregbaren Membranen die Zellwand insgesamt, zumindest aber die Natriumkanäle sensibler und labiler macht, sodass Aktionspotenziale auch ohne adäquate Stimulation dieser Membranen „von selbst“ ausgelöst werden können. Dieser Erklärungsversuch der zu beobachtenden Folgen ist allerdings bereits deshalb in Zweifel zu ziehen, weil Calcium als essenzieller Bestandteil der Natriumkanäle deren Funktion erst ermöglicht, sodass bei einem Mangel eher eine unzureichende Öffnung und Durchlässigkeit für Natriumionen entstehen sollte.
Symptomatik
Das Ergebnis der Hypokalzämie (bzw. Hypomagnesiämie) besteht in rezidivierenden Aktionspotenzialen am gesamten Nervensystem, an der glatten und quergestreiften Muskulatur sowie evtl. sogar am Herzen. Es kommt zu willentlich nicht beeinflussbaren Parästhesien, Muskelzuckungen und SpasmenParästhesienTetaniebevorzugt zunächst im Gesicht, tonischen Muskelkrämpfen, die an der Hand (und am Fuß) in der bekannten Pfötchenstellung münden (Karpopedalspasmen – von Carpus = Handwurzel und Pes = Fuß), zu Spasmen an der glatten Muskulatur von Gallenblase oder Bronchien und evtl. auch zur zerebralen Beteiligung bis hin zu epileptiformen Krämpfen. Karpopedalspasmen, TetanieAls Frühsymptom werden Wadenkrämpfe beobachtet.
Therapie
Bei einer echten Hypokalzämie wird im Akutfall (langsam!) intravenös Calcium gegeben (bei digitalisierten Patienten kontraindiziert!). Bei einer respiratorischen Alkalose durch Hyperventilation als Ursache der Tetanie sollte dagegen kein Calcium gegeben werden, weil schließlich gar kein Mangel vorliegt. Hier besteht die Therapie aus dem Versuch, den Patienten zu beruhigen bzw., wenn dies misslingt, in der Rückatmung in einen Plastikbeutel (Aufhebung der Alkalose durch Wiederaufnahme des ausgeatmeten CO2).

Hinweis des Autors

Ungleich wichtiger als die Hypokalzämie ist sicherlich die gleichsinnige, dem Calciumspiegel aus derselben Ursache heraus folgende Absenkung des Magnesiumspiegels. Aus der Hypomagnesiämie HypomagnesiämieTetanieresultiert die Labilität der motorischen Endplatten sowie der zerebralen Synapsen (Kap. 11.5). Diese Strukturen sind für ihre Funktion, vor allem für die Stabilität der präsynaptischen Vesikel, auf ausreichende Mengen an Magnesiumionen angewiesen und werden übererregbar, wenn die Spiegel abfallen. Gerade die möglichen Spasmen an der glatten Muskulatur von Bronchien und Gallenblase bzw. -wegen zeigen, dass die Destabilisierung der Natriumkanäle durch die Hypokalzämie nicht als wesentliche Ursache gelten kann, weil hier die schnellen Natriumkanäle nahezu vollständig fehlen! Die angeblichen Symptome der Hypokalzämie sind dementsprechend Symptome der Hypomagnesiämie. Die Hauptursache dieser Fehleinschätzung dürfte der Tatsache geschuldet sein, dass es Magnesium in der schulmedizinischen Lehre irgendwie nicht zu geben scheint.

Die Tetanie wird im Fach Notfallmedizin etwas ausführlicher dargestellt.

Hyperparathyreoidismus

Eine Überfunktion der HyperparathyreoidismusEpithelkörperchen kann primär oder sekundär entstehen. „Primär“ bedeutet, dass die Ursache in der Nebenschilddrüse zu suchen ist. Den sekundären Formen liegt eine vermehrte Stimulation der Nebenschilddrüse zugrunde. In Bezug auf die Auswirkungen zeigt sich das wesentliche Unterscheidungsmerkmal im Calcium-Serumspiegel: Die primäre Überfunktion der Nebenschilddrüse führt zur Hyperkalzämie. Dagegen entsteht die sekundäre Form reaktiv gerade aus einem Mangel an Serumcalcium.
Sekundärer Hyperparathyreoidismus
Der sekundäre HyperparathyreoidismusHyperparathyreoidismussekundärer entsteht üblicherweise bei einem Mangel an Vitamin D bzw. Calcitriol und führt dadurch in ausgeprägten Fällen zu Rachitis (Säugling, Kleinkind) oder Osteomalazie. Eine Niereninsuffizienz verursacht über denselben Mechanismus erhöhte PTH-Spiegel: In diesen Fällen kann das Cholecalciferol in der Leber noch hydroxyliert werden. Die Bildung des Calcitriols in der funktionslosen Niere ist jedoch nicht mehr möglich, sodass wiederum ein Hyperparathyreoidismus, nun aber mit Hyperphosphatämie entsteht, weil die Niere das aus dem Knochen freigesetzte Phosphat nicht mehr auszuscheiden vermag. Diese sekundären Formen sind also in Bezug auf den Calcium-Serumspiegel durchaus physiologisch und sinnvoll. Sie führen über die auf Dauer stimulierte PTH-Sekretion zu einer Hyperplasie der Nebenschilddrüsen, die in Ultraschall, CT oder MRT nachgewiesen werden kann.
Gerade die terminale Niereninsuffizienz mit ihrem Hyperparathyreoidismus und den hohen Phosphatspiegeln weist auf besondere Weise darauf hin, dass die Nebenschilddrüsen auf einen Mangel an Calcitriol CalcitriolmangelHyperparathyreoidismusähnlich stark reagieren wie auf eine Hypokalzämie. Denn während der Mangel an D-Hormon sehr ausgeprägt ist, nimmt der Calcium-Serumspiegel kaum oder überhaupt nicht ab, weil über eine Niere, die so gut wie nichts mehr zur Ausscheidung bringen kann, auch kein Calcium verloren geht, zumindest nicht in erwähnenswerten Mengen.
Primärer Hyperparathyreoidismus
Krankheitsentstehung
Die primäre FormHyperparathyreoidismusprimärer wird in den meisten Fällen durch ein Adenom der Nebenschilddrüse verursacht, sehr selten einmal durch ein hormonproduzierendes Karzinom. Der Hyperkalzämie wird bei den primären Formen durch das reaktiv erhöhte Calcitonin entgegengewirkt, sodass die Calcium-Serumspiegel zwar erhöht sind, aber nicht vollständig entgleisen. Die Hyperkalzämie HyperkalzämieHyperparathyreoidismuswird gewöhnlich wegen der an der Niere gleichgerichteten Wirkung von PTH und Calcitonin von einer Hypophosphatämie Hypophosphatämie, Hyperparathyreoidismusbegleitet.
Symptomatik der primären Form
Während der sekundäre Hyperparathyreoidismus lediglich den evolutionär vorgesehenen, also durchaus physiologischen Ausgleich eines vorübergehenden Mangels an Vitamin D und/oder Calcium darstellt und deshalb beim Erwachsenen über Jahre (abgesehen von einer sehr langsam zurückgehenden Knochenfestigkeit) keine Auswirkungen zeigt, entstehen aus einer pathologischen PTH-Mehrproduktion zumindest fakultativ auch pathologische Symptome.
In der Folge der Hyperkalzämie mit Erhöhung des Calcitonin-Serumspiegels entstehen Nierensteine (meist als Calciumphosphat), daneben auch Calciumsteine im Pankreas. Die Pankreassteine können eine Pankreatitis auslösen. Am Magen-Darm-Trakt führt die Hyperkalzämie (und Hypermagnesiämie!) zu Ulzera in Magen und Duodenum (calciumvermittelte Gastrinwirkung), Obstipation und Appetitlosigkeit (Magnesium). An Muskulatur und Nervensystem entstehen Kraftlosigkeit, Adynamie und depressive Verstimmungen (Mangel an 25-OH-D und Magnesium), am Herzen eine Tachykardie (verstärkte Calcium-Leckströme am Sinusknoten), am Knochen die Osteodystrophia fibrosa generalisata (Recklinghausen-Krankheit) mit regellosem Knochenumbau, Zysten und Spontanfrakturen, an der Niere neben der Steinbildung eine Polyurie (osmotische Diurese durch die ausgeschiedenen Calcium- und Phosphationen).
Sehr häufig aber, bei mehr als 50 % der Patienten, verursachen Hyperkalzämien im Gegensatz zur Hypokalzämie lange Jahre keine Symptome und werden erst an ihren Folgen, z.B. Nierensteinen, chronisch rezidivierenden Magenulzera oder Pankreatitis erkannt.

Exkurs

Der erhöhte PTH-Spiegel führt zur Hyperkalzämie, die ihrerseits erhöhte Calcitonin-Spiegel erzeugt. Dies bedeutet, dass beide Hormone am Knochen miteinander wetteifern, wobei einmal mehr die PTH-Wirkung, und an anderen Lokalisationen mehr die Calcitonin-Wirkung zum Tragen kommt. Aus diesem Grund entstehen neben Bereichen mit vermehrtem Abbau bis hin zur Zystenbildung auch Knochenanteile mit Verdichtung, Fibrosierung und Knochenneubildung. Die Osteodystrophia fibrosa generalisata (cystica) hat deswegen mit einer Osteoporose nicht das Geringste zu tun.

Hinweis Prüfung

Im Hinblick auf die Heilpraktikerprüfung sollte man sich trotzdem merken, dass der Hyperparathyreoidismus zur OsteoporoseOsteoporoseHyperparathyreoidismus führen kann.

Ursachen einer Hyperkalzämie
Der primäre Hyperparathyreoidismus HyperkalzämieUrsachengilt als Hauptursache einer HyperkalzämieHyperkalzämieHyperparathyreoidismusHyperparathyreoidismusHyperkalzämie, doch existieren zahlreiche weitere Möglichkeiten. Tumoren stellen die zweithäufigste Ursache dar, wobei hierbei mehrere Alternativen bestehen. Zum Beispiel kann es sich um Tumoren oder Tumormetastasen handeln, die bei der Infiltration und Destruktion des Knochens große Mengen Calcium und Phosphat freisetzen. Dies gilt prinzipiell für sämtliche Knochenmetastasen, aber auch für primär Knochen und/oder Knochenmark betreffende maligne Erkrankungen wie Plasmozytom, Leukämien und Lymphome. Einzelne Karzinome produzieren hormonell aktive Substanzen, u.a. auch mit Wirkung auf den Knochen. Das bekannteste Beispiel für derartige paraneoplastische Syndrome, die durchaus der eigentlichen Tumordiagnose vorausgehen können, ist das Bronchialkarzinom.
Es sind eine ganze Reihe von angeborenen chromosomalen Defekten bekannt, von denen z.B. die Calciumausscheidung über die Niere betroffen sein kann. Sehr viel häufiger ist die Nebenschilddrüse selbst davon betroffen, indem die Gendefekte die Entstehung von Adenomen oder Karzinomen begünstigen.
Einzelne Medikamente wie das früher häufig bei psychiatrischen Erkrankungen eingesetzte Lithium verursachen mit einer gewissen Regelmäßigkeit erhöhte Calciumspiegel. Lithium wirkt offensichtlich direkt durch eine Blockade der Calcium-Rezeptoren der Nebenschilddrüse. Vitamin-D-Präparate führen erst bei extremer Überdosierung zur Hyperkalzämie, weil die Synthese von Calcitriol in der Niere unabhängig von überhöhten Serumspiegeln an 25(OH)D ist. Indem der Vitamin-D-Rezeptor (VDR) der peripheren Gewebe nur minimal auf 25(OH)D reagiert, muss die regelmäßige Zufuhr von Vitamin D mindestens 50.000 Einheiten/Tag (> 1,2 mg) betragen, mit erzeugten Serumspiegeln an 25(OH)D oberhalb 150 ng/ml, um eine Hyperkalzämie zu erzeugen. Dies wurde oben bereits besprochen. Lediglich bei systemischen granulomatösen Erkrankungen wie v.a. Tuberkulose oder Sarkoidose kann es bereits bei niedrigeren Serumspiegeln zu erheblichen Hyperkalzämien kommen, weil die Makrophagen der Granulome aus dem 25(OH)D des Serums mittels eigener 1α-Hydroxylase Calcitriol herstellen und teilweise ans Serum abgeben.
Eine anhaltende Immobilisierung (Bettlägerigkeit) kann einen derart umfangreichen Knochenabbau (= Osteoporose) bewirken, dass der Serum-Calciumspiegel ansteigt. Dies gilt aufgrund des erhöhten Knochenumsatzes auch für die Hyperthyreose.
Zusammengefasst, unter Einbeziehung seltenerer Zusammenhänge, findet man folgende Ursachen einer Hyperkalzämie:
  • Adenom oder Karzinom (selten) der Nebenschilddrüse, teilweise durch familiäre Gendefekte getriggert

  • maligne Erkrankungen von Knochen oder Knochenmark (z.B. Plasmozytom)

  • knöcherne Metastasen peripherer Karzinome (z.B. Mamma-, Prostata- oder Bronchialkarzinom)

  • Medikamente wie Lithium oder manche Diuretika (Thiazide)

  • Vitamin-D-Intoxikation durch wiederholte Extremdosen

  • Vitamin-A-Intoxikation (Wirkung auf den Knochen)

  • Immobilisierung (Knochenabbau)

  • Hyperthyreose (gesteigerter Knochenumsatz)

  • Milch-Alkali-SyndromMilch-Alkali-Syndrom (exzessive Zufuhr von Milch oder calciumhaltigen Antazida bei bestehender Niereninsuffizienz)

  • idiopathisch (manchmal bei Kindern)

Hyperkalzämische Krise
Die sog. hyperkalzämische Krisehyperkalzämische Krise entsteht bei weiterem Anstieg des Serumcalciums z.B. durch Flüssigkeitsmangel, wenn die Polyurie zu keiner angepassten Flüssigkeitszufuhr führt. Die zerebralen Folgen der Kombination aus Hypovolämie und Hyperkalzämie können dann ein Koma verursachen, die Nierenschädigung eine akute Niereninsuffizienz. Manchmal kommt es zum Herzstillstand, weil die in der Plateauphase verstärkt einströmenden Calciumionen nicht mehr vollständig hinausgepumpt werden können. Teilweise findet man Schädigungen der Mitochondrien, die das zusätzliche intrazelluläre Calcium speichern.

Zusammenfassung

Hyperparathyreoidismus

Primär oder sekundär erhöhte PTH-Serumspiegel

Ursache

  • primärer Hyperparathyreoidismus: Adenom oder Karzinom der Nebenschilddrüse

  • sekundärer Hyperparathyreoidismus: Vitamin-D-Mangel, Calciummangel, Niereninsuffizienz (→ Mangel an D-Hormon)

Symptome

  • primärer Hyperparathyreoidismus:

    • Hyperkalzämie

    • Nierensteine, Pankreatitis

    • osmotische Diurese

    • Tachykardie

    • Magenulzera, Obstipation

    • Morbus Recklinghausen des Knochens

    • psychische und muskuläre Adynamie

  • sekundärer Hyperparathyreoidismus: Rachitis (Säugling, Kleinkind), Osteomalazie nach langem Bestand

Diagnostik

  • primärer Hyperparathyreoidismus: PTH erhöht, Calcium erhöht, apparativer Adenomnachweis (meist nur in einem Epithelkörperchen)

  • sekundärer Hyperparathyreoidismus: PTH erhöht, Calcium niedrig-normal oder erniedrigt, reaktive, gleichmäßige Hyperplasie aller Nebenschilddrüsen

Hypoparathyreoidismus

Krankheitsentstehung
Die häufigste Ursache Hypoparathyreoidismuseines erniedrigten PTH-Serumspiegels mit resultierender HypokalzämieHypokalzämieHypoparathyreoidismus war in früheren Zeiten die versehentliche Teilentfernung der Nebenschilddrüsen und besteht heute in ihrer Durchblutungsminderung – in beiden Fällen anlässlich einer Strumektomie (die Nebenschilddrüse wird aus den Gefäßen der Schilddrüse versorgt!). Die Funktion ist hierbei i.d.R. durch die Neubildung von Gefäßen nur vorübergehend gestört. Seltene Ursachen sind Entzündungen der Epithelkörperchen oder einwachsende Tumoren beispielsweise aus der Schilddrüse. Eine angeborene Aplasie der Nebenschilddrüse im Verein mit einer Thymusaplasie wird als DiGeorge-Syndrom bezeichnet.
Ursachen
  • Ursachen einer tatsächlichen oder scheinbaren Hypokalzämie: Mangel an PTH (Hypoparathyreoidismus)

    • nach ThyroidektomieThyroidektomieHypoparathyreoidismus (vollständige Entfernung der Schilddrüse)

    • vorübergehend wegen Ischämie nach StrumektomieStrumektomieHypoparathyreoidismus (Teilentfernung der Schilddrüse)

    • entzündlich, einwachsende Tumoren

    • angeborene Aplasie

  • Mangel an D-Hormon

    • Vitamin-D-Mangel

    • Niereninsuffizienz

    • Leberinsuffizienz (Zirrhose)

  • lang anhaltender Calciummangel (mit Entleerung der Knochenspeicher)

  • jede metabolische oder respiratorische Alkalose

    • Hyperventilation

    • anhaltendes Erbrechen (Verlust von Säure → Alkalose)

    • ausgeprägte Hypokaliämie (→ reaktive Alkalose)

    • Hyperaldosteronismus (→ Hypokaliämie → Alkalose)

    • übermäßige Basenzufuhr (Therapie der „Übersäuerung“ bei einem „Therapeuten“)

Symptomatik
Das wesentliche Symptom des Hypoparathyreoidismus bzw. jeder primären oder sekundären Hypokalzämie bzw. scheinbaren Hypokalzämie (Alkalose) ist die oben besprochene Tetanie. TetanieHypoparathyreoidismusParästhesienHypoparathyreoidismusAls Frühsymptom erscheinen Parästhesien an den Extremitäten oder im Gesicht.
Therapie
Therapeutisch wird mit Vitamin D oder Calcitriol (+ Calcium) substituiert.

Zusammenfassung

Hypoparathyreoidismus

Niedriges PTH und in der Folge Hypokalzämie

Ursache

  • meist Entfernung oder vorübergehende Ischämie der Nebenschilddrüsen bei Strumektomie

Symptome

  • Tetanie, Parästhesien

Therapie

  • Substitution mit Calcitriol und Calcium

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