Calciferol

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Strukturformel
Allgemeines
Trivialname	Vitamin D3
Summenformel	C27H44O
Andere Namen	Vitamin D, Calciferol, Cholecalciferol
E-Nummer
CAS-Nummer	67-97-0
Dosierung
täglicher Bedarf	0,0025-0,01 mg (0,05-0,1 mg nach aktuellem Wissensstand)
Überdosis	5-10 fache der Tagesdosis (fraglich)
Essentiell	nein
Vorkommen	Fisch, Pilze, Leber
Physikalische Eigenschaften
Aggregatzustand	fest
Farbe	farblos
Löslichkeit	fettlöslich
Dichte	- g/cm³
Molmasse	384,65 g/mol
Schmelzpunkt	84-87 °C
Siedepunkt	- °C
Sicherheitshinweise
Gefahrensymbole T+ Sehr giftig
R- und S-Sätze	R: 24/25-26-48/25 S: 28-36/37-45
Soweit möglich und gebräuchlich, werden SI-Einheiten verwendet. Wenn nicht anders vermerkt, gelten die angegebenen Daten bei Standardbedingungen.

Vitamin D oder Calciferol ist eine Sammelbezeichnung für eine Gruppe fettlöslicher Vitamine, die vielfache physiologische Wirkungen haben, welche wesentlich auf der Regulierung des Calcium-Pegels in Blut, Knochen und Gewebe beruhen.

Inhaltsverzeichnis 1 Formen 2 Beschreibung 3 Aufgabe/Funktion 4 Vorkommen 5 Bedarf 6 Mangelerscheinungen (Hypovitaminose) 7 Folgen einer Überdosierung (Hypervitaminose) 8 Synthese des Vitamins in der menschlichen Haut 8.1 Mechanismus der Vitamin D3-Synthese 9 Siehe auch

[Bearbeiten] Formen

• Vitamin D₁: Verbindung von Ergocalciferol (D₂) und Lumisterol, 1:1
• Vitamin D₂: Calciferol, genauer: Ergocalciferol (synthetisiert aus Ergosterol)
• Vitamin D₃: Cholecalciferol (synthetisiert aus 7-Dehydrocholesterol), ist Vorläufer des Calcidiol, welches Vorläufer des Calcitriol ist
• Vitamin D₄: 22,23-Dihydroergocalciferol (gesättigte Form von Vitamin D₂)
• Vitamin D₅: Sitocalciferol (synthetisiert aus 7-Dehydrositosterol)

[Bearbeiten] Beschreibung

Eine Besonderheit des Vitamin D₃ ist, dass es bei ausreichender Sonneneinstrahlung (UV-B) vom Menschen in der Haut synthetisiert werden kann und deshalb im eigentlichen Sinne kein Vitamin darstellt (aus historischen Gründen aber noch als Vitamin bezeichnet wird). Aufgrund seiner endogenen Synthese und der Tatsache, dass seine Wirkung neben dem Syntheseort auch andere Gewebe betrifft, weist Vitamin D auch hormonalen Charakter auf. Biochemisch zählt es zu den Secosteroiden, die wiederum in ihrer Struktur den Steroiden ähneln.

Die aktive Form des Vitamin D₃ ist das 1,25-Dihydroxyvitamin D₃ Calcitriol. Calcitriol wird durch zweifache Hydroxylierung (in 1 und 25 Position) gebildet. Dabei findet eine erste Oxidation in der Leber und die zweite u. a. in der Niere statt. Calcitriol ist in Form von Kapseln im Handel erhältlich. Struktur und pharmakologische Daten finden sich unter anderem hier: [1]

[Bearbeiten] Aufgabe/Funktion

Calcitriol ist insbesondere für die Aufnahme von Calcium aus dem Darm unabdingbar, daneben ist es auch für die Einlagerung des Calciums in die Knochenmatrix wichtig. Eine Unterversorgung mit Vitamin D₃ kann das Krankheitsbild Rachitis auslösen. Dabei wird in die Knochen nicht genug Calcium eingelagert, so dass sie sich unter dem Eigengewicht des Betroffenen biegen, verformen und leichter brechen können (i. d. R. in Form sog. Pseudofrakturen, s. Artikel zur Rachitis). Daneben sind eine Vielzahl von Vitamin-D-Funktionen im Immunsystem bekannt.

[Bearbeiten] Vorkommen

Vitamin D₃ bildet sich durch UV-B-Strahlung (enthalten im Sonnenlicht) aus Vorstufen (7-Dehydrocholesterin). Nur wenige Nahrungsmittel enthalten Vitamin D₃. Es findet sich in Lebertran und -öl, Hering und Eigelb. Besonders reiche Vitamin D₃-Quellen (μg/100g)

• Lebertran 330
• Dorschleberöl 210
• Hering 31
• Lachs 16
• Sardine 7,05
• Kalbfleisch 3,8
• Hühnerei 3,5
• Leber (Rind) 1,7
• Leber (Geflügel) 1,3
• Kabeljau 1,3
• Sahne 1,1
• Kuhmilch 0,08

In Pilzen (z. B. Hefen) ist das Mycosterin Ergosterin enthalten, während in tierischen Geweben 7-Dehydrocholesterin vorkommt. Beide Verbindungen können sich bei ausreichender UV-Licht Bestrahlung in biologisch aktive Substanzen umwandeln, die wir unter dem Begriff Vitamin D zusammenfassen (Ergocalciferol (D₃) bzw. Cholecalciferol (D₃)).

Die photochemische Synthese von Vitamin D₃ wurde erstmals 1927 vom Göttinger Chemiker Adolf Windaus (Nobelpreis 1928) entdeckt und untersucht. Seine Arbeiten ermöglichten die Fabrikation das antirachitischen Vitamin D₃ durch die Pharmaunternehmen E. Merck und Bayer (Markenname Vigantol), wodurch der Vitaminmangel vieler Kinder therapiert werden konnte. Seit einigen Jahren werden vermehrt auch Nahrungsergänzungsmittel mit Vitamin D₃ angereichert. Die Anreicherung von Lebensmitteln des täglichen Bedarfes ist aufgrund seiner Toxizität in Deutschland derzeit hingegen verboten. Da Butter einen natürlich hohen Gehalt hat, gibt es eine einzige Ausnahmegenehmigung für Margarine, um sie ihrem Vorbild gleichwertig zu machen.

[Bearbeiten] Bedarf

Der Tagesbedarf (RDA) an Vitamin D₃ beträgt für Erwachsene 5 µg, für Kinder, Schwangere und Stillende 10 µg. Diese Werte sind die Empfehlungen der Deutschen Gesellschaft für Ernährung. Andere Quellen empfehlen deutlich höhere Dosen, z.B. 1000-5000 IE/d (Quelle: http://cholecalciferol-council.com), wobei 1µg etwa 40 IE entspricht (also: 1000 IE = 25µg).

Der in der Literatur üblicherweise angegebene Tagesbedarf ist an sich sehr fragwürdig. Vitamin D₃ wird vom Körper hauptsächlich (durch UV-B) selbst aus Provitaminen synthetisiert. Eine RDA von 5-10µg (200-400 IE) unterstellt stillschweigend eine nahezu optimale Versorgung mit UV-B. Unter dieser Prämisse ist aber eine Zufuhr über die Nahrung redundant. Umgekehrt ist die RDA unzureichend um einem UV-B bedingten Mangel entgegenzuwirken. Obwohl die Vitamine der D-Gruppe eher Hormone und keine Vitamine (!) sind, ist eine RDA Empfehlung grundsätzlich nicht in Frage zu stellen, da durch viele Studien der letzten Zeit positive infektions- und krebsprophylaktische Effekte eines normalen bis hohen Vitamin D Levels nachgewiesen wurden.

[Bearbeiten] Mangelerscheinungen (Hypovitaminose)

Ein Mangel an Vitamin D kann bei jungen und auch alten Menschen zu Rachitis und bei alten zu Osteomalazie führen.

Insbesondere in den Herbst-, Winter- und Frühjahrsmonaten ist in europäischen Breitengraden von zunehmendem Vitamin-D-Mangel auszugehen, weil durch den diagonalen Sonnenstand (bzw. Bewölkung) kein UV-B und UV-P durch die Atmosphäre und deren Ozonschicht dringt.

Desweiteren nimmt im Alter die Fähigkeit der Haut ab, über Sonneneinwirkung Vitamin D zu synthetisieren, sodass es trotz regelmässigem Aufenthalt im Freien bei älteren Personen zu einem Mangel kommen kommen kann.

Es existieren Studien, nach denen ein Großteil der Bevölkerung am Ende des Winters aufgrund der o.g. Gründe eine Hypovitaminose aufweist, was nicht nur mit einem gestörten Knochenstoffwechsel einhergeht, sondern auch mit einer höheren Infektanfälligkeit.

[Bearbeiten] Folgen einer Überdosierung (Hypervitaminose)

Überdosierung (Hypervitaminose) ist sehr selten.

Die durch Sonnenstrahlung generierte Menge ist selbstbegrenzend. Es wurde aber gedacht, dass es die durch Vitaminpillen erzeugte Dosis nicht ist - und dies hat zu weitverbreiteten Bedenken geführt, was aber möglicherweise nicht angebracht ist.

In der Praxis hat der menschliche Körper enorme Speicherfähigkeiten für Vitamin D und übliche Nahrungsmittel und Vitaminpillen korrekter Zusammensetzung enthalten viel zu wenig, um eine Überdosis jemals unter normalen Umständen und Dosen auftreten zu lassen. Die sog. "Stoß-Therapie" beinhaltet sogar die Aufnahme einer Dosis des über tausendfachen der empfohlenen Tagesdosis einmal alle paar Monate und selbst dabei wird oft eine Normalisierung der Vitamin-D3-Pegel im Körper nicht erreicht.

Es gab allerdings Fälle oraler Überdosis aufgrund von Herstellungsfehlern und Industrieunfällen. Sie führt zu Hypercalcämie und Arteriosklerose und letztendlich zum Tod, eine Überdosis ist also sehr wohl möglich.

Eine akute Einzelüberdosis erfordert über 50mg (das Zehntausendfache der RDA, 2.000.000 IU). Damit bei Erwachsenen eine chronische Überdosierung auftritt, sind 1-2mg (das über 200-fache der RDA, 40.000 IU) über viele Monate normalerweise notwendig. Erstaunlicherweise ist die RDA selbst mehr als 100mal niedriger als die Menge, die in ca. 20 Minuten Mittagssonne generiert werden kann.

Die sichere Langzeitdosis ist nicht genau bekannt, aber Einnahme von bis zu 2000 IU (10-fache der RDA) werden als sicher angenommen und einige Forscher glauben, dass 10.000 IU nicht zu langfristiger Überdosis führt. Es scheint so, als gäbe es chemische Prozesse, die überschüssiges Vitamin D zerstören, selbst wenn es oral aufgenommen wird, obgleich diese Prozesse noch nicht identifiziert wurden (bei Experimenten sind die Blutwerte von Vitamin D über viele Monate nicht weiter angestiegen bei diesen Dosierungen, wie es für eine Überdosis wohl notwendig wäre, damit Toxizität auftritt).

Es gilt zu beachten, dass, obgleich normales Essen und Vitaminpillen zu niedrige Konzentrationen enthält um toxisch zu sein, Lebertran in der mehrfachen der normalen Menge giftige Pegel erreichen könnte. Dies allerdings nicht aufgrund des Vitamin D Gehalts, sondern vielmehr durch das weit problematischere Vitamin A, welches in hohen Dosen ebenfalls Kalzifizierung verursachen kann.

Eine Besonderheit ergibt sich bei Wiederkäuern durch den Goldhafer (Trisetum flavescens): Hierin ist nicht das Vitamin D als Vorstufe des eigentlich im Körper wirksamen Vitamin D Hormon (Calcitriol) enthalten, sondern Calcitriol selbst. Goldhafer ist eine Grasart, die vor allem im alpinen Raum auftritt, da dieses Gras hier konkurrenzkräftiger als hochwertigere Gräser ist. Wiederkäuer, die ein gutes Angebot an Gras haben, selektieren ausreichend und fressen Goldhafer daher nicht. Nur wenn das Angebot knapp ist, wird auch der Goldhafer in größeren Mengen gefressen, was zu Calcinose führt: Hierbei werden die Tiere unbeweglicher, da sich immer mehr Calcium in die Gelenke einlagert. Es kann auch zur Arterienverkalkung und Verkalkung der Lunge kommen.

[Bearbeiten] Synthese des Vitamins in der menschlichen Haut

Vitamin D₃ wird in der Haut mittels ultravioletter Strahlung durch Umwandlung von 7-Dehydrocholesterol synthetisiert. Die dem Sonnenlicht ausgesetzte Haut kann, unter günstigen Bedingungen, Mengen von bis zu 20.000 IU herstellen. Ebenso kann eine zu hohe Strahlungsmenge das Vitamin zerstören, so dass sich die Konzentration ohne auftretende Vergiftungserscheinungen selbst reguliert.

Da die entscheidende Strahlung die UV-Strahlung ist, beginnt die Produktion in sehr nördlichen oder südlichen Breitengraden im Winter gar nur bei hochstehender Sonne, sodass Vitamin D-Mangelerscheinungen, vor der künstlichen Zusetzung zu Lebensmitteln, in diesen Regionen der Erde eine Art Volkskrankheit darstellten.

[Bearbeiten] Mechanismus der Vitamin D₃-Synthese

Der Mechanismus beginnt mit Umwandlung von 7-Dehydrocholesterol durch eine photochemisch induzierte 6-Elektronen konrotatorische elektrocyclische Reaktion in Prävitamin D 3.
Das Prävitamin isomerisiert dann spontan über eine antarafacial erfolgende [1,7]-sigmatrope Verschiebung eines Wasserstoffatoms zu Vitamin D3.
Das Vitamin D3 (Cholecalciferol) wird dann in der Leber zu 25-Hydroxycholecalciferol (Calcidiol) hydroxyliert und gespeichert. In den Nieren kann dieses bei Bedarf zum biologisch aktiven 1,25-Dihydroxycholecalciferol (Calcitriol) weiter hydroxyliert werden. 1 und 25 beziehen sich dabei auf die Nummerierung der Kohlenstoffatome des Steroidgrundgerüsts (s. hier [2]).

[Bearbeiten] Siehe auch

• Vitamine
• Chemikalienliste
• Hypovitaminose, Hypervitaminose
• Portal:Essen & Trinken