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Knochengesundheit

Vitamin D ist gut für seine Schlüsselrolle in der Kalziumhomöostase bekannt. Da der Knochen der wichtigste Kalziumspeicher des Körpers ist, darf eine Beziehung zwischen Vitamin D und der Knochengesundheit angenommen werden. Die Vitamin Defizienz wurde als zugrundeliegende Ursache der Rachitis und Osteomalazie, der adulten Form der Rachitis, identifiziert. Rachitis und Osteomalazie sind durch eine Erweichung der Knochen, die zu Deformation und Frakturen führt, charakterisiert. Beide Erkrankungen werden durch einen Defekt der Mineralisierung der ossären Proteingrundstruktur verursacht, die als Osteoid bezeichnet wird. Diese defekte Mineralisierung wird hauptsächlich durch einen Vitamin D-Mangel verursacht. In Entwicklungsländern, in denen eine schlechte Ernährungssituation vorkommt, werden Rachitis und Osteomalazie regelmäßig angetroffen. Während extreme Manifestationen der Vitamin D-Defizienz in entwickelten Ländern selten sind, kommen die Folgen eines suboptimalen Vitamin D-Spiegels häufig vor. Osteoporose ist ein solches Beispiel, das etwa 200 Millionen Menschen weltweit betrifft. Osteoporose ist eine degenerative Erkrankung, die durch einen Verlust an Knochenmasse, verminderte biomechanische Knocheneigenschaften und ein erhöhtes Frakturrisiko charakterisiert ist.

Sekundärer Hyperparathyreoidismus
Eine niedrige 25(OH)D-Serumkonzentration ist in der Regel mit einer geringen Abnahme der 1,25(OH)2D-Serumkonzentration und verminderter Kalziumresorption assoziiert. Diese geringe Veränderung wird durch den Kalzium-Sensor registriert und führt zu einer erhöhten Sekretion von PTH aus den Nebenschilddrüsen. Dieser Zustand wird als sekundärer Hyperparathyreoidismus (sHPT) bezeichnet. sHPT geht mit erhöhtem PTH im Serum,  niedrigem zirkulierenden 25(OH)D und normwertigen (oder geringfügig erniedrigten) 1,25(OH)2D und Kalziumspiegeln einher. PTH stimuliert die renale 1,25(OH)2D-Synthese und mobilisiert Kalzium aus dem Knochen. Dies führt zu Knochenverlust, der insbesondere den kortikalen Knochen betrifft.  Es wird angenommen, dass der sHPT den hauptsächlichen Mechanismus darstellt, durch den die Vitamin D-Defizienz zum Knochenverlust und Frakturen durch erhöhte Knochenfragilität führt (1). Jedoch bilden nicht alle Individuen mit niedrigen 25(OH)D-Spiegeln einen sHPT aus. PTH im Serum korreliert negativ mit 25(OH)D im Serum (1) (Abb. 6).

Jahreszeitliche Schwankungen des Vitamin D und Knochenumsatz
Die Vitamin D Synthese und folglich die Spiegel des zirkulierenden 25(OH)D unterliegen beträchtlichen jahreszeitlichen Schwankungen, was auf niedrige UB-B Bestrahlung im Herbst und Winter zurückzuführen ist. Individuen mit grenzwertigen oder niedrig normalen 25(OH)D-Konzentrationen am Endes des Sommers oder im Herbst sind typischerweise zum Winterende defizient. Daher ist die bevorzugte Zeit eine Vitamin D-Defizienz zu diagnostizieren im Frühjahr. Die jahreszeitlichen Schwankungen der 25(OH)D-Spiegel führen zu ausgeprägten jahreszeitlichen Schwankungen des Knochenumsatzes. Eine populationsbasierende deutsche Studie mit 580 Erwachsenen zeigte höhere Werte der Knochenumsatzmarker Alkalische Phosphatase und Urinpyridinolin im Winter als im Sommer (2). Bei Patienten mit Osteomalazie sind die Knochenumsatzmarker ebenfalls im Vergleich zu gesunden Kontrollen erhöht. Daher können die biochemischen Marker des Knochenumsatzes für die Diagnose der funktionellen Vitamin D-Defizienz hilfreich sein (3) (Abb. 7).

Knochenmineraldichte

Die Knochenmineraldichte (KMD) ist ein starker Prädiktor des Frakturrisikos. Unter Berücksichtigung des Zusammenhangs zwischen Vitamin D Spiegeln und Frakturrisiko kann eine signifikante Assoziation zwischen Vitamin D und KMD erwartet werden. Gegenwärtig kommt die stärkste Evidenz für diese Assoziation von der National Health and Nutrition Examination Survey III (NHANES III) (4). In dieser Studie stieg die KMD mit dem 25(OH)D-Spiegel bis 94 nmol/l in allen Subgruppen kontinuierlich an.
Die Vitamin D-Defizienz verursacht einen Knochenmineralverlust durch verschiedene Mechanismen, auch durch vermehrte Bildung von nichtmineralisiertem Osteoid und einem geringeren Mineralisierungsgrad an den Stellen, wo mineralisierter Knochen gebildet wird. Die Vitamin D-Defizienz führt auch zu einer negativen Knochenumbau Bilanz pro Osteon. Der irreversible kortikale Knochenverlust kann offenbar auf eine endosteale Knochenresorption und eine nachfolgende kortikale Ausdünnung zurückgeführt werden (5).

Frakturrisiko

Pathologische Frakturen bei erhöhter Knochenfragilität sind die häufigsten Komplikationen der Osteoporose mit häufig verheerenden Folgen für das betroffende Individuum. Die stärkste Evidenz für eine Beziehung zwischen Serum 25(OH)D und Frakturrisiko kommt von prospektiven Studien (6;7). Neue große epidemiologische Studien zeigen deutlich eine signifikante Assoziation zwischen Serum 25(OH)D und Hüftfrakturen bei älteren Individuen (7;8). Bei jüngeren Individuen und anderen Frakturorten konnte der Zusammenhang zwischen Serum 25(OH)D und Frakturen jedoch noch nicht belegt werden. Die Ergebnisse von der „Women’s Health Initiative Study“ zeigen die überzeugendste Evidenz für den Zusammenhang zwischen Serum 25(OH)D und Frakturrisiko (8). Die durchschnittliche Beobachtungszeit betrug 7,1 Jahre. Ein Abfall des 25(OH)D um 25 nmol/l war mit einen um 33% erhöhten Risiko für eine Hüftfraktur assoziiert (OR = 1,33; 95% KI = 1,06 – 1,68). Bei Frauen mit Serum 25(OH)D < 47,5 nmol/l lag das Odds Ratio für Hüftfrakturen bei 1,71 (95% KI = 1,05 – 2,79) im Vergleich zu Frauen mit Serum 25(OH)D > 70,7 nmol/l. Die Messung der Marker für den Knochenumsatz zeigte, dass der Zusammenhang teilweise durch Knochenresorption vermittelt wurde.

Referenzen

1.     Lips P. Vitamin D deficiency and secondary hyperparathyroidism in the elderly: consequences for bone loss and fractures and therapeutic implications. Endocr Rev 2001;22:477-501.
2.     Woitge HW, Knothe A, Witte K, Schmidt-Gayk H, Ziegler R, Lemmer B, Seibel MJ. Circaannual rhythms and interactions of vitamin D metabolites, parathyroid hormone, and biochemical markers of skeletal homeostasis: a prospective study. J Bone Miner Res 2000;15:2443-50.
3.     Herrmann W, Kirsch SH, Kruse V, Eckert R, Graber S, Geisel J, Obeid R. One year B and D vitamins supplementation improves metabolic bone markers. Clin Chem Lab Med 2013;51:639-47.
4.     Bischoff-Ferrari HA, Dietrich T, Orav EJ, Dawson-Hughes B. Positive association between 25-hydroxy vitamin D levels and bone mineral density: a population-based study of younger and older adults. Am J Med 2004;116:634-9.
5.     Parfitt AM, Rao DS, Stanciu J, Villanueva AR, Kleerekoper M, FRAME B. Irreversible bone loss in osteomalacia. Comparison of radial photon absorptiometry with iliac bone histomorphometry during treatment. J Clin Invest 1985;76:2403-12.
6.     Gerdhem P, Ringsberg KA, Obrant KJ, Akesson K. Association between 25-hydroxy vitamin D levels, physical activity, muscle strength and fractures in the prospective population-based OPRA Study of Elderly Women. Osteoporos Int 2005;16:1425-31.
7.     Looker AC, Mussolino ME. Serum 25-hydroxyvitamin D and hip fracture risk in older U.S. white adults. J Bone Miner Res 2008;23:143-50.
8.     Cauley JA, Lacroix AZ, Wu L, Horwitz M, Danielson ME, Bauer DC et al. Serum 25-hydroxyvitamin D concentrations and risk for hip fractures. Ann Intern Med 2008;149:242-50.