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Vitamin D

Reptilien benötigen, wie andere Lebewesen auch, für den Knochen­stoffwechsel da Pra-Hormon „Vitamin-D3“. Dieses Vitamin D3 wird entweder über die Nahrung aufgenommen oder in der Haut gebildet. Der Körper wandelt es anschließend in die aktive Form Calcitriol (1,25-Dihydroxyvitamin D3) um. Calcitriol sorgt für die Aufnahme von Kalzium aus dem Darm und stellt es dem Skelett zur Verfügung.

Bildung der aktiven Form: Calcitriol (1,25-Dihydroxyvitamin D3)

Der Bildungsprozess von Vitamin D3 bzw. der aktiven Form Calcitriol verläuft folgendermaßen:

VitaminD

1. In der tierischen oder menschlichen Haut liegt der Stoff ProvitaminD3 (7-Dehydrocholesterol) vor, etwa zu 50% in der Dermis und zu 50% in der Epidermis

2. Unter Bestrahlung mit UVB wird ProvitaminD3 in PrävitaminD3 hauptsächlich in der Epidermis umgewandelt.

3. In der warmen Haut wird Prävitamin D3 in VitaminD3 (Cholecalciferol) umgewandelt. Diese Umwandlung dauert mehrere Stunden und es kann zwei bis drei Tage dauern bis sie vollständig abgeschlossen ist. Die nötigen Temperaturen liegen beim Menschen bei etwa 25°C [127]. Natürliches Sonnenlicht wandelt nur 20% des Provitamin D3 in Vitamin D3 um. Vitamin D3 kann anschließend im Fettgewebe gespeichert werden, wobei Konzentrationen von 400 ng/g erreicht werden können, was bei einem hohen Fettgehalt im Körper zu einem Vitamin-D3-Mangel führen kann [127].

4. In der Leber wird das Vitamin D3 in Calcidiol (25-Hydroxycholecalciferol, 25-OHD3) umgewandelt, und gespeichert. Calcidiol hat eine Halbwertszeit von etwa 2 Wochen im Blut und dient als primärer Speicher für Vitamin D.
Beim Menschen gelten als Vergleichswerte:
Optimaler Bereich 75-150 nmol/L = 30-60 ng/ml = 30-60 µg/l, bei Menschen die häufig sonnen bis über 250 nmol/l = 100 ng/ml
Toxisch: ~ 325 nmol/l = 150 ng/ml [127]

5. Bei sinkendem Kalziumspiegel im Blut wird durch die Schilddrüse der Befehl gegeben, Calcidiol in der Niere in Calcitriol (1,25-Dihydroxycholecalciferol) umzuwandeln. Der Calcitriolspiegel im Blut schwankt sehr stark, die Halbwertszeit liegt unter 4 Stunden [127], so dass der Calcitriolspiegel nicht aussagekräft ist.

Calcitriol ist die aktive Form von Vitamin D3 und wird in Leber und Niere aus Vitamin D3 gebildet. Vitamin D3 kann entweder direkt über die Nahrung aufgenommen werden (enthalten in tierischen Produkten, insbesondere in der Leber, Milch, Eiern, Pilzen) (Bedarf beim Menschen ohne UVB-Strahlung etwa 400IU/Woche/kg KG [551]) oder unter Einwirkung von UVB-Strahlung1) in der Haut gebildet werden.

In obiger Bildungskette gibt es allerdings auch einige Ausnahme, Umwege und Sackgassen:

  • Bei Menschen denen die Nieren operativ entfernt wurden, wurde festgestellt, dass auch die Haut in der Lage ist Calcediol in Calcitriol umwandeln
  • Bevor das Calcediol in der Niere zu Calcitriol umgewandelt wird, kann es auch in
    • 24,25-Dihydroxyvitamin D3
    • 1,24,25-Trihydroxyvitam in D3
      umgewandelt werden.

Bildung von Vitamin D3 durch UV-Strahlung

Die Umwandlung von ProvitaminD3 (7-Dehydrocholesterol) in Prävitamin D3 erfolgt unter Absorption von Licht im UV-Bereich. Das Spektrum dieser Reaktion wurde 1982 durch Bestrahlung von menschlichen Hautproben mit UV-Strahlung verschiedener Wellenlängen ermittelt [56] und ist sowohl in DIN [73] als auch CIE [537] normiert: Strahlung der Wellenlänge 295 nm trägt maximal zu dieser Reaktion bei, aber auch der ganze UVB-Bereich sowie weite Teil des UVC-Bereichs erzeugen Vitamin D3. Der UVA-Bereich hat auf die Umwandlung von Pro- in Prävitamin D3 kaum Einfluss. Eine hohe relative relative Wirkung (>0,5) hat der Spektralbereich zwischen 280nm und 305nm, also fast der gesamte UV-B-Bereich mit Ausnahme des langwelligen Endes.

Spektrale Empfindlichkeit der Umwandlung Provitamin D3 in Prävitamin D3

Dieses Spektrum darf jedoch nicht als unumstößlich angesehen werden und die verwendeten Methoden werden kritisiert [536]. Andere Untersuchungen [538] führen zu dem Ergebnis, dass das Maximum der Vitamin-D-Bildung bei 302nm liegt, ein Minimum bei 293nm, und oberhalb von 315nm keine Vitamin-D Bildung mehr möglich ist.

Wichtig ist außerdem, dass sich die einzelnen Wellenlängen der UVB-Strahlung bei der Bildung von Vitamin D3 in der Haut gegenseitig beeinflussen. Bereits gebildetes Prävitamin D3 kann durch Strahlung um 320 nm wieder in Provitamin D3 zurück gewandelt werden. Provitamin D3 kann unter UV-Einfluss nicht nur in Prävitamin D3 sondern auch in Lumisterol und Tachysterol umgewandelt werden. Bei natürlichem Sonnenlicht balancieren sich diese gegenläufigen Prozesse so, dass 20 % des in der Haut vorliegenden Provitamin D3 in Vitamin D3 umgewandelt wird. Bei einer Lichtquelle, die nur UV-Strahlung bei 295 nm abstrahlt, wird wesentlich mehr Vitamin D3 gebildet: 65 % des in der Haut vorliegenden Provitamin D3 werden in Vitamin D3 umgewandelt. Das Sonnenlicht hat mehr UV-Strahlung im langwelligen UVB-Bereich. [56].

Verschiedene chemische Umwandlungen des VitaminD-Moleküls
Absorbtionsspektrum PrävitaminD3
Absorbtionsspektrum Tachysterol
Absorbtionsspektrum Lumisterol
Absorbtionsspektrum 7DHC

Man kann mit dem Verhältnis zwischen Solarmeter 6.5 und Solarmeter 6.2 recht einfach messen, ob die spektrale Verteilung einer UV-Lampe im Vitamin-D-Bereich sonnenähnlich ist oder nicht ( ⇒ verhaeltnis_von_solarmeter_62_und_solarmeter_65 )

Aber nicht nur die Bildung von Prävitamin D3 aus Provitamin D3 hängt vom Spektrum ab. Bereits gebildetes Vitamin D3, das noch nicht über das Blut abtransportiert wurde, kann in der Haut durch UVB und kurzwellige UVA-Strahlung in 5,6-Transcholecalciferol, Suprasterol 1 oder Suprasterol 2 umgewandelt werden.

Das natürliche Sonnenspektrum mit wenig UV-Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 300 nm und stark zunehmender UV-Intensität hin zu größeren Wellenlängen schützt damit vor einer Vitamin-D3-Überdosierung. Bei künstlichen UV-Quellen mit einem sehr unnatürlichen Spektrum kann dieser Schutzmechanismus außer Kraft gesetzt werden. Bei grünen Leguanen, die mit einer solchen Lampe bestrahlt wurden, wurden beispielsweise außergewöhnlich hohe Vitamin-D3-Blutwerte festgestellt (unnatuerliche_uv-spektren_veraendern_die_vitamin_d_bildung). Strahlung unterhalb von 290 nm ist auf der Erde selbst unter Extrembedingungen (senkrechte Sonneneinstrahlung mittags im Hochsommer in Äquatornähe in Australien (Ozonlochgebiet) ) kaum nachweisbar [10]. Auch Strahlung unterhalb von 300 nm ist erst bei einem relativ hohen Sonnenstand vorhanden. Da UV-Strahlung eine Fülle von negativen Wirkungen auf den Organismus hat, und eine Regulierung der VitaminD-Bildung nur bei einem sonnenähnlichen Spektrum möglich ist, sollte das Vitamin D3 Synthese Spektrum keinesfalls isoliert betrachtet werden, und eine Lampe mit einem möglichst sonnenähnlichen Spektrum gewählt werden.

Manchmal liest man sehr allgemein, UVA-Strahlung würde Vitamin D3 zerstören. Ich vermute, dass damit sehr vereinfacht der oben beschriebene Prozess gemeint ist: kurzwellige UVA-Strahlung am Grenzbereich zu UVB reguliert die Menge des gebildeten Vitamin D3s. So lange das in der Haut gebildete Prävitamin D3 nicht vollständig in Vitamin D3 umgewandelt und über das Blut abtransportiert ist, kann UV Strahlung die Vitamin D3 Menge wieder reduzieren. Das betrifft aber - soweit ich es verstanden habe - nicht den ganzen UVA-Bereich und auch nur das in der Haut befindliche Prävitamin D3 und Vitamin D3. Über die Nahrung aufgenommenes Vitamin D3 wird meines Wissens nach nicht durch UVA-Strahlung zerstört.

Beim Versuch am Menschen mit Sonnenstudio UVB-Bestrahlung wurde ermittelt, dass eine Dosis von 1 MED äquivalent zur Einnahme von 10000 IU bis 20000 IU Vitamin D ist [127]. Da sich das Spektrum der Sonnenstrahlung ändert und zur Vitamin-D-Bildung in der menschlichen Haut eine Schwelle überschritten werden muss, kommt es bei klarem Himmel bereits ab 51° nördlicher Breite zu einem UV-Winter, währenddessen in menschlicher Haut kein Vitamin D gebildet werden kann. Bewölkung, Ozon und Smog können diesen Winter um mehrere Wochen bis Monate verlängern [424]; [416].

Wirkung von Vitamin D

Natürlich ist Vitamin D zunächst für seine entscheidende Rolle im Knochenstoffwechsel bekannt. Darüberhinaus erhöht Vitamin-D-Mangel aber auch das Risiko für verschiedene Krankheiten, darunter Krebserkrankungen (Darmkrebs, Prostatakrebs, Brustkrebs), Autoimunerkrankungen (Multiple Sklerose), Herzerkrankungen, Vitamin D spielt eine Rolle bei der Insulinproduktion und Atemwegserkrankungen. [127]

verwendete Literatur

[127] Holick, M. F. (2004) Sunlight and vitamin D for bone health and prevention of autoimmune diseases, cancers, and cardiovascular disease. American Journal of Clinical Nutrition, 80 1678S–1688.
[551] Heaney, R. P., Davies, K. M., Chen, T. C., Holick, M. F. & Barger-Lux, M. J. (2003) Human serum 25-hydroxycholecalciferol response to extended oral dosing with cholecalciferol. American Journal of Clinical Nutrition, 77 204–210.
[56] MacLaughlin, J., Anderson, R. & Holick, M. F. (1982) Spectral character of sunlight modulates photosynthesis of previtamin D3 and its photoisomers in human skin. Science, 216 1001–1003 URL http://dx.doi.org/10.1126/science.6281884.
[73] Strahlungsphysik im optischen Bereich und Lichttechnik: Photobiologisch wirksame Strahlung, Größen, Kurzzeichen und Wirkungsspektren. (2000). No. DIN 5031-10Deutsches Institut für Normung e.V..
[537] Holick, M. F., Bouillon, R., Eisman, J., Garabedian, M., Kleinschmidt, J., Suda, T., Terenetskaya, I. & Webb, A. R. (2006). Action spectrum for production of previtamin D3 in human skin Technical Report 174 No. 6-54Vienna, Austria: Commission Internationale de l'Eclairage (CIE) Central Bureau..
[536] Norval, M., Björn, L. O. & de Gruijl, F. R. (2010) Is the action spectrum for the UV-induced production of previtamin D3 in human skin correct? Photochemical & Photobiological Sciences, 9 11–17 URL http://dx.doi.org/10.1039/b9pp00012g.
[538] Lehmann, B., Genehr, T., Knuschke, P., Pietzsch, J. & Meurer, M. (2001) UVB-induced conversion of 7-dehydrocholesterol to 1α, 25-dihydroxyvitamin D3 in an in vitro human skin equivalent model. Journal of Investigative Dermatology, 117 1179–1185 URL http://dx.doi.org/10.1046/j.0022-202x.2001.01538.x.
[10] Bernhard, G., Mayer, B. & Seckmeyer, G. (1997) Measurements of spectral solar UV irradiance in tropical Australia. Journal of Geophysical Research, 102 8719–8730.
[424] Engelsen, O., Brustad, M., Aksnes, L. & Lund, E. (2005) Daily Duration of Vitamin D Synthesis in Human Skin with Relation to Latitude, Total Ozone, Altitude, Ground Cover, Aerosols and Cloud Thickness. Photochemistry and Photobiology, 81 1287–1290.
[416] Webb, A. R., Kline, L. & Holick, M. F. (1988) Influence of Season and Latitude on the Cutaneous Synthesis of Vitamin D3: Exposure to Winter Sunlight in Boston and Edmonton Will Not Promote Vitamin D3 Synthesis in Human Skin. Journal of Clinical Endocrinology and Metabolism, 67 373–378.

1) 1MED entspricht 15'000IU [127]

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vitamind/vitamin_d.txt · Zuletzt geändert: 2016/06/27 18:16 von sarina

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