Reptilien benötigen, genauso wie alle anderen Wirbeltiere, Vitamin D für den Knochenstoffwechsel. Ein starker und langfristiger Vitamin D Mangel, der sich durch weiche Knochen zeigt, ist leider kein seltenes Krankheitsbild bei Reptilien. Vitamin D wurde 1922 in Lebertran entdeckt, der als Heilmittel für die damals weit verbreitete Rachitis bei Kindern eingesetzt wurde. Seitdem, insbesondere in den letzten Jahrzehnten, wurde intensiv an Vitamin D geforscht. Vitamin D ist nicht nur für den Knochenstoffwechsel wichtig. Es wird bereits von einfachen Lebewesen wie Phytoplankton, Hefe und Pilzen gebildet. Die meisten Zellen des menschlichen Körpers haben Rezeptoren für Vitamin D3. Bei einer Vielzahl von Krankheiten wie Krebs, Autoimmunerkrankungen, psychischen Erkrankungen, Herz-Kreislauferkrankungen und allgemeinen Problemen mit dem Immunsystem stellt man fest, dass Menschen, die wenig Sonnenstrahlung erhalten oder einen geringeren Vitamin D Blutspiegel haben, häufiger erkranken. Bei manchen Erkrankungen kann man auch eine Verbesserung der Krankheit durch die Gabe von Vitamin D nachweisen. Vermutlich gelten ähnliche Zusammenhänge für alle Wirbeltiere und damit auch für Reptilien. Es gibt eine Reihe von hervorragenden Büchern und Übersichtsartikeln zu diesem Thema, allerdings auch esoterische Übertreibungen, die Vitamin D in sehr hohen Dosierungen als Allheilmittel gegen Alles anpreisen. Ich finde diesen englischsprachen Übersichtsartikel von Prof. Holick, einem der aktivsten und angesehensten Forscher im Bereich Vitamin D, aus der Zeitschrift Dermato-Endocrinology sehr lesenswert 1055. Er ist kostenfrei online zugänglich. Sofern keine Quellen angegeben sind orientiere ich mich an diesem Artikel.

Vitamin D kann über die Nahrung zugeführt werden. Vitamin-D-Supplemente für Menschen und Reptilen sind sowohl mit Vitamin D2 als auch Vitamin D3 erhältlich. Vitamin D2 wird von Pflanzen und Pilzen aus Ergosterol gebildet, Vitamin D3 wird von Tieren aus 7-Dehydrocholesterol gebildet. Es gibt Hinweise, dass Vitamin D3 vom Menschen besser aufgenommen wird als Vitamin D2. Wenn Vitamin D in ausreichender Menge über die Nahrung zugeführt werden kann, ist keine UVB-Beleuchtung notwendig. Beim Menschen liegt die nötige Menge in der Größenordnung 400 IU/Woche/kgKG 551

Die natürlichere Variante für viele Reptilien ist die Bildung von Vitamin D3 in der Haut mit Hilfe von UVB-Strahlung. Dem Tier die richtige Menge und Qualität an UVB-Strahlung angeboten werden kann und das Terrarium so strukturiert ist, dass das Tier ein natürliches Sonnenverhalten zeigt, muss kein Vitamin D über die Nahrung verabreicht werden.

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.

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.

Beim Versuch am Menschen mit Sonnenstudio UVB-Bestrahlung wurde ermittelt, dass eine Dosis von 1 MED äquivalent zur Einnahme von 10'000 IU bis 20'000 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.

Um Vitamin D3 in der Haut zu bilden ist sowohl UVB-Strahlung notwendig als auch Wärme. Vitamin D3 selbst ist nicht sehr stabil und kann vom Körper nicht genutzt werden. Es wird daher zuerst in die Speicherform Calcediol umgewandelt. Aus der Speicherform bildet der Körper je nach Bedarf die aktive Form Calcitriol, die notwendig ist, um Kalzium aus der Nahrung aufzunehmen und im Skelett einzulagern.

In der Haut von Wirbeltieren ist die Substanz 7-Dehydrocholesterol (7DHC, manchmal auch Provitamin D3 genannt) vorhanden. Sie befindet sich sowohl in der Dermis (Lederhaut) als auch der Epidermis (Oberhaut). UVB-Strahlung wird hauptsächlich in der Epidermis absorbiert. In den Zellen der Epidermis wird daher das meiste 7DHC in Prävitamin D3 umgewandelt.

Prävitamin D3 ist nicht stabil und wandelt sich automatisch in Vitamin D3 um. Dieser Prozess benötigt Wärme, ist aber bei 20-35 °C sehr langsam. In menschlicher und tierischer Haut führen verschiedene Tricks, wie Nebenketten am 7DHC-Molekül, dazu, dass die Umwandlung in Vitamin D3 innerhalb weniger Stunden abläuft. Reptilien und Amphibien mit niedriger Körpertemperatur haben diese Tricks so angepasst, dass die Umwandlung bei ihrer Aktivitätstemperatur mit der richtigen Geschwindigkeit abläuft. Kann sich ein Reptil aber nicht auf Solltemperatur aufwärmen weil keine artgerechten Wärmequellen zur Verfügung stehen, kann kein oder nur wenig Vitamin D3 in der Haut gebildet werden.

Das gebildete Vitamin D3 verlässt nun die Plasmamembran der Zellen in der Epidermis und diffundiert zu den Blutgefäßen in der Dermis. Dort bindet Vitamin D an ein spezielles Transportprotein und wird im Blut abtransportiert. Vitamin D3 selbst ist nicht sehr stabil 79. In der Leber wird Vitamin D3 daher in die sehr stabile 1058 Speicherform Calcidiol (25-Hydroxycholecalciferol, 25(OH)2D3, kurz 25OHD) umgewandelt. Die Halbwertszeit im Blut liegt bei wenigen Wochen 127, so dass der Blutspiegel relativ stabil ist und ein guter Indikator für die Vitamin D3 Versorgung ist. Dieser Wert wird bei Vitamin D3 Blutuntersuchungen bestimmt. Beim Menschen gelten Werte um 125 nmol/l bzw. 50 ng/ml oder 50 µg/l als gesund.

Bei Bedarf, z.B. einem sinkenden Kalziumspiegel im Blut, wird über die Schilddrüse die Umwandlung von Calcidiol in die aktive Form Calcitriol in der Niere angestoßen. Calcitriol (1,25-Dihydroxycholecalciferol, 1,25(OH)2D3, kurz 1,25OHD) ist das aktive Hormon, das im Knochenstoffwechsel benötigt wird. Es hat nur eine kurze Halbwertszeit von ca. 4 Stunden im Blut 127. Die Blutspiegel schwanken sehr stark, so dass es sich für eine Gesundheitskontrolle nicht eignet.

Viele Zellen des menschlichen Körpers haben Rezeptoren für Vitamin D bzw. können Vitamin D selbst mithilfe von zwei Enzymen in 25OHD und 1,25OHD umwandeln. Man geht davon aus, dass der Pfad über Leber und Niere wichtig für den Knochenstoffwechsel ist, die Umwandlung in den Zellen wichtig für die positive Wirkung von Vitamin D3 auf Autoimmunerkrankungen, Krebserkrankungen etc. 1061. In der Haut gebildetes oder über die Nahrung aufgenommenes Vitamin D3 gelangt über das Blut zu den Körperzellen und wird dort umgewandelt. Da Vitamin D im Blut keine lange Lebensdauer hat, da es instabil ist und sehr schnell von der Leber aufgenommen wird, ist für die Versorgung der Körperzellen mit Vitamin D3 eine regelmäßige Zufuhr von Vitamin D notwendig. Eine Gabe von Vitamin D über die Nahrung einmal in der Woche oder einmal im Monat oder eine wöchentliche Bestrahlung mit einer starken UV-Lampe sorgt zwar für hohe 25OHD-Blutspiegel und damit einen gesunden Knochenstoffwechsel, die Körperzellen erhalten aber nur wenig Vitamin D.

Die obige Beschreibung der Bildung von Vitamin D3 bzw. der stabilen Speicherform 25OHD ist in sofern vereinfacht, dass alle Nebenprozesse ausgeblendet sind. Auf dem Weg bis zur Bildung Bildung von 25OHD können Dutzende Nebenprodukte entstehen. Diese Nebenprodukte verringern die Menge an gebildeten Vitamin D3 haben aber vermutlich selbst auch eine wichtige Bedeutung im Körper, z.B. als Schutz vor UV-Schäden und Krebs. Der Prozess ist evolutionär so ausbalanciert, das bei natürlichem Sonnenlicht ausreichend 25OHD gebildet wird und gleichzeitig eine Überdosierung von 25OHD ausgeschlossen ist.

In der Terraristik werden jedoch künstliche UV-Lampen eingesetzt, deren Spektrum sich oft stark vom natürlichen Sonnenlicht unterscheidet. Daher ist es wichtig, dass diejenigen Forscher und Halter, die sich tiefer mit der Vitamin-D3-Bildung durch UV-Strahlung oder der Wahl und Entwicklung entsprechender UV-Lampen beschäftigen, auch detaillierter verstehen, wie das Spektrum einer UV-Lampe die Bildung von Vitamin D3 beeinflusst.

Werden zu viele Nebenprodukte gebildet, kann es trotz vorhandener UVB-Lampe zu einem Mangel an Vitamin D3 bzw. 25OHD kommen. Werden zu wenige der Nebenprodukte gebildet kann Vitamin D3 bzw. 25OHD durch künstliche UV-Quellen überdosiert werden. Bei UV-Lampen mit sehr unnatürlichem Spektrum wurden bei Reptilien in den letzten Jahren häufig 25OHD-Blutwerte gemessen, wie um mehrere Faktoren höher waren, als die Blutwerte bei wildlebenden Artgenossen (unnatuerliche_uv-spektren_veraendern_die_vitamin_d_bildung).

Absorptionsspektrum 7DHC

7DHC absorbiert UV Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als ca. 310 nm. 56

Im natürlichen Sonnenlicht ist nur wenig Strahlung zwischen 290 nm und 310 nm vorhanden. Es werden daher nur sehr wenige UV-Photonen von 7DHC absorbiert und nur sehr wenig 7DHC kann in Prävitamin D3 umgewandelt werden.

Absorptionsspektrum PrävitaminD3

Prävitamin D3 kann anschließend entweder in einer warmen Umgebung spontan in Vitamin D umgewandelt werden oder selbst ein UV-Photon absorbieren und dadurch entweder in Tachysterol, Lumisterol oder zurück in 7DHC umgewandelt. werden. Prävitamin D3 absorbiert UV-Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als ca. 335 nm. 56

Im natürlichen Sonnenlicht ist der Strahlungsanteil zwischen 290 nm und 335 nm sehr viel größer als der Anteil zwischen 290 nm und 335 nm. Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Prävitamin D3 Molekül ein UV-Photon absorbiert und nicht in Vitamin D3 umgewandelt werden kann, ist daher recht hoch.

Absorptionsspektrum Tachysterol

Absorptionsspektrum Lumisterol

Wenn das Prävitamin D3 ein UV-Photon absorbiert gibt es drei Möglichkeiten: Es kann in 7DHC, Tachysterol oder Lumisterol umgewandelt werden. Wird es in 7DHC umgewandelt startet der Prozess für dieses Molekül wieder bei Schritt 1. Es kann erneut ein UV-Photon mit einer Wellenlänge kleiner als 310 nm absorbieren und in Prävitamin D3 umgewandelt werden.

Aber auch die Moleküle Tachysterol und Lumisterol können ein UV-Photon absorbieren und wieder in Prävitamin D3 umgewandelt werden. Tachysterol benötigt dafür ein UV-Photon mit einer Wellenlänge kleiner als 335 nm. Lumisterol ein UV-Photon mit einer Wellenlänge kleiner als 310 nm. 56

Im natürlichen Sonnenlicht ist sehr viel mehr Strahlung im Bereich 290 nm bis 335 nm vorhanden als Strahlung zwischen 290 nm und 310 nm. Daher wird das meiste Tachysterol schnell wieder zurück in Prävitamin D3 umgewandelt. Beim Lumisterol sieht es anders aus: Es werden viel schneller neue Lumisterol-Moleküle aus Prävitamin D3 gebildet als dass Lumisterolmoleküle in Prävitamin D3 umwandeln können. Daher baut sich über die Zeit ein Speicher aus Lumisterol-Molekülen in der Haut auf.

Absorptionsspektrum Vitamin D3

Die Prävitamin-D3-Moleküle, die es im Schritt 2 geschafft haben, kein UV-Photon zu absorbieren, wandeln sich über mehrere Stunden in Vitamin D3 Moleküle um. Das Vitamin D3 tritt dann aus den Hautzellen aus und wird an ein Transportprotein im Blut gebunden und in der Blutbahn zur Niere transportiert.

Während sich Vitamin D3 in der oberen Epidermis befindet aber vermutlich auch in der tieferen Dermis und den Blutgefäßen kann Vitamin D3 selbst ein UV-Photon mit einer Wellenlänge kleiner als 335 nm absorbieren und wird dann in verschiedene Suprasterole oder 5,6-Transvitamin D3 umgewandelt. 79

Sobald das Vitamin D3 aber in die Speicherform 25OHD umgewandelt wurde, ist es äußerst stabil und wird durch UV-Strahlung nicht mehr zerstört. 1058

Natürliches Sonnenlicht enthält Strahlung zwischen 290 nm und 335 nm und zerstört daher einen gewissen Anteil des gebildeten Vitamin D3 auf seinem Weg zur Umwandlung in 25-OHD. Das trifft möglicherweise auch auf Vitamin D zu, das über die Nahrung aufgenommen wurde, wenn die UV-Strahlung stark genug ist um bis zu den Blutgefäßen vorzudringen.

Ich möchte im Folgenden Spektren von verschiedenen UV-Lampen vergleichen: Wie beeinflusst das Lampenspektrum das Gleichgewicht bei der Vitamin-D3-Bildung? Die mathematischen Details für Interessierte verbergen sich hinter dem Button.

Natürliches Sonnenlicht wandelt 60% des 7DHC in Lumisterol, 5% in Tachysterol und 15% in PrävitaminD3 um. 20% des 7DHC bleiben erhalten. Dieser zeitliche Verlauf wurde so auch in Hautproben gemessen 1056.

Leuchtstofflampen mit diesem wenig sonnenähnlichen Leuchtstoff tauchen leider immer wieder im Handel auf. Die Lampe strahlt UVB-Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 300 nm in großer Intensität ab, die im natürlichen Sonnenlicht nicht vorkommt und sehr aggressiv ist. Solche Lampen verursachen einen starken Sonnenbrand.

Auch auf das Vitamin-D3-Gleichgewicht wirkt diese Lampe unnatürlich: Während im natürlichen Sonnenlicht viel Lumisterol als Schutz vor UV-Schäden gebildet wird und nur recht wenig Prävitamin D3, wird bei dieser Lampe sehr viel Prävitamin D3 gebildet. Es besteht die Gefahr einer Vitamin-D3-Überdosierung!

Die Lampe mit sonnenähnlichem Spektrum wirkt auf das Vitamin-D3-Gleichgewicht fast genauso wie das natürlich Sonnenlicht.

Die UV-Quecksilberdampflampe wirkt ähnlich unnatürlich wie die Typ UVB313-Leuchtstofflampe auf das Vitamin-D3-Gleichgewicht. Sie verursacht zwar keine schweren Verbrennungen, weil keine unnatürliche Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 300 nm vorhanden ist, die Lücken im Spektrum zwischen 300 nm und 330 nm bewirken aber, dass sehr viel Prävitamin D3 gebildet wird. Auch bei diesen Lampen ist eine Überdosierung von Vitamin D3 möglich, bzw. es reicht bereits eine sehr kurze Bestrahlung aus, um viel Vitamin D3 zu bilden. Vielleicht eine Erklärung, warum die Osram Ultravitalux sich so sehr in der Rachitisbehandlung bewährt hat.

Die UV-Metallhalogeniddampflampen haben im Gegensatz zur Quecksilberdampflampe weniger Lücken im Spektrum und sind im Bereich 310-330 nm besser aufgefüllten. Hier ist das Vitamin-D3-Gleichgewicht wieder ausgewogen und sehr ähnlich zum natürlichen Sonnenlicht.

Fast alle Absorptionsspektren der Moleküle, die bei der 25-OH-D-Bildung eine Rolle spielen lassen sich in zwei Gruppen einteilen: Absorption von UV-Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 310 nm und Absorption von UV-Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner als 335 nm. Auch das Solarmeter 6.2 und das Solarmeter 6.5 unterscheiden sich darin, dass eines auf Strahlung mit einer Wellenlänge kleiner 310 nm reagiert während das andere auch langwelligere Strahlung misst. Man kann mit dem Verhältnis zwischen Solarmeter 6.5 und Solarmeter 6.2 daher recht einfach abschätzen, ob die spektrale Verteilung einer UV-Lampe im Vitamin-D-Bereich sonnenähnlich ist oder nicht ( ⇒ verhaeltnis_von_solarmeter_62_und_solarmeter_65 )

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