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Vor 100 Jahren entdecken Forschende der John-Hopkins-Universität das Vitamin D. Ein Mangel an Vitamin D gilt dazumal nur als Ursache der Kinderkrankheit Rachitis, heute hingegen scheint er für praktisch alles Ungesunde mitverantwortlich zu sein. Vitamin-D-Präparate liegen dementsprechend im Trend. Wann ist es aber zu viel Vitamin D?
Zu Beginn der 1920er-Jahre führt ein Forschungsteam unter dem Lead von Elmer Verner McCollum eine Serie an Untersuchungen zur Rachitis durch. Als Ursache von Störungen des Wachstums vermutet man zu dieser Zeit das anti-rachitische Vitamin, das auch Vitamin A, fettlösliches Vitamin oder schlicht «fettlösliches A» bezeichnet wird 1.
Aber man ist sich dessen nicht sicher und schliesst daher nicht aus, dass in Vitamin A enthaltenden Lebensmitteln wie dem Lebertran auch eine andere Substanz vorkommt, die für die anti-rachitische Wirkung verantwortlich ist. Denn manchmal entwickeln Kinder, die Vitamin A reiche Lebensmittel erhalten, trotzdem Rachitis 2. McCollum und seinem Team gelingt dann im Jahr 1922 an der John-Hopkins-Universität der experimentelle Nachweis, der diesbezüglich Klarheit bringt.
Die Forschenden setzen in ihren Versuchen unter anderem Lebertran und Haifischöl als Quelle des fettlöslichen Vitamins ein 3. An Rachitis erkrankte Ratten können durch Fütterung mit diesen Ölen geheilt werden. Dies gelingt selbst, wenn die Öle zuvor unter Sauerstoffzufuhr erhitzt werden, einem Prozess, der aber nachweislich das Vitamin A zerstört 4. Die anti-rachitische Fähigkeit bestimmter Öle und Fette müsse daher, so die Forschenden, von einer vom Vitamin A unterschiedlichen Substanz ausgehen und sie nannten diese «Kalzium einlagernde Substanz» oder «das vierte Vitamin».
Die Bezeichnung «Vitamin D» für ein viertes Vitamin (neben den Vitaminen A, B und C) ist aber bereits von Casimir Funk, der den Vitaminen als Stoffklasse den Namen gab, für einen anderen Stoff vergeben. Funk hat einen für das Wachstum von Hefen essenziellen Stoff entdeckt und nennt ihn «zweites Vitamin B» oder eben Vitamin D 2,5–7. Wann die «Kalzium einlagernde Substanz» schliesslich doch zum Vitamin D umgetauft wird und das frühere Vitamin D von Funk verschwindet, ist heute nicht ganz klar. McCollum selbst ist zur Klärung dieser Frage nicht dienlich. Jahre nach seinen Experimenten gibt er sich selbst als Namensgeber des Vitamin D aus, zitiert als Beleg aber eine eigene Publikation, in der der Begriff Vitamin D gar nicht vorkommt 8,9.
Von der zu geringen zur zu hohen Menge an Vitamin D
Die Entdeckung der Vitamine ist seit jeher von einem positiven Nimbus umgeben. Für viele waren und sind Vitamine einfach nur «gesund», denn sie können schliesslich einen Mangel beheben. Es erstaunt daher auch nicht, dass in den ersten Jahren der Vitaminära auch niemand von den möglichen Gefahren spricht, die von einer zu hohen Zufuhr der Vitamine ausgeht. Zu Beginn der 1930er-Jahre ist es aber dann so weit.
Der Franko-Rumäne Levaditi untersucht 1930 in Paris die Folgen hoher Mengen an Vitamin D und führt dazu klassische Dosis-Wirkung-Studien an verschiedenen Versuchstieren durch, von der Maus über die Katze bis zu verschiedenen Affen 10. Seine Erkenntnis: Mengen, die auf das Körpergewicht bezogen den Mengen entsprechen, die in der Therapie bei Menschen eingesetzt werden, verursachen bei den Versuchstieren keinerlei Nebenwirkungen. Hingegen bilden sich bei «sehr hohen Mengen» an Vitamin D diverse Kalkablagerungen in den Organen oder Blutgefässen mit folgendem Gewichtsverlust und Tod der Versuchstiere.
Die Vitamin-D-Mengen aus diesen Versuchen zu quantifizieren, ist leider nicht möglich. Denn Levaditi setzt ein kommerziell erhältliches Präparat ein, das mit UV-Licht bestrahltem Ergosterol, dem Pro-Vitamin D2, enthält. Die Menge an Ergosterol ist zwar angegeben, aber die resultierende Vitamin-D-Menge ist je nach UV-Bestrahlung unterschiedlich und somit unbekannt. Dennoch ist das Endergebnis aus Levaditis Studie eindeutig: zu hohe Vitamin-D-Mengen sind toxisch.
Vitamin D als Rattengift
Die toxische Wirkung hoher Vitamin-D-Mengen macht sich auch die chemische Industrie zu Nutze und entwickelt in den 1970er-Jahren ein Ratten- und Mäusegift auf Vitamin-D-Basis. In entsprechenden Versuchen wurde eine tödliche Dosis von täglich 5 Milligramm oder mehr pro Kilogramm Körpergewicht ermittelt 11. Diese Mengen überlebten die Ratten und Mäuse nur etwa vier bis fünf Tage.
Auf ein Lebewesen von 60 Kilogramm hochgerechnet würde die tödliche Dosis 300 Milligramm entsprechen. Dies wäre das 3000fache des Upper Levels, der höchst tolerierbaren Zufuhr, die in Europa und den USA mit 100 Mikrogramm Vitamin D pro Tag definiert ist 12,13.
Vitamin-D-Toxizität: «Neuer» Wirkmechanismus?
In einer vor wenigen Wochen veröffentlichten Übersichtsarbeit zur Vitamin-D-Toxizität äussert sich der Autor kritisch bezüglich der Art und Weise, wie diese Toxizität bestimmt wird. Als Messgrösse dafür wird heute der Vitamin-D-Gehalt im Blut genutzt, bei dem es zu einer Hyperkalzämie im Blut kommt 12. Eine solche «Überschwemmung» an Kalzium im Blut ist die Folge einer massiv erhöhten Aufnahme von Kalzium aus Nahrung und Nahrungsergänzungen aufgrund hoher Vitamin-D-Blutgehalte. Dementsprechend gilt eine Vitamin-D-Zufuhr als toxisch, wenn sie zu solch hohen Vitamin-D-Blutgehalten führt.
Die neue Übersichtsarbeit verweist nun auf ältere Tierversuche zur Vitamin-D-Überdosierung, in denen es auch ohne Hyperkalzämie wiederholt zu Ablagerungen in den Blutgefässen kam 14. Es handelt sich dabei um Studien an zwei Monate alten Ferkeln und zehn bis achtzehn Monate alten Totenkopfaffen. In einem der Schweineversuche kommt es nach dreimonatiger Fütterung ab knapp 800 Mikrogramm Vitamin D pro Tag zu Ablagerungen in den Herzkranzgefässen 15. Eine wesentliche Angabe zur Beurteilung dieses Ergebnisses und in Hinsicht auf eine Extrapolation auf den Menschen fehlt leider: das Gewicht der Ferkel. Da aber zwei Monate alte Ferkel normalerweise um die 20 Kilogramm wiegen 16, kann man bei einer täglichen Zufuhr von 800 Mikrogramm Vitamin D eine relative Zufuhr von 40 Mikrogramm pro Kilogramm annehmen. Im zweiten Schweineversuch treten die Verdickungen in den Gefässen schon bei wesentlich geringeren täglichen Mengen von 50 Mikrogramm auf 17. Dies wären dann 2.5 Mikrogramm pro Kilogramm pro Tag. Bei den Totenkopfaffen kommt es ebenfalls zu Ablagerungen, sie erhalten täglich 15 Mikrogramm Vitamin D pro Kilogramm Gewicht 18. Auf ein Lebewesen von 60 Kilogramm hochgerechnet entsprechen die eingesetzten Vitamin-D-Mengen in den drei Versuchen: 60×40=2400 Mikrogramm, 60×2.5=150 Mikrogramm und 60×15=900 Mikrogramm pro Tag. Alle Mengen liegen damit über der Höchstzufuhr für den Menschen von 100 Mikrogramm Vitamin D pro Tag 12. Dies erwähnt der Autor des Übersichtsartikels zur Vitamin-D-Toxizität aber mit keinem Wort.
Wie häufig ist die Vitamin-D-Toxizität?
In den USA sammeln die nationalen Vergiftungszentren die Meldungen von Vitamin-D-Toxizität Fällen. Bis zum Jahr 2005 gehen in den Zentren im Durchschnitt etwa 200 Meldungen pro Jahr ein, danach gibt es bis zum Jahr 2010 einen massiven Anstieg auf jährlich 4000 Meldungen 19. Gemäss jüngstem Bericht hält dieser Anstieg weiterhin an und im Jahr 2019 werden fast 5800 Fälle verzeichnet 20. In den letzten fünfzehn Jahren erfolgte somit in den USA ein fast 30facher Anstieg der Fälle an Vitamin-D-Toxizität. Dieser Anstieg hat wahrscheinlich eine einzige Ursache: Es wird mehr und in höheren Mengen Vitamin D ergänzt 21.
Ein Grund dafür dürfte die vermehrte Berichterstattung über einen marginalen Vitamin-D-Status in der Bevölkerung sein, also von einem Vitamin-D-Gehalt im Blut von weniger als 50 nmol/L. In Europa liegt die Prävalenz eines solch marginalen Status bei 40 Prozent der Bevölkerung, in Kanada bei 37 Prozent und in den USA bei 24 Prozent 22. Für einen Vitamin-D-Mangel, definiert als weniger als 30 nmol/L, sehen die Daten folgendermassen aus: Europa 13 Prozent, Kanada 7.4 Prozent und USA 5.9 Prozent. Ein anderer Grund für den Anstieg an Vitamin-D-Ergänzungen dürfte auch die Explosion an Bestimmungen des Vitamin-D-Status sein. So verzeichnet beispielsweise das Vereinigte Königreich vom Jahr 2005 bis zum Jahr 2015 einen Anstieg der Tests um das 55fache 23.
Auch wenn es in den letzten Jahren wesentlich mehr Fälle an Vitamin-D-Toxizität gibt, so ist die Prävalenz im Vergleich zu einem massiv ungenügenden oder marginalen Vitamin-D-Status verschwindend klein. Mit 5800 Fällen in den USA sprechen wir von 0.002 Prozent der Bevölkerung. Ein marginaler Vitamin-D-Status kommt in den USA somit 13 500mal häufiger vor als ein Toxizitätsfall.
Aktuelle Höchstzufuhr – Möglicherweise trotzdem zu hoch?
Die in der jüngsten Kritik bezüglich der Bestimmung der Vitamin-D-Toxizität erwähnten Tierversuche deuten auf einen extrapolierten, kritischen Wert ab 150 Mikrogramm pro Tag. Da der aktuelle Upper Level bei 100 Mikrogramm liegt, scheint somit auf dem ersten Blick eine Korrektur der Höchstzufuhr nicht erforderlich.
Der Upper Level entspricht aber nicht dem kritischen Wert, sondern dem kritischen Wert, der mit einem Sicherheitsfaktor multipliziert wurde. Im Falle des Vitamin D wurde bei der letzten Herleitung ein Faktor von 2.5 verwendet 12. Würden die 150 Mikrogramm als neue kritische Menge anerkannt und käme der gleiche Faktor zum Zuge, ergäbe sich ein neuer Upper Level von 60 Mikrogramm pro Tag. Durchaus denkbar, dass deswegen bei einer künftigen Aktualisierung des Upper Level es zu einer Senkung der tolerierbaren Höchstzufuhr kommen wird. Die Diskussionen bezüglich negativer Effekte beim Vitamin D ohne Hyperkalzämie und auch ohne erhöhte Blutgehalte an Vitamin D nehmen jedenfalls zu 24.
In der Schweiz gibt es für die Nährstoffe seit 2020 neue Höchstmengen, die in einer Tagesdosis an Nahrungsergänzungen enthalten sein dürfen. Im Notabene Nutrition Artikel «Fragliche Höchstmenge für Zink» sind diese Höchstmengen diskutiert, für die es in Europa keine entsprechenden Werte gibt. Die Schweizer Vitamin D-Höchstmenge beträgt für Nahrungsergänzungen neu 70 Mikrogramm (zuvor lag sie bei 20 Mikrogramm, genauso hoch, wie aktuell vom deutschen Bundesinstitut für Risikobewertung vorgeschlagen) 25. Somit liegt diese neue Schweizer Höchstmenge bereits jetzt im Bereich eines potenziell neuen Upper Level und kann daher als sinnvoll eingestuft werden.
Ist eine Bildung toxischer Mengen an Vitamin D über die Sonne möglich?
In der freien Natur würde der Mensch nur einen sehr kleinen Anteil seines Vitamin-D-Bedarfs über die Nahrung abdecken können. Denn nur wenige Lebensmittel enthalten nennenswerte Mengen an Vitamin D. Für den Menschen ist daher die körpereigene Bildung des Vitamin D in der Haut aus der Vorstufe 7-Dehydrocholesterol und mittels UV-Bestrahlung die wichtigste Vitamin-D-Quelle 26.
Diese Fähigkeit der sonnenbedingten Vitamin-D-Synthese ist vermutlich seit 500 Millionen Jahren in den Lebewesen verankert 27. Sie ist auch sehr gut geregelt. Einerseits genügt für eine ausreichende Bildung an Vitamin D bereits eine moderate Sonnenexposition, bei der keine Gefahr eines Sonnenbrands besteht 27,28. (Neuere Daten zeigen, dass selbst bei Nutzung von Sonnenschutzmitteln mit moderaten Lichtschutzfaktoren von bis zu 20 eine ausreichende Vitamin-D-Bildung stattfindet 28–30.) Und anderseits unterbinden Gleichgewichtsreaktionen eine übermässige Vitamin-D-Bildung bei langandauernder und intensiver Sonnenexposition 26. Über den natürlichen Mechanismus der Sonnenexposition können somit keine toxischen Mengen an Vitamin D entstehen.
Ergänzung mit Vitamin D – besser mit moderaten Mengen
Die Diskussionen rund um die Vitamin-D-Toxizität und Herleitung der Höchstzufuhr für Vitamin D sind beispielhaft für ein altbekanntes Phänomen. Eine Ergänzung mit einem Nährstoff muss nicht, kann aber problematisch sein. Überschreitet die Zufuhr eine Menge, die höher ist als diejenige, die über nicht angereicherte und nicht künstlich UV-bestrahlte Lebensmittel maximal erzielt werden kann, muss man sich die Situation genauer anschauen. Beim Vitamin D ist diese Situation zudem eine spezielle. Das in Lebensmitteln und Nahrungsergänzungen enthaltene Vitamin D wird rasch absorbiert und im Körper zügig zu einem Hormon, dem Kalzitriol (oder 1,25(OH)2D) umgewandelt 14. Jede hochdosierte Vitamin-D-Zufuhr kann somit den Aufbau und Abbau von Kalzitriol erheblich beeinflussen. Derart starke Eingriffe in den Hormonhaushalt sollen nur vorsichtig und gut durchdacht erfolgen, weil damit neben dem Stoffwechsel der Knochen und Gefässe auch viele weitere Stoffwechselveränderungen eintreten. Entsprechend rät man heute von höheren Mengen prinzipiell ab. Inwiefern eine hohe Dosierung im Einzelfall trotzdem mehr Nutzen als potenziellen Schaden bringt, muss eine in Vitamin-D-Fragen versierte medizinische Fachperson individuell abklären.
Vitamin-D-Ergänzung: Wie viel?
Zur Behebung eines unzureichenden Vitamin-D-Status arbeitet mittlerweile auch die Medizin gemässigt und es werden nur noch 20 bis 25 Mikrogramm pro Tag empfohlen 31. (Durch Multiplikation mit dem Faktor 40 ergeben sich die entsprechenden Werte in der eigentlich veralteten «Internationalen Einheit IE» bzw. den «International Unit IU», also 800 bis 1000 IE Vitamin D.) Diese Werte sind somit nur marginal höher als die empfohlene Tageszufuhr von 15 bis 20 Mikrogramm für gesunde Erwachsene und weit weg von einem Upper Level 32,33. Bei 20 bis 25 Mikrogramm pro Tag steigt der Vitamin-D-Gehalt im Blut kontinuierlich 34. Daher ist eine Begrenzung auf 20 bis 25 Mikrogramm ist für gesunde erwachsene Personen pro Tag sinnvoll. Konkret sieht man übrigens bei einer Ergänzung von bis zu 20 Mikrogramm pro Tag und einer Dauer zwischen zwei und zwölf Monaten für jedes ergänzte Mikrogramm Vitamin D einen durchschnittlichen Anstieg beim Vitamin-D-Gehalt im Blut von 2.2 nmol/L 35.
Vitamin-D-Ergänzung: Wie oft?
Bei der Modalität der Ergänzung stellt sich jetzt noch die Frage nach ihrer Frequenz. Zum Einsatz kommen immer noch monatliche, wöchentliche oder tägliche Ergänzungen. Die zwischenzeitlich propagierte, jährliche Mega-Dosis wird zwar manchmal selbst bei Kindern noch empfohlen, sie wird aber hoffentlich bald nur noch als eine der wenig gloriosen Ideen in die Geschichte der Medizin Eingang nehmen.
In der Regel erhöhen sowohl die tägliche, wöchentliche wie auch monatliche Ergänzung den Vitamin-D-Blutgehalt nennenswert 34–36. Somit kann man die oben aufgeführten Argumente ins Spiel bringen: Je geringer die Einzeldosis, umso weniger akute Nebenwirkungen sind zu erwarten. Zu erwähnen ist aber auch: Der Upper Level ist nur für tägliche Ergänzungen definiert und es gibt keinen entsprechenden Upper Level für eine wöchentliche oder gar monatliche Ergänzung. Zu diesen beiden «darf» man sich selbst anhand der Literaturdaten eine Meinung bilden.
Monatlich…
Mit einer monatlichen Ergänzung ergäben sich Mengen von 30x 20 bis 25 Mikrogramm, also 600 bis 750 Mikrogramm, die aufs Mal in den Stoffwechsel gelangen. Daten zu möglichen Nebenwirkungen einer solchen Ergänzung liegen aber nicht vor. In Anbetracht, dass auch wöchentliche oder tägliche Ergänzungen zielbringend sind, kann man daher eine monatliche Ergänzung höchstens unter medizinischer Aufsicht empfehlen. Es bleibt somit die Frage: Sollen es tägliche oder wöchentliche Ergänzungen sein?
…oder wöchentlich?
Die wöchentliche Dosierung leitet sich ebenfalls aus der täglichen Menge von 20 bis 25 Mikrogramm ab und entspricht somit 140 bis 175 Mikrogramm. Diese Dosis kann man als sinnvoll einstufen, denn die Gefahr einer Hyperkalzämie steigt erst ab etwa 500 Mikrogramm pro Woche an 37. Hier spielt aber sicherlich auch die Compliance eine wesentliche Rolle. Wenn die tägliche Ergänzung wesentlich schlechter eingehalten würde als eine wöchentliche, müsste man die wöchentliche bevorzugen. Die bislang vorliegenden Erhebungen deuten genau auf dies hin: Die Compliance ist besser, wenn die Ergänzung nicht täglich erfolgt 38,39.
Fazit
Tägliche Mengen von 20 bis 25 Mikrogramm genügen bei gesunden Erwachsenen für eine Korrektur eines mangelhaften Vitamin-D-Status, ohne die Gefahr von Nebenwirkungen zu erhöhen. Der Vitamin-D-Gehalt im Blut kann damit in der Regel auf den Zielwert von mehr als 50 nmol/L angehoben werden. Die kürzlich veröffentlichte Übersichtsarbeit zur Vitamin-D-Toxizität, die Anlass für den vorliegenden Artikel war, steht aber mit einer Warnung vor zu hohen Mengen an Vitamin D nicht allein da. Eine Überarbeitung des aktuellen Upper Level für die tägliche Zufuhr von Vitamin D ist daher denkbar. Noch wichtiger aber wäre die Definition einer entsprechenden Höchstmenge für wöchentliche Vitamin-D-Dosen, denn diese sind rege im Einsatz. Wesentliches Ziel jeder Ergänzung ist jedenfalls das Vermeiden jeder einzelnen zu hohen Dosis, denn diese kann potenziell zu einer zusätzlichen Ablagerung von Kalzium in den Gefässen und womöglich anderen unerwünschten Stoffwechselveränderungen führen, die niemand haben will.
Dieser Artikel wurde FIT for LIFE von Notabene Nutrition zur Verfügung gestellt. Notabene Nutrition ist das Webmagazin zu Lebensmitteln, Supplementen & Healthy Living. Das von den beiden Wissenschaftlern Dr. Paolo Colombani und Dipl. Ing. ETH Christof Mannhart gegründete Webmagazin berichtet über kontrovers diskutierte Themen sowie über neue, validierte Erkenntnisse direkt aus der Forschung.
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