Vitamin D und das Immunsystem

Vitamin D und das Immunsystem

Das Sonnenhormon zählt zu den wichtigen Einflussfaktoren auf das Immunsystem. Vitamin D ist nicht nur auf das engste mit der Regulation des Immunsystems in unserem Körper verbunden, sondern wirkt sich auch gezielt auf Infektionskrankheiten und Autoimmunerkrankungen aus. Ein ausreichender Vitamin D-Spiegel ist also für jeden gesundheitsbewussten Menschen essentiell. Eine aktuelle Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2017 bezeichnet Vitamin D gar als „Überlebensmolekül“ (1), das auf zwei ganz unterschiedlichen Wegen das Immungeschehen steuert (Abb. 1).

Die Studienautoren messen dem Vitamin D eine stressreduzierende Aktivität bei, Zitat: „Die Fähigkeit von Vitamin D, den metabolischen Stress und den Energieverbrauch in der Zellmikroumgebung zu reduzieren ist faszinierend. Diese Fähigkeit lässt auf eine umfassendere Aufgabe schließen, die über ihre immun-tolerante oder immun- / entzündungshemmende Rolle hinausgeht.“

Abb 1: Vitamin D als „Überlebens Molekül“ durch Modulation des Immunsystems: Hemmung der Entzündungsreaktion infolge von zellulärem Stress (roter Pfeil) und Förderung der Bildung spezieller Immunzellen zur Unterstützung von Reparaturprozessen (grüner Pfeil), (1, Bildquelle: Hevert).

Nun wissen wir, dass in unserem Darm mehr Bakterien und Viren enthalten sind als wir körpereigene Zellen haben. Die Gesamtheit dieser Mikroorganismen wird „Mikrobiota“ genannt und ist nicht nur für die Verdauung unserer Nahrung unentbehrlich, sondern steht in inniger Verbindung mit dem Immunsystem. Vitamin D ist an diesem Geschehen intensiv beteiligt. Dabei sind wir weit davon entfernt, alle Facetten dieses "neuen Organs" zu kennen, geschweige denn, damit umzugehen.

Nachdem nahezu alle Körperzellen über Rezeptoren für Vitamin D verfügen, trifft diese Aussage auch für die Zellen des Immunsystems zu.

Eine elementare Voraussetzung ist allerdings, dass die Dosis des Sonnenhormons möglichst täglich verabreicht wird und groß genug ist, um den Vitamin D Spiegel in einen Bereich von 40-60 ng/ml zu bringen. Die überwiegende Zahl der fehlgeschlagenen Studien, die gerne gegen die Wirkung von Vitamin D angeführt werden, ist auf entsprechende Unzulänglichkeiten im Studiendesign zurückzuführen (zu geringe Dosis, Vitamin D-Startwert über 30 ng/nl, keine tägliche Verabreichung).

Um zu erfahren warum die tägliche Verabreichung von Vitamin D so essentiell ist, klicken Sie hier.


Mit Vitamin D gegen Infektionskrankheiten

Betrachtet man die zahlreich vorhandenen ordnungsgemäß durchgeführten Vitamin D-Studien, so kann das Sonnenhormon durchaus als Überlebensmolekül bezeichnet werden. Nachfolgend wollen wir einige Untersuchungen zur Bedeutung von Vitamin D bei Infektionskrankheiten vorstellen (erworbenes Immunsystem).

Tuberkulose

Zum Thema Infektionserkrankungen bietet sich, auch unter historischen Aspekten, die Tuberkulose an. Sie wurde vor der Zeit der Antibiotika in Sanatorien gezielt mit Sonnenlicht behandelt. Die Erkrankung wird auch als Schwindsucht bezeichnet, da sie unbehandelt die Menschen völlig auszehrt.

Eine Untersuchung aus dem Jahr 2014, an der knapp 1000 Kinder aus London beteiligt waren ergab, dass Kinder mit einem Vitamin D-Mangel ein signifikant höheres Risiko hatten, an Tuberkulose zu erkranken (2). Zu ähnlichen Ergebnissen kommt eine Untersuchung von etwa 650 Kindern aus Spanien (3): die Gruppe der Kinder mit Tuberkulose wiesen deutlich niedrigere Vitamin D Spiegel als die gesunden Kinder der Kontrollgruppe auf (mittlerer Vitamin D-Wert 13.7 ng/ml  vs. 25.7 ng/ml).

Hepatitis C

Zusätzlich zu den Untersuchungen der Tuberkulose finden sich inzwischen auch zunehmend Berichte über die Bedeutung von Vitamin D bei der Hepatitis C, einer weiteren, schweren Infektionserkrankung. So findet sich auch bei Hepatitis C Patienten noch häufiger als in der Normalbevölkerung ein Vitamin D Mangel, der einen negativen Einfluss auf den Verlauf der Erkrankung hat (4). Zu einem ähnlichen Resultat kommt eine Metaanalyse (zusammenfassende Untersuchung) von 18 Studien mit mehr als 3500 Patienten mit bereits fortgeschrittener Fibrose der Leber (5).

Malaria

Und noch eine weitere, weltweit gefürchtete Erkrankung zeigt eine Abhängigkeit vom Vitamin-D: die Malaria Erkrankungen. So fanden sich bei Kindern aus Uganda mit einer schweren Malaria signifikant niedrigere Vitamin D Spiegel als bei gesunden Kindern. Die statistische Auswertung (Regressionsanalyse) ergab für einen (rechnerischen) Anstieg von Vitamin D im Serum von 1 ng/ml ein um jeweils 9 % verringertes Risiko für eine schwere Malariaerkrankung (6).

Erkältungskrankheiten, Atemwegserkrankungen und Asthma

Weitaus interessanter für die allgemeine Bevölkerung bei uns in Deutschland ist die Diskussion über einen Mangel an Vitamin D als Ursache für das gehäufte Auftreten von Erkältungskrankheiten in den Wintermonaten. Bereits 2006 erschien eine erste Veröffentlichung, die die von der Jahreszeit abhängigen Grippeepidemien mit der reduzierten Produktion des Sonnenhormons in den Wintermonaten in Verbindung brachte (7).

Bei einer randomisierten, placebo-kontrollierten Doppelblindstudie wurden von Dezember 2008 bis März 2009 340 Schulkinder beobachtet, von denen die Hälfte mit 1200 IE/Tag Vitamin D versorgt wurden. Als Resultat wurde eine Risikoreduktion um 64% bei Influenza A und um 83% bei Asthmaanfällen bei den Kindern festgestellt, die bis zu dieser Untersuchung noch keine anderen Vitamin D-Präparate eingenommen hatten (8).

Eine 2017 veröffentlichte, ebenfalls randomisierte Untersuchung mit über 11.000 Teilnehmern im Alter von 0 – 95 Jahren, zeigte bei jenen Probanden mit ausgeprägtem Vitamin D-Mangel (<10 ng/ml), eine um 70 % geringere Wahrscheinlichkeit eine akute Atemwegsinfektion zu entwickeln, wenn sie regelmäßig mit ausreichend Vitamin D versorgt wurden (9). Den Teilnehmern mit höheren Vitamin D-Spiegeln (>10 ng / ml) konnte eine Risikoreduzierung um 25% attestiert werden.

Eine 2015 veröffentlichte Auswertung (10, Abb. 2) an 3921 Patienten ergab ein um 33 % höheres Risiko an einer Infektion der oberen Atemwege zu erkranken, wenn der Vitamin D-Spiegel im Serum unter 20 ng/ml betrug.

Abb. 2: Sinkende Häufigkeit der Atemwegserkrankungen in Abhängigkeit vom Vitamin D-Spiegel. Die Grafik verdeutlicht, dass bei niedrigen Vitamin D-Spiegeln vermehrt Erkrankungen zu verzeichnen sind (siehe steilen Anstieg der Kurve), während ab ca. 40 ng/ml keine weitere Steigerung der Krankheitsfälle mehr auftritt (nach 10).

Auch bei an Asthma erkrankten Patienten glänzt Vitamin D als Schutzfaktor, wie folgendes Diagramm (Abb. 3), das eine Zusammenfassung von 7 evidenzbasierten Studien mit insgesamt 435 Kindern und 658 Erwachsenen, aufzeigt. Nach 4-12 Monaten Beobachtungsdauer unter Vitamin D-Gabe konnte eine 37 %-ige Risiko-Reduktion für eine kortisonbedürftige Exazerbation (Verschlechterung) nachgewiesen werden (11). Die asthmabedingten Anfälle und die damit einhergehende Anzahl der Krankenhausaufenthalte konnte durch die Verabreichung von Vitamin D halbiert werden.

Abb. 3: Anzahl der der Asthmaanfälle und Krankenhausaufenthalte konnten durch Vitamin D halbiert werden (nach 12).

Eine deutsche Arbeit erfasste 927 Teilnehmer von denen 600 entweder Asthmatiker oder COPD-Patienten waren. Da die Vitamin D-Spiegel im Durchschnitt bei 16,1 ng/ml lagen, wurde eine individuelle Aufsättigung nach dem Set-up-Schema von Dr. von Helden vorgenommen. Über das Ergebnis einer deutlichen Verbesserung der Infektproblematik freuten sich respektable 80% der Probanden (12)!

Darmerkrankungen

Der Darm ist bekanntlich untrennbar mit dem Immunsystem verbunden und profitiert insofern ebenfalls vom Sonnen-Hormon. Die Vitamin D-Steuerung im Darm bewirkt eine Stärkung der Barrierefunktion und der angeborenen Immunreaktion. Diese Eigenschaften unterstützen eine gesunde Darmflora und verhindern Infektionen. Ferner bewirkt Vitamin D eine Abschwächung der T-Zell-vermittelten Immun-Reaktionen, die zum Beispiel an der Entstehung von chronisch-entzündlichen Darmerkrankungen (IBD) beteiligt sind.

Randomisierte Studien mit IBD-Patienten bestätigen die Schutzfunktion von Vitamin D gegen Erkrankungen wie M. Crohn und weisen darauf hin, dass die Vitamin D-Supplementation einen therapeutischen Ansatz für Patienten mit einer aktiven (Immun-) Erkrankung darstellt (13).

Eine Publikation aus dem Jahr 2016 dokumentiert einen durch Vitamin D-Mangel hervorgerufenen Vitamin B5-Mangel (Pantothensäure), der inflammatorische Zustände herbeiführt und sich somit schädlich auf das Immunsystem auswirkt. Nach 3 Monaten Supplementierung von Vitamin D plus B-Vitaminen konnte bei 1000 neurologischen Patienten eine Verbesserung der Darmsymptomatik, reduziertes Schmerzempfinden und ein verbessertes Schlafverhalten verzeichnet werden (14).

Quellen:

  1. Chirumbolo, Salvatore; Bjorklund, Geir; Sboarina, Andrea; Vella, Antonio (2017): The Role of Vitamin D in the Immune System as a Pro-survival Molecule. In: Clinical therapeutics 39 (5), S. 894–916. DOI: 10.1016/j.clinthera.2017.03.021
  2. Venturini, Elisabetta; Facchini, Ludovica; Martinez-Alier, Nuria; Novelli, Vas; Galli, Luisa; Martino, Maurizio de; Chiappini, Elena (2014): Vitamin D and tuberculosis. A multicenter study in children. In: BMC infectious diseases 14, S. 652. DOI: 10.1186/s12879-014-0652-7
  3. Arnedo-Pena, A.; Juan-Cerdan, J. V.; Romeu-Garcia, A.; Garcia-Ferrer, D.; Holguin-Gomez, R.; Iborra-Millet, J. et al. (2015): Vitamin D status and incidence of tuberculosis among contacts of pulmonary tuberculosis patients. In: The international journal of tuberculosis and lung disease : the official journal of the International Union against Tuberculosis and Lung Disease 19 (1), S. 65–69. DOI: 10.5588/ijtld.14.0348.
  4. Villar, Livia Melo; Del Campo, Jose Antonio; Ranchal, Isidora; Lampe, Elisabeth; Romero-Gomez, Manuel (2013): Association between vitamin D and hepatitis C virus infection. A meta-analysis. In: World journal of gastroenterology 19 (35), S. 5917–5924. DOI: 10.3748/wjg.v19.i35.5917.
  5. Garcia-Alvarez, Monica; Pineda-Tenor, Daniel; Jimenez-Sousa, Maria A.; Fernandez-Rodriguez, Amanda; Guzman-Fulgencio, Maria; Resino, Salvador (2014): Relationship of vitamin D status with advanced liver fibrosis and response to hepatitis C virus therapy. A meta-analysis. In: Hepatology (Baltimore, Md.) 60 (5), S. 1541–1550. DOI: 10.1002/hep.27281
  6. Cusick, Sarah E.; Opoka, Robert O.; Lund, Troy C.; John, Chandy C.; Polgreen, Lynda E. (2014): Vitamin D insufficiency is common in Ugandan children and is associated with severe malaria. In: PloS one 9 (12), e113185. DOI: 10.1371/journal.pone.0113185.
  7. Cannell JJ, Vieth R, Umhau JC, Holick MF, Grant WB, Madronich S, Garland CF, Giovannucci E. Epidemic influenza and vitamin D. Epidemiology and infection 2006;134(6):1129–40.
  8. Urashima, M., Segawa, T., Okazaki, M., Kurihara, M., Wada, Y., & Ida, H. (2010). Randomized trial of vitamin D supplementation to prevent seasonal influenza A ivn schoolchildren. The American Journal of Clinical Nutrition, 91(5), 1255-1260. doi:10.3945/ajcn.2009.29094
  9. Martineau, A. R., Jolliffe, D. A., Hooper, R. L., Greenberg, L., Aloia, J. F., Bergman, P., . . . Camargo, C. A. (2017, February 15). Vitamin D supplementation to prevent acute respiratory tract infections: Systematic review and meta-analysis of individual participant data. Retrieved from https://www.bmj.com/content/356/bmj.i6583
  10. Khalid, A. N., Ladha, K. S., Luong, A. U., & Quraishi, S. A. (2015). Association of Vitamin D Status and Acute Rhinosinusitis. Medicine, 94(40). doi:10.1097/md.0000000000001447
  11. Martineau, A., Takeda, A., Nurmatov, U., Sheikh, A., & Griffiths, C. J. (2015). Vitamin D for the management of asthma. Cochrane Database of Systematic Reviews. doi:10.1002/14651858.cd01151
  12. Teutemacher H, Trötschler H, Deimling A, FÄ Pneumologie, Substitution von Vitamin D bei Patienten mit Asthma und COPD  – Vitamin D-Update 2011, Berlin – https://repository.publisso.de/resource/frl:4169394-1/data
  13. Dimitrov, V., & White, J. H. (2017). Vitamin D signaling in intestinal innate immunity and homeostasis. Molecular and Cellular Endocrinology, 453, 68-78. doi:10.1016/j.mce.2017.04.010
  14. Gominak, S. (2016). Vitamin D deficiency changes the intestinal microbiome reducing B vitamin production in the gut. The resulting lack of pantothenic acid adversely affects the immune system, producing a “pro-inflammatory” state associated with atherosclerosis and autoimmunity. Medical Hypotheses, 94, 103-107. doi:10.1016/j.mehy.2016.07.007

 

Knochen, Muskeln und Sturzgefahr

Knochen, Muskeln und Sturzgefahr

Vitamin-D-Mangel kann bei älteren Menschen zu Osteopenie, Osteoporose und erhöhtem Sturzrisiko führen. In dieser klassischen Rolle fördert Vitamin D die Knochengesundheit bei jüngeren und älteren Erwachsenen, hat seinen Siegeszug gegen die Kinderkrankheit Rachitis angetreten und verhindert Frakturen bei den Älteren der Gesellschaft. Seit einiger Zeit wird jedoch auch die Rolle von Vitamin D in der Muskelkrafterhaltung und Sturzverminderung betont.

Vitamin D stärkt Knochen und verhindert Alterung

Vitamin D-Mangel ist eine weit verbreitete medizinische Diagnose, die eine wichtige Rolle bei der menschlichen Knochengesundheit spielt. Ein schwerer Vitamin-D-Mangel (25-OH-D < 10 ng/ml) führt bei Kindern zu Rachitis und bei Erwachsenen zu einer Osteomalazie (=Knochenerweichung) und Osteoporose (=Knochenschwund), was  zu Knochenschmerzen und Frakturen bzw. Deformierung der Knochen führt (1, 2).

Vitamin D ist ein entscheidender Faktor  beim Kalzium- und Phosphorstoffwechsel und hilft sicherzustellen, dass ausreichende Mengen dieser Mineralstoffe für metabolische Funktionen und zur Knochenmineralisierung zur Verfügung stehen. Das Sonnenhormon erhöht die Effizienz der Calciumabsorption im Darm von 10-15% auf 30-40%. Auf der Grundlage mehrerer Tierversuche wird angenommen, dass Vitamin D auch die Phosphoraufnahme  über den Darm von 50-60% auf etwa 80% erhöht (3).

poröser Knochen

Eine Studie (4) von Wissenschaftlern am Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf (UKE) und der Universität von Kalifornien konnte nachweisen, dass ein Mangel an Vitamin D nicht nur den Aufbau und den Erhalt der Knochen bremst, sondern die Knochen auch vorzeitig altern lässt. Die Gefahr von Knochenbrüchen wächst.

Ursache für den Alterungsprozess sei eine Mineralisationsstörung, so der Studienleiter Dr. Björn Busse. Ohne ausreichendes Vitamin D gelingt die Einlagerung von Kalzium, dem "Knochenbau-Material", bei der ständigen Erneuerung und beim Umbau der Knochen nicht.

Wird das neu angelegte Gewebe nicht mineralisiert, belegt das unmineralisierte Gewebe einen großen Teil der Knochenoberfläche und verhindert so die Einlagerung der Knochenzellen.


Stärkung der Muskulatur durch Vitamin D

Neben der positiven Wirkung auf die Knochendichte hat Vitamin D einen unmittelbaren stärkenden Effekt auf die Muskulatur, was neben einer Begünstigung des Kalziumeinstroms in die Muskelzelle durch eine rezeptorvermittelte Stimulation der Muskelproteinsynthese erklärt wird (5, 6). Möglicherweise ist dieser Zusatzeffekt für die Frakturreduktion unter Vitamin-D-Supplementierung entscheidend, da Stürze der primäre Risikofaktor für Frakturen sind.

Dies untermauern auch Studienergebnisse, wonach es bereits nach zwei bis drei Monaten der Supplementierung von Vitamin D zu einer signifikanten Reduktion des Sturzrisikos kommt, die Muskulatur also sehr schnell auf eine Vitamin-D-Zufuhr reagiert, und wonach sich die Frakturreduktion bereits nach etwa sechs Monaten bemerkbar macht (7).


Das Sonnenhormon vermindert Sturzrisiko

In einer 2004 publizierten Meta-Analyse (8), basierend auf 5 randomisierten Doppelblindstudien (1237 Teilnehmer), reduzierte Vitamin D das Sturzrisiko einer älteren Person um 22% im Vergleich zu Placebo oder Kalzium. Die bei der Beurteilung von Therapien immer sehr wichtige “Number needed to treat” (NNT) war 15, was bedeutet, dass 15 Personen therapiert werden müssten, um eine Person vor einem Sturz zu bewahren.

Die weitere Analyse der Daten ergab auch in diesem Zusammenhang wieder, dass die ausreichend hohe Dosierung von Vitamin D sehr wichtig ist. In einer Studie (9), die nur geringe Gaben von 400 I.E. Vitamin D untersuchte, kam es zu keiner Sturzreduktion, während in zwei Studien, die 800 I.E. Vitamin D plus Kalzium (1.200 mg/Tag) testeten, eine Verminderung des Sturzrisikos um 35% auftrat (8).

Ab dem 75. Lebensjahr ist die Hüftfraktur die häufigste Fraktur, wobei bis zu 50% der Betroffenen mit einer dauerhaften Behinderung rechnen müssen, 15% bis 25% droht der Eintritt in eine Pflegeinstitution, und bis zu 20% versterben im ersten Jahr nach ihrer Fraktur (10,11,12). Die exponentielle Zunahme der Hüftfrakturen führt zu einer geschätzten Häufigkeit von einer unter 3 Frauen, und einem unter 6 Männern mit einer erlittenen Hüftfraktur in der neunten Lebensdekade. Analog ist die durch Hüftbrüche verursachte Behinderung in der älteren Bevölkerung enorm und die geschätzten Kosten sollen allein in den USA von 7,2 Milliarden im Jahr 1990 auf 16 Milliarden im Jahr 2020 ansteigen (13). Diese gewaltige Zahlen unterstreichen die Bedeutung der Knochengesundheit für unsere gesamte Gesundheit und unser Gesundheitssystem.

Quellen:

  1. Gani, L. U., & How, C. H. (2015, August). PILL Series. Vitamin D deficiency. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4545131/
  2. Dawson-Hughes B, Harris SS, Krall EA, Dallal GE. Effect of calcium and vitamin D supplementation on bone density in men and women 65 years of age or older. The New England journal of medicine 1997;337(10):670–6.
  3. Wacker, M., & Holick, M. F. (2013, January 10). Vitamin D – effects on skeletal and extraskeletal health and the need for supplementation. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3571641/
  4. Björn Busse et al., Vitamin D Deficiency Induces Early Signs of Aging in Human Bone, Increasing the Risk of FractureScience Translational Medicine, 10 July 2013, 5/193, p. 193ra88
  5. Bischoff-Ferrari, H. A., Borchers, M., Gudat, F., Dürmüller, U., Stähelin, H. B., & Dick, W. (2004, February). Vitamin D receptor expression in human muscle tissue decreases with age. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/14969396
  6. Ceglia, L., Da Silva Morais, M., Park, L. K., Morris, E., Harris, S. S., Bischoff-Ferrari, H. A., . . . Dawson-Hughes, B. (2010, April). Multi-step immunofluorescent analysis of vitamin D receptor loci and myosin heavy chain isoforms in human skeletal muscle. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/20549314
  7. Bischoff-Ferrari, H. A., Dawson-Hughes, B., Staehelin, H. B., Orav, J. E., Stuck, A. E., Theiler, R., . . . Henschkowski, J. (2009, October 01). Fall prevention with supplemental and active forms of vitamin D: A meta-analysis of randomised controlled trials. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/19797342
  8. Bischoff-Ferrari, H. A., Dawson-Hughes, B., Willett, W. C., Staehelin, H. B., Bazemore, M. G., Zee, R. Y., & Wong, J. B. (2004, April 28). Effect of Vitamin D on falls: A meta-analysis. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/15113819
  9. Graafmans, W. C., Ooms, M. E., Hofstee, H. M., Bezemer, P. D., Bouter, L. M., & Lips, P. (1996, June 01). Falls in the elderly: A prospective study of risk factors and risk profiles. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/8633602
  10. Magaziner, J., Hawkes, W., Hebel, J. R., Zimmerman, S. I., Fox, K. M., Dolan, M., . . . Kenzora, J. (2000, September). Recovery from hip fracture in eight areas of function. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/10995047
  11. Tinetti, M. E., & Williams, C. S. (1997, October 30). Falls, injuries due to falls, and the risk of admission to a nursing home. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/9345078
  12. Cummings, S. R., Kelsey, J. L., Nevitt, M. C., & O’Dowd, K. J. (1985). Epidemiology of osteoporosis and osteoporotic fractures. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/3902494
  13. Cummings, S. R., Rubin, S. M., & Black, D. (1990, March). The future of hip fractures in the United States. Numbers, costs, and potential effects of postmenopausal estrogen. Retrieved from https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/2302881

Bilder: www.pixabay.com