Kapitel 11: Wie ist mein Vitamin D-Status?

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Wie kann ich etwas über meinen Vitamin D-Status erfahren?
Am naheliegendsten ist es natürlich, seinen Spiegel beim Arzt messen zu lassen. Allerdings wird das meistens nur auf private Rechnung gemacht – zumindest, wenn keine eindeutige Indikation besteht. Als Indikation, die der jeweilige Arzt stellt, gilt dabei der Verdacht auf einen Vitamin D-Mangel oder ggf. auf eine Intoxikation.  Für den am häufigsten relevanten Messparameter, das Calcidiol, lagen bisher die (Labor-)Kosten wohl meist zwischen knapp 20 und 25 Euro (Stand Juli 2022), ggf. zuzüglich der Kosten, die der Arzt zu seiner Aufwandsentschädigung in Rechnung stellt. 1,25-(OH)2-Vitamin D oder gar andere Komponenten, die seltener untersucht werden, sind teurer. Zunächst sollte man sich aber im Klaren sein, was genau man bestimmt haben will.

Welche Untersuchung?

Im Allgemeinen kommt hier in erster Linie die Bestimmung von 25-OH-Vitamin D3 in Frage, denn die Bestimmung des Vitamin-D-Spiegels selbst im Blutserum reflektiert nur die Vitamin-D-Aufnahme mit der Nahrung bzw. die Eigensynthese in der Haut während der letzten Stunden bis Tage. Für eine Untersuchung des längerfristigen Vitamin-D-Status ist die Bestimmung des Calcidiol-Spiegels (= 25-OH-Vitamin D3) im Blut sinnvoller als die Bestimmung des intakten Vitamin D.

Calcidiol, die Speicherform des Vitamin D, lässt sich seit Anfang der 1980er Jahre auch routinemäßig bestimmen und ermöglichte ein weitergehendes Verständnis für die Physiologie des Vitamin D3 (siehe auch Kap. 18). Die Angabe der Messwerte erfolgt entweder in Gewichts- oder molaren Konzentrationseinheiten, wobei 1 ng/ml etwa 2,5 nmol/l entspricht. Also wir müssen selbstverständlich immer – ob beim Arztbericht oder beim Lesen irgendwelcher Artikel oder Studien – auf die Maßeinheit achten! Dazu kommt aber noch, dass inzwischen für ein und dieselbe Untersuchung je nach Labor und je nach verwendeter Methode, von denen es inzwischen sehr, sehr viele gibt, die Normalwerte oft unterschiedlich sind. Also sollte man sich auch die jeweiligen Normalwerte und die Methode für seine Unterlagen vermerken.

Bei Dunkelhäutigen ist im Zweifelsfall die Messung von freiem (bioverfügbarem) 25-OH-Vitamin D3 angemessener als die Bestimmung des gesamten 25-OH-Vitamin D3* (79), so z.B. auch im Rahmen multirassischer medizinischer Studien. Entsprechende Laborkits sind im Handel.

Aus verschiedenen Gründen wird außerdem diskutiert, als neuen Serum-Biomarker das Metaboliten-Verhältnis von 24,25-(OH)2-Vitamin D zu der Gesamtkonzentration von 25-OH-Vitamin D einzuführen [158, 159], u. a. wegen dramatischer Auswirkungen selbst nur geringer Schwankungen von 24,25-(OH)2-Vitamin D auf diesen Quotienten. Der Normwert für den Quotienten (25-OH-Vitamin D / 24,25-(OH)2-Vitamin D) wird in erhältlichen Selbsttests beispielsweise mit 6,1 bis 16,7 angegeben.

Darüber hinaus kann das Verhältnis den 25-OH-Vitamin D-Anstieg als Reaktion auf eine Vitamin-D-Supplementierung vorhersagen und somit einen klinischen Nutzen als Marker für einen Vitamin-D-Katabolismus sowie für einen CYP24A1-Mangel, einschließlich verschiedener Mutationen, haben [159, 160, 161]. Ein erniedrigter Wert der o. g. Quotienten weist auf beschleunigten Abbau, ein erhöhter Wert auf verlangsamten Abbau. Allerdings sind erst Werte um 80 und höher als Zeichen eines Enzymmangels bzw. einer genetischen Mutation zu deuten. Dies wäre dann als besondere Warnung vor einer unkontrollierten Vitamin D-Zufuhr aufzufassen.

Um zu erfahren, wie gut der Körper 25-OH-Vitamin D verstoffwechseln kann, wird nicht zuletzt der 1,25-(OH)2-Vitamin D-Wert herangezogen. Dieser wird beim Arzt normalerweise nicht gemessen – es sei denn, es liegen entsprechende Hinweise vor.

So wäre auch bei Verdacht auf eine (insbesondere chronische bzw. anhaltende) Überdosierung oder gar Intoxikation die zusätzliche Bestimmung von 1,25-(OH)2-Vitamin D sinnvoll* (80), außerdem spätestens dann auch eine Bestimmung des Kalzium-Wertes im Blut und/oder Urin sowie des Kreatinin im Blut zur Überprüfung der Nierenfunktion (siehe auch Kap. 9).

Welche Analyse-Methode?

Im Allgemeinen ist die Analyse von Vitamin D in der klinischen Routine – unabhängig von der verwendeten Methode – eine Herausforderung [162, 163, 164, 165], und zwar aufgrund mehrerer Probleme wie

• der lipophilen Natur der Verbindungen
• sehr niedriger Konzentrationen in biologischen Flüssigkeiten
• kurzer biologischer Halbwertszeit im Blut
• Bindung an Plasmaproteine
• Vorhandensein mehrerer Vitamin-D-Metaboliten sowie isobarer* (81) und isomerer* (82) Interferenzen, die zu ungenauen Ergebnissen führen können, und
• chemischer Instabilität gegenüber Licht, Sauerstoff und Temperatur.

Die Messung von Vitamin D im Serum wird derzeit mit verschiedenen analytischen Ansätzen durchgeführt, z. B. mit dem kompetitiven Proteinbindungsassay (CPBA), dem Radioimmunoassay (RIA), dem Chemilumineszenz-Immunoassay (CLIA), dem Enzymimmunoassay (ELISA), der Flüssigchromatographie (LC) mit UV-Detektion und der LC mit massenspektrometrischer (LC-MS) oder tandemmassenspektrometrischer (LC-MS/MS) Detektion [163, 166]^* (83).

Die zahlreichen Methoden und noch viel zahlreicheren materialspezifischen Ausführungen haben einerseits zu mehr oder weniger deutlichen Diskrepanzen in den Ergebnissen und somit zu zunehmenden Unklarheiten bzgl. der Vergleichbarkeit geführt, andererseits starke Bestrebungen zu einer Standardisierung angestoßen. Ein Vitamin-D-Standardisierungsprogramm wurde in den USA 2010 ins Leben gerufen. Es wurden vom National Institute of Standards and Technology (NIST) Vitamin-D-Standardreferenzmaterialien (SRM) und Referenzmethodenverfahren (RMP) entwickelt. Zu den NIST-SRM gehören Lösungsmittelkalibratoren und gepooltes Serummaterial. Die (Stand Sept. 2022) neueste Version der NIST-SRM für die Methodenvalidierung ist SRM 972a, das 25-OH-Vitamin D3, 25-OH-Vitamin D2, 3-epi-25-OH-Vitamin D3 und 24,25-(OH)2-Vitamin D3 in gepooltem Serummaterial in verschiedenen Konzentrationen enthält, sowie SRM 973, die nur 25-OH-Vitamin D3 und 3-epi-25-OH-Vitamin D3 in hohen Konzentrationen enthält. Diese beiden SRM können auch als Qualitätskontrollproben für alle optimierten Methoden verwendet werden. Die SRM sind im Handel erhältlich und werden mit zertifizierten Referenzwerten geliefert, die mit Hilfe von NIST-RMP zugewiesen werden.

In den letzten Jahren hat sich die LC-MS/MS mit einer Triple-Quadrupol- oder Quadrupol-Linear-Ionenfalle als Goldstandardmethode für die Quantifizierung von Vitamin D und seinen Metaboliten in menschlichen Proben erwiesen. Die Selektivität dieser Methode wird durch den Nachweis von Analyten auf der Grundlage ihres Masse-Ladungs-Verhältnisses (m/z) erhöht. Typischerweise werden die m/z von zwei verschiedenen Produktionen, die aus einer Vorstufe stammen, als ausgewählte Reaktionsübergänge überwacht. Dieser Datenerfassungsmodus ermöglicht eine erhebliche Steigerung der Selektivität der Methode. LC-MS/MS ermöglicht es uns, mehrere Verbindungen mit unterschiedlichen Massen (384-428 Da) in einem Lauf zu unterscheiden, im Unterschied zu herkömmlichen Immunoassays, die unter Kreuzreaktivität zwischen verschiedenen D2- und D3-Formen leiden [165, 167, 168].

Es muss betont werden, dass LC-MS/MS – auch bei den häufig verwendeten API-Techniken* (84) – immer noch sehr empfindliche Ergebnisse liefern kann, vor allem aufgrund bedeutender technologischer Fortschritte bei den aktuellen Instrumenten, die die Nachweisgrenzen verbessert haben.

Die Verwendung der Atmosphärendruck-Photoionisation (APPI) hat gezeigt, dass sie die Empfindlichkeit im Vergleich zur APCI* (85) deutlich erhöht [169], doch sind weitere Studien erforderlich, um diese Ergebnisse zu bestätigen. Trotz der Spezifität und Empfindlichkeit von LC-MS/MS besteht eine weitere Herausforderung bei der Vitamin-D-Quantifizierung im Vorhandensein von Störsubstanzen – einschließlich Epimeren und Isobaren, die genau dieselbe Masse und dasselbe Fragmentierungsmuster wie die analysierten Substanzen aufweisen. C3-Epimere von 25-OH-Vitamin D z. B. werden auf natürliche Weise im Stoffwechsel gebildet und sind in allen Proben vorhanden.

Neben vielen Vorteilen hat auch diese Methode ihre Begrenzungen und Nachteile. So erfordert sie z. B. erfahrene Analysten und ist recht teuer.

Welche Kontrollabstände für die Labordiagnostik?

Wie häufig sollte man seinen Vitamin D-Status außerhalb akuter Fragestellungen, z. B. der nach einer Intoxikation, bestimmen? Je nach individuellen Umständen wie Ernährungs- und Freizeitverhalten, Alter, beruflicher Situation, medizinischen Risikofaktoren und individueller Dosierung von Vitamin D-haltigen Nahrungsergänzungsmitteln kann dies variieren. Durchschnittlich kann eine Überprüfung des 25-OH-Vitamin D-Spiegels zwei- bis viermal im Jahr klug sein, wenn z. B. die durchschnittliche tägliche Dosis über 4000 IE hinausgeht. In jedem Fall ist bei einer solchen dauerhaften Supplementierung die Erhebung von Ausgangswerten unbedingt anzuraten sowie zumindest wiederholte Kontrollen des Kalzium-Spiegels bzw. eine ärztliche Begleitung.

Welche weiteren Möglichkeiten gibt es (Schätzwerte)?

Wenn ich meinen Ausgangswert verlässlich habe bestimmen lassen, kann ich bei einer regelmäßigen oder zumindest korrekt festgehaltenen wöchentlichen Dosis über einen bestimmten Zeitraum und einigermaßen konstant gehaltenem Körpergewicht mittels eines sog. Vitamin D-Simulators* (86) die weitere Entwicklung meines Vitamin D-Spiegels verfolgen. Somit kann ich auch die wöchentlich erforderliche Dosierung abfragen, um letztlich an einen bestimmten gewünschten Zielwert heranzukommen, ebenso in Sekundenschnelle den Effekt von zusätzlichen Einzeldosen, um z.B. eine schnellere Aufsättigung zu erreichen. Nicht nur eine Prognose des Wertes ist möglich, sondern u. U. auch eine rückblickende Rekonstruktion.

Bei konstanter Zufuhr von Vitamin D – sei es über die Eigenproduktion, die Nahrung und/oder Supplementierung – wird nach ca. 140 Tagen* (87) übrigens ein Gleichgewicht erreicht (sog. „steady state“), unabhängig vom Ausgangswert.

Sogar Sonnenbäder kann (und sollte) ich berücksichtigen bzw. eingeben. An diesem Punkt halten wir allerdings Skepsis für angebracht, da man hiermit eine zusätzliche und besonders schwer abzuschätzende Komponente in die Rechnung mit einführt; insofern würde man eher annehmen, dass der Simulator v. a. dann recht zuverlässig ist, wenn ich eine ungeschützte Exposition meiner Haut gegenüber UV-B-Strahlung und somit Sonnenbäder in der betreffenden Zeit (siehe Kap. 2) weitgehend meide; dies dürfte besonders für Jüngere bzw. Unter-60-jährige gelten. Aber insgesamt haben Stichproben-Kontrollen sehr treffgenaue Ergebnisse des Vitamin D-Simulators gezeigt.

Zusammenfassung:

• Je nach Fragestellung kann man unterschiedliche Parameter messen, ggf. in Kombination.
• In den meisten Fällen ist unter den Routine-Messungen die Bestimmung von 25-OH-Vitamin D die Untersuchung mit der größten Aussagekraft hinsichtlich der Vitamin D-Versorgung.
• Bei Farbigen ist die Messung des freien (bioverfügbaren) 25-OH-Vitamin D3 prinzipiell der des üblichen Gesamt-Calcidiol vorzuziehen.
• Im Zweifelsfall ist man mit einer mindestens dreimal jährlichen Untersuchung auf der sicheren Seite, sogar bei Einnahme von Dosierungen zwischen 10000 IE und 40000 IE.
• Kommt eine Intoxikation in Frage, sollte nicht nur 25-OH-Vtamin D, sondern gleichzeitig 1,25-(OH)2-Vitamin D bestimmt werden.
• Bzgl. der Labormethoden gibt es sehr viele neue Entwicklungen; derzeit gilt LC-MS/MS* (Flüssigchromatographie mit tandemmassenspektrometrischer Detektion) mit einer Triple-Quadrupol- oder Quadrupol-Linear-Ionenfalle als methodischer Goldstandard, v. a. wegen ihrer hohen Selektivität.
• Noch Forschungsbedarf besteht bei speziellen Fragestellungen wie der genauen, in jedem Falle gegebenen Bedeutung von 3-Epi-Calcitriol bei Schwangeren, Säuglingen und Kindern, allerdings auch bei der Bewertung bisheriger Grenzwerte (hierzu siehe Kap. 16).
• Eine Faustregel besagt, dass nach ca. 140 Tagen einer gleichbleibenden wöchentlichen Vitamin D-Zufuhr incl. Eigenproduktion ein Gleichgewicht erreicht ist.
• Der Vitamin D-Simulator kann u. U. eine hilfreiche Ergänzung darstellen.
• Eine evtl. zusätzliche Vitamin D-Produktion durch die Sonne ist auch hierbei zu beachten.

Anmerkungen (*):

(79): Dies stellt die Gültigkeit des üblicherweise verwendeten Labortests für die 25-OH-Vitamin D-Konzentration im Serum bei der Beurteilung des Vitamin D-Mangels in ethnisch unterschiedlichen Gruppen in Frage. Im Einklang mit der Hypothese des „freien Hormons“ [154] haben mehrere neuere Studien gezeigt, dass einige Funktionen von Vitamin D enger mit der freien oder bioverfügbaren Fraktion von Vitamin D als mit den 25-OH-Vitamin D-Gesamtkonzentrationen im Serum zusammenhängen könnten. So war beispielsweise die bioverfügbare Fraktion des zirkulierenden 25-OH-Vitamin D bei gesunden Erwachsenen stärker mit der Knochendichte (BMD) assoziiert als die Gesamtwerte [155]. Ähnliche Ergebnisse wurden zwischen bioverfügbarem 25-OH-Vitamin D und intaktem Parathormon, einem Marker für den Kalziumhaushalt im Zusammenhang mit der Knochengesundheit, beobachtet [156].

Neue Forschungsergebnisse deuten auch darauf hin, dass bioverfügbares Vitamin D ein besserer Prädiktor für die BMD in einer ethnisch heterogenen Sportlerpopulation ist als die 25-OH-Vitamin D-Konzentration im Serum [157], und könnten dabei helfen, zu verstehen, warum es derzeit keinen allgemein akzeptierten Konsens für Vitamin D-Spiegel gibt.

(80): Bei Schwangeren und Säuglingen könnte es zumindest in naher Zukunft auch sinnvoll sein, epimerisierte Formen des Vitamin D, insbesondere das 3-Epi-Calcitriol, in die Analyse miteinzubeziehen.

(81): Als Isobare werden in der Kernphysik Nuklide von unterschiedlicher Kernladungszahl und gleicher Massenzahl bezeichnet.

(82): Isomere sind chemische Verbindungen der gleichen Summenformel, aber unterschiedlicher chemischer Struktur und teilweise auch mit unterschiedlichen chemischen, physikalischen und biologischen Eigenschaften.

(83): In Deutschland ist u. a. ein RIA zur Bestimmung des Gesamt-25-OH-Vitamin D im Handel erhältlich von Demeditec, mehrere kommerzielle CLIA-Kits, u. a. von Immunodiagnostic Systems, Siemens Healthineers oder Roche, ELISA-Kits von Diagnostika GmbH.

(84): API = Atmosphärendruck-Ionisierung

(85): APCI = chemische Ionisierung bei Atmosphärendruck

(86): Der Online-Zugang zu einem guten Vitamin D-Simulator wie den von Dr. von Helden [170] kostet 10 Euro für ein ganzes Jahr (Stand 2022).

(87): lt. Wikipedia bzw. älteren Angaben bis zu vier Monaten [171].

Quellen:

[154]: Chun RF, Peercy BE, Orwoll ES, et al. Vitamin D and DBP: the free hormone hypothesis revisited. J Steroid Biochem Mol Biol. 2014;144:132–137. https://doi.org/10.1016/j.jsbmb.2013.09.012.

[155]: Powe CE, Ricciardi C, Berg AH, et al. Vitamin D-binding protein modifies the vitamin D-bone mineral density relationship. J Bone Miner Res. 2011;26:1609–1616. https://doi.org/10.1002/jbmr.387.

[156]: Shieh A, Chun RF, Ma C, et al. Effects of high-dose vitamin D₂ versus D₃ on total and free 25-hydroxyvitamin D and markers of calcium balance. J Clin Endocrinol Metab. 2016;101:3070–3078. https://doi.org/10.1210/jc.2016-1871.

[157]: Allison RJ, Farooq A, Cherif A, Hamilton B, Close GL, Wilson MG. Why don’t serum vitamin D concentrations associate with BMD by DXA? A case of being ‚bound‘ to the wrong assay? Implications for vitamin D screening. Br J Sports Med. 2018 Apr;52(8):522-526. https://doi.org/10.1136/bjsports-2016-097130.

[158]: Zhang Y, Bala V, Mao Z, Chhonker YS, Murry DJ. Quantification of fat-soluble vitamins and their metabolites in biological matrices: an updated review. Bioanalysis. 2020 May;12(9):625-640. https://doi.org/10.4155/bio-2020-0069.

[159]: Altieri B, Cavalier E, Bhattoa HP, Pérez-López FR, López-Baena MT, Pérez-Roncero GR, Chedraui P, Annweiler C, Della Casa S, Zelzer S, Herrmann M, Faggiano A, Colao A, Holick MF. Vitamin D testing: advantages and limits of the current assays. Eur J Clin Nutr. 2020 Feb;74(2):231-247. https://doi.org/10.1038/s41430-019-0553-3.

[160]: Wagner D, Hanwell HE, Schnabl K, Yazdanpanah M, Kimball S, Fu L, Sidhom G, Rousseau D, Cole DE, Vieth R. The ratio of serum 24,25-dihydroxyvitamin D(3) to 25-hydroxyvitamin D(3) is predictive of 25-hydroxyvitamin D(3) response to vitamin D(3) supplementation. J Steroid Biochem Mol Biol. 2011 Sep;126(3-5):72-7. https://doi.org/10.1016/j.jsbmb.2011.05.003.

[161]: https://www.inflammatio.de/fileadmin/user_upload/Diag_Info/339_Vit_D_Stoffwechselgenetik.pdf

[162]: Muller MJ, Volmer DA. Mass spectrometric profiling of vitamin D metabolites beyond 25-hydroxyvitamin D. Clin Chem. 2015;61(8):1033–1048. https://doi.org/10.1373/clinchem.2015.241430.

[163]: Stokes CS, Lammert F, Volmer DA. Analytical methods for quantification of vitamin D and implications for research and clinical practice. Anticancer Res. 2018;38(2):1137–1144. http://dx.doi.org/10.21873/anticanres.12332. https://ar.iiarjournals.org/content/38/2/1137.long#page.

[164]: Farrell CJ, Herrmann M. Determination of vitamin D and its metabolites. Best Pract Res Clin Endocrinol Metab. 2013 Oct;27(5):675-88. https://doi.org/10.1016/j.beem.2013.06.001.

[165]: Yin S, Yang Y, Wu L, et al. Recent advances in sample preparation and analysis methods for vitamin D and its analogues in different matrices. Trends Analyt Chem. 2019;110:204–220. https://doi.org/10.1016/j.trac.2018.11.008.

[166]: Rezayi M, Ghayour-Mobarhan M, Tavakoly Sany SB, et al. A comparison of analytical methods for measuring concentrations of 25-hydroxy vitamin D in biological samples. Anal Methods. 2018;10(47):5599–5612. https://doi.org/10.1039/C8AY02146E.

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[168]: Couchman L, Moniz CF. Analytical considerations for the biochemical assessment of vitamin D status. Ther Adv Musculoskelet Dis. 2017;9(4):97–104. https://doi.org/10.1177/1759720X17692500.

[169]: Adamec J, Jannasch A, Huang J, Hohman E, Fleet JC, Peacock M, Ferruzzi MG, Martin B, Weaver CM. Development and optimization of an LC-MS/MS-based method for simultaneous quantification of vitamin D2 , vitamin D3 , 25-hydroxyvitamin D2 and 25-hydroxyvitamin D3. J Sep Sci. 2011 Jan;34(1):11-20. https://doi.org/10.1002/jssc.201000410.

[170]: https://www.vitamindservice.de/3sekunden

[171]: Wissenschaftlicher Lebensmittelausschuss der Europäischen Kommission: Opinion of the Scientific Committee on Food on the Tolerable Upper Intake Level of Vitamin D. (PDF; 385 kB). 2002.