Vitamine: Klassifikation, Stoffwechselfunktionen und Bedeutung

Vitamine sind organische Mikronährstoffe, die für zahlreiche lebensnotwendige Stoffwechsel- und Regulationsprozesse benötigt werden. Der menschliche Organismus kann sie – mit wenigen Ausnahmen – nicht oder nicht in ausreichender Menge selbst synthetisieren. Sie müssen daher regelmäßig über die Nahrung zugeführt werden.

Im Gegensatz zu den Makronährstoffen (Hauptnährstoffe: Kohlenhydrate, Fette und Proteine (Eiweiß)) liefern Vitamine keine Energie. Sie sind jedoch unverzichtbar für die Energiegewinnung aus den Makronährstoffen, die Zellteilung, die Blutbildung, die Nerven- und Immunfunktion, den Knochenstoffwechsel, die Blutgerinnung sowie für Wachstum, Entwicklung und Regeneration.

Der Begriff „Vitamin“ bezeichnet keine chemisch einheitliche Stoffgruppe. Die einzelnen Vitamine unterscheiden sich hinsichtlich ihrer chemischen Struktur, Resorption (Aufnahme im Darm), Transportwege, Speicherung und biologischen Funktionen. Gemeinsam ist ihnen, dass eine unzureichende Verfügbarkeit zunächst funktionelle und biochemische Veränderungen und bei ausgeprägtem Mangel charakteristische Mangelerkrankungen verursachen kann.

Klassifikation der Vitamine

Vitamine werden nach ihrer Löslichkeit in fettlösliche und wasserlösliche Vitamine eingeteilt. Diese Klassifikation ist klinisch relevant, da sie die Resorption, den Transport, die Speicherung, die Ausscheidung, die Geschwindigkeit der Mangelentwicklung und das Risiko einer Überversorgung wesentlich beeinflusst.

Zum Vitamin-B-Komplex gehören Thiamin (Vitamin B1), Riboflavin (Vitamin B2), Niacin (Vitamin B3), Pantothensäure (Vitamin B5), Pyridoxin (Vitamin B6), Biotin, Folsäure und Cobalamin (Vitamin B12).

Eine Sonderstellung nimmt Vitamin D ein. Es wird traditionell den Vitaminen zugeordnet, besitzt jedoch hormonähnliche Eigenschaften und kann unter Einwirkung von UV-B-Strahlung in der Haut gebildet werden. Bei geringer Sonnenexposition oder verminderter kutaner Syntheseleistung kann die endogene Synthese (körpereigene Bildung) jedoch unzureichend sein.

Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Vitamine sind essentielle oder bedingt essentielle organische Verbindungen, die bereits in kleinen Mengen physiologische Wirkungen entfalten. Essentiell bedeutet, dass der Organismus einen Stoff nicht selbst oder nicht in bedarfsdeckender Menge herstellen kann.

Die Möglichkeiten der körpereigenen Vitaminsynthese sind begrenzt. Neben der Bildung von Vitamin D in der Haut kann Niacin in begrenztem Umfang aus der essentiellen Aminosäure Tryptophan entstehen. Auch das Darmmikrobiom (Gesamtheit der Mikroorganismen im Darm) kann bestimmte Vitamine oder Vitaminvorstufen bilden. Der Beitrag zur systemischen Versorgung ist jedoch vitaminabhängig und reicht nicht grundsätzlich zur Bedarfsdeckung aus.

Wasserlösliche Vitamine werden überwiegend im Dünndarm über spezifische Transportmechanismen aufgenommen. Die Resorption von Vitamin B12 ist besonders komplex und erfordert unter anderem den Intrinsic Factor (im Magen gebildetes Transportprotein) sowie ein funktionsfähiges terminales Ileum (letzter Abschnitt des Dünndarms).

Fettlösliche Vitamine werden gemeinsam mit Nahrungsfetten resorbiert. Voraussetzung sind eine regelrechte Fettverdauung, Gallensäuren und Verdauungsenzyme der Bauchspeicheldrüse. Nach der Aufnahme werden Vitamine frei, an Transportproteine gebunden oder als Bestandteil von Lipoproteinen zu ihren Zielgeweben transportiert. Dort werden sie verwendet, aktiviert, umgewandelt oder gespeichert.

Die Verteilung im Organismus hängt nicht allein von der aufgenommenen Menge ab. Sie wird unter anderem durch Ernährungszustand, Organfunktion, Entzündungsprozesse, Transportproteine, genetische Faktoren, Arzneimittel und den Bedarf der jeweiligen Gewebe beeinflusst.

Funktionen

Vitamine sind an nahezu allen zentralen Stoffwechselwegen beteiligt. Viele B-Vitamine wirken als Coenzyme oder Coenzymvorstufen (Hilfsstoffe für Enzymreaktionen) und ermöglichen Reaktionen im Kohlenhydrat-, Fett-, Protein- und Energiestoffwechsel. Andere Vitamine regulieren die Genexpression (Umsetzung der Erbinformation), wirken antioxidativ oder sind Bestandteil hormonähnlicher Signalwege.

Zu den wichtigsten Funktionsbereichen gehören:

• Energiestoffwechsel und mitochondriale Funktion (Energiegewinnung in den Zellen)
• DNA-Synthese und Zellteilung
• Blutbildung
• Aminosäuren- und Proteinstoffwechsel
• Nerven- und Muskelfunktion
• Immunfunktion und Barrierefunktion von Haut und Schleimhäuten
• Sehvorgang und Zelldifferenzierung
• Antioxidativer Zellschutz
• Knochen- und Bindegewebsstoffwechsel
• Regulation von Calcium und Phosphat
• Blutgerinnung und Gefäßfunktion
• Wachstum, Entwicklung und Regeneration

Zwischen einzelnen Vitaminen bestehen enge funktionelle Beziehungen. Folsäure, Vitamin B6 und Vitamin B12 wirken beispielsweise gemeinsam im Ein-Kohlenstoff-Stoffwechsel (Übertragung einzelner Kohlenstoffgruppen) und im Homocysteinstoffwechsel. Die isolierte Betrachtung eines Vitamins kann solche Abhängigkeiten nur unvollständig abbilden.

Mangelsymptome

Ein Vitaminmangel entwickelt sich häufig stufenweise. Zunächst vermindern sich die körpereigenen Speicher, ohne dass bereits eindeutige Symptome auftreten müssen. Im weiteren Verlauf können funktionelle und laborchemische Veränderungen entstehen. Erst bei fortgeschrittener Unterversorgung entwickelt sich ein klinisch manifester Mangel.

Die Symptomatik hängt vom betroffenen Vitamin, der Dauer und Schwere des Mangels, gleichzeitig bestehenden Nährstoffdefiziten sowie von Alter und Vorerkrankungen ab. Frühe Beschwerden wie Müdigkeit, verminderte Belastbarkeit, Konzentrationsstörungen oder erhöhte Infektanfälligkeit sind häufig unspezifisch.

Mögliche klinische Folgen sind:

• Anämien (Blutarmut) und weitere Störungen der Blutbildung
• Polyneuropathien (Schädigungen mehrerer peripherer Nerven)
• Kognitive und neuropsychiatrische Veränderungen
• Muskelschwäche und Myopathien (Muskelerkrankungen)
• Haut- und Schleimhautveränderungen
• Störungen des Sehvermögens
• Beeinträchtigungen des Knochenstoffwechsels
• Störungen der Blutgerinnung
• Verzögerte Wundheilung
• Wachstums- und Entwicklungsstörungen

Die Diagnostik darf sich nicht ausschließlich auf einen einzelnen Serum- oder Plasmawert stützen. Je nach Vitamin müssen Ernährungsanamnese, klinischer Befund, Risikofaktoren und geeignete funktionelle Biomarker (Laborwerte, die eine vitaminabhängige Stoffwechselfunktion abbilden) gemeinsam berücksichtigt werden.

Risikogruppen

Ein erhöhtes Risiko für eine unzureichende Vitaminversorgung besteht bei verminderter Zufuhr, erhöhtem Bedarf, gestörter Resorption oder gesteigerten Verlusten. Häufig liegen mehrere dieser Mechanismen gleichzeitig vor.

Besonders relevante Risikogruppen und Risikokonstellationen sind:

• Säuglinge, Kinder und Jugendliche in Wachstumsphasen
• Schwangere und Stillende
• Ältere Menschen
• Personen mit einseitigen, restriktiven oder sehr energiearmen Ernährungsformen
• Personen mit veganer Ernährung ohne bedarfsgerechte Vitamin-B12-Supplementierung
• Menschen mit Alkoholkrankheit
• Patienten mit Erkrankungen des Magen-Darm-Trakts oder Malabsorption (gestörter Nährstoffaufnahme)
• Patienten mit Cholestase (Gallenstau) oder exokriner Pankreasinsuffizienz (unzureichende Bildung von Verdauungsenzymen)
• Patienten nach gastrointestinalen oder adipositaschirurgischen Eingriffen
• Patienten unter enteraler oder parenteraler Ernährung
• Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz oder Dialysebehandlung
• Intensivmedizinisch behandelte Patienten
• Personen mit Polypharmazie (gleichzeitige Einnahme mehrerer Arzneimittel)

Arzneimittel können den Vitaminstatus unter anderem durch Veränderungen der Nahrungsaufnahme, Magensäurebildung, Resorption, Aktivierung, Verstoffwechselung oder Ausscheidung beeinflussen. Das Risiko ist insbesondere bei langfristiger Therapie und gleichzeitig bestehenden Ernährungs- oder Resorptionsproblemen relevant.

Nebenwirkungen

Vitamine sind bei bedarfsgerechter Zufuhr unverzichtbar. Eine langfristig überhöhte oder nicht sachgerecht eingesetzte Supplementierung kann jedoch unerwünschte Wirkungen verursachen. Das Risiko hängt von Vitaminform, Dosierung, Anwendungsdauer, Zufuhrweg und individueller Organfunktion ab.

Fettlösliche Vitamine können in der Leber oder im Fettgewebe gespeichert werden. Insbesondere bei langfristig hochdosierter Zufuhr besteht daher die Möglichkeit einer Kumulation (Anreicherung) und Hypervitaminose (Erkrankung durch übermäßige Vitaminzufuhr). Klinisch besonders relevant sind Überdosierungen von Vitamin A und Vitamin D.

Auch wasserlösliche Vitamine sind in hohen Dosen nicht grundsätzlich unbedenklich. Eine langfristig hochdosierte Zufuhr von Vitamin B6 kann beispielsweise eine sensorische Neuropathie (Schädigung der Empfindungsnerven) verursachen. Eine pauschale hochdosierte Supplementierung ohne gesicherte Indikation ist daher nicht mit einer bedarfsgerechten Vitaminversorgung gleichzusetzen.

Interaktionen (Wechselwirkungen)

Vitamine können untereinander sowie mit Mineralstoffen, Spurenelementen, Arzneimitteln und Nahrungsbestandteilen interagieren. Diese Wechselwirkungen können die Resorption, den Transport, die Aktivierung, den Abbau oder die Ausscheidung beeinflussen.

Funktionelle Beziehungen bestehen beispielsweise zwischen Folsäure, Vitamin B6 und Vitamin B12 im Homocysteinstoffwechsel sowie zwischen Vitamin D, Calcium und Phosphat im Knochenstoffwechsel. Vitamin C kann die Resorption von Nicht-Häm-Eisen (pflanzliches und nicht an Häm gebundenes Eisen) verbessern.

Klinisch relevante Arzneimittel-Vitamin-Interaktionen bestehen unter anderem zwischen:

• Vitamin-K-Antagonisten und Vitamin K
• Metformin beziehungsweise Protonenpumpenhemmern und Vitamin B12
• Antikonvulsiva (Arzneimittel gegen epileptische Anfälle) und Folsäure oder Vitamin D
• Methotrexat und dem Folsäurestoffwechsel
• Isoniazid und Vitamin B6
• Gallensäurebindern und fettlöslichen Vitaminen

Die klinische Bedeutung einer Interaktion wird durch Dosierung, Behandlungsdauer, Ausgangsstatus, Ernährung und zusätzliche Risikofaktoren bestimmt.

Versorgungssituation

Eine rechnerisch unzureichende Vitaminzufuhr ist nicht automatisch mit einem klinisch manifesten Mangel gleichzusetzen. Umgekehrt schließt eine durchschnittlich ausreichende Zufuhr einen individuellen Mangel nicht aus. Für die medizinische Beurteilung müssen daher Zufuhrdaten, Biomarker, klinische Befunde und persönliche Risikofaktoren gemeinsam betrachtet werden.

In industrialisierten Ländern sind klassische Vitaminmangelerkrankungen insgesamt seltener geworden. Eine suboptimale Versorgung, verminderte Körperspeicher oder funktionelle Defizite können jedoch weiterhin auftreten. Besonders betroffen sind Personen mit geringer Energieaufnahme, einseitiger Lebensmittelauswahl, erhöhtem Bedarf, Resorptionsstörungen, chronischen Erkrankungen oder langfristiger Arzneimitteltherapie.

Die Versorgungssituation unterscheidet sich zwischen den einzelnen Vitaminen und wird unter anderem durch Alter, Geschlecht, Lebensphase, Ernährungsform, Gesundheitszustand, Arzneimitteltherapie, Supplementgebrauch sowie bei Vitamin D durch Jahreszeit und Sonnenexposition beeinflusst.

Sicherheitsbewertung

Die Sicherheitsbewertung eines Vitamins umfasst neben der Bedarfsdeckung auch die Frage, ab welcher Zufuhrmenge bei langfristiger Einnahme unerwünschte Wirkungen auftreten können.

Für verschiedene Vitamine wurden tolerierbare obere Zufuhrmengen festgelegt. Der Tolerable Upper Intake Level (tolerierbare obere Zufuhrmenge; UL) bezeichnet die höchste langfristige tägliche Gesamtzufuhr, bei der für die Allgemeinbevölkerung voraussichtlich kein relevantes gesundheitliches Risiko besteht. Der UL ist weder eine Zufuhrempfehlung noch ein therapeutischer Zielwert.

Bei der individuellen Bewertung sind Alter, Lebensphase, Leber- und Nierenfunktion, Vorerkrankungen, Arzneimittel, die gleichzeitige Einnahme mehrerer Supplemente, angereicherte Lebensmittel sowie Dauer und Dosierung der Zufuhr zu berücksichtigen. Therapeutische Dosierungen können medizinisch begründet oberhalb allgemeiner Zufuhrempfehlungen liegen, erfordern jedoch eine klare Indikation und gegebenenfalls Verlaufskontrollen.

Zufuhr

Die Referenzwerte für die Vitaminzufuhr orientieren sich am Bedarf gesunder Bevölkerungsgruppen. Sie dienen der Planung und Bewertung der Ernährung, bilden jedoch nicht automatisch den individuellen therapeutischen Bedarf eines Patienten ab.

Der persönliche Bedarf kann durch Lebensphase, Erkrankungen, Resorptionsstörungen, erhöhte Verluste, Arzneimittel und besondere Stoffwechselsituationen verändert sein. Bei Verdacht auf eine Unterversorgung sind deshalb neben der rechnerischen Zufuhr auch Bioverfügbarkeit, Resorption, Transport, Aktivierung, körpereigene Speicher und Verluste zu beurteilen.

Eine Supplementierung kann zur Prävention eines erwartbaren Mangels, zur Behandlung eines nachgewiesenen Defizits oder zur Versorgung besonderer Risikogruppen erforderlich sein. Dosierung und Dauer sollten indikationsbezogen festgelegt werden. Dabei ist die Gesamtzufuhr aus Lebensmitteln, angereicherten Produkten, Nahrungsergänzungsmitteln und Arzneimitteln zu berücksichtigen.

Lebensmittel

Vitamine kommen in unterschiedlichen Konzentrationen und chemischen Formen in pflanzlichen und tierischen Lebensmitteln vor. Eine abwechslungsreiche und bedarfsgerechte Ernährung bildet für die meisten Menschen die Grundlage der Vitaminversorgung.

Wichtige Quellen sind Gemüse und Obst, Vollkornprodukte und Hülsenfrüchte, Nüsse und Samen, Milch und Milchprodukte, Eier, Fleisch, Fisch sowie pflanzliche Öle. Welche Lebensmittel besonders relevant sind, hängt vom jeweiligen Vitamin ab.

Die Bioverfügbarkeit wird nicht allein durch den analytisch bestimmten Vitamingehalt beeinflusst. Von Bedeutung sind auch die chemische Form, die Lebensmittelmatrix, Lagerung, Zubereitung, Zusammensetzung der Mahlzeit und die Funktion des Gastrointestinaltrakts (Magen-Darm-Trakt).

Wasserlösliche sowie hitze-, licht- und sauerstoffempfindliche Vitamine können während Lagerung und Zubereitung verloren gehen. Bei fettlöslichen Vitaminen und Carotinoiden kann eine geringe Menge Nahrungsfett die Resorption verbessern. Eine schonende Verarbeitung und vielfältige Lebensmittelauswahl tragen daher zur Sicherung der Versorgung bei.

Vitamine im DocMedicus Vitalstoff-Lexikon

Das DocMedicus Vitalstoff-Lexikon stellt die Vitamine nach einer einheitlichen Systematik ausführlich dar. Die Artikel behandeln Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung, Funktionen, Mangelsymptome, Risikogruppen, Nebenwirkungen, Interaktionen, Versorgungssituation, Sicherheitsbewertung, Zufuhr und geeignete Lebensmittel.

Im Folgenden sind die ausführlichen Fachbeiträge zu den einzelnen Vitaminen aufgeführt:

• Vitamine A, C, D, E, K
• Vitamin B-Komplex
  • Thiamin (Vitamin B1)
  • Riboflavin (Vitamin B2)
  • Niacin (Vitamin B3)
  • Pantothensäure (Vitamin B5)
  • Pyridoxin (Vitamin B6)
  • Biotin
  • Folsäure (Folat)
  • Cobalamin (Vitamin B12)
• Provitamine
  • Beta-Carotin