Basiswissen Ernährung (Folge 8): Vitamin K – zuständig für den richtigen Bllutfluss

Die antihämorrhagische Wirkung von Vitamin K wurde erstmals vom dänischen Forscher Carl Peter Henrik Dam im Jahr 1929 an Hühnern beobachtet, die unter einer besonderen Diät ausgeprägte Blutungen bekamen. Er bezeichnete es daher als Koagulationsvitamin. Dam und Schneyder beschrieben das Vitamin K 1935 eingehend und konnten wenig später die chemische Struktur als Naphtochinonderivat aufklären [1].

Die Vitamin-K-Gruppe Vitamin K werden alle Verbindungen zugeordnet, die sich von 2-Methyl-1,4-Naphtochinon, dem so genannten Menadion (Vitamin K₃) ableiten lassen. In der Natur treten dagegen nur Phyllochinon (Vitamin K₁), das von Pflanzen synthetisiert wird, und bakteriell gebildete Menachinone (Vitamin K₂) auf. Daneben existieren noch weitere Chinone mit Vitamin-K-Wirkung. Die Grundstruktur von Vitamin K bildet das 1,4-Naphtochinon. In 2-Stellung ist eine Methylgruppe angehängt, die entscheidend für die Vitaminwirkung ist, wohingegen die langen Seitenketten für die Fettlöslichkeit und andere Eigenschaften bestimmend sind. Charakteristisch für Vitamin K₁ ist die Phytylgruppe am C-3-Atom; Vitamin K₂ ist durch eine Polyisoprenylgruppe gekennzeichnet. Diese kann aus vier bis 13 Isoprenresten, jeweils aus fünf C-Atomen bestehend, zusammengesetzt sein. Es wird dementsprechend zwischen Menachinon-4 bzw. Vitamin K₂ (20-C) und höheren Menachinonen oder Vitamin-K₂-Verbindungen unterschieden. In tierischen Geweben sind Vitamin K₁ und K₂ in verschiedenen Konzentrationen enthalten. Der Grundkörper Menadion (Vitamin K₃) kommt in der Natur nicht vor und hat auch keine Seitenkette, woraus sich seine Wasserlöslichkeit ableiten lässt. Durch eine enzymatische Alkylierung kann es zu Vitamin K₂ umgewandelt werden. Aus pharmakologischer Sicht sind nur Vitamin K₁ und K₂ von Bedeutung. Vitamin K₃ sollte wegen erheblicher Nebenwirkungen dagegen vermieden werden [2, 3].

Vorkommen Vitamin K wird von Pflanzen und einigen Mikroorganismen synthetisiert. Menachinone (Vitamin K₂) werden z. B. von grampositiven Bakterien, unter anderem von einigen Escherichia-coli-Stämmen und Bacterioides fragilis im terminalen Ileum und Colon des Menschen produziert [1]. Ob bakteriell synthetisiertes Vitamin K zur Bedarfsdeckung beiträgt ist jedoch fraglich [2]. Phyllochinon (Vitamin K₁) ist in verschiedenen Konzentrationen in den Chloroplasten von Grünpflanzen enthalten und ist ein Teil des Photosynthese-Apparates [1]. So findet man reichlich Phyllochinon in grünem Gemüse, aber auch in anderen Gemüsearten, Früchten, Milch und Milchprodukten, Muskelfleisch, Eiern und Getreide. Die Verluste bei der Speisenzubereitung sind gering, da Vitamin K relativ robust und unempfindlich gegenüber Hitze und Sauerstoff ist. Tageslicht kann dagegen die Verbindungen rasch zerstören [2].

Resorption und Stoffwechsel Ein Vitamin-K-Mangel ist selten, solange das mit der Nahrung zugeführte Vitamin K resorbiert werden kann. Die Resorption von Vitamin K, das mit der Nahrung aufgenommen wird, findet wie bei allen fettlöslichen Vitaminen statt, indem Pankreaslipase und Gallensäuren als Emulgatoren wirken. Somit kann ein aktiver Transport in die Mukosazellen des Jejunums stattfinden. Die Absorptionsrate liegt zwischen 20 und 70% [1]. Langekettige, mehrfach ungesättigte Fettsäuren, schlecht resorbierbare fettlösliche Substanzen oder Fettersatzstoffe können die Aufnahme hemmen [2]. Von den Mukosazellen des Jejunums gelangt Vitamin K, das an Chylomikronen und andere Lipoproteine, insbesondere LDL gebunden ist, über die intestinale Lymphe in den Ductus thoracicus [1, 2]. Schließlich gelangt es über die Blutbahn in die Leber. Im rauhen endoplasmatischen Reticulum der Hepatozyten wird Vitamin K zu seiner biologisch aktiven Form hydroxyliert. Bei der γ-Carboxylierungsreaktion der Vorstufen der Gerinnungsproteine wirkt das Vitamin als Kofaktor der γ-Glutamyl-Carboxylase und wird selbst zu 2,3-Epoxid umgewandelt. In Abwesenheit von Vitamin K entfällt diese Reaktion und nur die Vorstufen der Gerinnungsproteine erscheinen als gerinnungsaktive Proteine im peripheren Blut. Während 50% des mit gemischter Kost aufgenommenen Vitamins K₁ in glukuronidierter Form über die Gallenwege via Fäzes ausgeschieden werden, gelangen 20% auf dem renalen Weg wieder aus dem Körper. Das wasserlösliche Vitamin K₃ und seine Derivate benötigen dagegen für die Diffusion keine Emulgatoren und werden im Blut transportiert. Während Vitamin K₁ und K₂ hauptsächlich in der Leber gespeichert wird, wird Menadion (Vitamin K₃) nach der Umwandlung in Menachinon-4 auf fast alle Gewebe verteilt, wovon nur 2% in die Leber transportiert werden [2].

Für ein funktionierendes Blutgerinnungssystem ... Allgemein lässt sich die biologische Aktivität von Vitamin K auf die Fähigkeit zurückführen, zwischen den oxidierten und reduzierten Formen zu wechseln [2]. Die am längsten bekannte Funktion von Vitamin K ist die Wirkung auf das Blutgerinnungssystem, die auch seit langem therapeutisch genutzt wird. In der Leber werden inaktive Vorstufen der Gerinnungsfaktoren mittels γ-Glutamylcarb–oxylase aktiviert. Dabei handelt es sich um Gerinnungsproteine (Faktor II, VII, IX und X). Vitamin K wirkt dabei als Cofaktor, indem es in 2,3-Epoxid umgewandelt wird. Im Anschluss wird 2,3-Epoxid in zwei Schritten wieder zu aktivem Vitamin K regeneriert. Die gleiche Vorgehensweise findet man auch bei den Proteinen C, S und Z, wovon C und S als Inhibitoren wirksam sind.

... und für stabile Knochen Vitamin K ist aber auch an der Carboxylierung anderer Proteine beteiligt, die im Plasma, in der Niere und im Knochen vorliegen. Ein Beispiel ist das γ-Carboxyglutamat-haltige Knochenprotein Osteocalcin, das in den Osteoblasten auftritt und etwa 2% des Gesamtproteingehalts des Knochens ausmacht. Osteocalcin ist vor allem in schnell wachsenden Knochenabschnitten zu finden [1, 2, 3]. Wahrscheinlich ist es an der Kontrolle der Gewebsmineralisierung und des Skelett-Stoffwechsels beteiligt. Seine Synthese wird zum Teil in den Osteoblasten durch Vitamin D reguliert. Ergebnisse epidemiologischer Studien zeigten, dass bei Frauen im Alter zwischen 36 und 63 Jahren eine niedrige Vitamin-K-Aufnahme zu einem erhöhten Risiko für Knochenfrakturen führte; dies könnte die Osteocalcinwirkung erklären [2]. Andere Vitamin-K-abhängige Verbindungen sind Atherocalcin und das renale Gla-Protein; zwei carboxylierte Proteine. Wahrscheinlich steht Athreocalcin in Zusammenhang mit der Atherosklerose-Entstehung. Dagegen steht das renale Gla-Protein in Beziehung zum renalen Calciumstoffwechsel. Derzeit sind aber mögliche physiologische und pathophysiologische Beziehungen zwischen Osteocalcin, Atherocalcin sowie dem renalen Gla-Protein noch unklar [1].

Ein Vitamin-K-Mangel ist selten Durch eine ausgewogene Ernährung mit einem hohen pflanzlichen Anteil, kann der Bedarf gedeckt werden, denn wichtige Vitamin-K-Quellen sind Pflanzen. Aufgrund von analytischen Problemen, die bei der Bestimmung des Vitamin-K-Gehalts in Lebensmitteln bestehen, können Angaben über die durchschnittliche Vitamin-K-Zufuhr sehr unterschiedlich sein. So sind gerade beim Erwachsenen Aussagen über den Vitamin-K-Bedarf schwierig. Es wird jedoch angenommen, dass bei einer vollwertigen Kost das Vitamin in ausreichenden Mengen aufgenommen wird. Da beim Gesunden ein ernährungsbedingter Mangel nicht bekannt ist und es bislang keine aussagekräftigen experimentellen Untersuchungen zum Vitamin-K-Bedarf gibt, kann die Deutsche Gesellschaft für Ernährung (DGE) für die angemessene Zufuhr nur einen Schätzwert angeben. Die adäquate Vitamin-K-Zufuhr für alle Altersgruppen mit Ausnahme der Neugeborenen liegt bei 1 µg/kg Körpergewicht. Dieser Wert lässt sich unter Einbeziehung des Prothrombinspiegels ableiten [2]. So werden einem erwachsenen Mann 70 µg/d und einer Frau 60 µg/d empfohlen. Für ältere Personen ab dem 51. Lebensjahr besteht per se kein Mehrbedarf, doch epide–miologische Studien zeigten, dass ein Zusammenhang zwischen der Vitamin-K-Aufnahme und einem erhöhten Frakturrisiko besteht; gerade ältere Menschen können eine geringere Aufnahme bedingt durc Malabsorptionsstörungen und Medikamenteneinnahme haben. Dadurch ist es angemessen, die Zufuhr prophylaktisch zu er–höhen. Für Schwangere dagegen besteht kein Mehrbedarf [4]. Der für Stillende vermutlich –geringe Mehrbedarf wird durch vollwertige Ernährung abgedeckt [2].

Prophylaktisch Vitamin K für Neugeborene Die Vitamin-K-Mangelblutungen im Neugeborenenalter kommen infolge eines unzureichenden Vitamin K-Transportes sowie durch den geringen Vitamin-K-Gehalt in der Frauenmilch (ca. 0,5 µg/100 ml) zustande. Eine weitere Ursache kann ein unzureichendes Milchangebot bei verzögertem Laktationsbeginn sein [2]. Die Blutungen können auftreten, da das Blutgerinnungssystem in diesem Alter zwar funktionell den Erfordernissen entspricht, doch die Konzentration einzelner Faktoren weist im Vergleich zum Erwachsenen Unterschiede auf. Bis die Vitamin-K-abhängigen Gerinnungsfaktoren an das Erwachsenen-Niveau angeglichen sind, bedarf es einiger Wochen [1]. Um diese Blutungen zu vermeiden, wird nach der Geburt prophylaktisch Vitamin K verabreicht. Bis 1992 war die Gabe von 1 mg Vitamin K intramuskulär üblich. Da es über diese Darreichungsform jedoch Berichte über eine mögliche Karzinogenität gab, wird seitdem in Deutschland dem gesunden Neugeborenen 3 mal 2 mg Vitamin K oral verabreicht. Zwar konnten nachfolgende Studien den Verdacht nicht bestätigen, doch lässt sich ein minimales Krebsrisiko nicht vollständig ausschließen. Daneben besteht eine EU-Richtlinie für industriell hergestellte Milchnahrung. Danach ist ein Mindestgehalt von 2,4 µg/100 ml vorgeschrieben [2].

Mangel durch Krankheiten oder Arzneistoffe Beim Erwachsenen konnte in Experimenten lediglich ein marginaler alimentärer Vitamin-K-Mangel erzeugt werden. Aber auch bei diversen Grundkrankheiten wie chronischen Lebererkrankungen, Magen-Darm-Krankheiten, schweren Fettabsorptionsstörungen, totaler parenteraler Ernährung sowie durch langandauernde Medikation mit Antikoagulanzien, Antibiotika, Antiepileptika, Tuberkulostatika oder Salicylate kann ein Vitamin-K-Mangel auftreten [2]. Klinisch wirkt sich ein Mangel oder eine Verwertungsstörung nur auf das Blutgerinnungssystem aus, wenngleich es auch bei der Synthese anderer Substanzen etwa Osteocalcin eine Rolle spielt. Wenn Vitamin K fehlt, so werden die Vitamin-K-abhängigen Gerinnungsproteine in der Leber nicht mehr in ihre aktive Form umgewandelt. Unterschreiten dann die Gerinnungsaktivitäten im peripheren Blut die hämostasiologischen Mindestgrenzen, kommt es zu Spontanblutungen und inadäquaten Blutungen bei Verletzungen (Koagulopathie) [1]. Im Einzelnen ist ein Vitamin-K-Mangel klinisch relevant bei Fettabsorptionsstörungen infolge von Darmerkrankungen. Durch einen Mangel der Vitamin-K-abhängigen Gerinnungsproteine kann eine Hämostasestörung induziert werden; die häufigste ist die hepatogene hämorrhagische Diathese. Des Weiteren können Antibiotika bei gleichzeitiger totaler parenteralen Ernährung ohne Vitamin-K-Zugabe zu einem Mangel führen, da durch die Anti–biotika-Therapie die Bildung von Vitamin K2 durch Darmbakterien beeinträchtigt wird. Letztlich haben Cephalosporine Einfluss auf den Vitamin-K-Zyklus, indem sie Carboxylase- und Epoxidreduktase hemmen, so dass eine Vitamin K-Verwertungsstörung auftritt [1]. Auch Antikoagulanzien und Salicylate hemmen die hepatische Epoxidreduktase; zudem hemmt Warfarin die Synthese von Osteocalcin [4]. Dennoch ist bislang unklar wie sich ein Vitamin-K-Mangel auf die Knochen auswirken kann. Möglicherweise besteht ein –Zusammenhang zwischen Knochenwachstumsstörungen des Fetus unter Warfarin-Therapie der Mutter. Daneben wird auch eine verzögerte Kallusbildung bei Frakturen unter einer Behandlung mit Antikoagulanzien diskutiert. Möglicherweise steht diese mit einer verminderten Osteocalcinsynthese in Verbindung [1]. Doch in Zusammenhang mit der Thromboseprophylaxe macht man sich einen Mangel zunutze: Werden Vitamin-K-Antagonisten ver–abreicht, so verlängert sich die Blutgerinnungszeit. Dabei ist aber keine Vitamin-K-arme Ernährung notwendig [2].

Keine Vitamin-K-Hypervitaminosen bekannt Vitamin K hat eine außerordentlich geringe Toxizität. Selbst bei Mengen im Bereich des 500-fachen Schätzwertes sind keine toxischen Wirkungen bekannt, so dass man davon ausgehen kann, dass es keine Vitamin-K-Hypervitaminosen gibt [1, 2]. Als einzige Ausnahme kann im Rahmen einer Substitutionsbehandlung beim Neugeborenen durch Vitamin K eine Hämolyse ausgelöst werden. In diesem Alter ist der Glucuronidierungsmechanismus noch wenig entwickelt und würde dann durch Vitamin K so sehr in Anspruch genommen werden, dass Bilirubin nicht mehr in ausreichenden Mengen glucuronidiert werden kann. Dies führt zu einer Ausscheidungsstörung für Bilirubin, dem so genannten Ikterus, wodurch die physiologische Hyperbilirubinämie verstärkt und zum pathologischen Ikterus neonatorum ausgeweitet wird [1].

Symptome eines Vitamin-K-Mangels

• Hypoprothrombinämie
• vermehrte Blutungen und Hämorrhagie sichtbare Blutungen im Magen-Darm-Trakt, Urogenitalbereich, an Haut und Schleimhaut (Mund, Nase, Augen) sowie in der Lunge unsichtbare Blutungen in Gehirn, Leber, Nebennieren und in der Retina
• verlängerte Prothrombinzeit
• Neugeborenen-Hämorrhagien Quelle: [4]

Ursachen für Vitamin-K-Mangel beim Menschen

• unzureichende exogene Zufuhr
  • Unterernährung
  • parenterale Ernährung
• mangelhafte Absorption

• ungenügender Gallenfluss
• Malabsorption als Folge gastrointestinaler Störungen
• gestörter Transport
• erniedrigtes Carrierprotein (VLDL)
• Lymphabflussstörungen
• Blockade des Vitamin-K-Zyklus

• Antikoagulanzien (Hemmung der Vitamin-K-Epoxidase und -Reduktase)
• Antibiotika (Hemmung der Vitamin-K-Carboxylase und -Epoxid-Reduktase)
• Megadosierungen von Salicylaten (Hemmung der Vitamin-K-Reduktase)
• Megadosierungen von Vitamin A und E (Hemmung der Vitamin-K-Carboxylase)
• verminderte Verwertung (Leberzirrhose)
• ungenügende Vitamin-K2-Produktion