Laut WHO gehört die Osteoporose zu den zehn häufigsten Erkrankungen weltweit. 75 bis 200 Millionen Menschen sind davon betroffen, in Deutschland ca. 8 Millionen. Charakteristisch für die Osteoporose ist eine Verminderung der Knochensubstanz und eine Verschlechterung der Knochenarchitektur, die zu einer erhöhten Knochenbrüchigkeit führt.
Jede zweite Frau und jeder fünfte Mann erleiden im Laufe ihres Lebens eine osteoporotische Fraktur. Risikofaktoren für die Osteoporose sind: Alter und Geschlecht. Frauen weisen bei einem vergleichbaren Lebensalter ein etwa doppelt so hohes Risiko für Osteoporose-assoziierte Frakturen auf wie Männer. Wichtige Einflussfaktoren sind die körperliche Aktivität und die Ernährungsgewohnheiten.
Häufig wird Osteoporose als reine Calciummangelerkrankung betrachtet, was aber so nicht zutreffend ist. Quantitativ dominiert beim Knochenaufbau Calcium, für die Qualität der Knochen sind aber viele Ernährungsfaktoren, insbesondere die Versorgung mit Mikronährstoffen, wichtig. Milchprodukte sind keine ideale Calciumquelle. Ausgerechnet die Länder mit dem höchsten Milchkonsum haben auch die höchste Osteoporoserate. In afrikanischen Ländern ist die Osteoporoserate sehr gering, obwohl die Afrikaner meist keine oder nur wenige Milchprodukte verzehren. Bei Osteoporose sind Nahrungsmittel mit Phosphatzusätzen, z. B Schmelzkäse und Softdrinks, nicht zu empfehlen. Ein hoher Kochsalzkonsum, wie in Deutschland üblich, führt zu Calciumverlusten. Auch eine proteinreiche Ernährung erhöht die Calciumausscheidung über die Nieren. Ungünstig sind Genussmittel wie Alkohol, Koffein und Nikotin.
Grundsätzlich wird die Häufigkeit eines Calciummangels eher überschätzt, die Versorgung mit anderen Mikronährstoffen wird meist gar nicht beachtet. Ein Calciumeinbau in die Knochen kann auch nur dann erfolgen, wenn sich der Mensch ausreichend bewegt.
Zum Verständnis der Bedeutung der einzelnen Mikronährstoffe sind einige Grundkenntnisse des Knochenstoffwechsels erforderlich. Knochen ist ein hoch differenziertes Stützgewebe, das auch nach Beendigung des Wachstums ständig umgebaut wird. Die anorganischen Bestandteile des Knochens machen etwa 80 Prozent aus, das anorganische Knochenmaterial setzt sich vorwiegend aus Calciumphosphaten zusammen. 20 Prozent des Knochens bestehen aus organischer Matrix, die hauptsächlich aus Kollagenen besteht. Die Kollagene sind von zentraler Bedeutung für die elastische Festigkeit des Knochens. 10 Prozent der organischen Knochenmatrix sind nicht kollagene Proteine.
Osteoblasten synthetisieren die Knochenmatrix. Osteoclasten sind Zellen, die die feste Kalksubstanz abbauen. Im Knochen finden ständige Umbauvorgänge statt. Die Knochensubstanz wird mechanischen Belastungen angepasst, etwa alle 10 Jahre ist das ganze Skelett einmal erneuert. Der Knochenstoffwechsel wird durch Hormone beeinflusst, die Geschlechtshormone wirken einer Osteoporoseentstehung entgegen. Glucocorticoide begünstigen die Entmineralisierung. Wie bereits erwähnt, haben Mikronährstoffe eine zentrale Bedeutung für die Knochengesundheit. Primär geht es um die Sicherstellung der Versorgung mit allen erforderlichen Knochenbausteinen, was einer Osteoporoseentwicklung entgegenwirkt.
Proteine/ Aminosäuren
Grundsätzlich ist eine gute Proteinversorgung von zentraler Bedeutung für die Knochengesundheit. Eine sehr hohe Proteinzufuhr, insbesondere von tierischen Proteinen, kann sich dann auch wieder nachteilig auf die Knochendichte auswirken. Zu viele proteinhaltige Lebensmittel tierischen Ursprungs erhöhen die Säurebelastung des Organismus und begünstigen die Ausscheidung von Mineralstoffen und Spurenelementen. Proteine pflanzlichen Ursprungs zeigten in den meisten Studien einen günstigen Effekt auf die Knochendichte.
Bei älteren Menschen sollte die Proteinzufuhr etwas höher sein als bei jüngeren, da für den gleichen anabolen Effekt größere Proteinmengen erforderlich sind. Eine Säurebelastung durch den Verzehr von Proteinen kann einfach dadurch ausgeglichen werden, dass mehr Obst und Gemüse gegessen wird. Zur Prävention der Osteoporose ist es wichtiger, mehr Obst und Gemüse zu essen, als die Eiweißzufuhr einzuschränken.
Auch einzelne Aminosäuren beeinflussen den Knochenstoffwechsel. Arginin ist die Ausgangssubstanz für die Bildung von Stickstoffmonoxid und ist auch beim Aufbau der Kollagene beteiligt, da es eine Vorstufe von Prolin ist. Eine Supplementierung mit Arginin konnte bei Frauen mit Osteoporose die Knochendichte verbessern. Eine Kombination der Aminosäuren Arginin und Lysin verbesserte die Aktivität der Osteoblasten. Lysin fördert die Calciumresorption und die Mineralisation der Knochen, außerdem ist Lysin für die Bildung von Kollagenen erforderlich. Jede dritte Aminosäure in den Kollagenmolekülen ist Glycin. Knochen und Bindegewebe haben also einen sehr hohen Glycinbedarf. Inzwischen gibt es mehrere Hinweise aus Studien, dass die endogene Glycinsynthese den Glycinbedarf des Organismus nicht immer decken kann. Deshalb sollte man bei der Behandlung der Osteoporose auch an Glycin denken.
Östrogene haben bekanntlich einen Schutzeffekt gegen Knochenverluste, u. a. dadurch, dass sie die Bildung freier Radikale verhindern. ROS stimulieren die Osteoklasten, die dann den Knochenabbau beschleunigen. Gegen Knochenverluste durch Östrogenmangel sind besonders Thiol-Antioxidantien wie Cystein und Glutathion wirksam.
Auch die Aminosäure Prolin spielt für die Kollagensynthese eine bedeutende Rolle. Im Einzelfall ist bei der Osteoporose dann auch an eine Prolinsupplementierung zu denken.
Vitamin A
Hohe Vitamin-A-Spiegel können die Knochendichte vermindern und das Osteoporoserisiko steigern - so jedenfalls die Aussagen von Publikationen in den letzten Jahren. Allerdings gibt es auch Studien, in denen kein nachteiliger Effekt von Vitamin A auf die Knochendichte nachgewiesen wurde.
Die tolerierbar höchste Dosis von Vitamin A beträgt 10.000 I.E. pro Tag, einschließlich des mit der Nahrung aufgenommenen Vitamin A.
Vitamin D
Vitamin D ist von zentraler Bedeutung für die Knochengesundheit. Eine unzureichende Versorgung beeinträchtigt nachteilig die Knochendichte und die Mineralisierung des Knochens. Vitamin D fördert die Calciumresorption und erhöht die Menge des im Körper gespeicherten Calciums. Die meisten Wissenschaftler sind sich darin einig, dass 25-OH-Vitamin-D3 kleiner 20 Nanogramm/Milliliter mit einer geringeren Knochendichte assoziiert ist. Große Studien haben gezeigt, dass Schenkelhalsfrakturen bei 25-OH-Vitamin-D3- Konzentrationen kleiner 20 - 25 Nanogramm/Mikroliter vermehrt auftreten. Vitamin D spielt auch eine wichtige Rolle für die Muskelkraft, die wiederum für die Vermeidung von Stürzen und Frakturen eine zentrale Bedeutung hat. Ältere Menschen haben ein erhöhtes Risiko für einen Vitamin-D-Mangel, da die Bildung von Vitamin D in der Haut deutlich weniger effizient ist als bei jüngeren Menschen. Außerdem können ältere Menschen immer weniger Vitamin D in seine aktive Form umwandeln.
Vitamin E
Vitamin E ist ein wichtiges fettlösliches Antioxidans mit antientzündlichen Eigenschaften. 2019 wurde von Wissenschaftlern aus Malaysia einen Fachartikel publiziert über die Bedeutung von Vitamin E im Knochenstoffwechsel. Vitamin E kann die Konzentration verschiedener Entzündungsmarker vermindern, woraus sich dann seine antiosteoporotischen Eigenschaften ergeben.
Vitamin K
Vitamin K ist allgemein als ein Vitamin bekannt, das für die Blutgerinnung unerlässlich ist. Inzwischen ist bekannt, dass Vitamin K auch verschiedene andere Funktionen hat und zum Beispiel für den Knochenstoffwechsel und auch für den Schutz der Blutgefäße eine wichtige Rolle spielt. Die Hauptfunktion von Vitamin K ist die Carboxylierung sogenannter GLA-Proteine im Stoffwechsel Durch die Aktivierung der GLA-Proteine sind diese in der Lage, Calcium zu binden. Es gibt verschiedene Vitamin-K-Verbindungen: Vitamin K1 bzw. Phyllochinon und Vitamin K2 bzw. Menachinon. Osteokalcin ist ein GLA-Protein, das den Einbau von Calcium ins Knochengewebe fördert und gleichzeitig den Knochenabbau hemmt. Bei einer unzureichenden Vitamin-K-Zufuhr kommt es zu einer Untercarboxylierung von Osteocalcin. Mehrere Studien haben gezeigt, dass ein Vitamin K-Mangel mit Osteoporose und einem erhöhten Frakturrisiko assoziiert ist. Eine Supplementierung von Vitamin K1 oder Vitamin K2 kann Knochenverluste vermindern, wobei Vitamin K1 im Gegensatz zu Vitamin K2 nicht die Knochenmineraldichte beeinflusst, sondern die Knochenqualität. Die Einnahme von Vitamin K2 (MK–4) reduzierte signifikant das Auftreten von neuen Knochenfrakturen.
B Vitamine
Vitamin B1 ist von zentraler Bedeutung für den Kohlenhydratstoffwechsel. Es ist kein direkter Zusammenhang bekannt zwischen der Vitamin-B1-Versorgung und der Knochengesundheit. Allerdings führt ein Vitamin-B1-Mangel zu Störungen des Energiestoffwechsels des Gehirns, wodurch dann gerade bei älteren Menschen das Sturzrisiko ansteigen kann, was wiederum das Risiko für Frakturen erhöht.
Es gibt einige Hinweise aus Studien, dass eine niedrige Vitamin-B2-Zufuhr mit einer niedrigeren Knochendichte assoziiert war. Ein Vitamin B2-Mangel begünstigt die Entstehung erhöhter Homocysteinkonzentrationen, die sich nachgewiesenermaßen negativ auf den Knochenstoffwechsel auswirken.
Vitamin B6 ist aus verschiedenen Gründen wichtig für den Knochenstoffwechsel. Vitamin B6 ist Cofaktor der Lysyloxidase, die für die Quervernetzung der Kollagene eine wichtige Rolle spielt. Bei einer Störung dieser Quervernetzung sind die mechanischen Eigenschaften des Knochens vermindert. Vitamin B6 dürfte auch für das Zusammenspiel zwischen Osteoblasten und Osteoclasten eine Rolle spielen. Die Rotterdam-Studie zeigte, dass eine niedrigere Aufnahme von Vitamin B6 mit einer niedrigeren Knochendichte und einem höheren Frakturrisiko assoziiert war. Die „Framingham Osteoporosis Studie“ fand einen Zusammenhang zwischen niedrigen Vitamin-B6-Spiegeln und einem erhöhten Risiko für Schenkelhalsfrakturen und einer verminderten Knochendichte.
Die Vitamine B6, B12 und Folsäure sind für den Homocysteinabbau erforderlich. Erhöhte Homocysteinkonzentrationen gelten inzwischen als Risikofaktor für die Entwicklung einer Osteoporose. Homocystein wirkt hauptsächlich dadurch knochenschädigend, dass es den Aufbau der Knochenmatrix stört und die Osteoclasten aktiviert. Von den drei erwähnten Vitaminen hat die Folsäure den stärksten Effekt auf den Homocysteinabbau und damit auch auf das Frakturrisiko.
Vitamin C
Vitamin C ist ein wichtiges wasserlösliches Antioxidans. Es stimuliert die Bildung der Prokollagene und wird für die Verkettung der Kollagenmoleküle benötigt. Erst dadurch erhalten das Bindegewebe und die Knochen ihre Stabilität und Festigkeit. Außerdem stimuliert Vitamin C die Aktivität der alkalischen Phosphatase, einem Marker für die Osteoblastenbildung. In mehreren Studien war eine höhere Vitamin-C-Aufnahme mit einer besseren Knochendichte assoziiert. Das Frakturrisiko wurde durch eine höhere Vitamin-C-Aufnahme vermindert.
Spurenelemente
Zink ist ein essenzieller Cofaktor für alle Wachstumsvorgänge. Bei einem Zinkmangel kommt es zu einer Verminderung des Knochenwachstums. Mit zunehmendem Lebensalter ist eine Verminderung des Zinkgehaltes der Knochen zu beobachten. Zink fördert die Bildung der Osteoblasten und vermindert die Bildung der Osteoklasten. Eine Zinksupplementierung kann also zu einem Anstieg der Knochenmasse führen. Der Knochen ist insgesamt ein wichtiger Zinkspeicher und enthält ca. ein Drittel des Körperzinkgehalts
Kupfer ist Bestandteil des Enzyms Lysyloxidase und damit für die Verflechtung der beiden Bindegewebseiweiße Kollagen und Elastin erforderlich. Bei einem Kupfermangel kommt es zu einer verminderten Aktivität der Lysyloxidase. Kupfer moduliert auch die Differenzierung und Proliferation der Vorläuferzellen der Osteoblasten.
Mangan ist ein Cofaktor der Glycosyltransferasen, welche für die Synthese von Proteoglykanen benötigt werden. Letztere sind für die Bildung von Knorpel und Knochen wichtig. Bei Tieren führt ein Manganmangel zu erheblichen Knochenschäden. Für den Menschen ist eine solche Auswirkung noch nicht nachgewiesen. Die Kombination von Calcium, Zink, Mangan und Kupfer erwies sich für die Zunahme der Knochendichte bei postmenopausalen Frauen als deutlich wirksamer als eine reine Calciumtherapie.
Auch das Spurenelement Eisen hat einen Einfluss auf die Knochendichte. Dabei spielen verschiedene Mechanismen eine Rolle. Eisen ist erforderlich für die Bildung der Kollagene und ist am Vitamin D-Metabolismus über das Cytochrom–P450-System beteiligt. Darüber hinaus ist Eisen an der Säure-Base-Regulation beteiligt. Eine metabolische Azidose oder eine lokale Übersäuerung begünstigen den Abbau von Knochensubstanz durch Aktivierung der Osteoklasten.
Mineralstoffe
In mehreren Studien zeigte sich ein positiver Zusammenhang zwischen der Kaliumaufnahme und dem Knochenstatus. Kalium verstärkt die Calciumrückresorption in den Nieren und spielt auch eine wichtige Rolle für die Neutralisierung der Säurelast durch die Ernährung. Ein extrazelluläres saures Milieu in den Knochen führte zu einer Aktivierung der Osteoklasten und zu einer Hemmung der Osteoblasten, was dann letztlich zu einem Nettoverlust von Calcium aus dem Skelett führte. Basische Kaliumverbindungen wie Kaliumcitrat können eine Aktivierung der Osteoklasten verhindern und haben deshalb einen positiven Einfluss auf die Knochendichte.
Die Natriumzufuhr ist in den Industrieländern deutlich höher als empfohlen. Eine hohe Zufuhr von Kochsalz verstärkt die Calciumausscheidung und begünstigt eine geringere Knochendichte.
Ca. 60 % des Gesamtkörperbestandes von Magnesium befindet sich in den Knochen. Magnesium spielt eine wichtige Rolle für die Kristallisation von Hydroxylapatit. Außerdem reguliert Magnesium den Calciumtransport im Darm. Ein Magnesiummangel vermindert auch die Bildung von biologisch aktivem Vitamin D. Die Magnesiumkonzentrationen waren bei Frauen mit Osteoporose signifikant niedriger als bei Frauen ohne Osteoporose. In Beobachtungsstudien korrelierte die Magnesiumsaufnahme signifikant mit der Knochendichte und hatte einen Schutzeffekt gegen Knochenverluste. Aufgrund der derzeitigen Datenlage ist eine Magnesium-Supplementierung zur Prävention der Osteoporose auf jeden Fall zu empfehlen.
Calcium ist das Hauptmineral der Knochenmasse, fast 99 % des Calciums sind in den Knochen in Form von Hydroxylapatit enthalten. Calcium ist ein wichtiger Mikronährstoff bei der Vorbeugung und Behandlung der Osteoporose, aber bei weitem nicht der einzige. Eine ausschließliche Calcium-Supplementierung führte nur zu einer minimalen Erhöhung der Knochendichte, vermindert aber das Frakturrisiko kaum. Eine Calcium- Supplementierung ist nur bei einem bestehenden Calciummangel sinnvoll. Dabei ist zu beachten, dass Calcium nur bei ausreichender körperlicher Bewegung in die Knochen eingebaut wird. Es gibt auch zunehmend Hinweise, dass eine hoch dosierte Calciumtherapie das Risiko für Arteriosklerose erhöhen kann.
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