Kalzium – für Knochen, Muskulatur, Zellen und Nervensystem

Kalzium ist der mengenmäßig wichtigste Mineralstoff. Das Mengenelement übernimmt wichtige Funktionen in den Knochen und Zähnen, im Energie- und Hormonstoffwechsel, bei der Blutgerinnung, bei der Muskel- und Nervenerregbarkeit sowie für das Wachstum und die Zellteilung.

1. Grundlagen

Funktionen und Wirkungsweisen

Knochen und Zähne

Kalzium sorgt für Aufbau, Erhalt, Stabilität und Festigkeit der Knochen.

Während der Wachstumsphase im Kindes- und Jugendalter findet ein ständiger Knochenaufbau statt. Dabei wird viel Kalzium in den Knochen eingelagert. Das Maximum wird etwa mit dem 30. Lebensjahr erreicht (peak bone mass). Anschließend nimmt die Knochenmasse Jahr für Jahr wieder etwas ab.

Kalzium-Ionen liegen zusammen mit Phosphat-Ionen gespeichert als Hydroxylapatit in den Knochen vor. Das Knochengewebe ist für den menschlichen Organismus der wichtigste Kalziumspeicher. Bei Neugeborenen sind etwa 25 bis 30 g (0,8 % des Körpergewichts), bei erwachsenen Männern 900 bis 1.300 g und bei erwachsenen Frauen 750 bis 1.100 g (1,7 % des Körpergewichtes) in Knochen und Zähnen eingelagert. Das entspricht fast 99 % des gesamten Körperkalziums. Nur etwa 1 % ist in anderen Körpergeweben und Körperflüssigkeiten vorhanden. Der intrazelluläre Kalziumgehalt ist damit zehntausendfach niedriger als der extrazelluläre Kalziumanteil.

Das Mineral sorgt ebenso für Aufbau, Erhalt, Stabilität und Festigkeit der Zähne.

Zugelassene Health Claims: „Kalzium wird für die Erhaltung normaler Knochen benötigt.“; „Kalzium wird für die Erhaltung normaler Zähne benötigt.“

Zellen

Als second messenger beeinflusst der Mineralstoff die Zellteilung und -spezialisierung.

Als Kalzium-Calmodulin-Komplex ist es in der Lage, zellspezifische Antworten auszulösen. Im Vordergrund steht die Aktivierung von Kinasen, die ein oder mehrere Proteine beziehungsweise Enzyme phosphorylieren.

Es gewährleistet weiterhin den Austausch von niedermolekularen Signal-, Nähr- und Vitalstoffen über sogenannte gap junctions (Zellverbindungen) und aktiviert Enzyme der Glykolyse sowie Glykogensynthese.

Zugelassener Health Claim: „Kalzium hat eine Funktion bei der Zellteilung und -spezialisierung.“

Nervensystem (Reizweiterleitung)

Ebenfalls als second messenger sorgt Kalzium für die Erregbarkeit von Nervenzellen.

Es ist an der Freisetzung von Neurotransmittern wie Glutamat, Gamma-Aminobuttersäure (GABA) und Aspartat sowie von den Monoaminen Noradrenalin, Dopamin, Serotonin beteiligt.

Zugelassener Health Claim: „Kalzium trägt zu einer normalen Signalübertragung zwischen den Nervenzellen bei.“

Muskelkontraktion

Das Mengenelement beeinflusst auf ähnliche Weise die Erregbarkeit von Muskelzellen.

Zugelassener Health Claim: „Kalzium trägt zu einer normalen Muskelfunktion bei.“

Herz-Kreislauf-System (Blutgerinnung)

Kalzium aktiviert die Kaskade der Blutgerinnung.

Zugelassener Health Claim: „Kalzium trägt zu einer normalen Blutgerinnung bei.“

Verdauung

Kalzium reguliert die Sekretion von Enzymen endokriner Drüsen, wie beispielsweise die Insulinausschüttung in der Bauchspeicheldrüse.

Zugelassener Health Claim: „Kalzium trägt zur normalen Funktion von Verdauungsenzymen bei.“

Extra: Regulation Kalziumstoffwechsel

Die Regulation des Kalziumhaushalts ist äußerst komplex und wird engmaschig gesteuert.

Blutkonzentration: Die Konzentration von Kalzium im Blut wird in engen Grenzen gehalten und ist damit kein geeigneter Indikator für einen Kalziummangel. Vielmehr wird bei einer Unterversorgung mit Kalzium über die Nahrung dessen Freisetzung aus körpereigenen Speichern (Knochen, Zähne) gefördert.

Anstieg der Blutkonzentration: Steigt der Blutkalziumspiegel, so wird das Schilddrüsenhormon Calcitonin ausgeschüttet. Dieses bewirkt eine verstärkte Kalziumeinlagerung in die Knochen und damit eine Senkung des Blutkalziumspiegels. Gleichzeitig wird der Abbau der Knochen gehemmt (Hemmung Osteoklasten). Zusätzlich wird Kalzium vermehrt über die Nieren ausgeschieden. Calcitonin wirkt antagonistisch zum Parathormon und hemmt dessen Wirkungen.

Abfall der Blutkonzentration: Sinkt der Blutkalziumspiegel, wird Parathormon aus der Nebenschilddrüse ausgeschüttet. Es aktiviert Vitamin D, das wiederum die Bildung eines Kalzium-bindenden Carrier-Eiweißes in der Darmschleimhaut fördert und so die Kalziumresorption verstärkt. Zusätzlich bewirkt Parathormon eine verstärkte Kalziumfreisetzung aus den Knochen. Gleichzeitig wird der Knochen verstärkt abgebaut (Aktivierung Osteoklasten). Kalzium wird verstärkt rückresorbiert; die Ausscheidung sinkt. Parathormon wirkt antagonistisch zum Calcitonin und hemmt dessen Wirkungen.

Einfluss Phosphatstoffwechsel: Es besteht eine enge Beziehung zwischen dem Kalzium- und Phosphatstoffwechsel. Das Parathormon der Nebenschilddrüse reguliert neben der Einlagerung und Mobilisierung von Kalzium im Skelett auch die Phosphatausscheidung über die Nieren.

Präventive und ernährungstherapeutische Relevanz

Einnahme von Glukokortikoiden

Die Mobilisierung der Kalziumreserven und die Anti-Vitamin D-Wirkung führt zum Verlust von Knochensubstanz. Langfristig kann es zum Krankheitsbild der Osteoporose kommen. Ausreichend Kalzium und Vitamin D verlangsamen oder stoppen den Knochenabbau.

Arteriosklerose

Schon länger besteht der Verdacht, dass eine Supplementation mit Kalziumpräparaten die Arterienverkalkung begünstigt und damit das kardiovaskuläre Risiko erhöht. Die Daten hierzu sind widersprüchlich.

Während die großangelegte Framingham-Studie die Vermutung nicht bestätigen konnte [Sam 2012], gibt eine Analyse von Najdat Bazarbashi und Kollegen erneut Anlass zur Sorge [Baz 2021]. Mittels einer speziellen Bildgebung konnte eine fortschreitende Verkalkung belegt werden. Der Effekt zeigte sich aber nur bei PatientInnen mit nachgewiesener Plaqueprogression.

Werden Milch und Milchprodukte weggelassen, kann die Kalziumzufuhr ungenügend sein. Das ist langfristig insbesondere in Bezug auf die Knochengesundheit und das Osteoporose-Risiko problematisch. Es sollten verschiedene Joghurt- und Käsesorten auf deren Bekömmlichkeit getestet werden, um einige Milchprodukte auch weiterhin als Kalziumquelle nutzen zu können. Zu empfehlen sind zudem kalziumreiche Mineralwässer.

Osteoporose (Knochenschwund)

Umso besser die Kalziumversorgung vor allem in jungen Jahren ist, umso niedriger ist das Osteoporoserisiko im höheren Alter. Eine ausreichende Zufuhr senkt bei Patienten die Häufigkeit von Knochenbrüchen – insbesondere von Oberschenkelhalsbrüchen.

Um eine ausreichende Zufuhr zu gewährleisten und die Kalziumbilanz zu verbessern, gibt es verschiedene Möglichkeiten.

Während die Leitlinienkommission die Zufuhr von Kalzium und Vitamin D als therapeutischen Goldstandard für wissenschaftlich erwiesen hält, äußern sich Kritiker immer wieder mit Studienergebnissen, nach denen die alleinige Nährstoffgabe von Kalzium und Vitamin D nicht ausreicht, um das Frakturrisiko zu senken [Jac 2007]. Hier können eventuell ergänzende Maßnahmen unterstützend wirken.

Zugelassener Health Claim: Kalzium trägt dazu bei, den Verlust an Knochenmineralstoffen bei postmenopausalen Frauen zu verringern. Eine geringe Knochenmineraldichte ist ein Risikofaktor für durch Osteoporose bedingte Knochenbrüche.

Harnsteine (Urolithiasis)

Kalzium und Magnesium vermögen Oxalsäure im Darm zu binden und dessen Ausscheidung über die Nieren zu vermindern. Andererseits kann eine zu hohe Aufnahme an Kalzium die Bildung fördern. Daher liegt die optimale Kalziumzufuhr zwischen 1,0 und 1,2 g täglich.

Vorkommen und Bedarf

Vorkommen

Kalzium kommt besonders in Käse, bestimmten Mineralwassern, angereicherten Fruchtsäften sowie einigen grünen Gemüsen vor. Entscheidend ist immer auch die Kombination verschiedener Kalziumquellen unter Berücksichtigung der tatsächlich verzehrten Menge.

Die Einteilung der Lebensmittel nach dem Kalziumgehalt ergibt sich aus der Verordnung für gesundheitsbezogene Angaben. Lebensmittel dürfen sich als „reich an Kalzium“ bezeichnen, wenn das Lebensmittel mehr als 30 % der empfohlenen Tagesdosis an Kalzium enthält. Lebensmittel dürfen mit „nennenswerter Kalziumquelle“ ausgelobt werden, wenn es mehr als 15 % der empfohlenen Tagesdosis an Kalzium enthält.

Milch und Milcherzeugnisse: Fettarme Milchprodukte sind hingegen eher kalziumarm. In Käse sind die Gehalte sehr unterschiedlich: Labkäse enthält höhere Mengen als Sauermilchkäse. Mit abnehmendem Wassergehalt und zunehmendem Reifegrad steigt der Kalziumgehalt (Weichkäse < Schnittkäse < Hartkäse).

Gemüse: Kalziumreiche Lebensmittel in anderen Lebensmittelgruppen sind meist wenig praxisrelevant. Unter den Gemüsesorten weisen Kräuter bezogen auf 100 g die höchsten Gehalte auf. Unter Berücksichtigung üblicher Portionsgrößen ist die Aufnahme jedoch vernachlässigbar. Andere nennenswerte Quellen wie Spinat weisen höhere Gehalte an Oxalsäure auf, die die Aufnahme von Kalzium hemmen.

Nüsse und Samen: Unter den Nüssen besitzen Haselnüsse, Mandeln und Paranüsse die höchsten Gehalte. Samen wie Sesam und Mohn enthalten noch mehr Kalzium; werden jedoch nur selten und eher in geringen Mengen verzehrt.

Getränke: Unter den Getränken gibt es ebenfalls große Variationen. Mineralwasser können kalziumarm bis kalziumreich sein. Hier hilft nur ein Blick in die entsprechenden Tabellen. Zudem sind auf dem Markt mit Kalzium angereicherte Fruchtsäfte erhältlich. Diese können zwar nennenswert zur Versorgung beitragen, sollten aufgrund des Energie- bzw. Zuckergehaltes jedoch nur in begrenzten Mengen getrunken werden.

Bedarf

Gesunde Erwachsene: Nach den D-A-CH– und RDA-Referenzwerten für die Nährstoffzufuhr liegt der tägliche Bedarf für gesunde Erwachsene bei 1.000 mg. Der Bedarf in Schwangerschaft und Stillzeit ist nicht erhöht.

Ist-Versorgung: Nach dem DGE-Ernährungsbericht 2014 ist die Kalziumzufuhr vor allem bei Kindern und Jugendlichen unter 19 Jahren im Durchschnitt unzureichend. Aber auch die älteren Altersgruppen nehmen nicht genügend Kalzium auf. Die durchschnittliche Aufnahme liegt in Deutschland bei 85,4 % des Gesamtkalziumbedarfs.

Risikogruppen: Senioren; Personen mit Laktoseintoleranz, Osteoporose oder mit Einnahme von Glukokortikoiden

Symptome einer Unter- und Überversorgung

Mangelerscheinungen

Ursachen

Eine Unterversorgung an bestimmten Nährstoffen oder Erkrankungen können zu einem Mangel führen.

Erkrankungen: Unterfunktion der Nebenschilddrüse, Nierenschwäche, eine gestörte Aufnahme aus dem Darm/Resorptionsstörungen

Ernährung: Mangel an Eiweiß, Vitamin D, andauernder Phosphatüberschuss in der Nahrung, Fehlernährung/Unterernährung (mangelnde Aufnahme Milch und Milchprodukte, kalziumhaltiger Lebensmittel)

Symptome/ Folgen

Ein langanhaltender, chronischer Mangelzustand führt – vor allem bei Frauen in den Wechseljahren – zum klinischen Bild der Osteoporose, da Kalzium aus den Knochen mobilisiert wird.

Im Säuglings- und Kindesalter kommt es hingegen zu Wachstums- und Entwicklungsstörungen von Knochen und Zähnen. Diese können wenig Kalzium einlagern und bleiben weich, was zu typischen Verformungen der Knochen führt.

Akute Versorgungsengpässe äußern sich zuerst in einer gestörten Muskelfunktion, die sich von Muskelzuckungen bis hin zu anhaltenden Muskelkrämpfen erstrecken.

Es können eine Tetanie mit Muskelkrämpfen vor allem der Mittelhand- und der Mittelfußmuskulatur, Kribbeln oder tauben Gefühlen, Verwirrtheit und depressiven Stimmungsschwankungen auftreten. Liegt gleichzeitig ein Magnesium- oder Kaliummangel vor, kann sich die neuromuskuläre Erregbarkeit verstärken.

Toxizität

Ursachen

Mögliche Ursachen sind eine Überfunktion der Nebenschilddrüse, Tumorerkrankungen oder eine Überdosierung von Arznei- und Nahrungsergänzungsmitteln.

Symptome/ Folgen

Eine akute Überversorgung (über 2,5 Gramm) hemmt die Eisenaufnahme, führt zu Verstopfungen und erhöht das Harnsteinrisiko. Zu den Symptomen zählen allgemeine Schwäche, leichte Ermüdbarkeit, Appetitlosigkeit, depressive Verstimmung, Übelkeit und Erbrechen, Verstopfung, gesteigerter Durst und vermehrtes Wasserlassen, Gewichtsabnahme und Austrocknung auf. In schweren Fällen sind Bewusstseinsstörungen und Koma möglich.

Eine chronische Überversorgung kann in den Nieren und Weichteilen zu Ablagerungen von Kalzium führen, wodurch deren Funktion gestört wird.

Bioverfügbarkeit und Interaktionen

Etwa 1/3 des täglich aufgenommenen Kalziums wird resorbiert, wobei die Aufnahmerate aus Nahrungsmitteln sehr unterschiedlich ist:

Fleisch, Fisch < Getreide, -erzeugnisse < Gemüse, Obst < Milch, Mineralwasser < Muttermilch

Zudem wird die Resorption durch verschiedene Faktoren beeinflusst (↓ negativer Einfluss; ↑ positiver Einfluss).

Einfluss durch Lebensmittel und Küchentechnik

↓ geringer Fettanteil der Nahrung (Aufnahme ↓)

↓ Transitzeit der Nahrung im Darm

↑ Obst und Gemüse (Alkalisierung des Harns → Ausscheidung über Nieren ↓)

Einfluss durch Nährstoffe

↓ Kalium (hohe Zufuhr → Ausscheidung über Nieren ↓)

↓ Oxalsäure (Komplexbildung → Aufnahme ↓)

↓ Lignine (Komplexbildung → Aufnahme ↓)

↓ Phytinsäure (Komplexbildung → Aufnahme ↓)

↓ einige Zusatzstoffe

↓ hohe Mengen Phosphor (Aufnahme ↓)

↑ Vitamin D

↑ einige Aminosäuren wie Lysin (Aufnahme ↑)

↑ Zitronensäure (Aufnahme ↑)

↑ Ballaststoffe (Produktion kurzkettiger Fettsäuren → Aufnahme ↑)

Einfluss durch Medikamente

↓ Antazida/ H2-Blocker (Nizatidin, Famotidin, Ranitidin, Cimetidin)

↓ Säureblocker (Omeprazol, Pantoprazol)

↓ Glukokortikoide

↓ Antiepileptika

↓ Antibiotika (Tetracyclin)

↓ Kalziumkanalblocker

Extra: Kalzium und Vitamin D

Vitamin D ist wichtig für die Kalziumhomöostase.

Darm: Vitamin D steuert hier die Kalzium- und Phosphataufnahme, indem es deren Aufnahme und Transport durch die Darmwandzellen stimuliert (Bildung des Kalzium-bindenden Transportproteins Calbindin ↑). Ohne Vitamin D werden nur etwa 10-15 % des Kalziums aufgenommen, mit bis zu 40 % [Hol 2007]. Bei niedrigen Blutkalziumspiegeln wird dessen Aufnahme weiter gesteigert und die Ausscheidung vermindert. Bei hohen Blutkalziumspiegeln ist es umgekehrt: die Aufnahme im Darm sinkt und die Ausscheidung über die Nieren steigt.

Nebenschilddrüsen: Gleichzeitig beeinflusst das Vitamin die Nebenschilddrüsen und die Wirkung des Parathormons (PTH). Während PTH die Aktivierung von Vitamin D fördert, senkt dieses wiederum die Ausschüttung des Parathormons aus der Nebenschilddrüse. Hierdurch wird verhindert, dass der Kalziumspiegel zu sehr in eine Richtung (steigernd oder senkend) stimuliert wird.

Nieren: In den Nieren hemmt 1,25-D3 in einem negativen Feedback-Mechanismus dessen eigene Aktivierung aus 25-D3. Stattdessen stimuliert es die Hydroxylierung zum inaktiven 24,25-D3 und verhindert so eine Überversorgung an Vitamin D und eine Übersättigung mit Kalzium.

Der enge Zusammenhang zwischen diesen beiden Mikronährstoffen führt dazu, dass Kalzium-abhängige Funktionen auch durch Vitamin D reguliert werden. So wurden beispielsweise positive Effekte auf die Freisetzung von Insulin oder auf das kardiovaskuläre System nachgewiesen.

Versorgungslage

Vorab-Bemerkung: Es sind unterschiedliche Referenzwerte von Labor zu Labor möglich. Auch gibt es potenziell mögliche Fehlinterpretationen.

Ionisiertes Kalzium (Heparin-Blut)

Dieser Parameter wird bei Hypokalzämie (Hypoparathyreoidismus, Vitamin D-Mangel, Malabsorption, Niereninsuffizienz) und Hyperkalziämie (Malignome, primärem Hyperparathyreoidismus, Vitamin D-Überdosierung oder langer Bettlägerigkeit) bestimmt. Es ist keine Aussage über den Versorgungsstatus über die Nahrung möglich.

Normwert: <1,3 mmol/l bzw. 55 – 70 mg/l

Kalzium (Serum)

Der Kalziumspiegel im Serum ermöglicht eine Beurteilung nur im Zusammenhang mit dem Gesamteiweiß. Es ist keine Aussage über den Versorgungsstatus über Nahrung möglich.

Normwert: 2,15-2,55 mmol/l

Kalzium (Urin)

Es ist keine Aussage über den Versorgungsstatus über Nahrung möglich.

Normwert: <0,57 mmol/mmol Kreatinin

Kalziumgehalt der Nahrung

Die Zufuhrmenge über die Nahrung ist neben der Knochendichtemessung im Alter derzeit der zuverlässigste Parameter zur Überprüfung des Versorgungsstatus über die Nahrung. Dieser kann anhand eines Ernährungsprotokolls berechnet oder auch per Befragung/Fragebogen geschätzt werden (z. B. über Kalziumrechner online).

Normwert: 1.000 mg/Tag

Praktische Hilfsmittel und weitere Informationen

Fragebogen zur individuellen Kalziumaufnahme

Die Rheuma-Liga Schweiz stellt auf Ihrer Webseite einen Fragebogen zur individuellen Kalziumaufnahme zur Verfügung. Dieser Rechner schätzt anhand des täglichen Konsums von Getränken und Lebensmitteln die durchschnittliche Kalziumaufnahme ab.

Berücksichtigt werden Milcherzeugnisse, Sojaprodukte und Hülsenfrüchte, Gemüse, Nüsse und Samen sowie Leitungswasser und kalziumreiche Mineralwasser. Auch werden Nahrungsergänzungsmittel mit in die Bilanz aufgenommen.

Anhand der Auswertung kann abgeschätzt werden, ob die tägliche Aufnahme den Bedarf deckt.

Der Fragebogen ist auf der Website der Rheuma-Liga Schweiz verfügbar.

Infografiken Kalzium

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