Phosphor – Definition, Synthese, Resorption, Transport und Verteilung

Phosphor ist ein chemisches Element mit dem Elementsymbol P. Als Nichtmetall steht es in der 5. Hauptgruppe des Periodensystems und trägt die Ordnungs- beziehungsweise Atomzahl 15. Die Häufigkeit des Phosphors in der Erdkruste wird mit 0,09 % angegeben [4, 8].

Phosphor stellt ein für den Menschen essentiellen (lebensnotwendigen) Mineralstoff dar und ist nach Calcium das mengenmäßig häufigste Mineral im Körper [4, 7, 27].

Da Phosphor sehr reaktionsfähig ist, kommt es in der Natur ausschließlich in gebundener Form, vor allem in Verbindung mit Sauerstoff (O) als Salz der Phosphorsäure (H3PO4) – Phosphat (PO43-), Hydrogenphosphat (HPO42-), Dihydrogenphosphat (H2PO4-) – und als Apatit (Kurz- und Sammelbezeichnung für eine Gruppe chemisch ähnlicher, nicht näher bestimmter Minerale mit der allgemeinen chemischen Formel Ca5(PO4)3(F,Cl,OH)), wie Fluor-, Chlor- und Hydroxylapatit, vor. Im menschlichen Organismus ist Phosphor wesentlicher Baustein von organischen Verbindungen, wie Kohlenhydraten, Proteinen, Lipiden, Nukleinsäuren, Nukleotiden und Vitaminen, sowie von anorganischen Verbindungen, von denen insbesondere Calciumphosphat beziehungsweise Hydroxylapatit (Ca10(PO4)6(OH)2), das im Skelett und in den Zähnen lokalisiert ist, von Bedeutung ist. In seinen Verbindungen liegt Phosphor vor allem in den Wertigkeitsstufen -3, +3 und +5 vor [2, 4, 12, 18, 27].

Phosphor ist praktisch in allen Lebensmitteln enthalten. Hohe Phosphatmengen finden sich insbesondere in proteinreichen Lebensmitteln, wie Milchprodukten, Fleisch, Fisch und Eiern. Aufgrund des Einsatzes von Phosphaten – bestimmte Orthophosphate (PO43-), Di-, Tri- und Polyphosphate (Kondensationsprodukte zweier, dreier beziehungsweise mehrerer Orthophosphate) – als Lebensmittelzusatzstoffe, beispielsweise als Säureregulatoren (Konstanthaltung des pH-Wertes), Emulgatoren (Verbindung zwei nicht miteinander mischbarer Flüssigkeiten, wie Öl und Wasser), Antioxidationsmittel (Verhinderung einer unerwünschten Oxidation), Konservierungsstoffe (antimikrobielle Wirkung, Haltbarmachung) und Trennmittel, weisen zudem industriell verarbeitete Lebensmittel, wie Fleisch- und Wurstwaren, Schmelzkäse, Brot und Backwaren, Fertiggerichte und -soßen sowie colahaltige Getränke und Limonaden, einen teilweise hohen Phosphatgehalt auf [4, 7-9, 15, 16, 18, 25, 27].

Resorption

Über die Nahrung zugeführtes Phosphat liegt meist in Form von organischen Verbindungen vor – zum Beispiel Phosphoproteine, Phospholipide – und muss zunächst durch spezifische Phosphatasen (Enzyme, die durch Wassereinlagerung aus Phosphorsäureestern oder Polyphosphaten Phosphorsäure abspalten) der Bürstensaummembran der Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) freigesetzt werden, um im Anschluss im Duodenum (Zwölffingerdarm) und Jejunum (Leerdarm) als anorganisches Phosphat resorbiert (aufgenommen) werden zu können [2, 8, 9, 15, 16, 25]. Polyphosphate (Kondensationsprodukte mehrerer Orthophosphate), die etwa 10 % der täglichen Phosphataufnahme ausmachen, werden vor der intestinalen Resorption (Aufnahme über den Darm) ebenfalls einer Hydrolyse (Spaltung durch Reaktion mit Wasser) mittels Phosphatasen unterzogen, während Orthophosphate (PO43-) in ihrer ursprünglichen Form fast vollständig absorbiert werden. Je höher der Kondensationsgrad (Grad der Vernetzung) eines Polyphosphates ist, desto geringer ist dessen enzymatische Aufspaltung im Darmlumen und desto mehr Polyphosphate werden unabsorbiert mit den Fäzes (Stuhl) ausgeschieden [8].

Aus seiner Verbindung gelöstes Phosphat – freies, anorganisches Phosphat – wird vorrangig durch einen aktiven, Natrium-abhängigen Mechanismus, der bevorzugt Hydrogenphosphat (HPO42-) als Substrat verwendet, in die Mukosazellen (Schleimhautzellen) des Duodenums (Zwölffingerdarm) beziehungsweise Jejunums (Leerdarm) transportiert. Zusätzlich existiert ein passiver Prozess, bei dem anorganisches Phosphat parazellulär (durch die Zwischenräume der Darmepithelzellen) entlang eines elektrochemischen Gradienten in die Blutbahn gelangt. Die parazelluläre Resorption, die im gesamten Darmtrakt einschließlich dem Colon (Dickdarm) stattfindet, gewinnt vor allem bei der Zufuhr höherer Phosphatmengen an Bedeutung [2, 15]. Im Vergleich zum aktiven Absorptionsmechanismus ist die passive intestinale Aufnahme jedoch lange nicht so effektiv, weshalb die absorbierte Gesamtmenge mit steigender Phosphatdosis absolut zwar steigt, relativ jedoch sinkt [16].
Während die aktive transzelluläre (Stofftransport durch die Epithelzellen des Darms) Phosphatresorption durch Parathormon (PTH, ein in der Nebenschilddrüse synthetisiertes Peptidhormon), Calcitriol (physiologisch aktive Form von Vitamin D) und Calcitonin (ein in den C-Zellen der Schilddrüse synthetisiertes Peptidhormon) reguliert wird, bleibt der passive parazelluläre Transportprozess von den aufgeführten Hormonen unbeeinflusst [4]. Auf die Regulation der transzellulären Phosphatresorption durch PTH, Calcitriol und Calcitonin wird an unterer Stelle näher eingegangen.

Die Absorptionsrate von Phosphat ist in der Wachstumsphase höher als im Erwachsenenalter. So beträgt die Phosphatabsorption beim Säugling, Kleinkind und Kind, die eine positive Phosphatbilanz (Phosphataufnahme übersteigt die Phosphatausscheidung) aufweisen, zwischen 65-90 %, während Erwachsene anorganisches Phosphat aus einer gemischten Kost zu 55-70 % resorbieren [8, 9, 11, 25]. Neben dem biologischen Alter ist die Bioverfügbarkeit von Phosphat auch von der Höhe der Phosphatzufuhr über die Nahrung – inverse Korrelation (je höher die Phosphatzufuhr, desto geringer die Bioverfügbarkeit) –, von der Art der Phosphatverbindung und von der Interaktion mit Lebensmittelinhaltsstoffen abhängig [4, 8, 15, 16].

Folgende Faktoren hemmen die Phosphatresorption [2, 4, 5, 8, 15, 16, 18, 20, 22, 23]:

  • Erhöhte Zufuhr bestimmter Mineralstoffe und Spurenelemente, wie Calcium, Aluminium und Eisen – Ausfällung von freiem Phosphat durch Bildung eines unlöslichen Komplexes
    • Calcium-Phosphat (Ca:P)-Verhältnis in der Nahrung sollte bei Kindern 0,9-1,7:1 betragen [10, 26]; bei Erwachsenen soll die Einhaltung eines bestimmten Ca:P-Verhältnisses in der Nahrung nicht erforderlich sein [5, 11, 16]
  • Phytinsäure (Hexaphosphatester des myo-Inosits) – in Getreide und Hülsenfrüchten liegt Phosphat vorwiegend in gebundener Form als Phytinsäure vor und ist so aufgrund der im Verdauungstrakt fehlenden Phytase (Enzym, das Phytinsäure durch Wassereinlagerung spaltet und gebundenes Phosphat freisetzt) für den menschlichen Organismus nicht verwertbar; erst durch mikrobielle Phytasen beziehungsweise Aktivierung pflanzeneigener Phytasen, beispielsweise bei der Brotherstellung durch Sauerteig oder bei spezieller Teigführung, während der Fermentation und beim Keimen, kann Phosphat aus seinem Komplex gelöst und resorbiert werden

Aufgrund des teilweise hohen Phytinsäuregehalts pflanzlicher Nahrungsmittel, wie Getreide, Gemüse, Hülsenfrüchte und Nüsse, ist Phosphor aus Lebensmitteln tierischer Herkunft zumeist besser verfügbar. Phytatreiche Lebensmittel pflanzlichen Ursprungs können eine bis zu 50 % geringere Bioverfügbarkeit aufweisen [8, 11]. So wird Phosphor aus Fleisch im Durchschnitt zu ~ 69 %, aus Milch zu ~ 64 % und aus Käse zu ~ 62 % resorbiert, während aus Roggen-Vollkornbrot im Mittel nur etwa 29 % des Phosphors im Darm aufgenommen werden [16].

Folgende Faktoren fördern die Phosphatresorption [2, 4, 7, 8, 22, 23]:

  • 1,25-Dihydroxylcholecalciferol (1,25-(OH)2-D3, Calcitriol – metabolisch aktives Vitamin D)
  • Hoher pH-Wert

Verteilung im Körper

Der Gesamtbestand an Phosphor im Körper beträgt beim Neugeborenen etwa 17 g (0,5 %) und beim Erwachsenen zwischen 600-700 g (0,65-1,1 %) [2, 4, 7, 8, 11, 25]. Über 85 % davon befinden sich in anorganischen Verbindungen mit Calcium in Form von Calciumphosphat beziehungsweise Hydroxylapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) im Skelett und in den Zähnen. 65-80 g (10-15 %) des Körperbestandes an Phosphor sind überwiegend als Bestandteil organischer Verbindungen – energiereiche Phosphatverbindungen, wie Adenosintriphosphat (ATP, universeller Energieträger) und Kreatinsphosphat (PKr, Energielieferant im Muskelgewebe), Phospholipide etc. – in den übrigen Geweben, wie Gehirn, Leber und Muskulatur, lokalisiert. Der Extrazellulärraum enthält nur etwa 0,1 % des Körperphosphors [2, 5, 7-9, 11, 15, 18, 25, 27].
Etwa 1,2 g (0,2-5 %) des gesamten Phosphorbestandes sind leicht austauschbar und werden bis zu zehnmal am Tag umgesetzt, wobei das Gehirn den langsamsten und die Blutzellen – Erythrozyten (rote Blutkörperchen), Leukozyten (weiße Blutkörperchen), Thrombozyten (Blutplättchen) – den schnellsten Phosphatstoffwechsel aufweisen [8].

In den Körperflüssigkeiten liegt Phosphor zu etwa 30 % in anorganischer Form vor, vorrangig als divalentes (zweiwertiges) Hydrogenphosphat (HPO42-) und monovalentes (einwertiges) Dihydrogenphosphat (H2PO4-). Daneben existieren organische Phosphatverbindungen, wie Phosphatester, lipid- und proteingebundenes Phosphat [12].
Bei einem physiologischen pH-Wert von 7,4 beträgt das Verhältnis HPO42- zu H2PO4- 4:1 [22, 23, 27]. Steigt der pH-Wert, werden die an Phosphat gebundenen Protonen (H+-Ionen) zunehmend an die Umgebung abgegeben, sodass unter stark alkalischen Bedingungen (pH = 13) im Wesentlichen PO43- und HPO42- vorzufinden sind. Im Gegensatz dazu dominieren unter stark sauren Bedingungen (pH = 1) H3PO4 und H2PO4-, da Phosphor vermehrt H+-Ionen der Umgebung entzieht und bindet. Somit wirkt Phosphor als Dihydrogenphosphat-Hydrogenphosphat-System (H2PO4- ↔ H+ + HPO42-) im Rahmen des Säure-Basen-Haushalts als Puffer in der Zelle, im Blutplasma sowie im Urin (→ Aufrechterhaltung des pH-Wertes) [2, 5, 8, 12, 13, 15, 17, 18, 25, 27].

Das Gesamtphosphor im Blut liegt bei circa 13 mmol/l (400 mg/l) [11]. Das anorganische Phosphat im Blutplasma (Erwachsene 0,8-1,4 mmol/l [2, 7, 25-27]; Kinder 1,29-2,26 mmol/l) ist zu 45 % komplexiert, zu 43 % ionisiert und zu 12 % an Proteine gebunden. Zu den organischen Phosphatverbindungen des Blutes zählen unter anderem Lipoproteine (Aggregate aus Lipid und Protein) des Plasmas und Phospholipide der Erythrozyten (rote Blutkörperchen) [4, 7, 8, 18].

Die Phosphat-Serumkonzentration wird durch folgende Faktoren beeinflusst [4, 8, 15, 16, 25]:

  • Circadianer (körpereigener, periodischer) Rhythmus – morgens/vormittags ist der Phosphat-Serumspiegel am niedrigsten, nachmittags/abends am höchsten
  • Biologisches Alter
    • Säuglinge, Klein- und Schulkinder weisen einen deutlich höheren Phosphatgehalt des Blutes auf als Erwachsene (→ Mineralisation des Knochens) [22]
    • Mit zunehmendem Alter ist ein Abfall der Phosphat-Serumkonzentration zu beobachten – im Gegensatz zur Calciumkonzentration, die in relativ engen und während des gesamten Lebens gleichen Grenzen gehalten wird.
  • Geschlecht
  • Qualität und Quantität der Nahrungszufuhr
    • Art und Menge der Phosphatverbindungen
    • Verhältnis resorptionshemmender zu resorptionsfördernden Faktoren
    • Exzessive Kohlenhydratzufuhr – kann, vor allem bei einer diabetischen Ketoazidose (schwerwiegende Stoffwechselentgleisung (-übersäuerung) bei Insulinmangel durch eine zu hohe Konzentration von Ketonkörpern (organischen Säuren) im Blut) oder bei einer Realimentation (Wiederbeginn der Nahrungsaufnahme) nach starker Malnutrition (Unterernährung), zu einem Abfall der extrazellulären (außerhalb der Zellen) Phosphatkonzentration – Hypophosphatämie (Phosphatmangel) – führen, da für die gesteigerte intrazellulär (innerhalb der Zellen) ablaufende Glykolyse (Kohlenhydratabbau) vermehrt Phosphatester, wie ATP für Phosphorylierungsreaktionen (Anhängen einer Phosphatgruppe an ein Molekül) und ADP (Adenosindiphosphat) für die ATP-Synthese, bereitgestellt werden müssen, die dem Blut entzogen werden
  • Menge des vom Körper absorbierten beziehungsweise ausgeschiedenen Phosphats
  • Hormonelle Interaktionen – Parathormon, Calcitriol, Calcitonin und andere Hormone (siehe unten)
  • Veränderung der Phosphatverteilung zwischen Intra- und Extrazellulärraum, zum Beispiel bei Alkoholabusus (Alkoholmissbrauch) und nach einer exzessiven (übermäßigen) Zufuhr von Kohlenhydraten, die aufgrund einer verstärkt ablaufenden Glykolyse eine Zunahme des intrazellulären und Abnahme des extrazellulären Phosphatgehaltes zur Folge haben kann – je nach Ursache können Fluktuationen (Schwankungen) bis zu 2 mg/dl auftreten, die nicht zwingend eine Unter- beziehungsweise Überversorgung widerspiegeln

Aufgrund der teilweise starken Beeinflussung durch die oben aufgeführten Mechanismen ist der Phosphat-Serumspiegel kein geeignetes Maß für die Bestimmung des Gesamtkörperbestandes an Phosphor [4, 23].

Ausscheidung

Die Phosphatausscheidung erfolgt zu 60-80 % über die Nieren und zu 20-40 % über den Fäzes (Stuhl) [2, 7, 8, 9, 25, 27]. Der über den Stuhl eliminierte Phosphatgehalt beträgt zwischen 0,9-4 mg/kg Körpergewicht. Davon entfällt der meiste Anteil (~ 70-80 %) auf intestinal nicht resorbiertes und ein geringerer Prozentsatz auf in den Verdauungstrakt sezerniertes (abgesondertes) Phosphor [8].

In der Niere wird Phosphat in den Glomeruli (kapillare Gefäßknäuel der Niere) filtriert (140-250 mmol/Tag) und – im Cotransport mit Natrium-Ionen (Na+) – im proximalen Tubulus (Hauptstück der Nierenkanälchen) zu 80-85 % rückresorbiert [2, 4, 8]. Die Menge des renal eliminierten (über die Niere ausgeschiedenen) Phosphats hängt von der Phosphat-Serumkonzentration – positive Korrelation mit der Phosphataufnahme (je höher die Aufnahme, desto höher die Phosphatkonzentration im Blut) – und von der tubulär reabsorbierten Phosphatmenge ab [5, 8, 25]. Übersteigt die filtrierte Phosphatmenge das Transportmaximum des proximalen Tubulus, erscheint Phosphat im Urin. Das ist bei einem Phosphatgehalt im Blutplasma > 1 mmol/l der Fall, der bereits bei Gesunden überschritten wird [20].
Bei Säuglingen ist die Fähigkeit zur renalen Ausscheidung insbesondere von Phosphat aufgrund der noch nicht vollständig ausgereiften Nierenfunktion gering [5, 21]. Dementsprechend weist Muttermilch einen niedrigen Gehalt an Phosphor auf [28].
Um die Phosphatausscheidung über die Nieren quantitativ zu erfassen, ist die Sammlung des 24-Stunden-Urins notwendig, da die renale Phosphatexkretion einem ausgeprägten Tag-Nacht-Rhythmus unterliegt – morgens/vormittags ist die Phosphatkonzentration im Urin am niedrigsten, nachmittags/abends am höchsten [4, 25, 27]. Unter physiologischen (für den Stoffwechsel normalen) Bedingungen werden innerhalb von 24 Stunden 310-1.240 mg (10-40 mmol) Phosphat im Urin ausgeschieden [25, 27].

Es gibt mehrere Hinweise darauf, dass eine fructosereiche Ernährung – 20 % der Gesamtenergie in Form von Fructose (Fruchtzucker) – den Verlust von Phosphat über den Urin steigert und zu einer negativen Phosphatbilanz (Phosphatausscheidung übersteigt die Phosphataufnahme) führt. Eine gleichzeitig Magnesium-arme Kost verstärkt diesen Effekt. Als Ursache wird ein fehlender Rückkopplungsmechanismus im Fructosestoffwechsel vermutet, sodass in der Leber überdurchschnittlich viel Fructose-1-phosphat aus Fructose unter Phosphatverbrauch synthetisiert (gebildet) wird und sich in der Zelle ansammelt – "Phosphattrapping" ("Phosphatfalle"). Da der Fructosekonsum in Deutschland seit der Einführung des Fructosesirups beziehungsweise Glucose-Fructose-Sirups (Maissirup) stark gestiegen ist – bei zugleich sinkender Magnesiumzufuhr –, gewinnt diese Nährstoffinteraktion zunehmend an Bedeutung [17, 24].

Der Prozess der renalen Phosphatausscheidung beziehungsweise tubulären Phosphatreabsorption wird hormonell kontrolliert. Während Parathormon (ein in der Nebenschilddrüse synthetisiertes Peptidhormon), Calcitonin (ein in den C-Zellen der Schilddrüse synthetisiertes Peptidhormon), Östrogen (Steroidhormon, weibliches Geschlechtshormon) und Thyroxin (T4, Schilddrüsenhormon) die Phosphatexkretion über die Nieren steigern, wird diese durch Wachstumshormon, Insulin (blutzuckersenkendes Peptidhormon) und Cortisol (Glucocorticoid, das katabole (abbauende) Stoffwechselvorgänge aktiviert) vermindert [2, 8, 15, 18, 20, 25]. Einen stimulierenden Effekt auf die renale Phosphatausscheidung hat auch eine erhöhte Calciumzufuhr und eine Azidose (Übersäuerung des Körpers, Blut-pH < 7,35) [20, 25].

Hormonelle Regulation der Phosphat-Homöostase

Die Regulation der Phosphathomöostase steht unter hormoneller Kontrolle und erfolgt hauptsächlich über die Niere. Daneben sind auch der Knochen aufgrund seiner physiologischen Funktion als Mineralstoffspeicher und der Dünndarm an der Regulation des Phosphathaushalts beteiligt [4, 8, 15, 18].

Der Phosphatstoffwechsel wird über verschiedene Hormone reguliert, von denen folgende am bedeutsamsten sind [1, 4, 8, 15]:

  • Parathormon (PTH)
  • Calcitriol (1,25-Dihydroxylcholecalciferol, 1,25-(OH)2-D3)
  • Calcitonin

Die aufgeführten Hormone beeinflussen die Phosphatfreisetzung beziehungsweise -aufnahme in die Knochen, die intestinale Phosphatresorption sowie die renale Phosphatausscheidung [4, 8, 15]. Dabei ist der Stoffwechsel anorganischen Phosphats eng mit dem des Calciums verknüpft [2, 4, 27].

Parathormon und Calcitriol

Bei einem Abfall des Calcium-Serumspiegels – infolge einer ungenügenden Zufuhr, erhöhten Verlusten oder verminderten intestinalen Resorption durch eine überhöhte Phosphatzufuhr (→ Bildung eines unlöslichen Calciumphosphatkomplexes) beziehungsweise zu hohe Phosphatwerte im Blutplasma (→ Blockierung der renalen 1,25-(OH)2-D3-Synthese) – wird Parathormon (PTH) in den Nebenschilddrüsenzellen vermehrt synthetisiert und in die Blutbahn sezerniert (abgesondert). PTH gelangt zur Niere und stimuliert im proximalen Tubulus (Hauptstück der Nierenkanälchen) die Expression der 1-alpha-Hydroxylase (Enzym, das eine Hydroxyl (OH)-Gruppe in ein Molekül einfügt) und damit die Umwandllung von 25-OH-D3 (25-Hydroxycholecalciferol, Calcidiol) in 1,25-(OH)2-D3, der biologisch aktiven Form von Vitamin D [1-4, 14, 15, 18, 25, 27].

Am Knochen stimulieren PTH und 1,25-(OH)2-D3 die Aktivität der Osteoklasten, die zum Abbau von Knochensubstanz führen. Da Calcium in Form von Hydroxylapatit (Ca10(PO4)6(OH)2) im Skelettsystem eingelagert ist, werden zugleich Calcium- und Phosphationen aus dem Knochen freigesetzt und in den Extrazellulärraum abgegeben [1-3, 15, 16, 18].

An der Bürstensaummembran des Duodenums (Zwölffingerdarm) und Jejunums (Leerdarm) fördert 1,25-(OH)2-D3 die aktive transzelluläre Calcium- und Phosphatresorption und somit den Transport beider Mineralstoffe in den Extrazellulärraum [1-4, 15, 16, 18, 25, 27].

In der Niere hemmt PTH die tubuläre Phosphatreabsorption, während die tubuläre Rückresorption von Calcium gefördert wird. Schließlich kommt es zu einer gesteigerten renalen Ausscheidung von Phosphat, welches sich durch Mobilisation aus dem Knochen und Resorption aus dem Darm im Blut vermehrt angesammelt hat. Durch den Abfall des Phosphat-Serumspiegels wird zum einen das Ausfallen von Calciumphosphat im Gewebe verhindert und zum anderen die Calciumfreisetzung aus dem Knochen stimuliert – zugunsten der Calcium-Serumkonzentration [1-3, 15, 16, 18, 27].

Das Resultat der Effekte von PTH und Calcitriol auf die Calcium- und Phosphatbewegungen zwischen den einzelnen Kompartimenten (durch Biomembranen abgegrenzte Teilbereiche des Körpers) ist eine Zunahme der extrazellulären Calciumkonzentration und Abnahme des Phosphat-Serumspiegels [1, 3, 15, 18].

Bei Patienten mit chronischer Niereninsuffizienz (chronische Nierenschwäche) ist die glomeruläre Filtrationsrate erniedrigt, wodurch Phosphat unzureichend ausgeschieden und Calcium ungenügend rückresorbiert wird. Die Folge ist eine verminderte Calcium-Serumkonzentration (Hypocalcämie) und ein erhöhter Phosphatgehalt im Blutplasma (Hyperphosphatämie (Phosphatüberschuss)). Schließlich kommt es zu einer vermehrten Ausschüttung von PTH – sekundärer Hyperparathyreoidismus (Nebenschilddrüsenüberfunktion) –, das an Niere, Darm und Knochen (→ erhöhte Calciumphosphatmobilisierung erhöht das Osteoporose (Knochenschwund)-Risiko [12]) die oben aufgeführten Effekte bewirkt. Aufgrund der beeinträchtigten Nierenfunktion lässt sich die erhöhte Phosphat-Serumkonzentration durch PTH jedoch nicht normalisieren. Steigt der Phosphat-Serumspiegel über 7 mmol/l, verbindet sich Phosphat mit Calcium zu einem schwerlöslichen, nicht resorbierbaren Calciumphosphatkomplex, was den Abfall des Calcium-Serumwertes verstärkt und mit Verkalkungen (Kalkablagerungen) in extraossären (außerhalb des Knochens) Bereichen, wie Blutgefäßen, Nieren (→ Nephrocalcinose), Gelenken und Muskulatur, und schließlich mit reaktiven Entzündungen und Nekrosen des betroffenen Gewebes (→ pathologischer Zelluntergang) einhergehen kann [2, 4, 8, 15, 18, 19, 23, 25]. Bei bestehender Niereninsuffizienz ist somit die Phosphatzufuhr über die Nahrung auf 800-1.000 mg/Tag zu beschränken und je nach Schweregrad der Erkrankung der zusätzliche Einsatz von Phosphatbindern (Medikamente, die durch Komplexbildung Phosphat der Resorption entziehen), wie Calciumsalze, indiziert (angezeigt) [4, 5, 8, 16, 19, 20, 23]. Früher kamen bei niereninsuffizienten Patienten häufig Aluminiumverbindungen zur Hemmung der Phosphatabsorption zur Anwendung. Heutzutage werden diese Verbindungen überwiegend durch Calciumcarbonat ersetzt, da Aluminium in höheren Mengen toxisch (giftig) wirkt [9].

Längerfristig erhöhte Calcitriol-Serumspiegel führen zur Hemmung der PTH-Synthese und der Proliferation (Wachstum und Vermehrung) von Nebenschilddrüsenzellen – negative Rückkopplung. Dieser Mechanismus verläuft über die Vitamin D3-Rezeptoren der Nebenschilddrüsenzellen. Besetzt Calcitriol diese für sich spezifischen Rezeptoren, kann das Vitamin auf den Stoffwechsel des Zielorgans Einfluss nehmen [1, 2, 4].

Calcitonin

Eine Zunahme der Calcium-Serumkonzentration veranlasst die C-Zellen der Schilddrüse, vermehrt Calcitonin zu synthetisieren und zu sezernieren (abzusondern). Calcitonin hemmt am Knochen die Aktivität der Osteoklasten und damit den Abbau von Knochengewebe, wodurch die Calcium- und Phosphateinlagerung in das Skelett gefördert wird. Im Duodenum (Zwölffingerdarm) und Jejunum (Leerdarm) setzt das Peptidhormon die aktive Aufnahme von Calcium und Phosphat in die Enterozyten (Zellen des Dünndarmepithels) herab. Zugleich stimuliert Calcitonin in der Niere die Calcium- und Phosphatausscheidung durch Hemmung der tubulären Reabsorption. Über diese Mechanismen führt Calcitonin zur Senkung sowohl der Calcium- als auch Phosphat-Serumkonzentration [1, 2, 15, 16, 18].

Calcitonin stellt einen direkten Antagonisten (Gegenspieler) zum PTH dar. So wird bei Erhöhung des extrazellulären freien Calciums die Synthese und Ausschüttung von PTH aus der Nebenschilddrüse und die PTH-induzierte renale 1,25-(OH)2-D3-Produktion herabgesetzt. Daraus resultiert eine verminderte Mobilisierung von Calciumphosphat aus dem Knochen, eine reduzierte intestinale Calcium- und Phosphatresorption und eine erniedrigte tubuläre Calciumreabsorption und somit eine gesteigerte Calciumausscheidung über die Nieren. Das Ergebnis ist – entsprechend zum Wirkmechanismus von Calcitonin – ein Abfall der extrazellulären freien Calciumkonzentration und des Phosphat-Serumspiegels [1, 2, 4, 16, 18, 27].

Die hormonelle Regulation des Phosphatstoffwechsels ermöglicht die Anpassung an wechselnde Höhen der Phosphatzufuhr beziehungsweise die Tolerierung relativ hoher Phosphatmengen, was aufgrund der Tatsache, dass die tägliche Phosphatzufuhr deutscher Männer und Frauen – durchschnittlich 1.240-1.350 mg/Tag – die Empfehlungen von 700 mg/Tag übersteigt, von wesentlicher Bedeutung ist. Im Gegensatz zu Calcium, dessen Serumkonzentration in relativ engen Grenzen konstant gehalten wird, ist die Phosphathomöostase weniger strikt reguliert [6-8, 15, 18, 27].

Des Weiteren wurden die folgenden Fachbücher für die Verfassung dieses Artikels herangezogen [29, 30].

Literatur

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  27. Schmidt E, Schmidt N: Leitfaden Mikronährstoffe. Orthomolekulare Prävention und Therapie. 1. Auflage. Urban & Fischer Verlag, München 2004
  28. Souci SW, Fachmann W, Kraut H: Die Zusammensetzung der Lebensmittel, Nährwert-Tabellen, 7. Auflage. Medpharm Scientific Publishers Stuttgart. 2008
  29. Hidgon J, Drake VJ: An Evidence-Based Approach to Vitamins and Minerals. Health Benefits and intake recommendations. 2nd Edition, Georg Thieme Verlag, München 2022
  30. Matissek R, Hahn A: Lebensmittelchemie. 10. Auflage, Springer Spektrum Verlag, Heidelberg 2023

Autoren: Dr. med. Werner G. Gehring
Letzte Aktualisierung: 07.06.2024

Monticello – istockphoto.com

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