Lange Zeit glaubten die Wissenschaftler, dass seine Rolle bei der Synthese von Gerinnungsfaktoren und damit bei der Aufrechterhaltung der Blutgerinnung die einzige wesentliche physiologische Funktion von Vitamin K sei. Das K in seinem Namen stammt nämlich von der dänischen Schreibweise für Gerinnung – Koagulation. Nach der Identifizierung spezifischer Proteine, die durch Vitamin-K-abhängige Reaktionen aktiviert werden, wurde jedoch schnell deutlich, dass dieses Vitamin ein wesentlich breiteres Wirkungsspektrum im Organismus hat. Zu diesen Proteinen gehören so unterschiedliche Stoffe wie Prothrombin, das für die Blutgerinnung benötigt wird, das Matrix-Gla-Protein, das die Verkalkung von Arterien und Gewebe verhindert, und Osteocalcin, das an der Knochenmineralisierung beteiligt ist. In der neueren Forschung wird zunehmend über die Bedeutung von Vitamin K für die kardiovaskuläre Gesundheit, die kognitive Funktion und die Fortpflanzung diskutiert (1).

Die Funktion von Vitamin K bei der Aufrechterhaltung der

Blutgerinnung

Die bekannteste Aktivität von Vitamin K ist seine Funktion als Co-Faktor bei der Produktion und Aktivierung von Gerinnungsproteinen wie Prothrombin (Faktor II) und Gerinnungsfaktoren (VII, IX und X) in der Leber. Die Vorstufen dieser Proteine werden unter dem Einfluss von Vitamin-K-abhängigen Enzymen in ihre aktiven Formen umgewandelt. So fungiert Vitamin K als Kofaktor für das Enzym Gamma-Glutamat-Carboxylase, das die Glutaminsäureeinheiten der Proteine durch Einfügen einer Carboxylgruppe (-COOH) in Gamma-Carboxyglutaminsäure (GLA) umwandelt (2,3). Diese Carboxylierungsreaktion ist entscheidend für die kalziumbindende Funktion der Vitamin-K-abhängigen Proteine. Der Grad der Carboxylierung eines solchen Proteins kann zur Bestimmung des Vitamin-K-Status verwendet werden.

Der Prozess der Blutgerinnung beginnt mit der Aktivierung von Faktor X, der die Bildung von Thrombin aus Prothrombin auslöst. Thrombin führt dann zur Bildung von Fibrinmonomeren aus Fibrinogen. Die Fibrinmonomere bilden durch Polymerisation ein Netz von Fibrinfasern, die sich in den Blutzellen ansammeln und zur Bildung eines Thrombus führen, der das verletzte Blutgefäß abdichtet und die Blutung zum Stillstand bringt. Lange Zeit dachte man, dass ein übermäßiger Verzehr von Vitamin K zu einer gefährlich erhöhten Gerinnungsneigung führen würde, doch das stimmt nicht: Die von Vitamin K abhängigen Proteine besitzen eine begrenzte Anzahl von Glutamatresten, die carboxyliert werden können; selbst bei hohen Konzentrationen von Vitamin K ist keine weitere Carboxylierung oder übermäßige Gerinnung möglich (1).

Eine gezielte Zufuhr von Vitamin K wird vor allem für gefährdete Gruppen empfohlen. Vor allem Neugeborene und gestillte Säuglinge sind einem hohen Risiko ausgesetzt, einen Vitamin-K-Mangel zu entwickeln und damit ein erhöhtes Risiko für Blutungen, im schlimmsten Fall für Hirnblutungen, zu haben. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass Vitamin K die Plazentaschranke nicht ohne Weiteres überwindet, oder auf eine unzureichende Synthese von Gerinnungsfaktoren, einen sterilen Darmtrakt, der bei der Geburt noch nicht von Vitamin K produzierenden Bakterien besiedelt ist, oder eine niedrige Konzentration von Vitamin K in der Muttermilch. Aus diesem Grund wird Neugeborenen in vielen Ländern standardmäßig orales oder intramuskuläres Vitamin K1 verabreicht (4). Weitere Risikogruppen, die mit ihrer normalen Ernährung zu wenig Vitamin K aufnehmen, sind ältere Menschen und insbesondere Bewohner von Altersheimen (5, 6). Da ältere Menschen häufig blutgerinnungshemmende Medikamente einnehmen müssen und die Wirkung dieser blutverdünnenden Mittel (z. B. Warfarin) durch Vitamin K teilweise aufgehoben werden kann, raten viele Experten zur Vorsicht bei der Einnahme von Vitamin K über Lebensmittel oder Nahrungsergänzungsmittel (7). Es wird empfohlen, den Vitamin-K-Status der Betroffenen regelmäßig zu überwachen und gegebenenfalls die Dosis von Warfarin anzupassen (8).

Abgesehen von diesen gefährdeten Gruppen sind Vitamin-K-Mängel in den Industrieländern selten. Eine Vitamin-K-Supplementierung ist gängige Praxis bei Patienten mit Mukoviszidose, deren Vitamin-K-Aufnahme aus der Nahrung stark eingeschränkt ist und deren Antibiotika-Einsatz die eigene Vitamin-K-Produktion durch die Wirkung der Darmmikroflora reduziert (9). Dennoch ist der Vitamin-K-Status dieser Patienten trotz zusätzlicher Vitaminverabreichung oft unzureichend, und einer neueren Studie zufolge wird ein Status, der dem gesunder Personen vergleichbar ist, erst mit einer Dosis von 1000 mg pro Tag erreicht (10).

Knochengesundheit

Osteoporose ist ein globales Gesundheitsproblem von wachsender Bedeutung angesichts des steigenden Alters der Weltbevölkerung. Schätzungsweise 200 Millionen Menschen weltweit leiden an einer altersbedingten Destabilisierung der Knochen (11). Die einzigen Mikronährstoffe, die für die Prävention und Behandlung von Osteoporose von Interesse waren, waren lange Zeit Vitamin D und Kalzium. Seit der Nurses Health Study ist jedoch bekannt, dass es einen Zusammenhang zwischen einem niedrigen Vitamin-K-Status, einer verringerten Knochendichte und einem erhöhten Frakturrisiko gibt (12). Diese Studie zeigte, dass das Risiko von Knochenbrüchen in der Gruppe mit der höchsten Vitamin-K-Zufuhr um etwa 30 % niedriger war als in der Gruppe mit der niedrigsten Vitamin-K-Zufuhr. Vitamin K wird vom Körper als Kofaktor für mehrere Carboxylierungsreaktionen benötigt, die für die Knochenmineralisierung und die Blutgerinnung wichtig sind. Die Produktion der Knochenmatrixproteine Osteocalcin und Matrix Gla (MGP) erfordert Vitamin K (13). Die zirkulierenden Mengen an uncarboxyliertem Osteocalcin sind höher, wenn der Vitamin-K-Status unzureichend ist. Osteocalcin ist offensichtlich an der negativen Regulierung der Knochenmineralisierung beteiligt, d. h. je weniger Osteocalcin im Knochen vorhanden ist, desto höher ist seine Dichte und Härte (14). Außerdem wurden bei Patienten mit geringer Knochenmineraldichte niedrige Vitamin-K-Spiegel festgestellt (13). Die in Studien mit gezielter Verabreichung von Vitamin-K-Tabletten beobachtete Verringerung der Frakturraten war dagegen nicht mit einer größeren Knochenmasse verbunden. Eine Nahrungsergänzung mit Vitamin K scheint also die Eigenschaften des Knochens zu verbessern, die ihn stärken, ohne seine Dichte zu erhöhen (14). Bei Patienten, die mit Warfarin behandelt werden, könnte die Verabreichung von 100 mg Vitamin K einen gewissen Nutzen bringen und die Knochen stärken, ohne dass es zu unerwünschten Wechselwirkungen kommt (15).

In einer randomisierten kontrollierten Studie aus Japan zeigte die Verabreichung von Vitamin K2 über einen Zeitraum von zwei Jahren eine positive Wirkung auf die Knochenmineraldichte und eine Verringerung des Risikos von Wirbelbrüchen bei Frauen nach der Menopause (16). Eine Beobachtungsstudie an gesunden japanischen Männern im Alter von über 65 Jahren untersuchte den Verzehr von Natto, das aus bakteriell fermentierten Sojabohnen besteht und die Vitamine K1 und K2 enthält, und den Zusammenhang zwischen untercarboxyliertem Osteocalcin, einem Biomarker für die Vitamin-K-Aufnahme, und der Knochenmineraldichte der Lendenwirbel und der Hüfte (17). Es zeigte sich, dass Teilnehmer, die größere Mengen an Vitamin-K-reichem Natto konsumierten, niedrigere Serumspiegel an untercarboxyliertem Osteocalcin und eine größere Knochenmasse in den Hüften und am Oberschenkelhals aufwiesen. Es sind jedoch weitere Studien erforderlich, um diese Ergebnisse zu bestätigen und möglicherweise später Ernährungsempfehlungen zu geben.

Kardiovaskuläre Gesundheit

Vitamin K aktiviert Proteine, die für den Kalziumstoffwechsel wichtig sind. Neben Osteocalcin, das für die Anreicherung von Kalzium in den Knochen benötigt wird, beeinflusst Vitamin K auch das Matrix-Gla-Protein (MGP), das für die Regulierung der Kalziumkonzentration in Weichteilen wie den Wänden der Arterien verantwortlich ist. Es wird vermutet, dass ein Mangel an Vitamin K dazu führt, dass diese Proteine nicht aktiviert werden, was nicht nur zu porösen Knochen, sondern auch zu Kalziumablagerungen (atherosklerotische Plaque) und Veränderungen in den Blutgefäßen führt (18). Dies würde auch erklären, warum Patienten, die blutgerinnungshemmende Mittel (z. B. Cumarine) einnehmen, die die Vitamin-K-Aktivität hemmen, ein höheres Risiko für Atherosklerose haben.

In einer randomisierten, kontrollierten Studie führte eine Nahrungsergänzung mit Vitamin K1 plus Vitamin D und einer Kombination von Mineralien über einen Zeitraum von drei Jahren zu einer Verbesserung der Elastizität und Biegsamkeit der Halsschlagader bei postmenopausalen Frauen (19). Eine Supplementierung älterer Männer mit 500 Mikrogramm Vitamin K1 pro Tag zusammen mit einem Multivitaminpräparat schien das Fortschreiten der Koronararterienverkalkung zu verlangsamen.

Eine Beobachtungsstudie deutete darauf hin, dass eine erhöhte Aufnahme von Vitamin-K2-reichen Nahrungsmitteln über einen Zeitraum von 10 Jahren mit einer geringeren Verkalkung der Arterien und einem geringeren Risiko, an einer koronaren Herzkrankheit zu sterben, in Verbindung gebracht werden könnte (20). Randomisierte kontrollierte Studien sind notwendig, um festzustellen, inwieweit Vitamin K einen klinisch relevanten Einfluss auf die kardiovaskuläre Gesundheit hat und welche Zufuhrmengen empfohlen werden sollten.

Gesundheit des Nervensystems und der Gehirnfunktionen

Es ist seit langem bekannt, dass Vitamin K an der Synthese von Sphingolipiden im Gehirn beteiligt ist. Diese Lipide sind wichtige Bestandteile der neuronalen Zellmembranen und wirken als Signalmoleküle für das motorische und kognitive Verhalten. Zahlreiche experimentelle Studien deuten darauf hin, dass Vitamin K eine Rolle bei der Regulierung mehrerer Enzyme des Sphingolipid-Stoffwechsels in myelinreichen Regionen des Gehirns spielt, obwohl die genauen Mechanismen noch nicht gut verstanden sind (21). Aufgrund seiner Bedeutung für Sphingolipide könnte Vitamin K die kognitiven Funktionen unterstützen. Eine unzureichende Zufuhr von Vitamin K wurde mit einer verminderten Kognition sowie mit erhöhtem oxidativem Stress und einer Zunahme von Entzündungen in Verbindung gebracht (22).

Gas6, ein Vitamin-K-abhängiges Gamma-Carboxyglutamat-haltiges Protein, spielt als Signalmolekül eine wichtige Rolle im zentralen und peripheren Nervensystem. Gas6 ist an der Teilung, dem Wachstum und der Myelinisierung von Zellen im gesamten zentralen Nervensystem beteiligt. Folglich könnte eine ausreichende Zufuhr von Vitamin K zur Aufrechterhaltung eines intakten Nervensystems beitragen. Der experimentelle Befund, dass die Vitamin-K-abhängige Gas6-Aktivität Neuronen vor dem Zelltod schützt, deutet darauf hin, dass Vitamin K altersbedingte Veränderungen im Gehirn – beispielsweise den Ausbruch der Alzheimer-Krankheit – verhindern könnte (23). Wichtig ist auch das Vitamin-K-abhängige Protein S, das als Signalmolekül die Gefäßfunktion des Gehirns durch gerinnungshemmende Wirkungen unterstützen und möglicherweise durch neuroprotektive Wirkungen zur Gesundheit des Nervensystems beitragen könnte (24). Die genaue Rolle von Vitamin K für Sphingolipide und der Einfluss von Gas6 und Protein S auf die Gehirnfunktion und das Nervensystem sowie mögliche präventive Wirkungen bei neurodegenerativen Erkrankungen müssen noch im Detail erforscht werden.

Reproduktive Gesundheit

Schmerzhafte, übermäßige oder unregelmäßige Gebärmutterkontraktionen im Zusammenhang mit der monatlichen Periode (Dysmenorrhoe) sind einer der häufigsten Gründe, die junge Frauen für wiederholtes Fernbleiben von der Schule oder der Arbeit angeben. Die pharmakologische Behandlung umfasst orale nichtsteroidale entzündungshemmende Medikamente und orale Kontrazeptiva. In China ist die Injektion von Vitamin K in einen bestimmten Akupunkturpunkt am Unterschenkel, den San Yin Yao/Milz 6, seit vielen Jahren die Standardbehandlung für Dysmenorrhoe. Eine erste randomisierte, kontrollierte Studie hat nun gezeigt, dass eine Vitamin-K-Injektion in den Akupunkturpunkt bei Frauen im Alter von 14 bis 25 Jahren die Beschwerden rasch lindert und die Einnahme von Schmerzmitteln reduziert (25). Es wird vermutet, dass Vitamin K zur Entspannung der Gebärmutter beiträgt, indem es die durch Prostaglandine ausgelösten Muskelkrämpfe reduziert. Gegenwärtig ist jedoch nicht bekannt, welche Rolle das Vitamin in den Muskeln spielt. Außerdem scheint der niedrigere Östrogenspiegel bei Frauen nach der Menopause den Vitamin-K-Spiegel zu beeinflussen (19). Mögliche Zusammenhänge zwischen Vitamin K und den Sexualhormonen sowie die Rolle dieses Vitamins bei der Erhaltung der reproduktiven Gesundheit werden derzeit untersucht.