Vitamin-D-Wirkung auf die Muskeln

Vitamin D ist ein extrem vielseitiges Vitamin, dass eine wichtige Rolle in ganz unterschiedlichen Bereichen der Gesundheit spielt. Während sich die Forschung zu Vitamin D in den letzten Jahren sehr auf das Immunsystem und die Knochengesundheit konzentriert hat, bekommt nun seine positive Wirkung auf die Muskeln wieder mehr Interesse.

Dieser Artikel soll aufklären

• Warum Vitamin D für Sportler wichtig ist
• Wie Vitamin D Muskelkraft und Ausdauer verbessert
• Welche Blutspiegel für optimale Leistung nötig sind
• Wann Vitamin-D-Supplemente für Sportler Sinn machen
• Warum Vitamin D gerade auch für ältere Menschen wichtig ist

Frühe Forschung zu Vitamin D und Muskeln: UV-Licht

Die Forschung über den Zusammenhang von Vitamin D, Muskeln und sportlicher Leistung begann schon kurz nach der Entdeckung des Vitamins. Versuche mit UV-Lampen – damals ein Mittel zur Therapie der Vitamin-D-Krankheit Rachitis –  brachten in den 1940er Jahren beeindruckende Ergebnisse.

So zeigten Versuche in Russland schon 1938 eine Leistungssteigerung im Sprint von rund 7 Prozent, durch Bestrahlung mit UV-Licht.[1] Ähnliche deutsche Versuche am Fahrradergometer von 1944 zeigten sogar eine Leistungssteigerung von 13 Prozent.[2] In den USA wurde 1945 eine Steigerung der kardiovaskulären Fitness um 19 Prozent nachgewiesen.[3]

Erstmals deutlich ausgesprochen wurde die Hypothese aber erst 1952 durch den deutschen Wissenschaftler Ronge, der ein entsprechendes Experiment an einer Grundschule durchführte. Eine Klasse wurde dabei täglich künstlicher UV-Strahlung ausgesetzt, eine zweite Klasse fungierte als Kontrollgruppe. Die körperliche Leistungsfähigkeit wurde mittels Fahrradergometer getestet und unterschied sich deutlich: Während die Kontrollgruppe mit großen jahreszeitlichen Leistungsschwankungen auffiel, zeigte die Klasse, welche die UV-Bestrahlung erhielt, auch im Winter eine konstante bis steigende Leistung. Die Unterschiede waren bis zum Frühjahr so groß, dass die Behandlungsgruppe im Vergleich zur Kontrollgruppe eine 56 % größere Leistungsfähigkeit zeigte.[4] Im Gegenversuch gab er den Kindern der Kontrollgruppe 250.000 IE Vitamin D als Bolusgabe, woraufhin sich die Leistungen der Kontrollgruppe an die der UV-Gruppe anglichen. Ronge schloss daraufhin, dass durch die UV-Strahlung produziertes Vitamin D für die Leistungssteigerung verantwortlich sein musste.

Etwa zeitgleich berichtete auch Spellerberg von der gleichen Beobachtung, die er auch gegenüber dem Olympischen Komitee zum Ausdruck brachte.[5]

Weitere Versuche mit UV-Licht kamen in den folgenden Jahren zu ganz ähnlichen Ergebnissen.[6, 7]

Leistung variiert mit der Jahreszeit

Diese Hypothese wurde durch verschiedene andere Beobachtungen gestützt. Zum einen wurde untersucht, ob Sportler je nach Jahreszeit eine Varianz in ihrer Leistungsfähigkeit aufweisen. Denn wenn Vitamin D tatsächlich einen so großen Einfluss auf die Leistungsfähigkeit hat, dann sollte die Leistungsfähigkeit im Sommer sehr viel größer sein, als im Winter, wo die Vitamin-D-Spiegel rapide abfallen.

Und tatsächlich konnte eine solche jahreszeitliche Varianz in gleich mehreren Studien beobachtet werden. [8, 9] Dabei wurde ein Leistungsmaximum im September und ein Leistungsminimum im Februar festgestellt – Werte, die perfekt mit dem jahreszeitlichen Verlauf der Vitamin-D-Spiegel korrelieren.

Systematische Studien zu diesem Thema fehlen bisher, wenngleich das Thema auch in jüngerer Zeit wieder aufgegriffen wurde, wobei der beschriebene jahreszeitliche Verlauf der Leistungsfähigkeit erneut bestätigt werden konnte.[10]

Vitamin-D-Mangel und Muskelschwäche

In den folgenden Jahren wurden all diese Beobachtungen zusätzlich gestützt durch den Befund, dass die Vitamin-D-Mangelkrankheit Rachitis nicht nur die Knochengesundheit beeinträchtigt, sondern auch zu Muskelschwäche führt, die sich durch die Gabe von Vitamin D ebenfalls bessert.[11, 12]

Allerdings begleitet Muskelschwäche eine ganze Reihe von Krankheiten, so dass zu dieser Zeit nicht geklärt werden konnte, ob die Muskelschwäche direkt durch den Vitamin-D-Mangel oder aber durch die Krankheit insgesamt verursacht wurde.

2010 konnte durch Versuche an Ratten gezeigt werden, dass vor allem der durch den Vitamin-D-Mangel entstehende Phosphatmangel an der Muskelschwäche beteiligt ist.[13]

Vitamin-D-Mangel und Muskelschwund

Anders verhält es sich jedoch bei Myopathien wie Muskelschwund. Durch Versuche an Ratten, deren VDR ausgeschaltet wurde, konnte gezeigt werden, dass sich unabhängig von sonstigen Blutparametern wie Calcium und Phosphat eine abnormale Entwicklung der Muskulatur und zunehmender Muskelschwund zeigte.[14]

Vitamin D ist nach diesen Erkenntnissen also direkt und unabhängig von bekannten Kofaktoren wie Calcium und Phosphat an der Bildung und dem Erhalt von Muskeln beteiligt.

Vitamin-D-Rezeptor in Muskelzellen

Die Hypothese das Vitamin D eine wichtige direkte Rolle in den Muskeln spielt, bekam neuen Aufwind durch die Entdeckung, dass Muskelzellen über einen Vitamin-D-Rezeptor (VDR) verfügen.[15–17]

Allerdings wurde diese Entdeckung schon wenig später wieder in Zweifel gezogen, da verschiedene Verfahren und Messmethoden hier zu sehr unterschiedlichen Ergebnissen kommen.[18]

Bis heute ist ungeklärt, ob menschliche Muskelzellen in allen Entwicklungsstadien über einen VDR verfügen und welche Rolle er in Muskelzellen haben könnte. Neuere Forschung legt nahe, dass der VDR möglicherweise nur in den frühen Zellstadien und in Myoblasten – den Vorgänger-Zellen der Muskeln – ausgeprägt ist, während er in den voll entwickelten Muskelzellen kaum noch nachweisbar ist.[19]

Vitamin D zur Neubildung von Muskeln

Dies legt nahe, dass Vitamin D vor allem die Neubildung von Muskeln beeinflusst, indem es für einen stabilen Pool der sogenannten Satellitenzellen sorgt. Satellitenzellen sind spezielle Muskel-Vorläuferzellen (Myoblasten), welche die Muskelfasern umgeben und zum Beispiel nach Verlust oder Verletzungen von Muskeln, zur Neubildung von Muskelfasern angeregt werden können.[20, 21]

Die zum Zeitpunkt dieser Zusammenfassung aktuellste Studie aus 2017 kommt zu folgendem Schluss:

„Abschließend lässt sich sagen, dass Vitamin D eine klar pro-myogene Wirkung auf die Satelliten-Zellen ausübt, die sich für die Muskelrekonstitution nach Muskelverletzung oder Muskelverfall verantwortlich zeigen. Wir glauben, dass diese Studie eine mechanistische Begründung für eine  Vitamin-D-Wiederauffüllung bei allen Krankheitsbildern liefert […] die durch einen Verlust von Muskelmasse gekennzeichnet sind, und auch für den Fall eines Vitamin D-Mangels bei älteren Erwachsenen, die einen altersbedingten Verlust von Muskelmasse und Kraft, sowie eine erhöhte Sturzrate aufweisen.“ [22]

Vitamin D und Energieproduktion in Muskeln

Eine interessante Studie aus dem Jahre 2015 konnte noch einen ganz anderen Weg identifizieren, auf dem Vitamin D die Muskelleistung fördert: Das aktive Vitamin-D-Hormon Calcitriol erhöhte die Sauerstoffaufnahme der Mitochondrien im Muskelgewebe.[23]

Diesen Effekt von Vitamin D auf die Mitochondrien hatte zuvor schon eine andere Studie berichtet, welche die Wirkung von Vitamin D bei chronischer Schwäche und Abgeschlagenheit untersuchte.[24]

Eine Interventionsstudie an Ruderern konnte hier zeigen, dass eine Dosis von 6000 IE pro Tag zu einer deutlichen Erhöhung der maximalen Sauerstoffaufnahme und zu einer deutlichen Reduktion von Entzündungs- und Reperaturparametern führte.[25]

Vitamin D und Erholung/Regeneration von Muskeln

Die Fähigkeit der Erholung der Muskulatur ist entscheidend für alle Athleten, die regelmäßig in ihrem maximalen Leistungsbereich trainieren.

Die Muskulatur reagiert auf die hohe Trainingsbelastung und die damit verbundenen kleinen Muskelschäden durch Reparatur von Defekten und einer Umbildung der Muskulatur, mit dem Ziel der Anpassung an die erfahrene Belastung. In dieser Erholungsphase findet also der angestrebte Muskelzuwachs statt, gleichzeitig ist aber die Leistungsfähigkeit deutlich reduziert und die Gefahr von Muskelschäden steigt erheblich.

Vitamin D konnte sowohl in Tierversuchen [26], als auch in kleinen Humanstudien eine deutliche Verkürzung der Erholungszeit und einen Erhalt der Muskelkraft bewirken. In der Humanstudie wurden 4000 IE pro Tag mit Placebo verglichen. Während der maximale Kraftoutput in der Placebo-Gruppe nach Maximalbelastung um über 30 Prozent abfiel, verloren die Probanden der Vitamin-D-Gruppe nur 6 Prozent ihrer Leistungsfähigkeit.[27]

Vitamin D ist damit vor allem auch für Kraft- und Leistungssportler sehr interessant, die für starken Muskelzuwachs trainieren und straffe Trainingspläne verfolgen.

Vitamin D und Kraft

Auch der Kraftoutput insgesamt wird scheinbar durch Vitamin D verbessert. Eine Studie aus dem Jahr 2013 untersuchte Profi-Fußballer in Hinsicht auf Sprint und Sprungvermögen. Die Versuchsgruppe erhielt 5000 IE Vitamin D pro Tag, die Kontrollgruppe einen Placebo. Nach acht Wochen zeigte die Versuchsgruppe mit Vitamin D deutlich bessere Leistungen.[28]

Eine Studie an Balletttänzern kam zu einem ähnlichen Ergebnis: Auch hier zeigte eine Versuchsgruppe mit 2000 IE Vitamin D pro Tag deutlich bessere Leistungen, als die Kontrollgruppe.

Allerdings gibt es auch gegensätzliche Daten: Eine Studie jungen Männern mit schwerem Vitamin-D-Mangel konnte selbst bei Dosen von 10.000 IE pro Tag keinerlei Verbesserung der Leistungsfähigkeit feststellen.[29]

Die Studienlage ist hier entsprechend unübersichtlich. Eine Metastudie aus dem Jahr 2017 kam jedoch nach Durchsicht der bisher zu diesem Thema durchgeführten Studien zu dem Schluss, dass Vitamin D3 eine positive Wirkung auf die Muskelkraft von Athleten hat.[30] Metastudien, die einen größeren Personenkreis berücksichtigten kamen zu ähnlichen, wenn auch nicht ganz eindeutigen Ergebnissen.[31]

Dennoch sind einige Mechanismen bekannt, welche die Rolle von Vitamin D bei der Kraftzunahme plausibel machen.

Vitamin optimiert die Calcium-Aufnahme von Muskelzellen

Vitamin D verbessert vermutlich die Calcium-Aufnahme der Muskelzellen, was zu einer verbesserten Kontraktionsfähigkeit führt. [32–34] Zellstudien zeigten, dass Vitamin D verschiedene Calcium-Kanäle aktiviert, durch die das Mineral in die Muskeln einströmen kann. Calcium spielt eine wesentliche Rolle bei der Kontraktion der Muskeln.

Vitamin D optimiert die Phosphat-Aufnahme in Muskelzellen

Phosphat ist ein wichtiges Mineral zur Produktion des Energieträgers ATP in Muskelzellen. Tierstudien zeigten, dass Vitamin D die Aufnahme von Phosphat in die Muskelzellen und die Produktion von ATP deutlich verbessern konnte.[35]

Vitamin D steuert die Kontraktionsproteine

Muskelkontraktion ist ein komplexer Vorgang, bei dem spezielle Proteine der Muskeln vorübergehend ineinander gleiten, um so den Muskel zu verkürzen. Die beiden wichtigsten Proteine in diesem Zusammenhang sind Aktin und Myosin. Vitamin D reguliert laut neueren Studien alle beiden Proteine und hat so einen direkten Einfluss auf die Kontraktionsfähigkeit der Muskeln.[36]

Vitamin D führt zu einem Zuwachs an Typ-II-Muskelzellen

Außerdem führt Vitamin D laut einigen Studien zu einer Zunahme von weißen Typ-II-Muskelzellen, die für kurzfristige Maximalkraft ausschlaggebend sind und zum Beispiel beim Bodybuilding massiv ausgebildet werden.[37]

Vitamin D und Testosteron

Testosteron ist eines der wichtigsten Muskelaufbau-Hormone. Ein Testosteronmangel führt zu einem mangelnden Muskelaufbau und zur Anlagerung von Fett.

Vitamin-D-Spiegel zeigen eine starke Korrelation zu Testosteron-Spiegeln: Testosteronmangel und Vitamin-D-Mangel treten häufig gleichzeitig auf und die Testosteron-Spiegel zeigen genau wie die Vitamin-D-Spiegel starke saisonale Schwankungen.[38]

Eine Supplementation mit 3000 IE Vitamin D hebt auch den Testosteronspiegel an, wie eine Studie an gesunden Männern zeigen konnte.[39]

Es ist bisher nicht genau erforscht, wie sich dieser Zusammenhang auf das Muskelwachstum auswirkt. Leichte Schwankungen der Testosteronspiegel beeinflussen das Muskelwachstum kaum, während die Korrektur mangelhafter Testosteron-Spiegel zu einer deutlichen Zunahme von Muskelmasse führen kann.[40]

Vitamin D für ältere Menschen

Die Wirkung von Vitamin D auf Muskeln spielt nicht nur für Athleten, sondern vor allem auch für Ältere Menschen eine große Rolle. Bei älteren Menschen sinkt die Fähigkeit zur Vitamin-D-Produktion deutlich ab. Im Alter von 70 Jahren sinkt sie gegenüber dem jungen Erwachsenenalter um fast 80 Prozent, weil die Konzentration der Vorstufe 7-Dehydrocholestoerol, sowie die Aktivität der Vitamin-D-Enzyme stark abnimmt. [41]

Aufgrund dieser Zusammenhänge gibt es zahlreiche Studien, welche den Effekt von Vitamin D auf die Skelettmuskulatur älterer Menschen und insbesondere auch das Sturzrisiko untersuchen.

Dabei zeigt sich, dass die Wahrscheinlichkeit eines Sturzes mit sinkenden Vitamin-D-Spiegeln zunimmt und bei einem Vitamin-D-Mangel besonders hoch ist.[42]

Studien, welche die Wirkung von Vitamin D auf das Sturzrisiko untersuchten, kamen dennoch zu sehr gemischten Ergebnissen.[43–46] Besonders hohe monatliche Dosen scheinen nicht den gewünschten Effekt zu bringen. [47–49] Wie in anderen Bereichen ist der Körper hier möglicherweise auf eine tägliche Versorgung angewiesen und das Intervall der Dosierung könnte die Unterschiede erklären. Zusätzlich zu Vitamin D ist hier zudem die Calcium-Versorgung wichtig.

Wie viel Vitamin D für die Muskeln?

Gesunde Vitamin-D-Spiegel zwischen 40 und 60 ng/ml stellen auch für die Muskelfunktion die optimalen Spiegel dar.[50]

Die für diese Spiegel nötige Dosierung hängt sehr von der individuellen Sonnenexposition ab. Zusätzlich zu Vitamin D sollte auch der Kofaktor Vitamin K2 zugeführt werden, der für eine optimale Verwertung des Calciums sorgt. Ältere Menschen benötigen oftmals auch zusätzlich Calcium.

Als allgemeine Richtwerte können folgende Empfehlungen für die tägliche Dosierung gemacht werden.

Sommer: 1000 – 2000 IE Vitamin D3 + 150 – 200 µg Vitamin K2 MK7 all-trans
Winter: 2000 – 5000 IE Vitamin D3 + 150 – 200 µg Vitamin K2 MK7 all-trans
ältere Menschen: 4000 IE Vitamin D + 200 µg Vitamin K2 MK7 all-trans + 1000 mg Calcium

Fazit Vitamin D und Muskeln         

Vitamin D spielt nach aktueller Forschungslage eine Rolle in der Neubildung, Funktion und Regeneration von Muskeln. Besonders für Athleten und Sportler ist Vitamin D ein wichtiger Nährstoff, um die Leistung zu halten, saisonale Schwankungen zu vermeiden und Muskeln aufzubauen.

Für ältere Menschen ist Vitamin D wichtig zum Erhalt der Muskelkraft und in der Vermeidung von Stürzen.

Wie auch in anderen Bereichen scheint eine tägliche Versorgung mit Vitamin D Bedingung für eine optimale Wirksamkeit zu sein.

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