Lexikon der Medizinischen Laboratoriumsdiagnostik
Autoren
H. Jomaa

Vitamin K

Vitamin K
Synonym(e)
Vitamin K1 (Phytomenadion, Phyllochinon); Vitamin K2 (Menachinon); Vitamin K3 (Menadion); Koagulationsvitamin; Antihämorrhagisches Vitamin
Englischer Begriff
vitamin K
Definition
Vitamin K umfasst fettlösliche Verbindungen der Grundstruktur 2-Methyl-1,4-Naphthochinon, die an der Synthese von Proteinen der Blutgerinnung, Knochenmineralisierung und möglicherweise der Kontrolle der Weichgewebeverkalkung beteiligt sind.
Molmasse
Phyllochinon: 450,7 g; MK-4 (s. unten): 444,7 g; MK-7 (s. unten): 648,9 g.
Synthese – Verteilung – Abbau – Elimination
Natürliches Vitamin K aus der Nahrung umfasst Phyllochinon (Vitamin K1) und die Menachinone (Vitamin K2). Menadion (Vitamin K3) wird synthetisch hergestellt. Vitamin-K-Verbindungen unterscheiden sich in der Seitenkette am C3 des 2-Methyl-1,4-Naphthochinonkerns. In Europa erfolgt die Vitamin-K-Bedarfsdeckung über die Nahrung überwiegend mit Vitamin K1.
Vitamin K1 (Phyllochinon) enthält eine Phytylgruppe am C3 und wird in Pflanzen gebildet. Es kommt hauptsächlich in grünen Blattgemüsen (z. B. Spinat und Salat) und Kohl vor.
Vitamin K2 (Menachinone) ist eine Gruppe von Verbindungen mit unterschiedlich langen Seitenketten am C3, bestehend aus 4–13 Isoprenyleinheiten (MK4 bis MK13). Das Menachinon MK4 wird im Menschen bakterienunabhängig aus Phyllochinon in der Darmschleimhaut und anderen Organen hergestellt. Die Mehrheit der Menachinone wird jedoch von Bakterien der humanen Darmflora hergestellt. Bei gestillten Säuglingen kommt es erst mit dem Entwöhnen zu einer fortschreitenden Kolonisierung des Darms mit Menachinon-produzierenden Bakterien. Zur Resorptionsquote der von der Darmflora hergestellten Menachinone gibt es keine belastbaren Daten. Wie Vitamin K1 wird auch Vitamin K2 über die Nahrung aufgenommen; wichtigste Quellen sind tierische Produkte wie Fleisch, Käse und Ei.
Vitamin K3 (Menadion), das unsubstituierte 2-Methyl-1,4-Naphthochinon, ist eine wasserlösliche synthetische Form. Es wurde für die Behandlung eines Vitamin-K-Mangels zugelassen, wird aber aufgrund eines ungünstigen Nebenwirkungsprofils (hämolytische Anämie, Lebertoxizität etc.) nicht mehr beim Menschen eingesetzt.
Die Vitamine K1 und K2 werden als lipophile Verbindungen in Gegenwart von Nahrungsfetten, Gallensalzen und Pankreaslipasen im Jejunum resorbiert. Nach Bildung von Mizellen und Aufnahme in die Enterozyten erfolgt der Einbau in die Chylomikronen, die mit der Lymphe über den Ductus thoracicus in die Blutbahn gelangen. Das wasserlösliche Vitamin K3 wird über die Darmschleimhaut resorbiert und gelangt direkt in die Blutbahn.
Vitamin K1 wird im Blut vor allem durch triglyceridreiche Lipoproteine transportiert (etwa 75–90 % des Phyllochinons im Plasma), Vitamin K2 auch durch andere Lipoproteine. Die Anreicherung der Vitamine K1 und K2 erfolgt vor allem in der Leber und zum Teil in Knochen und anderen Geweben. Die Größe des Körperpools von Vitamin K ist nicht bekannt. Bei einem Vitamin-K1-Körperpool von etwa 0,55 μg/kg Körpergewicht bei gesunden Erwachsenen gibt es keine Anzeichen eines Vitamin-K-Mangels. Vitamin K1 und K2 werden in der Leber zu den gleichen Metaboliten abgebaut und über die Galle und den Urin ausgeschieden.
Vitamin K1 wird diaplazentar transportiert. Die Blutkonzentration beim reifen Neugeborenen ist etwa halb so hoch wie bei der Mutter. Die Konzentration in der Muttermilch bei Frauen ohne Supplementierung liegt zwischen 1,2–9,2 μg/L.
Funktion – Pathophysiologie
Vitamin K (sowohl Vitamin K1 als auch Vitamin K2) wirkt als Kofaktor bei der posttranslationalen γ-Carboxylierung verschiedener Vitamin-K-abhängiger Proteine. Hierbei werden Glutaminsäurereste zu γ-Carboxyglutaminsäureresten carboxyliert. Diese Reaktion findet statt unter Beteiligung einer mikrosomalen Carboxylase, einer Vitamin-K-Epoxid-Reduktase und einer Chinon-Reduktase. Die modifizierten Proteine sind in der Lage, Calcium zu binden. Zu den Proteinen, die Vitamin-K-abhängig modifiziert werden, zählen die Gerinnungsfaktoren II, VII (Gerinnungsfaktor VII), IX (Gerinnungsfaktor IX) und X (Gerinnungsfaktor X) (s. jeweils dort) sowie Protein C, Protein S und Osteocalcin. Sie sind an der Blutgerinnung, Knochenmineralisierung und möglicherweise der Kontrolle der Weichgewebeverkalkung beteiligt. Die aktuelle Datenlage zeigt für die γ-Carboxylierung, dass Menchinon MK-7 eine 2,5-fach höhere Bioaktivität im Vergleich zu Vitamin K1 besitzt. Die γ-carboxylierten Gerinnungsfaktoren werden über Ca2+-Ionen an Phospholipidoberflächen gebunden und aktiviert. Osteocalcin ist eines der am häufigsten vorkommenden nicht kollagenen Proteine im Knochen und ist an der Knochenmineralisierung beteiligt. 1,25-(OH)2-Vitamin D (Vitamin D) reguliert die Expression von Osteocalcin. Andere Proteine wie das Matrix-γ-Carboxyglutaminsäure-Protein und das Growth-Arrest-Specific-Protein 6 werden in der glatten Gefäßmuskulatur synthetisiert und sind vermutlich an der Hemmung der Weichteilkalzifizierung beteiligt. Säuglinge mit Vitamin-K-Epoxid-Reduktase-Mutationen können schwere Blutungen und/oder Skelettdefekte zeigen.
Während der γ-Glutamylcarboxylierung Vitamin-K-abhängiger Proteine wird die reduzierte aktive Form von Vitamin K (Hydrochinon) in die oxidierte Form (Vitamin-K-Epoxid) umgewandelt, die anschließend durch die Vitamin-K-Epoxid-Reduktase wieder zu Hydrochinon reduziert wird. Dieser Redoxzyklus, genannt Vitamin-K-Zyklus, findet in verschiedenen Geweben statt, insbesondere in der Leber und im Knochen. Die Vitamin-K-Epoxid-Reduktase kann durch Cumarine blockiert werden, worauf deren Antikoagulationsaktivität beruht. Steht Vitamin K in unzureichender Menge zur Verfügung, so werden unwirksame untercarboxylierte Vorstufen der Vitamin-K-abhängigen Proteine gebildet. Diese werden auch als PIVKA („protein induced by vitamin K absence or antagonists“) bezeichnet (s. Proteine, induziert durch Vitamin K-Mangel).
Vitamin-K-Mangel bei Erwachsenen ist selten. Gemäß der Nationalen Verzehrstudie II liegt die mediane Vitamin-K1-Aufnahme bei 76 μg/Tag. Dies entspricht dem Schätzwert für eine angemessene Vitamin-K1-Zufuhr für Erwachsene. Der Vitamin-K-Mangel bei Erwachsenen ist mit einem Mangel an Gerinnungsfaktoren und damit einer Beeinträchtigung der normalen hämostatischen Kontrolle verbunden. Es kann sowohl zu Blutungen als auch zu Thrombosen kommen. Der Mangel an Gerinnungsfaktoren führt außerdem zur Abnahme des Quick-Werts (Thromboplastinzeit). Ein Vitamin-K-Mangel findet sich insbesondere bei einer gestörten Lipidaufnahme bei Darmentzündungen oder Pankreasfunktionsstörungen. Vitamin-K-Mangelsymptome finden sich auch nach der Einnahme von Vitamin-K-Antagonisten (z. B. Cumarine). Eine Beeinträchtigung der hämostatischen Kontrolle entwickelt sich bei gesunden Erwachsenen, wenn ein Vitamin-K-Mangel länger als 2–3 Wochen anhält.
Aufgrund des niedrigen Vitamin-K-Gehalts der Muttermilch sind gestillte Säuglinge anfällig für einen Vitamin-K-Mangel. Die Verabreichung von Vitamin K1 bei Neugeborenen ist übliche Praxis zur Prävention von Blutungen. Es wurde keine tolerierbare obere Aufnahmemenge für Vitamin K1 festgelegt.
Vitamin K und Vitamin E (α-Tocopherol) teilen gemeinsame Stoffwechselwege und die biliäre Exkretion sowie den Transport über Lipoproteine. Die Aufnahme hoher Vitamin-E-Konzentrationen führt zur Hochregulierung der Abbauwege beider Vitamine, was zu einem Vitamin-K-Mangel führen kann. Auch wurde eine kompetitive Hemmung zwischen Tocopherolchinon und dem Phyllochinonhydrochinon für die Vitamin-K-abhängige γ-Carboxylase beschrieben. Beide Mechanismen führen zu einer Erhöhung der Blutungsneigung bei der Einnahme hoher Vitamin-E-Mengen.
In der Supplementierung finden neben Vitamin K1 (Phyllochinon) auch die Menachinone MK-4 und MK-7 zunehmend Anwendung. Eine Empfehlung zur tolerierbaren oberen Aufnahmemenge gibt es hierfür nicht.
Untersuchungsmaterial – Entnahmebedingungen
Präanalytik
Vitamin K ist lichtempfindlich. Proben sollen lichtgeschützt transportiert und aufbewahrt werden.
Analytik
In der Routine finden HPLC-basierte Verfahren mit massenspektrometrischer Detektion Anwendung. Es stehen verschiedene weitere kolorimetrische, spektrophotometrische und fluorometrische Methoden zur Verfügung.
Referenzbereich – Erwachsene
Vitamin K1: 100–2200 ng/L (0,22–4,88 nmol/L); Vitamin K2 (MK-4) und (MK-7): nicht verfügbar.
Referenzbereich – Kinder
Nicht verfügbar.
Indikation
Blutungen insbesondere bei niedrigem Quickwert, akute und chronische gastrointestinale Erkrankungen, parenterale Ernährung sowie längerfristige Antibiotikaanwendung.
Interpretation
Konzentrationen <0,1 nmol/L werden als Vitamin-K1-Mangel eingestuft.
Diagnostische Wertigkeit
In Europa ist Vitamin K1 das Vitamin-K-Derivat mit der höchsten Einnahmekonzentration aus der Nahrung. Vitamin K1 bildet auch den größten Anteil am Vitamin-K-Pool im Menschen und die größte Vitamin-K-Fraktion im Blut. Die Bestimmung der Vitamin-K1-Konzentration im Serum hat sich daher in der klinischen Routine etabliert. Die Vitamin-K1-Bestimmung im Serum ist ein Biomarker für die kürzliche Vitamin-K1-Einnahme. Die Konzentration nimmt bei Vitamin-K-Diät ab und mit einer Vitamin-K1-Supplementierung zu. Die Bestimmung der Menachinone MK-4 und MK-7 dient hauptsächlich der Kontrolle unter Supplementierung. Neben der direkten Messung von Vitamin K im Serum geben die Bestimmung des Quick-Werts, die Bestimmung der Prothrombin-Konzentration und des untercarboxylierten Prothrombins (PIVKA-Prothrombin) mit immunologischen Methoden Hinweise auf einen Vitamin-K-Mangel.
Literatur
EFSA NDA Panel (EFSA Panel on Dietetic Products, Nutrition and Allergies), Turck et al (2017) Scientific opinion on the dietary reference values for vitamin K. EFSA J 15(5):4780
Rifai et al (2018) Tietz textbook of clinical chemistry and molecular diagnostics, 6. Aufl. Elsevier, St. Louis