Dass Vitamin C für die Gesundheit von Zähnen, Knochen und Bindegewebe besonders wichtig ist, wissen Forscher:innen schon lange. Welchen drastischen Effekt Vitamin C-Mangel auf die Mineralisation des Knochens und das Knochenwachstum hat, konnte nun erstmals in einer Studie mit Vitamin-C-defizienten Mäusen gezeigt werden. Der drastische Geschlechterunterschied lässt auch Rückschlüsse auf die menschliche Knochengesundheit im Alter zu.

Die menschliche Gesundheit hängt von der Zufuhr von Vitamin C mit der Nahrung ab. Schwerer Vitamin-C-Mangel führt zu Skorbut, einer der ältesten bekannten Ernährungskrankheiten, die durch den Abbau von Bindegewebe, einschließlich der Knochen, gekennzeichnet ist. Obwohl Skorbut heutzutage als relativ seltene Krankheit gilt, ist eine niedrige Vitamin-C-Zufuhr für viele verschiedene sozioökonomische, kulturelle und altersbedingte Gruppen klinisch relevant, selbst in westlichen Ländern. Eine unzureichende Vitamin-C-Zufuhr korreliert vor allem bei älteren Patient:innen mit einem erhöhten Risiko für Hüft- und osteoporotische Frakturen, während höhere Vitamin-C-Serumspiegel mit einem geringeren Frakturrisiko und einer höheren Knochenmineraldichte einhergehen.

Dass Vitamin C einen Effekt auf die Kollagenformation hat, indem es Kollagenmoleküle vernetzt, war Forscher:innen bekannt. Rezente Studien konnten zeigen, dass Osteoblasten, die für den Anbau neuer Knochenstrukturen verantwortlich sind, Vitamin C brauchen, um ihre Aufgabe im Körper zu erfüllen. In der vorliegenden Studie konnten Forscher:innen der Mayo-Klinik in Zusammenarbeit mit Wissenschaftler:innen des LBI für Osteologie nun erstmals auch die Auswirkung von Vitamin-C-Mangel auf die Mineralisation des Knochenmaterials zeigen und herausfinden, wie sich dadurch die Calcium-Konzentration im Knochen ändert.

Dazu wurden sogenannte Gulo-knockout-Mäuse gezüchtet, denen ein bestimmtes Enzym fehlt und die, anders als der Wildtyp, nicht selbst im Körper Vitamin C herstellen können. Adulten Mäusen wurde fünf Wochen lang kein Vitamin C verabreicht. Verglichen wurden die Veränderungen an den Oberschenkelknochen der Mäuse mit einer Gruppe Gulo-Mäuse, die weiterhin Vitamin C bekamen, und einer Gruppe von Mäusen des Wildtyps, denen kein Vitamin C zugefüttert wurde.

Die Ergebnisse waren eindeutig: Innerhalb der fünf Wochen änderte sich die Mineralisation der Knochen der Vitamin-C-defizienten Mäuse und geriet aus dem Gleichgewicht. Die Knochen zeigten abnorm hohe Calcium-Konzentration, waren gleichzeitig brüchiger und verloren an Knochenvolumen. „Das war mit freiem Auge zu sehen“, sagt Stéphane Blouin, der die Knochen im LBI für Osteologie mittels Mikro-CT und Elektronenmikroskop untersuchte. „Die Knochen waren an einer bestimmten Stelle – der Wachstumsfuge – derart fragil, dass sie beim Sezieren jedes Mal abgesplittert sind. Keine der Knochenproben der Vitamin-C-depletierten Mäuse hatte eine intakte Wachstumsfuge.“ Gesunde Mäuse wachsen auch im Erwachsenenalter immer weiter. Bei Gulo-Mäusen hingegen, die kein Vitamin C mehr bekommen hatten, war der Knochenanbau an der Wachstumsfuge gestoppt.

Dieser Befund zusammen mit den anderen Ergebnissen der Studie deuten auf größere strukturelle und/oder Materialveränderungen bei Vitamin-C-Verlust hin. „Wir haben dies zwar nicht direkt untersucht, aber vermutlich bedeuten unsere Beobachtungen auch, dass sich der Knochen der Vitamin-C-defizienten Tiere nicht reparieren kann“, sagt Barbara Misof, die das Konzept und die statistische Auswertung der Materialuntersuchungen verantwortete. „Normalerweise herrscht im Knochen nie Stillstand, es wird ständig neues Material gebildet. Ohne Vitamin C können auch kleine Verletzungen oder Frakturen nicht richtig heilen.“

Weibliche Mäuse waren vom Vitamin-C-Entzug besonders betroffen. Das Vitamin zirkuliert im Blut weiblicher Tiere in stärkerer Konzentration. Es wird vermutet, dass Weibchen mehr Vitamin C benötigen als ihre männlichen Artgenossen. Sichtbar wurde der Geschlechterunterschied etwa anhand von Veränderungen in der untersuchten Spongiosa, dem Knochen im Innenraum des Oberschenkels nahe dem Kniegelenk, der aus feinen Strukturen, sogenannten Trabekeln oder Knochenbälkchen besteht. Sowohl männliche als auch weibliche Tiere verloren an Knochenvolumen in der primären Spongiosa, der Rückgang im Knochenvolumen der sekundären Spongiosa wurde nur in Weibchen beobachtet. Noch eklatanter war der Unterschied in der Beschaffenheit der Knochenbälkchen der weiblichen Vitamin-C-defizienten Mäuse. Im Gegensatz zu den Männchen hatten die Trabekeln ihrer Knochen jegliche Verankerung im Gewebe der Wachstumsplatten verloren.

Die Geschlechtsspezifität ist deshalb von Interesse für die Forschung, da auch beim Menschen die Geschlechter Unterschiede aufweisen, was die Knochengesundheit anbelangt. So sind vor allem ältere Frauen von Osteoporose und damit einer Verschlechterung der Knochendichte betroffen. Ein adäquater Vitamin-C-Serumspiegel könnte für sie besonders wichtig sein.