Das Ultraspurenelement Bor: Ein Booster für Vitamin D und Knochen?

Bor – Einfluss auf Vitamin D- und Knochenstoffwechsel

Dr. Wolfgang Bayer

Skeletterkrankungen, insbesondere Osteoporose, gehören weltweit zu den häufigsten Ursachen für Morbi­dität und Mortalität. Nach Angaben der WHO liegt das Risiko einer osteo­porose­bedingten Fraktur ab einem Alter von 50 Jahren bei ca. 35 %. Daraus ergibt sich die klare medi­zi­nische Aufgabe, die Prävention, Diagnostik und Therapie von degene­rativen und entzünd­lichen Skelett­erkran­kungen deutlich zu verbessern.

Das Spurenelement Bor ist hierfür ein interessanter Kandidat. Neben einem mög­lichen positiven Einfluss auf die Vitamin-D-Konzen­tration deutet die aktuelle Studien­lage darauf hin, dass Bor auch einen direkten positiven Einfluss auf den Knochen­stoff­wechsel hat. Unsere aktuelle Fach­information setzt sich kritisch mit der Evidenz­lage auseinander und bewertet die Sinn­haftig­keit einer mög­lichen adjuvanten Gabe von Bor zur Behand­lung von Skeletterkrankungen.

Wie Aluminium gehört Bor zur 3. Hauptgruppe des Perioden­systems und kommt in der Erd­kruste in einer Menge von unter 0,1 % (Aluminium 7,3 %) vor, hauptsächlich in Form von Borsäure bzw. ihren Salzen, wie z. B. Borax.

Bor ist für Pflanzen essentiell. Dergleichen konnte für den Menschen bisher nicht sicher nach­gewiesen werden. Positive Wirkungen auf den Calcium-, Vitamin D- und den Knochen­stoff­wechsels, auf entzünd­liche Gelenk­erkrankungen, kognitive Leistungen sowie Tumor­erkrankungen wie das Prostata-Carcinom werden diskutiert. Für Bor wurde der Begriff Ultra­spuren­element geprägt (Gröber und Kisters, 2015).

Bor in der Nahrung, Boraufnahme, Grenzwerte

Getrocknetes Obst wie z. B. Pflaumen (2,7 mg/100 g) sind relativ reich an Bor, ebenso wie Mandeln und Nüsse (1,6–2,3 mg/100 g), während Fleisch sehr wenig Bor enthält (Gröber und Kisters, 2015). Auch verschiedene frische Früchte enthalten mit 0,3– 0,6 mg Bor/100 g relevante Mengen (Rondanelli et al., 2022). In europäischen Mineral­wässern werden Bor-Konzentrationen in einem Bereich von 0,1–1,5 mg/l gefunden (Allen et al., 1989). Mit der Nahrung aufgenommenes Bor wird zu Borsäure bzw. ihren Salzen umgewandelt, resorbiert und rasch renal eliminiert. Bor wird damit in Geweben nicht gespeichert und im Körper nicht angereichert.

Die tägliche Bor-Aufnahme in der US-amerikanischen Bevölkerung wird mit 0,87–1,35 mg Bor/Tag angegeben (Food and Nutrition Board, 2001), was Angaben aus Frankreich entspricht (Biego et al., 1998). Die Serum-Konzen­trationen liegen in einem Bereich von ca. 20–100 μg/l.

Die WHO stuft eine tägliche Bor-Aufnahme von 1–13 mg als „acceptable safety interval“ für Erwachsene ein (zitiert bei Rondanelli et al., 2020). Laut EFSA (European Food Safety Authority) sollen Erwachsene nicht mehr als 10 mg Bor/die zu sich nehmen (tolerable upper intake (UL) – EFSA, 2013), für Kinder gelten niedrigere Werte. Eine sehr restriktive Haltung, die im Gegen­satz zu den o. g. Empfehlungen steht, nimmt das Bundes­institut für Risiko­bewertung (BfR) ein. Danach wird für Nahrungs­ergänzungs­mittel eine Höchst­menge von 0,5 mg Bor pro Tagesverzehrs-Empfehlung für Erwachsene genannt (BfR, 2021) und es sollte ein Hinweis „für Kinder und Jugendliche nicht geeignet“ angebracht werden.

Toxizität

Im Tierversuch (Ratte) konnten in verschiedenen Studien repro­duktions­toxische Wirkungen in Dosie­rungen von 13–26 mg/kg KG nachgewiesen werden (zitiert bei Häschke und Stahlmann, 2016). Dies liegt weit oberhalb der beim Men­schen zur Supple­mentierung eingesetzte Dosierungen, und repro­duktions­toxische Wirkungen beim Menschen werden in einer neueren Übersicht verneint (Bolt et al., 2020). Dennoch sollte Bor in der Schwanger­schaft und Still­zeit nicht gegeben werden.

Biochemische Funktionen

Folgende biochemische Funktionen für Bor wurden beschrieben bzw. werden diskutiert (Gröber und Kisters, 2015, Rondanelli et al., 2020):

1. Anti-entzündliche Wirkungen durch Hemmung von Cyclooxygenasen und Lipoxygenasen und Interaktionen mit NF-кB.
2. Beeinflussung der Biosynthese von Steroidhormonen wie 17-ß-Östradiol und Testo­steron durch Modu­lation der Hydroxy­lierung des Steroid-Rings.
3. Beeinflussung des mitochondrialen Energie­stoffwechsels durch Inhibierung von Serin-Proteasen. Dies kann auch beim Prostata-Carcinom von Bedeutung sein.
4. Regulation des Calcium-, Magnesium- und Vitamin D-Stoffwechsels und damit wichtige Bedeu­tung für die Knochengesundheit.

Auf den letztgenannten Punkt werden wir im Folgenden näher eingehen.

Bor und Vitamin D-Stoffwechsel

Vitamin D3 (Cholecalciferol) wird über die Nahrung aufgenommen und unter dem Einfluss von UV-B-Licht in der Haut aus der Vorstufe 7-Dehydro-Cholesterin gebildet. In der Regel überwiegt die endo­gene Bildung in der Haut. In der Leber erfolgt durch das Enzym CYP2R1 (25-Hydroxylase) eine Hydroxy­lierung zum 25-Hydroxy-Vitamin D3, dem wichtigsten Labor­parameter zur Bestimmung der Vitamin D-Versorgung. In der Niere erfolgt durch das Enzym CYP27B1 (1-α-Hydroxylase) eine zweite Hydroxy­lierung zum 1,25-Dihydroxy-Vitamin D3, dem nach Bindung an den Vitamin D-Rezeptor (VDR) primär im Calcium-Stoff­wechsel aktiven Vitamin D-Metaboliten. Bei Vitamin D-Überschuss kann in der Niere über das Enzym CYP24A1 (24-Hydroxylase) eine katabole Umwand­lung zum inaktiven (bzw. wenig aktiven) 24,25-Dihydroxy-Vitamin D3 erfolgen.

Abbildung 1: Schematisierte Darstellung des Vitamin DStoffwechsels (nach Francic et al., 2019, modifiziert)

In einer älteren Arbeit (Miljkovic et al., 2004) wurde die Hypothese aufgestellt, dass durch eine hohe nutritive Auf­nahme von Bor die katabole Umwand­lung in inaktive (wenig aktive) Vitamin D-Metabolite begrenzt wird. Dies könnte zugleich mit einem Anstieg von 25-Hydroxy-Vitamin D3 bzw. 1,25-Dihydroxy-Vitamin D3 einhergehen.

In einer doppelt-blinden, Placebo-kontrollierten Studie an Patienten mit einer Osteo­arthritis, die für 14 Tage Calcium-Fructo-Borat in einer Dosie­rung von 216 mg/die erhielten, wurde ein Anstieg von 1,25-Dihydroxy-Vitamin D3 von 19 % nachgewiesen, während die Konzen­trationen von 25-Hydroxy-Vitamin D3 keine signifi­kanten Unter­schiede aufwiesen (Reyer-Izquirdo et al., 2012). In einer weiteren Studie (Rondanelli et al., 2020) wurde ein Anstieg von 25-Hydroxy-Vitamin D3 um 20 % beschrieben unter Gabe von Calcium-Fructo-Borat (6 mg Bor/die).

Bor und Knochengesundheit

Neben der möglichen Beeinflussung des Vitamin D-Metabolismus dürfte Bor auch in die Regu­lation des Calcium- und Magnesium-Stoffwechsel einbezogen sein und kann regulato­rische Wirkungen auf Steroid-Hormone ausüben.

Während 99 % des Calciums im menschlichen Organismus im Knochen angereichert sind, sind es beim Magnesium noch immer ca. 60 %. Auch Magnesium spielt eine wichtige Rolle im Knochen­stoff­wechsel, und die Gabe von Bor im Tier­versuch kann die Absorption von Magnesium verbessern (Hegstedt et al., 1991). Die Gabe von 3 mg Bor/die führte zu einer Reduk­tion der Harn-Ausscheidung von Calcium- und Magnesium (Rondanelli et al., 2020).

Verschiedene Tierstudien (Rondanelli et al., 2020) zeigen eine Erhöhung der Serum-Konzen­tration von Calcium sowie eine Verbesserung der Knochen­dichte durch Bor-Gabe. Nach einer in-vitro-Studie (Capati et al., 2016) kann Bor die Prolife­ration und Differen­zierung von Osteo­blasten durch verstärkte Aufnahme von Calcium positiv beeinflussen.

In einer Studie in der Türkei an postmenopausalen Frauen aus Gegenden mit hoher (ca. 7 mg/die) und niedriger (ca. 1,2 mg/die) Bor-Aufnahme über das Trink­wasser war die höhere Auf­nahme von Bor mit statistisch signifikant höheren Osteocalcin-Konzen­trationen assoziiert, einem wichtigen Marker des Knochenaufbaus (Boyacioglu et al., 2018).

Da unter Bor-Gabe ein Anstieg der Plasma-Konzen­tration von 17-ß-Östradiol und Testo­steron (Nielsen et al., 1987, Rondanelli et al., 2020) nachgewiesen wurde, kann auch durch diesen Effekt der Knochen­stoff­wechsel günstig beeinflusst werden.

Auch eine ausgeprägte anti-entzündliche Wirkung von Bor in Form von Calcium-Fructo-Borat (Scorei and Scorei, 2013) kann mit günstigen Wirkungen auf den Knochen­stoff­wechsel einhergehen.

Die dargestellten günstigen Wirkungen von Bor auf den Knochen­stoff­wechsel sollten an dieser Stelle jedoch auch kritisch betrachtet werden. Die genannten Schluss­folgerungen basieren primär auf tier­experimen­tellen und Zellkultur-Studien wie auch auf einer Reihe von Humanstudien. Ein erheblicher Teil dieser Arbeiten sind über 20 Jahre alt, umfassen nur kleine Patienten­kollektive, haben sehr hetero­gene Studien­designs und häufig wurde Bor zusammen mit anderen Knochen-aktiven-Substanzen gegeben. Dies erschwert eine Bewertung. Auch wenn z. B. bei der Osteo­arthritis erste kontrollierte Studien vorliegen, besteht ein eindeutiger Bedarf an großen Kohorten­studien und randomisierten, Placebo-kontrollierten Doppel­blind­studien zum Thema Bor und Knochenstoffwechsel.

Nach der jetzigen Studienlage ist Bor ein interessanter Kandidat für die adjuvante Gabe bei (degene­rativen und ent­zündlichen) Skelett­erkrankungen, auch zusammen mit anderen Substanzen wie Vitamin D, Calcium, Magnesium oder auch Glucosam­insulfat (Reyes-Izquierdo et al., 2014).

Bor und Osteoarthritis

Mehrere doppelt-blinde, Placebo-kontrollierte Studien an Patienten mit Knie­schmerzen bzw. Osteo­arthritis (Übersicht bei Mogosanu et al., 2016) haben unter Gabe von 220 mg Calcium-Fructo-Borat eine deutliche klinische Besserung mit Reduk­tion des WOMAC-Score (WOMAC Osteoarthritis Index) sowie von Knie­schmerzen bei erhöhter Beweglich­keit gezeigt (Pietrzkowski et al., 2014, Reyes-Izquierdo et al., 2012). Gleichzeitig kam es zu einem hoch­signifi­kanten Rück­gang von CRP um 37 % (Reyes-Izquierdo et al., 2012), wobei auch in anderen Studien deutliche Senkungen von CRP nach­gewiesen werden konnten (Mogosanu et al., 2016, Rogoveanu et al., 2015).

Bor Supplementierung

Zahlreiche Nahrungsergänzungsmittel mit Bor stehen in Deutschland zur Verfügung. In Nahrungs­ergänzungen sind zugelassen: Borsäure (E 284), Natriumborat/­Natriumtetraborat (E 285) sowie seit 2021 auch Calcium-Fructo-Borat (nicht für Personen unter 18 Jahren sowie Schwangere und Stillende, Aufnahme­menge bis zu 220 mg/Tag – Durch­führungs­verordnung der EU 2021/2129 vom 02.12.2021).

Calcium-Fructo-Borat ist ein Zucker-Borat-Ester, der natürlicher­weise in Früchten und Gemüsen vorkommt und eine lösliche Form von Bor darstellt. Eine biologische Aktivität wurde sowohl für intra- wie auch extra-zelluläre Komparti­mente nachgewiesen. Eine umfang­reiche Übersicht über die bio­chemischen und physio­logischen Grundlagen wurde 2019 publiziert (Hunter et al., 2019). 112 mg Calcium-Fructo-Borat enthalten 3 mg Bor.

In Deutschland verfügbare Nahrungsergänzungsmittel basieren ganz überwiegend auf Natriumborat/­Natriumtetraborat. Nur wenige enthalten bislang Calcium-Fructo-Borat.

Rondanelli et al. (2022) geben zur Unterstützung der Knochen­gesund­heit eine Dosierung von 3 mg Bor/die als sinnvoll an.

Hinweise für die Praxis:

Bor kann sowohl aus Serum als auch aus Vollblut (empfohlen) bestimmt werden. Wichtig sind in diesem Zusammenhang auch die Osteoporose-Profile I und II von Labor Dr. Bayer, die zusätzlich relevante diagnos­tische Marker des Knochen­stoffwechsels enthalten.

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Literatur:

Allen, H. E. et al.: Chemical composition of bottled mineral water. Arch. Environ. Health 1989; 44: 102–116

BfR: Aktualisierte Höchstmengenvorschläge für Vitamine und Mineralstoffe in Nahrungsergänzungsmitteln und angereicherten Lebensmitteln. Stellungnahme Nr. 009/2021 vom 15.03.2021

Biego, G. H. et al.: Daily intake of essential minerals and metallic micropollutants from food in France. Sci. Total Environ. 1998; 217: 27–36

Bolt, H. M. et al.: Effects of boron compounds on human reproduction. Arch. Toxicol. 2020; 93: 717–724

Boyacioglu, O. et al.: Boron intake, osteocalcin polymorphism and serum level in postmenopausal osteoporosis. J. Trace Elem. Med. Biol. 2018; 48: 52–56

Capati, M. L. F. et al.: Boron accelerates cultured osteoblastic cell activity through calcium flux. Biol. Trace Elem. Res. 2016; 174: 300–308

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