Welche Rolle spielen Zink und Vitamin D3 für die Fertilität?

Die Versorgung mit Biofaktoren wie Vitaminen, Mineralstoffen und Spurenelementen stellt grundsätzlich einen wichtigen Beitrag für die gesunde körperliche und geistige Entwicklung des Menschen dar. Der folgende Beitrag fokussiert sich auf die Bedeutung der Biofaktoren Zink und Vitamin D3 auf die Fruchtbarkeit von Frau und Mann.

Auf den Zinkstatus achten

Zink ist ein essenzielles Spurenelement mit zahlreichen biologischen Funktionen; mehr als 300 Enzyme enthalten Zink oder werden durch Zink aktiviert. Der Biofaktor ist Bestandteil der DNA- und RNA-Polymerase und somit essenziell für die Zellteilung. Auch zahlreiche Hormone wie Schilddrüsen-, Sexual- und Wachstumshormone benötigen Zink für ihre Funktionen.

Der Biofaktor ist für verschiedene Bereiche der männlichen Fertilität verantwortlich.1 Die männlichen Geschlechtsorgane weisen eine hohe Zinkkonzentration auf, insbesondere die Prostata, die für einen hohen Zinkgehalt des Spermas verantwortlich ist. Zink kommt in Spermatozoen und in der Samenflüssigkeit vor, wo seine Konzentration höher ist als in allen anderen Körperflüssigkeiten. Da der Biofaktor an der Synthese der Sexualhormone und an der Spermienproduktion beteiligt ist, kann ein Zinkmangel daher zu Unfruchtbarkeit und unerfülltem Kinderwunsch führen.

Das Vorkommen von Zink im Sperma wurde bereits 1921 erstmals beschrieben.2 Seit dieser Zeit wurden zahlreiche Untersuchungen durchgeführt, die sich mit der Rolle von Zink bei der männlichen Fortpflanzung beschäftigten3:

  • Die Konzentration des Zinkspiegels im Samenplasma hängt mit der Spermienzahl zusammen.4,5
  • Ein Zinkmangel kann mit einer Abnahme von Hodenvolumen und -gewicht und einem Versagen der Spermatogenese als häufigste Fruchtbarkeitsstörung bei Männern in Verbindung gebracht werden.6
  • In tierexperimentellen Untersuchungen zeigte sich, dass Zinkgaben mit einer Zunahme der Spermienzahl und -motilität, des Testosteronspiegels, einer verbesserten Hodenstruktur und durch Adipositas verursachten Anomalien der Spermatogenese einhergehen können.7
  • Auch in humanen Beobachtungsstudien korreliert ein Zinkdefizit mit einer geringen Spermienqualität und männ­licher Unfruchtbarkeit.8 Die Zinkspiegel im Plasma der fruchtbaren Männergruppe der hier zitierten Studie lagen mit 14,08 mg/100 ml ± 2,01 deutlich höher im Vergleich zu den Plasmawerten der unfruchtbaren Männergruppe (10,32 mg/100 ml ± 2,98).
  • Im Jahr 2016 führte eine Gruppe von Forschenden eine Metaanalyse von 17 Humanstudien durch, um den Zusammenhang zwischen Samenplasma-­Zink und männlicher Unfruchtbarkeit zu untersuchen. Für die gesamte Metaanalyse waren die Zinkkonzentrationen im Samenplasma von unfruchtbaren Männern signifikant niedriger als die von fruchtbaren Männern.9
  • Es wurden nicht nur Beobachtungs-, sondern auch Interventionsstudien publiziert – mit durchaus vielversprechenden Ergebnissen: In einer unverblindeten Studie mit 100 Teilnehmern mit Asthenozoospermie – nach WHO-Kriterien, wenn weniger als 40 % der Spermien motil sind oder weniger als 32 % progressiv motil – konnte gezeigt werden, dass eine dreimonatige Substitution mit täglich 2 x 250 mg Zinksulfat die Sperma­qualität signifikant verbessern und gleichzeitig das Auftreten von Anti-­Sperma-Antikörpern vermindern kann.10
  • Zudem gibt es Ergebnisse aus einer doppelblinden, randomisierten, placebokontrollierten Studie an 211 Männern, dass eine kombinierte Supplementation von Zink als Zinksulfat (66 mg) mit dem Vitamin Folsäure (5 mg) die Spermienzahl bei subfertilen als auch fruchtbaren Männern erhöhen kann.11
  • Eine Verbesserung von Spermapara­metern durch eine Supplementierung mit Zink konnte auch in einer doppel­blind randomisierten Studie mit 112 Patienten nach einer Varikozelektomie aufgrund von Infertilität gezeigt werden. Die Teilnehmer erhielten nach dem Eingriff täglich entweder 66 mg Zinksulfat (n = 32) oder 5 mg Folsäure (n = 26) oder Zink plus Folsäure (n = 29) oder Placebo (n = 25). Nach sechs Monaten Studiendauer zeigte sich unter der Kombination von Zink und Folsäure die stärkste Verbesserung der Sperma-Parameter Spermienzahl und -morphologie. Zink alleine verbesserte vor allem die Morphologie, nicht aber die Zahl der Spermien.12

Allerdings gibt es auch wissenschaftliche Untersuchungen, die den Nutzen von Zink – und Folsäure – auf die männliche Fertilität nicht bestätigen konnten,13 sodass weitere gut-designte Studien zu empfehlen sind.

Welche Auswirkungen hat Zink auf die weibliche Fertilität?

Ein positiver Nutzen des Biofaktors Zink auf die Fruchtbarkeit der Frau konnte durch wissenschaftliche Untersuchungen dokumentiert werden. Ein Zinkmangel kann die Eizellenreifung stören und die Eizellenqualität herabsetzen. Weiterhin gibt es Hinweise, dass sowohl bei der Entwicklung der Eizellen als auch nach der Befruchtung von Präimplantationsembryos Teilung, Proliferation und Differenzierung von einer ausreichenden Zinkversorgung abhängen. „Die in den letzten zehn Jahren gesammelten Beweise heben die Notwendigkeit von Zink für eine normale Fruchtbarkeit und gesunde Schwangerschaftsergebnisse hervor. Dies legt nahe, dass bei Frauen im gebärfähigen Alter, bei denen das Risiko eines Zinkmangels besteht, eine Zinkergänzung in Betracht gezogen werden sollte,“ so das Fazit der Autoren der hier zitierten Untersuchung aus dem Jahr 2021.14

Auch kann ein Zinkmangel zu Zy­klus­­störungen führen, wodurch die Empfängnisbereitschaft ebenfalls sinkt. Zudem hat sich gezeigt, dass bei Zinkdefizit die Serumkonzentrationen von Östrogen und Progesteron unter den Normbereich sinken können. Außerdem spielt der Biofaktor auch nach der Befruchtung eine wichtige Rolle: Unter Zinkmangel ist das Risiko für die Entwicklung von Missbildungen und Schwangerschaftskomplikationen wie eine vorzeitige Plazentaablösung oder Fehl- und Frühgeburten erhöht.15 Weiterhin können bei Zinkmangel während der Schwangerschaft die Neuralrohrentwicklung und das Wachstum der fetalen Gliedmaßen behindert werden.

Fertilität und Vitamin D3 – das ist dokumentiert

Vitamin D3 kann aufgrund der Expression des Vitamin-D-Rezeptors und des Enzyms Cytochrom P450 27B1 – das die Bildung von aktivem Vitamin D3 aus seiner Vorstufe Calcidiol katalysiert – in reproduktiven Geweben wie Eierstöcken, Uterus und Plazenta den Fortpflanzungsprozess bei Frauen positiv beeinflussen. Der Biofaktor spielt auch eine Rolle bei der Regulierung der Sexualhormon-­Steroidogenese.16 Zudem gibt es Hinweise, dass ein Vitamin-D3-Mangel mit der Entwicklung eines polyzystischen Ovarsyndroms (POCS) verknüpft sein kann – bekanntermaßen eine der häufigsten Hormonstörungen der Frau und mögliche Ursache für Unfruchtbarkeit. Beispielsweise zeigte sich in einer Beobachtungsstudie an 137 Frauen, dass die Wahrscheinlichkeit eines polyzystischen Ovarsyndroms bei einem Vitamin-D3-­Defizit (Calcidiol-Serum-Werte < 30 ng/ml) etwa doppelt so hoch war im Vergleich zu Frauen mit Calcidiolspiegeln im Normbereich. Auch wurde eine Meta­analyse von randomisierten kontrollierten Humanstudien über den potenziellen Nutzen von Vitamin D3-Supplementen auf POCS im Jahr 2020 publiziert – mit folgenden Ergebnissen17:

  • Eine Vitamin-D3-Supplementierung von 4.000 IE pro Tag über einen Zeitraum von mindestens zwölf Wochen, im Vergleich zu Tagesdosen von 1.000 IE oder Placebo, zeigten bei PCOS-Frauen positive Auswirkungen auf das Gesamt­testosteron, das Sexualhormon-bindende Globulin (SHBG) und den freien Androgenindex (FAI).
  • Zudem kam es unter Vitamin D3 zu einer Verbesserung des Glukosespiegels, des Gesamtcholesterinspiegels, der Insulinsensitivität, der Hyperlipidämie und der hormonellen Funktionalität.

Es gibt ebenfalls Hinweise, dass ein Vitamin-D3-Mangel aufgrund seiner bekannten immunmodulatorischen und entzündungshemmenden Eigenschaften eine Rolle in der Pathogenese einer Endometriose spielen könnte. Eine in 2020 veröffentlichte Metaanalyse von neun Studien konnte nachweisen, dass Frauen mit Endometriose im Vergleich zu Kontrollen einen niedrigeren Vitamin-D3-Status hatten und es einen negativen Zusammenhang zwischen dem Vitamin-D3-Spiegel und dem Schweregrad der Endometriose gab.18 Allerdings liegen auch Untersuchungen vor, in denen dieser Zusammenhang nicht bestätigt werden konnte.19 Angesichts der Heterogenität der bereits veröffentlichten Studien reichen die analysierten Daten nicht aus, um einen eindeutigen Ursache-Wirkungs-Zusammenhang zwischen Vitamin-D3-Status und Endometriose zu belegen, daher sind auch in diesem Bereich weitere Studien erforderlich. Dennoch könnte eine Vitamin-D3-Supplementierung durchaus ein Therapieversuch wert sein.

Literatur

1 Fallah A et al.: Zinc is an essential element for male fertility: A review of Zn roles in men's health, germination, sperm quality and fertilization. J Reprod Infertil 2018 Apr-Jun, 19(2): 69-81
2 Bertrand G et al.: Die Rolle von Zink bei der Reproduktion. Akad. Wissenschaft 1921, 173: 176-179
3 Allouche-Fitoussi D et al.: The role of zinc in male fertility. Int J Moi Sci 2020 Oct, 21(20): 7796
4 Mankad M et al.: Seminale Plasma-Zinkkonzentration und Alpha-Glucosidase-Aktivität in Bezug auf die Samenqualität. Biol Spur Elem Res 2006, 110: 97-106
5 Liu DY et al.: Beziehung zwischen der Zinkkonzentration im Samenplasma und der Spermatozoa-Zona pellucida-Bindung und der ZP-induzierten Akrosomreaktion bei subfertilen Männern. Asiatischer J Androl 2009, 11: 499-450
6 Prasad AS: Entdeckung des menschlichen Zinkmangels: Seine Auswirkungen auf die menschliche Gesundheit und Krankheit. Erw Nutr 2013, 4: 176-190
7 Ma J et al.: The mechanism of zinc sulfate in improving fertility in obese rats analyzed by sperm proteomic analysis. Biomed Res Int 2020, 2020: 9876363
8 Colagar AH et al.: Zinkspiegel im Samenplasma sind mit der Spermienqualität bei fruchtbaren und unfruchtbaren Männern verbunden. Nutr Res 2009, 29: 82-88
9 Zhao J et al.: Zinc levels in seminal plasma and their correlation with male infertility: A systematic review and meta-analysis. Sci Rep 2016 Mar 2, 6: 22386
10 Omu AE: Treatment of asthenozoospermia with zinc sulphate: andrological, immunological and obstetric outcome. Eur J Obstet Gynecol Reprod Biol 1998, 79: 179-184
11 Wong WY et al.: Effects of folic acid and zinc sulfate on male factor subfertility: a double-blind, randomized, placebo-controlled trial. Fertil Steril 2002 März, 77(3): 491-498
12 Azizollahi G et al.: Effects of supplement therapy on sperm parameters, protamine content and acrosomal integrity of varicocelectomized subjects. J Assist Reprod Genet 2013 Apr, 30(4): 593-589
13 Schisterman EF et al.: Effect of folic acid and zinc supplementation in men on semen quality and live birth among couples undergoing infertility treatment: A randomized clinical trial. JAMA 2020 Jan, 232(19): 35-48
14 Garner TB et al.: Role of zinc in female reproduction. Biol Reprod 2021 Mai, 104(5): 976-994
15 Hess SY et al.: Effects of maternal zinc supplementation in pregnancy and lactation outcomes. Food Nutr Bull 2009, 30(1): 60-78
16 Muscogiuri G et al.: Shedding new light on female fertility: The role of vitamin D. Rev Endocr Metab Disord 2017 Sep, 18(3): 273-283
17 Menichini D et al.: Effects of vitamin D supplementation in women with polycystic ovary syndrome: a review. Gynecol Endocrinol 2020 Jan, 36(1) :1-5
18 Qiu Y et al.: Vitamin D status in endometriosis: a systematic review and meta-analysis. Gynecol Obstet 2020 Jul, 302(1): 141-152
19 Kalaitzopoulos DR et al.: Association between vitamin D and endometriosis: a systematic review. Hormone (Athen) 2020 Jun, 19(2): 109-121

Dr. Daniela Birkelbach
Gesellschaft für Bio­faktoren e. V. 
daniela.birkelbach@gf-biofaktoren.de
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