Salve Popullus! С вами врач интегративной медицины Высоких Роман Владимирович! В этой статье поговорим о витамине D, его свойствах, значении для нашего организма и практическом применении. Статья содержит максимально сжатую информацию для столь огромного витамина.
Витамин D- это группа жирорастворимых витаминов, которая включает в себя: D1, D2, D3, D4, D5, D6
D1 - эргоцальциферол + люмистерол (смесь витаминов D в соотношении 1:1, которую впервые выявили при изучении витамина )
D2 - эргокальциферол, провитамин эргостерин (выделен из дрожжей). Данный витамин поступает только с пищей из растений и грибов.
D3 - холекальциферол, провитамин 7-дегидрохолестерин. Холекальциферол происходит от латинских слов cholesterinum - холестерин, calcium- кальций, Phero - нести, приносить и oleum - масло
D4 - 22,23-дигидроэргокальциферол (продукт метаболизма активных форм витамина Д). Влияет на ПТГ и менее активен
D5 - 24-этилхолекальциферол (ситокальциферол) - получают из масел пшеницы
D6 - 22-дигидроэтилкальциферол (сигма-кальциферол) синтезируется растениями
Витамины D2 и D3 наиболее изучены и актуальны в метаболизме витаминов группы D, а так же востребованы в фармакологии.
С точки зрения химии витамины группы D относятся к классу полициклических ненасыщенных одноатомных спиртов. В основе витамина Д лежит стероидное кольцо - циклопентанпергидрофенантрен.
Физические свойства витамин D
Кристаллы белого или желтого цвета без цвета и запаха, плохо растворимы в воде, но жирорастворимы. Хорошо поглощают УФ на уровне 264 нм (спектр В). Устойчивы к высоким температурам и воздействию воздуха.
История открытия витамина D
Изучение витамина D тесно связано с таким заболеванием, как рахит. Еще в древности заметили влияние солнечного света на прочность костей, особенно сравнивая их у воинов живших в разных условиях. Описание рахита можно найти еще в древнем Риме. Первое и наиболее подробное изменение костной системы при рахите описал Гален. Достаточно много описаний сделано в период 17 века, когда доля городского населения стало расти. Дети стали меньше получать света, прибывая в затененных помещениях и темных тесных улицах. Первое наиболее полное клиническое и патологоанатомическое описание рахита дал в 1650 году Френсис Глиссон. Замечено, что данный недуг встречался чаще всего у более зажиточных семей. Само название рахит происходит от английского rickets (древнеанглийский wrickken), что означает искривлять (рахит наиболее часто встречался именно в Англии). Позже Ф. Глиссон изменил это название на греческий rachitis (болезнь спинного хребта), так как при заболевании часто деформируется позвоночный столб. Предположение о влияние света на болезнь выдвинул в 1822 гожу Анджей Снядецкий наблюдая, что у детей родившихся в Варшаве чаще встречается рахит, чем у тех, кто родился в сельской местности. В 1890 году Т.А. Палм наблюдал за бедными слоями населения Китая, Индии и Японии, которые часто имели плохое питание и условия жизни, но среди них рахит встречался редко. В тоже время у зажиточных жителей Англии рахит был достаточно распространен. В связи с этим мнение о связи рахита и солнечного света стало более убедительным, в связи с чем Т.А. Палм предложил использовать солнечные ванны для профилактики и лечения рахита.
В 1919 году Курт Хулдщинский показал хороший терапевтический эффект от воздействия на рахит кварцевой лампы. В этот же период получен положительный терапевтический эффект на собаках, которых кормили рыбьим жиром. Тогда появилась мысль о наличии какого-то вещества, который связан с рахитом.
В 1924 году Альфред Гесс обнаружил, что хороший терапевтический эффект на рахит оказывают растительные продукты, которые ранее были облучены УФ. Появилась мысль, что в продуктах есть некий провитамин, который под действием УФ и превращается в нужный витамин. При разборе этих продуктов Гесс обнаружил, что в них достаточно много содержится стеринов (холестериноподобные вещества). В то время ведущим специалистом в области стеринов был Виндаус. В 1927 году Гесс и Виндаус обнаружили, что под действием УФ стерин в несколько этапов превращается в новый витамин, который позже назвали витамином D, а провитамин назвали эргостерином. В 1928 году ученый был удостоен Нобелевской премии по химии «за работы по изучению строения стеринов в их связи с витаминной группой» В 1933 году Виндаус обнаружил еще один провитамин Д - 7-дегидрохолестерин. Лишь в 60-80-х годах изучен метаболизм витамина Dи описаны его активные формы.
Источники витамина D
Взаимодействие УФ спектра В солнечного света с кожей
Грибы. В грибах содержится эргостерол (вещество похожее на холестерин) и под воздействием того же УФ излучения спектра В он преобразуется в витамин D2. Но нужно помнить, что обязательным условием наличия витамина D2 в грибах это облучение их УФ. Многие грибы выращивают в условиях минимального доступа света (шампиньоны и вешенки растут фактически в темноте), да и дикие грибы часто растут в затененных местах. Но есть выход из этой ситуации. Дикие или покупные грибы можно нарезать на слайсы (можно и без нарезки) и оставить их под действие яркого солнечного света (можно использовать кварцевую лампу, если есть в наличии). Легкое подсушивание не влияет на интенсивность образования витамина D, так как эта реакция не относится к ферментативным. Есть варианты обрабатывать УФ и уже сушенные грибы. Благодаря такой обработке вы насыщаете продукт витамином D2 ( в среднем в 100 г грибов может содержаться до 100 МЕ витамина D) . Такой же особенностью обладают и облученные УФ дрожжи.
Морепродукты, особенно морская дикая рыба, икра, рыбий жир. Витамина D концентрируется в рыбьем жире в достаточном количестве, как и ранее описанные омега-3 ПНЖК. В аквакультуре тоже будет присутствовать витамин D, но в меньшем кол-ве, что видимо связано с недостаточным доступом УФ. Так наиболее богаты на витамин D рыбий жир, сардины, скумбрия, красная рыба, сельдь, тунец. Рыбий жир в одной чайной ложке может содержать от 400 до 1000 МЕ. В 100г дикой морской рыбы может быть до 300 МЕ витамина D
Яйца: куриные, перепелиные. На содержание витамина D влияют условия содержания птицы, питание и доступ УФ. Приблизительно одно куриное яйцо может содержать около 20МЕ витамина D
Молоко и кисломолочные продукты. Но тут важно учитывать в каких условиях выращивают животных. Если животные в большей степени находятся не на открытых и освещенных пространствах, то витамина D в таких молочных продуктах будет минимум. Так же влияет сезонность. Молочная продукция в летний период наиболее богата на витамин D, а вот в зимний период будет его дефицит. Влияет на содержание в молочных продуктах качество и состав кормов (так сено высушенное на солнце содержит больше витамина D, чем то, которое высушено в тени. В настоящее время присутствует практика обогащения молочных продуктов витамином D.
Растительные продукты: крупы (кукуруза, зародыши пшеницы и цельнозерновая мука. Содержат провитамины D в виде эргостерина, стигмастерина, ситостерина. Но для образования самого витамина требуется обработка стеринов УФ. Как вариант возможно высушить дикоросы под прямыми солнечными лучами с размельчением в травяную муку.
Метаболизм витамина D
Прежде всего важно отметить, что поступление витамина D происходит двумя основными путями: через пищу и через воздействие света на кожу. Рассмотрим теперь каждый путь подробнее.
Выработка витамина D через взаимодействие кожи с солнечным светом.
Основная продукция витамина D3 (холекальциферола) осуществляется в мальпигиевом (шиповатый и базальный слой) слое эпидермиса кожи через трансформацию 7-дегидрохолестерина под действием УФ-изучения В- спектра (реакция фотолиза). Сама реакция в коже занимает около 30 часов.
Для справки: УФ излучение делится на:
- Спектр А (длинная волна). Доля данного излучения на поверхности земли составляет до 95% от всего УФ-излучения. Проникновение в кожу у данного спектра глубокое и доходит до дермы. Считается, что данное излучение играет важную роль в старении кожи и увеличению риска онкологии кожи.
- Спектр В (средняя волна длинной от 280 до 315 нм). Доля данного излучения на поверхности земли составляется всего около 5%, а большая часть поглощается в верхних слоях атмосферы озоновым слоем, парами воды (облака), частицами пыли и тд. Наибольшая доля данного излучения находится на экваторе, а наименьшая ближе к полюсам. Важно отметить, что спектр В не проходит также через одежду, стекло и через средства от загара. Спектр В проникает до базального слоя кожи, вызывает загар, покраснение после воздействия солнца и фотохимические реакции с образованием витамина D. Спектр В также участвует и в повреждении кожи и увеличении риска онкологических процессов при длительном воздействии.
- Спектр С (короткая волна). До поверхности земли не доходит и полностью поглощается в верхних слоях атмосферы.
Если кратко, то для выработки витамина D важен не сам солнечный свет, а воздействие УФ средней длины волны, что можно получить и при использовании кварцевой лампы.
Образовавшийся в эпидермисе витамин D активно связывается с витамин D связывающим белком, который с током крови уже направляется в печень (до 70% образовавшегося витамина). Для осуществления этого процесса необходима физическая активность, обеспечивающая приток крови к коже.
Для исключения гипервитаминоза D в коже существуют механизмы ограничения поступления витамина в кровь и ускорение процессов перевода избытка витамина D в неактивные формы. Повышение пигментации кожи (загар), так же является ограничителем для выработки избытка витамина D.
Пищевой путь метаболизма витамина D
Витамин D поступает как с растительной, так и животной пищей. Процесс усвоения витамина D очень похож на процесс усвоения липидов, что описывался ранее. Это не удивительно, так как витамин является жирорастворимым. Для благополучного усвоения витамина D необходимо адекватное поступление желчи с оптимальным кол-вом желчных кислот и фосфолипидов, а также нормальное поступление ферментов поджелудочной железы. Все это обеспечивает эмульгирование жиров и формирование мицелл. Как раз в этих мицеллах и будет концентрироваться витамин D. Витамин D в мицеллах всасывается клетками ворсинок тонкого кишечника. Основное всасывание витамина идет в начальных отделах тонкого кишечника и лишь незначительное кол-во в подвздошной кишке (от 60 до 90% витаминами всасывается). Процесс всасывания протекает как пассивно, так и через систему рецепторов (чем выше концентрация витамина D, тем активнее идет пассивное всасывание). Попав в клетки кишечника идет процесс переноса витамина D в хиломикроны. С током лимфы через млечный лимфатический капилляр, лимфатические сосуды и грудной лимфатический проток витамин D попадает в венозную кровь. В кровеносной системы витамин D до 95% связывается со специфичным а-глобулином (VDBP или витамин D связывающий белок), который также образует связь и с альбинами крови, а оставшаяся незначительная часть витамина может циркулировать в плазме крови виде эфиров.
Метаболизм витамина D в печени
Витамин D, который образовался в коже и поступил с пищей, транспортируется VDBP и липопротеидами с током крови в печень. При участии клеток Купфера происходит ферментативное преобразование (по С-25 в молекуле) холекальциферола в 25-гидроксихолекальциферол ( 25(ОН)Д или кальцидиол, или кальцифедиол). Если рассмотреть подробнее, то этот процесс происходит при участии: 25-гидроксилазы (это фермент из серии цитохрома р450 или CYP2R1),CYP3A4, CYP2С9, CYP27A1, CYP2D6 (также относятся к разновидности железосодержащих ферментов р450), р450-редуктазы, НАДФН (вариация никотиновой кислоты), витамина С (там где присутствуют ферменты с железом нужен восстановитель в виде витамина С), ионов магния, кислорода и водорода. Кальцидиол (25 (ОН)D) является основной формой витамина D, которая циркулирует в крови в связи с VDBP. Период полураспада кальцидиола достаточно длительный и составляет около 3 недель (образовавшийся витамин D может циркулировать до 6 месяцев в кровотоке)
Метаболизм витамина D в почках.
В почках кальцидиол подвергается очередному ферментативному преобразованию (гидрокислирование по С-1) в митохондриях клеток проксимальных канальцев почек (через мембранные рецепторы мегалин и кубилин, происходит реабсорбция витамина D из клубочкового фильтрата) до 1,25-дигидроксихолекальциферола (1,25(ОН)2-D3 или кальцитриол). Этот процесс происходит при участии: 1а-гидроксилазы ( CYP27В1 из серии цитохромов р450), почечной ферредоксинредуктазы, почечного ферредоксина, ионов магния, НАДФН (вариация никотиновой кислоты), витамина С (там где присутствуют ферменты с железом нужен восстановитель в виде витамина С), ионов кислорода и водорода. Реакция преобразования кальцидиола в кальцитриол запускается паратиреоидным гормоном (вырабатывается паращитовидными железами) при снижении кальция в крови. Кальцитриол достаточно быстро разрушается (период полураспада около 4 часов)
При нормальном уровне кальция в крови может проходить другая ферментативная реакция (при участии CYP24А1) по С-24 вместо С-1 с образованием неактивного 1,24 (ОН)2-D3. Паратгормон также активирует выработку из кальцидиола следующих метаболитов: 24,25-диоксихолекальциферол, 23,25-диоксихолекальциферол, 24,26-диоксихолекальциферол.
Кальцитриол подавляет выработку ПТГ клетками паращитовидных желез на уровне транскрипции гена, а так же через повышение кальция в сыворотке крови путем увеличения всасывания кальция в кишечнике.
Важно отметить, что преобразование кальцидиола в кальцитриол происходит не только в почках, но и во многих клетках разных систем (иммунные клетки, клетки кожи, клетках костной ткани, клетки мышц, клетках поджелудочной железы, клетки надпочечеников, эндотелии сосудов, паратиреоидных железах, слизистой кишечника), что важно для выработки кателицидана D в макрофагах (противомикробный полипептид), интерлейкинов и цитокинов.
Ренальная продукция кальцитриола направлена на осуществление в большей степени классической функции (регуляция кальциевого, фосфатного обменов), а вот продукция кальцитриола другими клетками идет на гормональную регуляцию множества других функций.
Неиспользуемый витамин D3 с током крови направляется в жировую ткань, где может накапливаться (есть мнение, что доля витамина D в жировой ткани не столь велика, что подтверждается отсутствием увеличения витамина D в крови у пациентов с быстрой потерей веса). Отработанный витамин D разрушается ферментом витамин D3 24-гидрокислазой с образованием секальциферола и кальцитетрола. Основная утилизация витамин D происходит через желчь в кишечник, где он снова может частично всасываться обратно, но и может выделяться из организма вместе с калом как в неизмененном виде, так и в виде конъюгатов, окисленных форм.
Особенности и условия выработки кожей витамина D
- Светлая кожа значительно лучше подходит для выработки витамина D, особенно в условиях дефицита инсоляции. Возможно, что эта особенность, а также переход человека на земледелие (еда более бедная на витамин D), стали причинами распространение белой расы в северных регионах. Среди белой расы также реже встречается лактозная недостаточность, что позволяет использовать молоко как источник кальция и витамина D.
С появлением и усилением загара уменьшается и выработка витамина D кожей. Чем темнее кожа, тем эффективность выработки витамина D ниже.
- Северные регионы бедны на инсоляцию (освещенность), что ограничивает воздействие на кожу нужной длины волны УФ. Особенно это заметно в зимние и осенние периоды (наиболее острая нехватка инсоляции и прекращение выработки витамина D наблюдается с ноября по март).
- Важным препятствием для выработки витамина D кожей являются факторы, которые активно поглощают спектр В УФ. Так стекло окон и машин даже при наличии яркого света не пропустит нужную длину УФ и кожа не сможем выработать витамин D. В городских условиях присутствует достаточное кол-во мелких частиц в воздухе (смог, выбросы промышленных объектов, машин, пыль и тд), что сильно ограничивает поступление нужной длины волны УФ, даже в солнечные дни. Повышенная облачность является существенным поглотителем УФ. Использование различных средств от загара также является эффективным блокатором нужной длины УФ. Излишнее закрытие тела одеждой также ограничивает поступление УФ на кожу, что характерно для Южных регионов и северных регионов во время холодов.
- Замечено, что наиболее продуктивное время для синтеза витамина D является временной промежуток где-то с 11 до 14 часов.
- Из кожи витамин D попадает в организм только при физической активности при гиподинамии вероятность снижается, что связывают с активностью кровообращения и приливом крови к коже.
- Считается, что с возрастом снижается выработка витамина D в коже (65-70 лет)
- Передозировка витамином D невозможна при долгом нахождении на солнечном свете, так как организмом предусмотрены механизмы регуляции в виде появления загара и активации системы разрушения витамина.