Суббота, 17 апреля, 2021

Метаболизм и биологические функции витамина Д

Какие бывают формы витамина Д?

Витамин D существует в двух формах — холекальциферол и эргокальциферол, которые известны как витамин D3 и витамин D2. Отличаются они только строением боковой цепи; различия не влияют на обмен веществ, обе формы витамина D функционируют как гормоны. Однако трансформация эргокальциферола в активные формы витамина D происходит более медленно, поэтому витамин D2 достаточно редко используется для компенсации дефицита витамина.

Холекальциферол (витамин D3) синтезируется под действием ультрафиолетовых (УФ) лучей в коже и поступает в организм человека с пищей. Во время пребывания на солнце 7-дигидрохолестерин в коже превращается в провитамин D, а затем преобразуется в витамин D3.

Эргокальциферол (витамин D2) вырабатывается растениями и грибами, содержится в дрожжах и хлебе, поступает в организм только с пищей, в том числе в виде обогащенных витамином D2 продуктов питания, либо в виде биологических активных добавок к пище.

Особенности УФ-излучения, как источника витамина Д

При оценке УФ-излучения как источника обеспечения организма витамином D следует учитывать следующие особенности:

  1. Большая часть территории России расположена в зоне низкой инсоляции, и большинство населенных пунктов характеризуются малым числом солнечных дней в году (не более 40–70);
  2. Для синтеза витамина D необходим не просто солнечный свет, а УФ-излучение спектра В, которое достигает поверхности Земли далеко не во всех регионах страны;
  3. Интенсивность УФ-излучения спектра В, достаточная для синтеза витамина D, наблюдается только в определенное время суток (в основном с 11:00 до 14:00);
  4. Синтез витамина D в коже сильно снижается (практически до нуля) при повышенной облачности, тумане, пыльных бурях, загрязненности воздуха и пр.;
  5. Солнечный свет УФ-излучения спектра В не проникает через стекло, одежду, при использовании кремов от загара с высокой степенью защиты;
  6. Активность синтеза витамина D3 в коже находится в обратной зависимости от степени пигментации кожи; у ребенка с исходно светлой кожей синтез витамина D прогредиентно падает по мере усиления загара; дети с темным цветом кожи составляют группу риска по гиповитаминозу, т. к. синтез витамина D3 в коже у них минимален;
  7. Активный переход синтезированного витамина D из эпидермиса в кровоток происходит только при интенсивной физической нагрузке; гиподинамия существенно снижает поступление синтезированного в коже витамина в кровеносное русло.

Таким образом, при сочетании неблагоприятных факторов (недостаточная интенсивность УФ-излучения спектра В, темный цвет кожи, плохие экологические условия, использование кремов с защитными факторами, гиподинамия и т. д.) синтез витамина D резко снижается [1].

Эффекты воздействия солнечного света в разные времена года и разное время суток на конверсию (от латин. conversio — оборот, превращение) витамина D были изучены в одном из южных регионов Закавказья (Грузия), где, казалось бы, бывает «много» солнца. Исследование показало, что в период с октября по март конверсии вообще не происходит, а в июне и июле — месяцы с самым высоким уровнем конверсии — процесс совершается только с 11:00 до 14:00 по местному времени. Ограниченные уровни синтеза витамина D под воздействием солнечного света в течение большей части года и низкое потребление витамина с пищей объясняют высокую распространенность недостаточности витамина D у людей даже в южных регионах материка [2].

Метаболизм витамина Д

Витамин D становится биологически активным после того, как пройдет два этапа ферментативных преобразований в виде гидроксилирования (рис. 2.1). На первом этапе метаболизма витамин D связывается с витамин D-связывающим белком (VDBP) плазмы крови, который взаимодействует с альбумином и транспортируется в печень. В купферовских клетках печени под воздействием мембранного фермента семейства цитохрома P450 25-гидроксилазы (CYP3A4) холекальциферол превращается в первый активный метаболит —25-гидроксихолекальциферол [25(OH)D], или кальцидиол
(см. рис. 2.1). В осуществлении этой реакции также задействованы цитохромы CYP2C9 и CYP2D6 [3].

метаболизм витамина Д

25(OH)D является основной формой витамина D, циркулирующей в крови. Образование 25(OH)D в печени регулируется по механизму обратной связи и поддерживается на относительно постоянном уровне. Уровень этого метаболита в крови может служить критерием обеспеченности организма витамином D [4]

Второй этап метаболизма происходит в почках с помощью фермента 1-гидроксилазы (CYP27B1), преобразующего 25(OH)D в биологически активный гормон кальцитриол —1,25-дигидроксихолекальциферол [1,25(ОН)2D]. Именно 1,25(ОН)2D вместе с паратгормоном и тиреокальцитонином обеспечивает фосфатно-кальциевый гомеостаз, процессы минерализации и роста костей.

25(OH)D метаболизируется в 1,25(ОН)2D также в различных тканях и клетках организма, участвуя в регуляции клеточной пролиферации и дифференцировки, способствует синтезу интерлейкинов и цитокинов, в том числе кателицидина D — противомикробного полипептида в макрофагах, а также обеспечивает другие внескелетные эффекты витамина D [5, 6].

Люди негроидной расы имеют более низкие уровни 25(ОН)D, им чаще ставят диагноз дефицита витамина D, они имеют более высокую минеральную плотность костной ткани и более низкий риск переломов по сравнению с представителями белокожей расы.

Выделены три основных циркулирующих варианта VDBP (Gc1F, С2, Gc1S), которые отличаются их сродством к 25(OH)D. Распространенность этих вариантов различается у разных этносов и популяций: вариант Gc1F более распространен среди лиц африканского происхождения [7].

1,25(ОН)2D (кальцитриол) связывается с рецептором в таргетных (от англ. target — цель, мишень) тканях. Кальцитриол имеет в 100 раз большее сродство к рецептору витамина D (VDR), чем 25(OH)D. Связываясь с ним, кальцитриол вызывает изменение транскрипции на уровне всего генома.

Экспрессия гена VDR

На сегодня экспрессия (от латин. еxpressio — выражение) гена рецептора VDR установлена практически во всех тканях организма человека [8]. Экспрессия гена — это процесс, в ходе которого наследственная информация от гена (последовательности нуклеотидов ДНК) преобразуется в функциональный продукт — РНК или белок. Повышенные (по сравнению с другими тканями) уровни экспрессии VDR найдены в миелоидных клетках, клетках кожи, толстого кишечника и коры надпочечников [4–6].

Молекулярные эффекты активированного VDR включают влияние на уровни гормонов, факторов роста и воспаления, белков и, безусловно, уровни кальция в крови [9]. Установлено и подтверждено существенное воздействие активированного VDR на экспрессию более чем 200 генов [10] (предполагается, что возможно воздействие на экспрессию более 5000 генов [11]). Примеры генов, обеспечивающих
некоторые характерные биологические эффекты витамина D, приведены в табл. 2.1.

Гены, регулируемые рецептором витамина Д

Биологические и клинические эффекты витамина D на организм человека не ограничиваются «классическими» и выходят далеко за рамки просто «профилактики рахита» и «метаболизма кости» (рис. 2.2)

Эффекты витамина Д

Среди активируемых рецептором VDR генов только небольшая часть (7–10%) регулирует экспрессию белков, вовлеченных в гомеостаз кальция и фосфора [12, 13]. Результаты физиологических исследований, клинических наблюдений, рандомизированных контролируемых исследований показывают, что дефицит витамина D является универсальным фактором риска развития различных многофакторных заболеваний. В табл. 2.2 перечислены физиологические системы и процессы, реагирующие на гормонально активную форму витамина D [14–16].

Физиологические системы и процессы, регулируемые активной формой витамина Д

Мицеллы

Фармакологические и физико-химические исследования показали, что абсорбция витамина D в тонком кишечник наиболее полно происходит из растворов так называемых мицелл (от латин. mica — крупинка) [17].

Мицеллы — наночастицы (10–1000 нм в диаметре) с «жировой начинкой» (содержащей витамин D) и гидрофильной оболочкой, которая позволяет наночастицам равномерно распределяться по всему объему водного раствора. Именно за счет образования мицелл и происходит «солюбилизация» витамина D (т. е. переход в водорастворимую форму) [18].

В водной среде мицеллы образуются особыми амфифильными молекулами (поверхностно активными веществами, или эмульгаторами), т. е. молекулами, имеющими гидрофобный «хвост» (выталкиваемый из водного раствора вследствие сил поверхностного натяжения) и гидрофильную «голову» (наоборот, обладающую повышенны сродством к водному раствору) (рис. 2.3).

Мицелярные структуры

Рекомендуемым препаратом для профилактики и лечения дефицита витамина D является холекальциферол (D3)

В норме мицеллы, содержащие витамин D, образуются при транзите в кишечнике под действием природных эмульгаторов — желчных и жирных кислот. Благодаря процессу мицеллообразования (эмульгации) происходит всасывание в тонкой кишке не только витамина D, но и сложных липидов (например, лецитина), других
жирорастворимых витаминов (А, Е и К).

Исследование свойств мицелл, образованных различными жирными кислотами, показало, что длинноцепочечные жирные кислоты в концентрациях порядка 500 мкмоль/л снижают всасывание холекальциферола, а омега-9 олеиновая кислота и омега-3 эйкозапентаеновая кислота значительно повышают всасывание холекальциферола [19].

У пациентов с муковисцидозом, холестазом и другими нарушениями функции печени (стеатогепатоз и др.) секреция желчных кислот снижается. Это затрудняет мицеллообразование и, следовательно, резко снижает усвоение витамина D (в т. ч. из масляных растворов) и других жирорастворимых витаминов. Синтез жирных кислот снижается в пожилом возрасте, при соблюдении определенных
диет, при включении в рацион блокаторов мицеллирования
и усвоения витамина D (пальмитиновой кислоты, насыщенных жиров, маргарина).

Литература

[su_expand hide_less=”yes” link_color=”#d70c0d” more_icon=”icon: chevron-up” less_icon=”icon: chevron-down”]1. Захарова И. Н., Яблочкова С. В., Дмитриева Ю. А. Извест – ные и неизвестные факты о витамине D. Вопросы современной педиатрии. 2013;12(2):26–31. 2. Desai N. S., Tukvadze N., Frediani J. K., Kipiani M., Sanikidze Е., Nichols M. M., Hebbar G., Kempker R. R., Mirtskhu lava V., Kalandadze I., Seydafkan S., Sutaria N., Chen T. C., Blumberg H. M., Ziegler T. R., Tangpricha V. Effects of sunlight and diet on vitamin D status of pulmonary tuberculosis patients in Tbilisi, Georgia. Nutrition. 2012;28(4):362–6. 3. Prosser D. E., Jones G. Enzymes involved in the activation and inactivation of vitamin D. Trends Biochem Sci. 2004; 29(12):664–673. 4. Holick MF. Vitamin D status: measurement, interpretation, and clinical application. Ann Epidemiol. 2009;19(2):73–78. 5. Holick M. F. Resurrection of vitamin D deficiency and rickets. J Clin Invest. 2006;116:2062–72. 6. Holick M. F. High prevalence of vitamin D inadequacy and implications for health. Mayo Clin Proc. 2006;81:353–73. 7. Camille E. Powe, Michele K. Evans, Julia Wenger, et al. Vitamin D — Binding Protein and Vitamin D Status of Black Americans and White Americans. N Engl J Med. 2013;369:1991–2000. 8. Norman A. W. From vitamin D to hormone D: fundamentals of the vitamin D endocrine system essential for good health. American Journal of Clinical Nutrition. 2008;88(2):491–499. 9. de Borst M. H., de Boer R. A., Stolk R. P., et al. Vitamin D deficiency: universal risk factor for multifactorial diseases? Curr Drug Targets. 2011;12(1):97–106. 10. Ramagopalan S. V., et al. A ChIP-seq-defined genomewide map of vitamin D receptor binding: Associations with disease and evolution. Genome Research. 2010. Doi: 10.1101/gr.107920.110. 11. Торшин И. Ю., Громова О. А. Экспертный анализ данных в молекулярной фармакологии. М.: МЦНМО. 2012. 768 с. 12. Шварц Г. Я. Витамин Д и Д-гормон. М.: Анахарсис. 2005. 13. Giovannucci Е. Expanding Roles of Vitamin D. J Clin Endocrin Metab. 2009;94(1):418–420. 14. Norman A. W., Bouillon R. Vitamin D nutritional policy needs a vision for the future. Exp Biol Med. 2010;235:1034–1045. 15. Grundmann M, von Versen-Höynck F. Vitamin D-roles inwomen’s reproductive health? Reprod Biol Endocrinol. 2011;9:146. 16. Шилин Д. Е. Витамин-гормон D в клинике XXI века: плейотропные эффекты и лабораторная оценка (лекция). Клиническая лабораторная диагностика. 2010;12:17–23. 17. Lenormand Y, Rautureau M, Mary JY, Rambaud JC. Intestinal absorption of vitamin D, linoleic acid and cholesterol from micellar solutions: study in normal humans by the «in situ» perfusion method]. Biol Gastroenterol (Paris). 1975;8(3):207–221. 18. Carre M, Miravet L, Hioco D. Solubilization of vitamin D3 in a micellar solution. C R Seances Soc Biol Fil. 1972; 166(6):807–811. 19. Goncalves A, Gleize B. Fatty acids affect micellar properties and modulate vitamin D uptake and basolateral efflux in Caco-2 cells. J Nutr Biochem. 2013;24(10):1751–7.[/su_expand]

Источник: Национальная программа «Недостаточность витамина D у детей и подростков Российской Федерации: современные подходы к коррекции»


Врач-педиатр, Кононова Лариса Дмитриевнаhttp://proautism.info
Врач-педиатр, Кононова Лариса Дмитриевна, образование высшее медицинское, опыт в практическом здравоохранении 20 лет, в организации медицинской помощи детскому населению региона - 5 лет, преподавание в медицинских образовательных учреждениях - 4 года. Навыки и опыт работы : лечебно-диагностическая деятельность, аналитические исследования, написание научных статей. В настоящее время пишу статьи для сайта Proautism.info

Статьи по этой теме

Последние новости