Witamina D (ATC: A 11 CC 05) – grupa rozpuszczalnych w tłuszczach steroidowych organicznych związków chemicznych, odgrywających rolę w wielu różnorodnych i ważnych funkcjach fizjologicznych, przede wszystkim gospodarce wapniowo-fosforanowej oraz strukturze i funkcjikośćca.
Istnieją dwie podstawowe formy witaminy D, różniące się przede wszystkim budową łańcucha bocznego:
ergokalcyferol (witamina D2), naturalnie występujący w organizmach roślinnych/drożdżach;
cholekalcyferol (witamina D3), naturalnie występujący w organizmach zwierzęcych.
Witaminy D w organizmie człowieka można zaliczyć do witamin lub prohormonów.
Spis treści [ukryj] |
---|
Biosynteza i metabolizm witaminy D u człowieka[edytuj]
Zarówno witamina D2 jak i D3 nie ma aktywności biologicznej i uzyskuje ją poprzez enzymatyczną hydroksylację przy tych samych atomach węgla ich cząsteczek. U ludzi biologicznie czynną formą witaminy D jest 1α,25-dihydroksywitamina D (1,25(OH)2D).
Fotoizomeryzacja 7-dehydrocholesterolu do prewitaminy D
Izomeryzacja prewitaminy D do cholekalcyferolu (witaminy D3)
Hydroksylacja witaminy D3 do 1,25-(OH)2D3 (kalcytriol)
Prowitaminą D2 jest ergosterol, a D3 - pochodna cholesterolu 7-dehydrocholesterol. W skórze, przede wszystkim wnaskórku (głównie w keratynocytach warstwy rozrodczej), pod wpływem światła słonecznego 7-dehydrocholesterol ulega nieenzymatycznej fotoizomeryzacji do prewitaminy D, która pod działaniem energii cieplnej ciała przekształcona zostaje w ciągu kilku godzin w witaminę D3[1].
Przekształcenie prowitaminy D w prewitaminę D zachodzi pod wpływem promieniowania UV o długości 290-315 nm(zakres UV-B), a eksperymentalnie ustalono, że najbardziej efektywną długością fali świetlnej jest 295-300 nm (z maksimum przy 297 nm).
Nie ma niebezpieczeństwa powstawania toksycznych ilości witaminy D3 w wyniku nadmiernej ekspozycji na światło słoneczne, ponieważ w takiej sytuacji nadmiar prewitaminy i witaminy jest przez nie rozkładany.
Nawet ponad 90% dobowego zapotrzebowania na witaminę D może być wyprodukowane w skórze pod wpływem światła słonecznego. Na skórną produkcję witaminy D mają wpływ: pora roku, zachmurzenie i zanieczyszczenia powietrza, szerokość geograficzna, stosowanie kremów z filtrem, pigmentacji skóry i starzenie się skóry.
Chole- i ergokalcyferol w połączeniu z białkiem wiążącym witaminę D są transportowane z jelita cienkiego, gdzie są wchłaniane i ze skóry, gdzie cholekalcyferol jest produkowany, do wątroby. W wątrobie zachodzi pierwszy etap biosyntezy aktywnej postaci witaminy D. Po enzymatycznej hydroksylacji przy węglu C-25 powstaje witamina 25-(OH)D. Reakcję tę katalizuje prawdopodobnie zespół hydroksylaz wchodzących w skład cytochromu P450 (CYP27A1, CYP3A4 oraz CYP2R1)[2]. 25-(OH)D przekazywana jest, także w połączeniu z białkiem wiążącym witaminę D, z wątroby do nerek (a także do niektórych innych tkanek, np. skóry oraz komórek odpornościowych) gdzie przez działanie enzymu 1α-hydroksylazy (CYP27B1) dochodzi do powstawania aktywnej formy witaminy D - 1α,25-(OH)2D. Obie aktywne formy (1α,25-(OH)2D2 i 1α,25-(OH)2D3) charakteryzują się identycznymi własnościami, jednak ze względu na rozpowszechnienie częściej stosowana jest 1α,25-dihydroksycholekalcyferol (1,25-(OH)2D3) czyli kalcytriol.
Istnieje około 10 prowitamin, z których powstają związki wykazujące aktywność witaminy D. Przemysłowa produkcja witaminy D ogranicza się głównie do tych dwóch.
Ważnym metabolitem witaminy D jest 24R,25-dihydroksywitamina D, która powstaje na alternatywnym szlaku hydroksylacji 25(OH)-witaminy D.
Ocenia się, że ok. 80-100% dobowego zapotrzebowania na witaminę D3 pochodzi z biosyntezy w skórze, a tylko w niewielkim stopniu wspomagane jest przez źródła pokarmowe.
Aktywność biologiczna[edytuj]
Główne działanie witaminy D polega na jej wpływie na regulację homeostazy wapnia i fosforanów. Dwa główne narządy efektorowe związane z tą funkcją, na które działają aktywne metabolity witaminy D to przede wszystkim jelita i kości, a w mniejszym stopniu nerki. W jelitach dochodzi do zwiększenia wchłaniania wapnia, z kości uwalnia wapń i fosforany (przy hipokalcemii) w nerkach współdziała z parathormonem w reabsorbcji wapnia.
Aktywne metabolity witaminy D charakteryzują się szerokimi i różnorodnymi działaniami biologicznymi. Aktywność witaminy D wywierana jest poprzez działania genomowe i niegenomowe. Witamina D w wielu tkankach i komórkach łączy się z jądrowym receptorem witaminy D (VDR), a następnie tworzy heterodimer z receptorem kwasu 9-cis retinowego(RXR) o własnościach czynnika transkrypcyjnego, przez co zapoczątkowuje działania genomowe. Witamina D kontroluje ponad 200 genów [3]
Działania niegenomowe mediowane są przez zlokalizowany w błonie komórkowy receptor, który jest odmienny od receptora jądrowego i uruchamia wewnątrzkomórkowe szlaki metaboliczne modulujące działania wynikające z ekspresji genowej.
Działania witaminy D[edytuj]
Układ kostny[edytuj]
Witamina D wywiera znaczący wpływ na metabolizm kości - zwiększa w osteoblaście ekspresję RANKL, a ten z kolei aktywuje RANK w prekursorze osteoklasta, co prowadzi do powstania dojrzałego osteoklasta, który przez działanie resorpcyjne powoduje uwalnianie wapnia z kośćca. W okresie rozwojowym ma istotne znaczenie w kształtowaniu się kości i zębów. Niedobór witaminy D (hipowitaminoza, awitaminoza) u dzieci prowadzi do krzywicy, zaburzenia mineralizacji kości i zmniejszenia masy kostnej, a u dorosłych wywołuje bóle kostne[4][5], osteomalację i osteoporozę
Układ nerwowy i mięśniowy[edytuj]
Ma korzystny wpływ na system nerwowy i mięśniowy. Regeneruje neurony, zwiększa masę mięśniową i siłę mięśni. Niedobór witaminy D prowadzi do mialgii i miopatii.
Układ immunologiczny[edytuj]
Ma działanie immunomodulujące i pośrednio przeciwbakteryjne. Witamina D aktywuje geny kodujące peptydy przeciwbakteryjne (o cechach naturalnych antybiotyków), katelicydynę i β-defensynę 2[6]. Katelicydyna wykazuje aktywność biologiczną przeciw wielu bakteriom, w tym bakteriom gruźlicy, co może tłumaczyć skuteczność "słonecznej kuracji" zalecanej w XIX wieku w leczeniu tej choroby. Katelicydna produkowana jest przez komórki odpornościowe przy zetknięciu ze ścianami komórkowymi bakterii, w obecności formy 25D witaminy D. Działanie przeciwzapalne polega na hamowaniu produkcji cytokin.
Badania na dużą skalę pokazały, że suplementacja witaminy D w dzieciństwie zmniejsza ryzyko wystąpienia cukrzycy typu 1. Inne badania wykazały, że suplementacja tej witaminy u osób z cukrzycą typu 2 ostatnio zdiagnozowaną poprawiła wydzielenie insuliny i tolerancję glukozy[7]. Wspomaga komórki szpiku kostnego spełniające funkcje obronne (wspomaganie leczenia chorób autoimmunologicznych). W stwardnieniu rozsianym - sezonowe braki witaminy D powodują zaostrzenie objawów choroby wczesną wiosną i złagodzenie jesienią. Częstsza ekspozycja na światło słoneczne w dzieciństwie obniża ryzyko zachorowania. Wyższy poziom witaminy D we krwi obniża ryzyko zachorowania na SM wśród białych[8]. Zwiększa odporność - wśród etiopskich dzieci z zapaleniem płuc 13 razy częściej występuje krzywica [9]. Ma działanie antyproliferacyjne i zapobiega powstawaniu komóreknowotworowych, wpływa na apoptozę i angiogenezę [3]. Obserwuje się odwrotną korelację między ilością ekspozycji na światło słoneczne a występowaniem pewnych typów nowotworów. U zwierząt syntetyczny analog formy 1,25(OH)2D, EB1089 (nie powoduje on zwiększonego odkładania się wapnia), o 80% zmniejszał wzrost raków głowy, szyi, piersi i gruczołu krokowego. Dzieje się to przez stymulację genu GAAD45a, hamującego wzrost przy uszkodzeniu DNA. Innymi aktywowanymi genami są geny odpowiedzialne za dojrzewanie i różnicowanie się komórek. Według badań przeprowadzonych na 17 tys. osób wyższy poziom witaminy D w surowicy nie wpływa na całkowitą liczbę zgonów z powodu raka. Osoby z wyższym poziomem mają niższe ryzyko zachorowania na raka jelita grubego i piersi, ale jest to rekompensowane zwiększonym ryzykiem zachorowania na inne nowotwory [10].
Analiza 18 wyników badań, w których łącznie uczestniczyło 57 tys. ludzi, wykazała że wśród przyjmujący witaminę D, w średniej dawce 528 j.m., śmiertelność spadła o 7%[11].
Układ krążenia[edytuj]
Witamina D reguluje układ renina-angiotensyna-aldosteron, co pośrednio wpływa na ryzyko rozwoju nadciśnienia tętniczego i niewydolności serca.
Układ rozrodczy[edytuj]
Witamina D wywiera także działania na układ rozrodczy: zwiększa spermatogenezę i rozrodczość oraz hamuje rozrost endometrium.
Działania metaboliczne w wielu tkankach[edytuj]
Witamina D stymuluje zdolność do regeneracji wątroby. Poprzez wpływ na jej działanie antyproliferacyjne, nasilające różnicowanie i apoptozę oraz antyangiogeniczne może wpływać przeciwnowotworowo.
W organizmie człowieka witamina D odgrywa rolę pośrednią między witaminą (dostarczana z zewnątrz) a hormonem (produkowana przez jedną tkankę, skórę, oddziałuje na inne - poprzez VDR działają, np. estrogeny i testosteron).
Właściwości chemiczne[edytuj]
Pierwotnie stosowano nazwę witamina A (od antirachitic - przeciwkrzywicza), ponieważ zauważono,że chroni przed krzywicą i osteoporozą oraz pomaga w leczeniu tych chorób[potrzebne źródło].
Witamina D posiada wspólny dla steroidów rdzeń cyklopentanoperhydrofenatrenowy, lecz różni się tym, że pierścień B uległ rozszczepieniu. Jest nierozpuszczalna w wodzie a rozpuszczalna w tłuszczach. Odporna na działanie podwyższonej temperatury i nie zmienia się w czasie długotrwałego przechowywania. Jest również stosunkowo trwała w środowisku zasadowym, natomiast jest wrażliwa na działanie kwasów. Ergokalcyferol ogrzewany powyżej temperatury 160-190°C przechodzi w biologicznie nieaktywne izomery.
Prowitaminą D2 jest ergosterol, a prowitaminą D3 jest 7-dehydrocholesterol.
Źródła witaminy D[edytuj]
Źródła pokarmowe[edytuj]
Źródła pokarmowe witaminy D nie są liczne.
Pod wpływem światła słonecznego w drożdżach i roślinach powstaje ergokalcyferol.
Mięso niektórych ryb (łosoś, dorsz, tuńczyk, śledź, makrela, sardynki, węgorz i inne) i tran należą do najlepszych źródeł cholekalcyferolu. Mniejsze znaczenie mają wątroba, ser, żółto jaj i niektóre grzyby.
Z tego względu, że zwykle dieta nie zawiera wystarczającej ilości witaminy D niektóre produkty spożywcze są w nią wzbogacane. W USA: mleko i jogurt, płatki śniadaniowe, sok pomarańczowy oraz margarynę. W krajach europejskich są to: margaryna i płatki śniadaniowe. W Polsce obligatoryjnie margaryny wzbogaca się w witaminy A i D.
Zawartość witaminy D w polskich produktach żywnościowych[12] |
---|
Nazwa produktu |
węgorz świeży |
śledź marynowany |
śledź w oleju |
dorsz świeży |
łosoś (gotowany/pieczony) |
makrela (gotowana/pieczona) |
ryby z puszki (tuńczyk, sardynki) |
żółtko jajka |
ser żółty |
pokarm kobiecy |
mleko krowie |
Biofotosynteza w skórze[edytuj]
Dobowe zapotrzebowanie[13][edytuj]
Ustalenie norm dziennego zapotrzebowania na witaminę D jest utrudnione, ponieważ jej głównym źródłem (często zapewniającym w 100% zapotrzebowanie), jest cholekalcyferol powstający w skórze. Normy ustala się w celu prewencji chorób i zachowania pełni zdrowia.
niemowlęta: norma zalecana 20 µg, poziom bezpieczny 10 µg
dzieci (1-9 r.ż): 15 µg, poziom bezpieczny 10 µg
młodzież i osób po 60 r.ż.: 10 µg, poziom bezpieczny 5 µg
FDA zaleca spożywanie 10 µg (400 j.m.) witaminy D na dobę u dzieci powyżej 4 r.ż. i dorosłych (przy diecie zawierającej 2000 kcal)[14]. Inna amerykańska instytucja naukowa zaleca spożywanie na dobę 5 µg w wieku do 51 roku życia, 10 µg w wieku 51-70 i 15 µg powyżej 71 roku życia[15].
Dla osób powyżej 60 lat Międzynarodowa Fundacja Osteoporetyczna (ang. International Osteoporosis Foundation) i zaleca poziom 25OHD w surowicy wynoszący 75 nmol/L (30 ng/ml) osiągnięty przez spożywanie 20 - 25 μg/dzień (800 - 1 000 IU/dzień). Do czasu ogłoszenia tych zaleceń w 2010 efektywność wyższych dawek w zapobieganiu upadkom i złamaniom nie została oceniana w badaniach klinicznych. U osób: otyłych, z osteoporozą, o ograniczonej ekspozycji na słońce (obłożenie chorych, kalek), z zaburzeniami wchłaniania oraz u nie-Europejczyków może być koniecznym zwiększenie spożycia do 50 μg/dzień (2 000 IU/dzień). U tych zagrożonych osób Fundacja zaleca pomiar 25OHD w surowicy i powtórzenie pomiaru po 3 miesiącach suplementacji w celu sprawdzenia, czy stężenie witaminy D osiągnęło pożądany poziom. 2,5 μg (100 IU) dodanej witaminy D zwiększy poziom 25OHD w surowicy o około 2,5 nmol/L (1,0 ng/ml) [16].
Poziom witaminy D[edytuj]
Przy odpowiednim nasłonecznieniu ilość, która jest wytwarzana w skórze jest na tyle wystarczająca, że nie trzeba czerpać jej dodatkowo ze źródeł pokarmowych (nie jest więc do końca witaminą). Ilość wytwarzanej witaminy D u ludzi podlega wahaniom sezonowym i zazwyczaj spada im dalej na północ lub południe teren jest położony. W strefie klimatu umiarkowanego ilość światła słonecznego dostarczana przez około połowę roku jest za mała, aby skóra człowieka mogła sama wytworzyć dostateczną ilość witaminy.
Witamina D krąży w organizmie głównie w postaci 25(OH)D3. Najbardziej aktywną biologicznie formą jest 1,25(OH)2D3, której poziom jest regulowany hormonalnie[17]. Z tego względu bardziej wiarygodne jest oznaczanie poziomu 25(OH)D3. W umiarkowanym niedoborze witaminy D, a także w trakcie leczenia stężenia 1,25(OH)2D3 mogą być fałszywie wysokie i wprowadzać w błąd, zaś w przypadku przedawkowania pozostawać w normie.
Prawidłowy poziom witaminy D wynosi ≥15 ng/ml (37,5 nM/l), wartości poniżej 10–11 ng/ml powiązane są z niedoborem witaminy D, a wartości utrzymujące się stale powyżej 200 ng/mg są uważane za potencjalnie toksyczne, jednak wielkość ta opiera się na małej liczbie danych[18].
Skutki niedoboru[edytuj]
Przyczynami niedoboru są małe spożycie w połączeniu z małą ekspozycją na słońce (UVB) i różne zaburzenia, w tym rzadko dziedziczne, takie jak zaburzenia wchłaniania, choroby zakłócające przemianę witaminy D w wątrobie i nerkach w jej aktywne biologicznie metabolity.
Awitaminoza grozi krzywicą u dzieci i młodzieży, rozmiękaniem kości (osteomalacja) i osteoporozą u dorosłych, złamaniami, skrzywieniami i zwyrodnieniami układu kostnego, zniekształceniami sylwetki, złym funkcjonowaniem układu nerwowego i mięśniowego, zapaleniem spojówek, stanami zapalnymi skóry, osłabieniem organizmu i zmniejszeniem odporności, pogorszeniem słuchu, osłabieniem i wypadaniem zębów oraz zwiększeniem się ryzyka chorób autoimmunologicznych, zwłaszcza cukrzycy typu I, choroby Leśniowskiego-Crohna, raka pęcherza moczowego, piersi, jelita grubego, okrężnicy i jajnika. Osoby z chorobą Parkinsona [19] i stwardnieniem rozsianym [20] mają niższe stężenie witaminy D w surowicy.
Badania z 2005 pokazały, że u 92% zdrowych młodych kobiet (próba 420 dziewcząt) z Europy Środkowej i Północnej, poziom witaminy D jest niski (<20 ng/ml) [potrzebne źródło]
Skóra o ciemnej karnacji produkuje witaminę D około sześciu razy wolniej, na skutek pochłaniania promieniowania UV przez melaninę. Powoduje to, że Murzyni mają przeważnie o połowę mniejsze stężenie witaminy D we krwi niż biali. Kremy ochronne redukują jej produkcję o około 98% [potrzebne źródło].
Dzienna dawka witaminy D u osoby o jasnej karnacji powstaje w trakcie 5-15 minutowej ekspozycji między godziną 10 a 15. Dorosła kobieta (o jasnej karnacji) podczas opalania w bikini, wytwarza około 10 000 IU w czasie 15-20 min.
Obecnie trwają badania weryfikujące zalecane dzienne spożycie witaminy D. Prawdopodobnie w wielu krajach będzie koniecznie ich podniesienie nawet 5 krotnie.
Skutki nadmiaru[edytuj]
Nie jest możliwe wywołanie hiperwitaminozy przy zwykłej diecie lub intensywnej ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe. Nadmierna ilość promieni UV rozkłada witaminę D dosuprasterolu zapobiegając nadprodukcji. Do przedawkowania witaminy D podawanej doustnie dochodzi rzadko, ponieważ wymaga podawania przewlekle dużych dawek tej witaminy - ok. 50 tys. j.m. na dobę lub więcej. W niektórych chorobach np. sarkoidozie, gruźlicy czy idiopatycznej hyperkalcemii o wiele mniejsze dawki niewiele przekraczające dawki terapeutyczne (np. powyżej 1000 j.m. na dobę) mogą już spowodować objawy zatrucia. Poziom witaminy D przekraczający 200 ng/ml (500 nmoli/L) uważa się za potencjalnie toksyczny prowadzący do hiperkalcemii i hiperfosfatemii [21]. Tolerowalny wyższy poziom przyjmowania witaminy D został określony na 2000 j.m.[15]
Występujące objawy są związane z hiperkalcemią - nudności i wymioty, brak apetytu, zaparcia, osłabienie i łatwe męczenie się, nadmierne pragnienie, wzmożone oddawanie moczu, świąd skóry, bóle głowy. Przy towarzyszącej hiperkalciurii może dochodzić do tworzenia złogów nerkowych (kamica nerkowa), a także zwapnień (nefrokacynoza), następnie do niewydolności nerek. Złogi wapniowe mogą pojawiać się w tkankach: np. tętnicach, sercu, płucach. U dzieci można zaobserwować opóźnienia w rozwoju psychomotorycznym.
Historia[edytuj]
Do odkrycia doprowadziły badania nad krzywicą, dziecięcą chorobą kośćca, która była szeroko rozpowszechniona w miastach w czasach rewolucji przemysłowej. Na początku XIX wieku badacze wykryli, że lecznicze działanie u dzieci chorych na krzywicę ma promieniowanie ultrafioletowe i olej z wątroby dorsza.
Kąpiele słoneczne jako metodę leczenia krzywicy opisał w 1822 roku polski lekarz i uczony Jędrzej Śniadecki[22].
Przez stulecia medycyna ludowa stosowała tran jako remedium w leczeniu krzywicy. Na przełomie XIX i XX wieku badania naukowe skupiły się na wykryciu czynnika przeciwkrzywiczego w tranie. Odkrycia dokonał w 1922 r. McCollum, napowietrzając i ogrzewając go rozłożył znajdującą się w nim substancję przeciwdziałającą kseroftamii (witamina A), pozostawiając działanie nietknięte działanie przeciwkrzywicze tranu. Przez co udowodnił, że są to odmienne substancje chemiczne. Czynnik przeciwkrzywiczy został nazwany witaminą D[23].
Poprzez naświetlanie ergosterolu, sterolu uzyskanego z drożdży, otrzymano produkt który nazwano witaminą D1, lecz później ustalono, że jest to w rzeczywistości mieszanina ergokalcyferolu i lumisterolu. W 1931 roku poprzez separację uzyskano z "witaminy D1" ergokalcyferol, czyli witaminę D2. Sądzono wówczas, że jest ona tożsama z witaminą wytwarzaną w skórze, jednak dalsze badania wykazały, że są to różne związki chemiczne. Dalsze badania wykazały istnienie prekursora witaminy D w skórze - 7-dehydrocholesterolu oraz doprowadziły w 1936 roku do odkrycia witaminy D3. Dalsze badania w 2. połowie XX wieku doprowadziły do szczegółowego poznania funkcji i metabolizmu witaminy D.
Preparaty[edytuj]
W Polsce w profilaktyce i leczeniu stosuje się głównie cholekalcyferol, a np. w USA ergokalcyferol.
w postaci cholekacyferolu
Bio-Witamina D3 D-Pearls, 800 j.m., kapsułki wypełnione oliwą z oliwek, 40 kaps/op.
Devikap krople doustne
Juvit D3 krople doustne
Vigantol krople
Vigantoletten 500 tabl.
Vigantoletten 1000 tabl.
preparaty złożone cholekalcyferolu ze związkami wapnia lub związkami wapnia i magnezu
liczne preparaty np. Vicalvit D
preparaty złożone cholekalcyferolu z retinolem
Vitaminum A + D3
w postaci kalcytriolu
Kalcytriol kaps.
Silkis maść
w postaci alfakalcydiolu
Alfadiol kaps.
Alfakalcydol kaps.
w postaci kalcyfediolu
Devisol 25 krople
Dawkowanie[edytuj]
Dawki witaminy D stosowane są ustalane indywidualnie i zależą od konkretnej sytuacji klinicznej. Ze względu na ścisły związek poziomu witaminy D z poziomem wapnia, przed i w trakcie leczenia należy go monitorować.
Profilaktyka[edytuj]
Doustne:
dzieci po 4. tygodnia życia niemowlęta donoszone, prawidłowo pielęgnowane, przebywające często na świeżym powietrzu oraz dzieci do 2-3. roku życia - 500 j.m./dobę
po 4. tygodnia życia u wcześniaków, bliźniąt i niemowląt żyjących w złych warunkach socjalnych 1000 j.m./dobę
dorośli: 500-1000 j.m./d.
Leczenie[edytuj]
Leczenie doustne:
od 4. tygodnia życia do 18. roku życia 3 000-10 000 j.m./dobę przez 4-6 tygodni pod ścisłą kontrolą lekarską (można powtórzyć po tygodniowej przerwie)
w krzywicy i osteomalacji 1000-5000 j.m./dobę
w osteoporozie 1000-3000 j.m./dobę
w niedoczynności przytarczyc i rzekomej niedoczynności przytarczyc 10 000-20 000 j.m./dobę w zależności od stężenia wapnia w surowicy
Stężenie wapnia we krwi należy kontrolować co 4-6 tygodni, następnie co 3-6 miesięcy.