Механизм образования витамина D в коже

Механизм образования витамина D в коже

В 1928 году Адольф Виндаус (Adolf Windaus) получил нобелевскую премию по химии за исследования состава стеролов и их связи с витаминами. Жирорастворимое вещество, которое он изучал, было витамином D; однако история витамина D и рахита, как его дефицита, фактически восходит к временам античности, если внимательно изучить письменные источники и произведения живописи.

В 1919 году Меланби (Mellanby), проводя на собаках опыты с применением печени трески, первым пришел к выводу, что причиной рахита является отсутствие «вспомогательного пищевого фатора». Три года спустя Мак Коллум с сотрудниками (McCollum et al.) обнаружили, что масло печени трески после нагревания и окисления излечивало рахит у крыс. Новый фактор был назван витамином D, поскольку он был четвертым по счету из открытых к тому времени витаминов.

Одновременно появилось совершенно иное лекарство от рахита в форме УФ-света. В конце девятнадцатого и в начале двадцатого века в качестве этиологии рахита предполагался дефицит свежего воздуха и солнечного света, а также отсутствие физических упражнений. В 1921 году Хесс и Унгер (Hess and Unger) наблюдали сезонность в заболевании рахитом, параллельную сезонным вариациям солнечного излучения. Независимо от этого Чик (Chick) пришел к выводу, что солнечный свет излечивает рахит так же успешно, как тресковое масло.

В 1919 году Гульдшинский (Huldschinsky) пришел к выводу, что искусственный солнечный свет может действовать на рахит с таким же успехом, как естественный. Контролируя пищевой рацион и внешнее воздействие УФ, он облучал больных тяжелой формой рахита детей ртутно-кварцевой лампой, испускавшей УФ-лучи, и наблюдал значительное клиническое и радиографическое улучшение, в том числе свежие отложения кальция.

В 1925 году Хесс и его сотрудники выделили из масла семян хлопчатника ситостерол, который не действовал на рахит у крыс, пока его не облучили УФ-светом. После того, как обнаружилось, что облучение пищи, в частности цельного молока, может придать ему противорахитные свойства, привело к огромному прогрессу в общественном здравоохранении и вызвало быстрое уменьшение распространенности рахита у детей.

С удивительным предвидением Хесс выдвинул гипотезу о том, что холестерин в коже активируется УФ-облучением и становится противорахитным. Полностью этапы фотохимической и термической реакции в механизме витамина D были окончательно разъяснены в 1955 году в работе Velluz. Точная последовательность этапов, приводящих к фотопродукции кожного холекальциферола, изложена в обзорной работе Holik в 1980.

а) Функции витамина D. Витамин D регулирует метаболизм кальция и фосфора. Его главная роль состоит в увеличении притока кальция в кровоток путем абсорбции кальция и фосфора из кишечника и реабсорбции кальция в почках, что обеспечивает нормальную минерализацию костей и мышечную функцию. Этот витамин влияет на уровень щелочной фосфатазы в сыворотке крови, а также ингибирует пролиферацию Т-клеток и созревание дендритных клеток наряду с воздействием на функцию кератиноцитов.

Дефицит витамина D приводит к нарушению минерализации костей, что является причиной патологий с размягчением костей, в частности рахита у детей и остеомаляции у взрослых, и возможно способствует развитию остеопороза. Дефицит может возникнуть в результате непоступления витамина с пищей в сочетании с дефицитом воздействия солнца, а также вследствие заболеваний, ограничивающих его абсорбцию, или состояний, нарушающих конверсию витамина D в активные метаболиты, а именно болезней печени или почек.

Наиболее склоны к низким уровням витамина пожилые люди, жители высоких широт с длинным зимним периодом, тучные индивидуумы и все лица с темной пигментацией кожи, проживающие в высоких широтах.

Токсичность вследствие избытка витамина D может проявиться в форме гиперкальциурии или гиперкальциемии, последняя вызывает мышечную слабость, апатию, головную боль, спутанность сознания, анорексию, раздражительность, тошноту, рвоту и боль в костях и потенциально может привести к таким осложнениям, как почечнокаменная болезнь и почечная недостаточность. К эффектам хронической токсичности относятся вышеупомянутые симптомы в сочетании с запорами, анорексией, абдоминальными судорогами, полидипсией, полиурией, болью в спине и гиперлипидемией.

Симптомы могут также включать кальциноз, за которым следует гипертензия и сердечная аритмия (вследствие укороченного рефрактерного периода). Хотя информация об эффектах высоких доз витамина D ограничена, безопасным верхним пределом дозы для взрослых считается 10000 ME в день. Хроническая токсическая доза для взрослых составляет более 50000 МЕ/ в день.

Имеется два основных источника витамина D: пища и кожа. При поступлении витамина извне, с пищей или добавками в пищу, он поглощается в тонком кишечнике. Естественными источниками пищи, богатыми витамином D являются некоторые виды жирных рыб, такие как лосось, скумбрия, тунец, сельдь, зубатка, треска, сардины и угри, а также масло, маргарин, йогурт, печень, печеночное масло и яичный желток, но, по крайней мере, в США, большая часть пищевого витамина D поступает из обогащенных пищевых продуктов, в частности круп, молока и апельсинового сока.

В стакане (220 мл) обогащенного молока, например, обычно содержится 100 МЕ витамина, то есть только небольшая часть адекватной дневной дозы для взрослых. Чтобы получить необходимую ежедневную дозу витамина, большинство американцев принимают витамин D дополнительно, либо в чистом виде, либо с кальцием, либо в составе поливитаминов.

б) Биохимия витамина D. В результате воздействия УФВ на кожу предшественник витамина D3 (7-дегихрохолестерин, прекурсор холестерина) быстро преобразуется в провитамин D3, который в процессе изомеризации спонтанно трансформируется в витамин D3 и поступает в кровь на связующем белке, соединяясь с поступающими с пищей D2 (эрогокальциферолом) и D3 (холекальциферолом), абсорбированными из кишечника. Достигнув печени, они подвергаются пассивному гидроксилированию в эндоплазматической сети гепатоцитов, причем для этого процесса необходимы NADPH, O₂ и Mg²⁺.

Образующийся продукт, 25-гидроксивитамин D3 [25(ОН) D3 (кальцидиол)], накапливается в гепатоцитах и по мере необходимости по проксимальным почечным канальцам поступает в плазму, где на него воздействует 25(ОН)D-1-а-гидроксилаза, фермент, активность которого повышается под действием паратиреоидного гормона и низкого уровня РO₄^2-. У лиц с заболеванием почек конверсия витамина D в его активную форму может не произойти. После такой конверсии, в кровь поступает 1,25-гидроксивитамин D3 [1,25(OH)2D3 (кальцитриол)], который связывается с белком-носителем в плазме (белком VDBP) и транспортируется к различным органам-мишеням.

в) Спектр действия для образования витамина D в коже. Исследования спектров действия показывают, что наиболее эффективными для фотосинтеза витамина D в коже являются световые волны, длина которых находится в диапазоне от 295 до 300 нм, которые, по иронии судьбы, чаще всего являются также причиной фотокарциногенеза. Оптимальный синтез происходит в очень узкой полосе УФВ-спектра между 295 и 300 нм, причем пик изомеризации приходится на 297 нм. При индексе УФВ, равном, как минимум 3, который ежедневно отмечается в тропиках и почти никогда в высоких широтах, адекватное количество витамина D3 синтезируется в коже через 10-15 минут инсоляции лица, рук, кистей или спины без применения солнцезащитных средств как минимум два раза в неделю.

В Бостоне уровень воздействия солнца с ноября по февраль недостаточен для выработки значительных количеств витамина D в коже. Поступление УФВ для синтеза витамина D зависит от всех тех факторов, которыми определяется УФ-индекс, в том числе от времени суток, облачности, смога, тени, отражения от близлежащих водных поверхностей, песка или снега, географической широты, высоты над уровнем моря и времени года. Влияют, конечно, и индивидуальные факторы, такие как возраст (выработка витамина D уменьшается у лиц старше 70 лет), индекс массы тела, одежда, и площадь кожи, открытой воздействию солнца. Индивидуумам с высоким содержанием меланина в коже необходимо дольше находиться на солнце, чем людям с более низким содержанием меланина, для синтеза такого же количества витамина D.

Согласно Holick, при инсоляции всего тела человека в размере одной минимальной эритемной дозы синтезируется как минимум 10000-25000 единиц витамина D. Выработка витамина D в коже происходит в течение минут и достигает максимума еще до того, как кожа станет розовой. Нахождение на солнце в течение длительного времени обычно не приводит к токсичности витамина D. В течение 20 минут воздействия солнца на светлокожих людей (в течение 1-3 часов в случае пигментированной кожи) концентрация прекурсоров витамина D, производимых кожей, достигает равновесия, и избыток витамина D просто разлагается так же быстро, как синтезируется.

Синтез витамина D: витамин D синтезируется в эпидермисе под действием УФВ, а также адсорбируется в кишечнике.
Затем он доставляется с помощью белка-переносчика в печень, где подвергается 25-гидроксилированию.
Образующийся при этом метаболит кальцидиол является основной циркулирующей формой витамина D.
Последний этап синтеза в основном происходит в проксимальных канальцах почек под действием 25(ОН) D-1-α-гидроксилазы, фермента, активность которого повышается под действием паратгормона и низкого уровня РO₄^2-.
Считается, что процесс 1-α-гидроксилирования также происходит на периферии, например в коже, где витамин D является промотором дифференцировки.

- Рекомендуем далее ознакомиться со статьей "Потребность организма в витамине D. Оптимальные уровни витамина D"

Оглавление темы "Болезни кожи от ультрафиолета света.":