Л. В. Львова, канд. биол. наук

«На протертых шинах далеко не уедешь…»

…так в восьмидесятых годах говорил о недостаточности витаминов, или гиповитаминозах, доктор биологических наук В. Б. Спиричев, сравнивая организм человека с машиной, белки и углеводы — с горючим, а витамины — с колесами. Последующие исследования подтвердили верность этой аллегории. Впрочем, обо всем по порядку.

Витамины и рацион

Обычно мы получаем витамины с пищей. В организме они либо не синтезируются вообще, либо синтезируются в очень малых количествах. Но главная особенность витаминов, радикально отличающая их от прочих питательных веществ, другая: активно участвуя в обменных процессах, витамины никогда не включаются в структуру тканей и не используются организмом в качестве источника энергии.

По расчетам швейцарских и французских ученых самый лучший рацион на 2500 ккал (таковы средние энергозатраты современного европейца) покрывает потребность в витаминах лишь на 80%. А реальные рационы, как правило, витаминами еще беднее.

А выход из этой ситуации один — витаминизация. Осуществляется она двумя способами.

Более чем в 80 странах мира муку обогащают витаминами группы В и кальцием, маргарин — витамином А, а плодоовощные соки — витамином С. Вначале такие добавки к муке использовали только для компенсации потерь витаминов при обработке зерна. Но с1974 года в США и с 1978 года в Канаде стали обогащать муку независимо от сорта шестью витаминами (А, В₁, В₂, В₃, В₆, фолиевой кислотой) и солями кальция, магния, железа и цинка в таких количествах, чтобы 400 г муки покрывали суточную потребность организма в этих веществах. А в Японии и на Филиппинах после сильнейшей эпидемии бери-бери 1953 года додумались покрывать каждое сотое зернышко очищенного риса тончайшей оболочкой, содержащей витамины группы В.

Другой способ улучшения «витаминного» качества рациона — так называемые живые продукты. Секрет их приготовления — в специально разработанных технологиях, сохраняющих витамины «в целости и сохранности». И хотя стоят такие продукты, мягко говоря, очень недешево, спрос на них постоянно растет,— здоровье, как говорится, дороже.

У каждого представителя многочисленного семейства витаминов своя «биография» и ярко выраженная «индивидуальность», но всем им присуще некоторое «семейное» сходство.

Острое зрение и гладкая кожа

— Зачем тебе, бабушка, витамин А?
— Чтобы хорошо видеть и хорошо выглядеть, детка…

Так или примерно так могли бы выглядеть «витаминные» вариации на тему диалога из известной детской сказки. Упоминание о витамине А в первую очередь ассоциируется с острым зрением и гладкой кожей, хотя функций у него гораздо больше. Он необходим для репродукции, нормального роста и дифференцировки различных эпителиальных тканей.

Витамином А принято называть целую группу ретиноидов: ретинол (витамин А₁), 3-дегидроретинол (витамин А₂), ретиналь и ретиноевую кислоту.

По своему строению витамины А₁ и А₂ очень похожи друг на друга. И тот и другой представляет собой циклический непредельный одноатомный спирт, состоящий из шестичленного кольца (бета-ионона), двух остатков изопрена и первичной спиртовой группы. Единственное различие между витамином А₁ и А₂ — наличие у второго дополнительной двойной связи в кольце бета-ионона.

В организм человека витамин А поступает вместе с печенью крупного рогатого скота и свиней, яичным желтком, молоком и сметаной. Особенно много его содержится в печени морской рыбы.

Все разновидности витамина А прекрасно растворимы в жирах и некоторых органических растворителях (бензоле, хлороформе, эфире и др.) В организме они существуют в различных изомерных формах. Но далеко не все изомеры обладают биологической активностью.

В организме под действием специфических ферментов ретинол обратимо окисляется, превращаясь в цис- и транс-альдегиды (ретинали). Те, окисляясь в свою очередь, превращаются в ретиноевую кислоту. Эта реакция необратима. Как правило, она протекает в коже, где ретиноевая кислота и функционирует, участвуя в росте и дифференцировке эпителия и поддерживая активность рецепторов кальцитриола.

В желудочно-кишечный тракт ретинол попадает в виде эфира с пальмитиновой кислотой. Гидролаза, синтезируемая поджелудочной железой и слизистой оболочкой тонкой кишки, освобождает его от ненужного «довеска» — эфира. Свободный ретинол сразу же захватывают клетки слизистой оболочки тонкой кишки. Там он снова превращается в эфир. В таком виде поступает в кровь и захватывается печенью. Здесь, в этом органе-депо, он и хранится до поры до времени. А когда в органах-мишенях возникает необходимость в ретиноле, специальная гидролаза отщепляет от него эфир, свободный ретинол образует комплекс с ретинол-связывающим белком (РСБ) и в таком виде поступает в кровь. Там он соединяется с еще одним белком — транстеритином, и свежеиспеченный тройственный союз — ретинол—РСБ—трастеритин — движется к органам-мишеням, клетки которых «оснащены» специальными рецепторами для узнавания ретинола (но только в комплексе с РСБ!).

Мобилизация ретинола из резервного депо находится под строгим контролем РСБ и меняется в зависимости от скорости его синтеза и секреции клетками печени. (Кстати, содержание РСБ и транстеритина в плазме крови — прекрасный клинический тест функционального состояния печени.) Существует и обратная связь: при дефиците ретинола секреция РСБ блокируется. Недостаток белка и цинка в рационе уменьшают синтез РСБ, оказывая тем самым пагубное действие на мобилизацию ретинола из печени и выход его в кровь.

Роли участников тройственного союза четко распределены. РСБ солюбилизирует гидрофобные молекулы ретинола, предохраняя мембраны от его токсического действия, защищает ретинол от окисления и транспортирует его к «месту назначения». А транстеритин предохраняет РСБ от почечной фильтрации и экскреции с мочой.

«Запасы» ретинола в печени зависят от того, сколько его поступает в организм: если мало, то большая часть «печеночного» ретинола мобилизуется, а резерв, следовательно, уменьшается.

По уровню витамина А в плазме крови можно судить об обеспеченности организма этим витамином в двух случаях. Уровень витамина А в крови резко падает при его дефиците в печени (меньше 20 мкг/г), а при избытке (свыше 300 мкг/г) — наоборот, возрастает. Если же содержание резервного ретинола находится в интервале 20–300 мкг, то его содержание в крови поддерживается гомеостатически.

Сейчас уже ни для кого не секрет, что витамин А играет важную роль в процессе светоощущения.

В палочках сетчатки содержится сложный белок родопсин — основное светочувствительное вещество сетчатки.

Состоит он из липопротеина опсина и связанного с ним цис-ретиналя, которому зрительный пурпур (так еще называют родопсин) и обязан своими уникальными свойствами. Поглощая «порцию» света, родопсин за какие-то доли секунд претерпевает целый каскад превращений, прежде чем распадается на транс-ретиналь и опсин.

Благодаря всем этим метаморфозам, возникает нервный импульс, который и обеспечивает зрительное восприятие. В темноте происходит обратный процесс: синтез родопсина, требующий обязательного участия активной формы альдегида-11-цис -ретиналя, которая ферментативным путем образуется из транс-ретинола и частично из биологически неактивного транс-ретиналя.

За цветовое зрение ответственность несет второй тип фоторецепторных клеток сетчатки — колбочки. В них в качестве хромофора присутствует 11-цис-транс-ретиналь. Его «своеобразные отношения» с опсином во многом определяют процесс цветоощущения.

Названные в честь моркови

Так уж случилось, что целых шесть сотен соединений обязаны своим названием самой обыкновенной морковке, хотя и синтезируются они практически всеми растениями и даже микроорганизмами.

Долгое время каротиноиды рассматривались как предшественники витамина А. Но оказалось, что у них еще масса функций. Каротиноиды выступают в роли фотопротекторов и антиоксидантов. На молекулярном и клеточном уровне они предотвращают изменения, вызываемые окислителями, генотоксическими веществами, рентгеновским и УФ-излучением, защищают организм от мутагенеза и канцерогенеза, увеличивают иммунокомпетентность, обладают антистрессовыми свойствами и «следят» за экономным расходованием антиоксидантных витаминов и ферментов.

Самым распространенным среди природных каротиноидов является бета-каротин. В отличие от своих собратьев — альфа- и гамма-каротинов — он имеет два бета-иононовых кольца, поэтому его «производительность» при продуцировании витамина А выше: из одной молекулы бета-каротина образуется две молекулы ретинола, а из одной молекулы альфа- или гамма-каротина — только одна.

Основное депо бета-каротина — жировая ткань. В ней сосредоточено 80% всех запасов. 10% бета-каротина хранится в печени, 9% — в других органах и тканях (надпочечниках, репродуктивных органах, мозге, легких, сердце, почках, селезенке) и лишь 1%— в плазме крови.

Запасать бета-каротин в жировой ткани могут только люди и некоторые виды животных — рогатый скот, лошади, птицы, хорьки. «Беложирые» животные — мыши, крысы, кролики, собаки, козы, овцы — такой способностью не обладают. Согласно некоторым экспериментальным данным, они не могут усваивать интактный бета-каротин. Он становится доступным для них только после ряда превращений.

В организме человека бета-каротин должен преодолеть долгий и сложный путь, чтобы попасть в органы-мишени. Поскольку все каротиноиды — вещества липофильные, они очень плохо всасываются без эмульгирования. Эмульгирование бета-каротина происходит в тонком кишечнике в присутствии желчных кислот с образованием липидных мицелл. Затем бета-каротин направляется через лимфатическую систему в грудной проток, а затем в печень на своем «личном транспорте» — хиломикронах (ХМ) и липопротеинах очень низкой плотности (ЛОНП). (Каким образом каротиноиды попадают в другие ткани — покрыто мраком. Неясно пока, как происходит мобилизация и взаимопревращение каротиноидов в тканях и их рециклизация из тканей в кровь.)

Но такой путь проходит не весь бета-каротин, а лишь тот, который не подвергся биоконверсии в слизистой оболочке тонкого кишечника. Биоконверсия — окислительное расщепление по центральной пи-связи с образованием ретиналя при активном участии молекулы кислорода и бета-каротин-15-15’-диоксигеназы (ДОГ). После этого за работу принимается ретинальдегидроредуктаза, и ретиналь превращается в ретинол. За степень и скорость такого превращения отвечает ДОГ и клеточный ретинолсвязывающий белок (КРСБ), а статус витамина А и содержание в пище белков регулирует активность ДОГ. Такая система регуляции распределения каротиноидов имеет неоспоримое преимущество: сколько бы мы не потребляли с пищей каротиноидов — гипервитаминоз А нам не грозит. А за счет каротиноидов в значительной мере удовлетворяются потребности организма в ретиноле.

Двуликий Янус

Из целой группы стероидных соединений под названием витамин D для человека важны всего лишь два соединения — эргокальциферол (витамин D₂) и холекальциферол (витамин D₃). Витамин D₂ мы получаем исключительно с пищей. А витамин D₃ может синтезироваться в коже под действием ультрафиолетовых лучей из 7-дегидрохолестерола. Интенсивность образования холекальциферола зависит от времени года и времени суток, длительности пребывания на солнце и даже цвета кожи. Чрезмерное пребывание на солнце замедляет превращение 7-дегидрохолестерола в витамин D₃ на порядок, а черная кожа требует в 10 раз более длительного солнечного облучения, чем белая, для образования одинакового количества холекальциферола. В коже витамин D₃ не задерживается, а направляется в печень. Для этого он вначале связывается со специальным белком, после чего всасывается в лимфу, входит в состав хиломикронов и с их помощью проникает в кровь. Из нее-то они и захватываются печенью.

В печень устремляется и витамин D₂, который всасывается в тонком кишечнике с участием желчных кислот. Именно там начинаются метаморфозы эргокальциферола и холекальциферола, а заканчиваются в почках.

В печени под влиянием 25-гидроксилазы оба витамина превращаются в кальцидиол — соединение малоактивное, но прекрасно подходящее для транспортировки. Выйдя из печени, кальцидиол через кровь попадает в почки. И в клетках проксимальных канальцев почек под действием специальной гидроксилазы происходит превращение кальцидиола в кальцитриол (1,25-дигидроксихолекальциферол-кальцитриол). На интенсивность процесса через своих «посредников» — паратгормон и гидроксилазу — влияют кальций и фосфор. Гипокальциемия стимулирует синтез паратгормона, а гипофосфатемия активирует гидроксилазу. При таких обстоятельствах продуцирование кальцитриола возрастает. Любопытно, что кальцитриол, в свою очередь, может тормозить синтез паратгормона. Помимо кальцитриола в почках образуется еще один активный метаболит витамина D — 24, 25-дигидроксихолекальциферол.

От метаболитов витамина D зависит «судьба» кальция и фосфатов. После взаимодействия со специфическими рецепторами метаболиты витамина D, по всей вероятности, попадают в ядро и стимулируют синтез белков — участников транспортировки кальция и фосфатов через эпителиальные клетки слизистой кишечника и почечных канальцев. В клетках слизистой кишечника они активируют синтез кальбидинов, которые связывают избыток кальция и тем самым защищают клетку.

Метаболиты витамина D, влияя на состав и функцию фосфолипидов клеточных мембран, облегчают проникновение через них ионов кальция. Кальцитриол и 24,25-дигидроксихолекальциферол активируют дифференцировку и пролиферацию хондроцитов и остеобластов костей и стимулируют синтез «незрелого» коллагена — депо кальциевых солей. Кальцитриол способствует минерализации костей еще одним способом. Он активирует фосфолипазу А₂ в мембранах остеобластов и хондроцитов, и фосфолипиды, препятствующие минерализации костей, расщепляются.

Метаболиты витамина D дополняют друг друга, а их совместная деятельность — необходимое условие нормального развития костной ткани.

Кальцитриол в физиологических количествах способствует отложению кальция исключительно в диафизах. Когда его концентрация в плазме возрастает, активируются огромные многоядерные остеобласты — непременные участники резорбции костей, а минерализация эпифизов и диафизов уменьшается. Нередко кальцитриол называют «аварийным гормоном». И неслучайно. При выраженной гипокальциемии он очень «оперативно» восстанавливает нормальный уровень кальция в плазме, активируя его всасывание из кишечника, и резорбцию костей.

24, 25-дигидроксихолекальциферол — гормон, «работающий» в условиях нормокальциемии. Его основные «обязанности» — обеспечение нормального остеогенеза и минерализации костей. Впрочем, участие метаболитов витамина D не ограничивается костной тканью. Они (вместе с витамином D) поддерживают уровень кальция и фосфора в плазме крови, регулируют реабсорбцию кальция и фосфатов в почках.

Ряд экспериментальных данных свидетельствует об участии кальцитриола в стимуляции секреции тиреотропного гормона, регуляции иммунных процессов и замедлении пролиферации фибропластов кератоцитов в коже. Но многие аспекты «жизнедеятельности» кальцитриола и 24, 25-дигидроксихолекальциферола пока не изучены.

Все хорошо в меру

Недостаток, как впрочем и избыток, витаминов приводит к неприятным последствиям.

Нарушения сумеречного зрения, известное в народе как «куриная слепота», а в медицине как гемералопия,— одно из первых проявлений гиповитаминоза А. Затем может развиться ксерофтальмия — изменения в структуре защитного эпителия роговицы. Он высыхает, теряет прозрачность и чувствительность, и роговица постепенно превращается в бельмо. Вдобавок ко всему нарушается функционирование слезных желез, а в результате микроорганизмы могут совершенно беспрепятственно проникать в глаз. В дальнейшем развивается некроз роговицы — кератомаляция, и это может привести к частичной или даже полной потере зрения.

При нехватке витамина А возникают нарушения в эпителии кожи. Кожа становится сухой, шелушится, а в итоге развиваются вторичные гнойные и гнилостные процессы.

Но и это еще не все. Такие же изменения могут появиться в эпителии, выстилающем слизистые оболочки дыхательных путей, пищеварительного тракта и почек. Именно поэтому некоторые инфекционные заболевания (туберкулез, ОРВИ и др.) гораздо чаще возникают при недостатке витамина А.

Нехватка витамина А может привести к утрате контроля над процессом роста и дифференцировки эпителиальных тканей. «Поломка» механизмов регуляции порой может стать причиной онкологических заболеваний: по данным английских исследователей, вероятность возникновения рака легких, мочевого пузыря, пищевода и гортани увеличивается в 2–3 раза.

Но все хорошо, как говорится, в меру. Непомерное пристрастие к печени белого медведя, тюленя и моржа, где содержится много свободного ретинола, может вызвать гипервитаминоз. Воспаление глаз, гиперкератоз, выпадение волос и общее истощение организма — далеко неполный перечень всех его симптомов.

Правда, в Украине нет белых медведей, моржей и тюленей, но теми же последствиями грозит чрезмерное потребление рыбьего жира и препаратов витамина А.

Дефицит витамина D проявляется иначе. У взрослых возникает остеопороз, а у детей — печально известный рахит.

Остеопороз развивается вследствие вымывания из костной ткани уже отложившихся солей. Из-за этого кости становятся хрупкими, что часто приводит к переломам.

Все основные симптомы рахита связаны с нарушением нормального процесса остеогенеза. Из-за изменения фосфорно-кальциевого обмена и нарушения отложения в костной ткани фосфата кальция кости становятся мягкими и под тяжестью тела ноги искривляются, принимая уродливые О- или Х-образные формы. Аномалия фосфорно-кальциевого обмена приводит к ослаблению и замедлению развития зубов — первые зубы появляются позже, а развитие дентина задерживается.

Нехватка витамина D и у взрослых, и у детей сопровождается гипокальциурией, гиперфосфатурией, аминоацидурией, а в плазме значительно уменьшается содержание кальция и неорганического фосфора.

Лечение рахита и некоторых дерматозов «ударными» дозами витамина D может вызвать гипервитаминоз. Он проявляется, прежде всего, в гиперкальциемии, а сопутствуют ей гиперфосфатемия, гиперкальциурия и декальцификация костей.

Получается, что для нас определенную опасность представляет и нехватка, и избыток витаминов А и D. С бета-каротином ситуация другая — неприятности (в виде повышения риска возникновения рака, катаракты и сердечно-сосудистых заболеваний) возникают при снижении его потребления и усвоения.

Сегодня чаще всего обычного среднестатистического человека поражают так называемые «скрытые» гиповитаминозы. Причин для этого достаточно, но главные — несбалансированный рацион, плохая экология и постоянные стрессы.

По этому поводу мнения специалистов сходятся, а вот в отношении витаминизации по-прежнему существует две полярные точки зрения. Одни считают, что пользу могут принести только «натуральные» витамины, которые содержатся в пищевых продуктах. Другие же утверждают, что более полноценными являются синтетические витамины, поскольку в пище витамины обычно содержатся в связанной форме и потому плохо усваиваются.

Но вполне убедительных доказательств не могут представить ни те ни другие, ведь результаты опытов на животных нельзя автоматически переносить на человека, а проводить некоторые исследования на людях, мягко говоря, неэтично. Получается замкнутый круг.

Биодоступность препаратов и пищевых добавок каротиноидов оценивается обычно по их концентрации в крови. Информацию о «превращениях» бета-каротина таким способом получить невозможно. Выяснить, что только треть интактного бета-каротина обнаруживается в крови, а большая часть (то есть 2/3) еще до поступления в кровь превращается в ретинол и другие биологически активные ретиноиды, удалось только благодаря исследованиям, проведенным на небольшой группе людей с помощью радиоизотопного метода. Но по вполне понятным причинам для широкомасштабных исследований такой метод непригоден.

При определении разные источники учитывают разные факторы суточной потребности в витаминах. По одним данным, эта величина для витамина D колеблется от 500 до 1000 МЕ в зависимости от возраста, физиологического состояния организма и соотношения солей фосфора и кальция. По другим данным, потребность в витамине D составляет 400 МЕ за исключением младенцев и людей старше 25 лет.

Та же картина наблюдается и для витамина А: одни считают, что суточная потребность человека в витамине А составляет 2,7 мг. По другим данным, суточная потребность изменяется в зависимости от пола и возраста.

Так что, по всей вероятности, рациональное зерно есть и у сторонников «натуральной» витаминизации, и у приверженцев витаминных препаратов.

Литература

1. Е. Нурмухаметова. Недостаточность витамина А// http://www.zfpco.ru/medic/618/pharmac.htm
2. Справочник ВИДАЛЬ (Лекарственные препараты в России).— М., 1999.
3. Шалихина М. Я., Шашкин П. Н., Сергеев А. В. Биодоступность каротиноидов//Вопросы медицинской химии.— Т. 45.
4. Медицинская энциклопедия. http://www.realmed.ru/03-01.htm
5. Березов Т. Т., Коровкин Б. Ф. Биологическая химия.— М, 1990.— С. 538.