Witamina D3

Wprowadzenie

Witamina D odkryta została przed ponad 90 laty, w efekcie poszukiwań substancji obecnej w diecie i zapobiegającej schorzeniom kostnym – krzywicy i osteomalacji. Wkrótce wykazano, że tran z wątroby dorsza w empirycznie dobranych dawkach jest doskonałym czynnikiem przeciwkrzywiczym, a także, że zawiera on witaminę D. Stwierdzono również, że naświetlanie skóry promieniowaniem ultrafioletowym w paśmie B (UVB) zapobiegało powstawaniu krzywicy, przy czym efekt ten przypisano stymulacji syntezy skórnej witaminy D. Witamina D „nie mieści” się zatem w klasycznej definicji witaminy, zakładającej że jest to substancja pochodzenia egzogennego.

Historycznie – witamina D postrzegana była jako niezbędny czynnik dla utrzymania normalnej jakości i wzrostu układu kostnego u dzieci. Jednak od około 20 lat mamy do czynienia z nagromadzaniem się dowodów, że aktywna forma witaminy D bierze udział w regulacji działania układu odpornościowego, homeostazy metabolicznej, układu sercowo-naczyniowego, działania mięśni, mózgu, cyklu komórkowego. Tę dwoistość natury witaminy D określa się jako działanie „klasyczne” i „nieklasyczne”.

Witamina D jest substancją pozbawioną jakiejkolwiek aktywności biologicznej. Uzyskuje ją dopiero po dwuetapowej aktywacji w organizmie człowieka. Mechanizm działania witaminy D zbliżony jest do działania hormonów steroidowych. Działając przez swój receptor współpracujący z kilkuset genami – aktywna forma witaminy D generuje szeroki wachlarz korzystnych odpowiedzi biologicznych, które wspólnie przyczyniają się do utrzymania stanu zdrowia organizmu. O znaczeniu witaminy D jako czynnika regulującego ważne funkcje fizjologiczne organizmu świadczy nieustanny rozwój badań, którego wyrazem jest wykładniczo przyrastająca liczba publikacji (w ciągu ostatnich 12 miesięcy ukazało się ich ponad 3000).

Metabolizm i działanie witaminy D

Podczas ekspozycji na promieniowanie ultrafioletowe z zakresu B (UVB) zawarty w naskórku 7-dehydrocholesterol (7DHC, prowitamina D) podlega przekształceniu do prewitaminy D3. Polega to na tym, że w cząsteczce 7DHC po zaabsorbowaniu fotonu dochodzi do pęknięcia drugiego pierścienia w wyniku czego powstaje prewitamina D3. Jak stwierdzono, proces ten zachodzi z największą intensywnością przy długości fali promieniowania ultrafioletowego równej około 290 nm. Przy długości fali równej 320 nm jego szybkość spada do zera. Energia zawarta w promieniowaniu słonecznym docierającym do powierzchni ziemi zależy od długości fali i przy 290 nm jest niewielka. Tak więc tylko mały frag­ment widma promieniowania słonecznego może być wykorzystany do pobudzenia skórnej syntezy witaminy D3 (cholekaiciferolu). Z pomiarów przeprowadzonych w warunkach polskich wynika, że promieniowanie ultrafioletowe o długości fali 300 nm i mniejszej, dociera do powierzchni ziemi tylko wtedy gdy wysokość słońca nad horyzontem wynosi powyżej 30°. Przy czym warunek ten spełniony jest w ciągu roku tylko od około 10 marca do około połowy października. Prewitamina D3 jest z kolei przekształcana do witaminy D3 w procesie termokonwersji, po czym trafia do układu krążenia przenoszona przy pomocy białka wiążącego DBP. Nadmierna ekspozycja na światło słoneczne degraduje zarówno witaminę D3 jak i prewitaminę D3 do nieaktywnych fotoproduktów.

W przypadku drogi doustnej możliwe jest również otrzymanie witaminy D2 (ergokalciferolu) pochodzenia roślinnego łącznie lub zamiast witaminy D3. Zawarta w pokarmach witamina D podlega absorpcji w jelicie cienkim, gdzie w nabłonku włączana jest do chylomikronów i przenoszona z limfą do krwi żylnej. Niezależnie od sposobu suplementacji witamina D może zostać magazynowana w komórkach tkanki tłuszczowej, a następnie uwalniana. Lista pokarmów zawierających naturalnie występującą witaminę D jest krótka. Zawiera ona głównie produkty pochodzenia zwierzęcego a w szczególności tłuste ryby i tran z wątroby dorsza. Inne produkty takie jak mleko, jaja mięso – zawierają witaminę D w tak niewielkich stężeniach, że nie mogą one wpłynąć znacząco na stan zaopatrzenia organizmu w witaminę D.

Niezależnie od drogi suplementacji witamina D przenoszona w układzie krążenia przez białko wiążące (DBP – a-globulina) transportowana jest do wątroby gdzie podlega przekształceniu przez 25-hydroksylazę do 25-hydroksywitaminy D (25OHD). Jest to główna ilościowo forma witaminy D w układzie krążenia, której czas półtrwania wynosi od 2 do 3 tygodni, a jej stężenie określa stan zaopatrzenia organizmu w witaminę D (aktualnie preferowany zakres 75 – 150 nmo/L). 25-hydroksywitamina D aktywowana jest w nerce przez 1a-hydroksylazę, dzięki czemu powstaje hormonalna forma witaminy D, 1,25-dihydroksywitamina D (1,25(OH)2D). Poziomy w układzie krążenia takich czynników jak jony wapniowe i fosforanowe, czynnik wzrostowy fibroblastów (FGF23), parathormon (PTH) oraz szeregu innych – mają wpływ na intensywność produkcji 1,25(OH)2D. Niezależnie od tego, hormonalna forma witaminy D w drodze sprzężenia zwrotnego hamuje aktywność wytwarzającego go enzymu w nerce, równocześnie obniżając produkcję parathormonu (PTH) w przytarczycach. Stymuluje też aktywność 24-hydroksylazy, katabolizującej 1,25(OH)2D do rozpuszczalnego w wodzie, nieaktywnego kwasu kalcitronowego wydzielanego następnie z żółcią. 1,25(OH)2D (przy współdziałaniu PTH) podwyższa absorpcję wapnia w jelicie cienkim działając zarówno jako regulator transkrypcji, jak i za pośrednictwem receptora błonowego. Dochodzi do wzrostu ekspresji genów kodujących białka kanału wapniowego i kalbandyny 9K (białka wiążącego wapń). 1,25(OH)2D za pośrednictwem receptora w osteoblastach, powoduje aktywację czynnika RANKL z udziałem czynnika NFkB. RANK – obecny na powierzchni preosteoklastów receptor, wiąże czynnik RANKL, co indukuje preosteoklasty do dojrzewania i przechodzenia w osteoklasty. Dojrzałe osteoklasty z kolei, usuwają Ca++ i HPO4z tkanki kostnej utrzymując ich właściwe poziomy w układzie krążenia. Odpowiednia podaż wapnia, fosforanów i witaminy D w diecie i z syntezy skórnej, są niezbędne dla zapewnienia optymalnych parametrów mineralizacji kości.
Współczesne rozumienie roli witaminy D w organizmie ludzkim koncentruje się nie tylko wokół procesów zapewniających składniki mineralne niezbędne do budowy szkieletu. Obecnie coraz bardziej doceniana jest rola witaminy D jako regulatora wewnątrzkomórkowej gospodarki wapniowej, a także szeregu ważnych procesów nie związanych bezpośrednio z ogólnoustrojową homeostazą wapniową. Stwierdzono, że aktywna forma witaminy D reguluje cykl komórkowy nie dopuszczając do stanów nadmiernej proliferacji dzięki czemu niedobór witaminy D jest czynnikiem sprzyjającym powstawaniu nowotworów. Witamina D bierze udział w regulacji działania systemu immunologicznego w zakresie zarówno odporności wrodzonej jak i adaptacyjnej, przy czym jej niedobory zwiększają prawdopodobieństwo chorób infekcyjnych, a także możliwość wystąpienia chorób o podłożu autoimmunologicznym takich jak toczeń rumieniowy czy stwardnienie rozsiane. Stwierdzono również, ze niedobory witaminy D skutkują zaburzeniami działania komórek β trzustki obniżając wydzielanie insuliny, sprzyjając w efekcie nietolerancji glukozy i powstawaniu zespołu metabolicznego. Niedobory zaopatrzenia organizmu w witaminę D kojarzone są również ze wzrostem ciśnienia tętniczego, zwiększoną tendencją procesów miażdżycowych i ryzykiem zawału serca. Właściwy stan zaopatrzenia organizmu w witaminę D kojarzony jest również z prawidłową siłą mięśni i obniżeniem ryzyka upadku, co jest szczególnie ważne u osób starszych. Ostatnio coraz większą wagę przywiązuje się do regulacji czynności mózgu i układu nerwowego przez witaminę D, przy czym jej niedobory zarówno w życiu płodowym jak i później mają niekorzystny wpływ na ich funkcjonowanie.

Jakie powinno być zaopatrzenie w witaminę D organizmu człowieka?

Odpowiedź na to pytanie jest prosta. Powinno być ono takie aby zabezpieczać
a) prawidłowe działanie procesów utrzymujących homeostazę mineralną organizmu człowieka (działanie kalcjotropowe)
b)sprawne działanie wszystkich mechanizmów nie związanych bezpośrednio z gospodarką mineralną w skali całego organizmu (działanie niekalcjotropowe).
Uznanym wykładnikiem zaopatrzenia organizmu człowieka w witaminę D jest stężenie 25-hydroksywitaminy D w układzie krążenia. Wyrażane jest ono na ogół w nanogramach na 1 ml (ng/ml). Obecnie uważa się, że powinno ono wynosić nie mniej niż 20 ng/ml, która to wartość zabezpiecza sprawne działanie układu homeostazy mineralnej organizmu (ustalenia Institute of Medicine (IOM). Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. Washington, DC: National Academies Press, 2011). Istnieje jednak coraz więcej danych wskazujących, że dla optymalizacji działań niekalcjotropowych powinno ono wynosić powyżej 30 ng/ml.

Jakie są możliwości zabezpieczenia zapotrzebowania na witaminę D w polskich warunkach żywieniowo-klimatycznych?

Aby odpowiedzieć na to pytanie należy dokonać oceny możliwości zdobywania w polskich warunkach witaminy D drogą syntezy skórnej i razem z pożywieniem. Stwierdzić należy, że efektywność obu procesów suplementacyjnych (synteza skórna, absorpcja jelitowa) w warunkach polskich nie zabezpiecza dowozu witaminy D, który byłby wystarczający dla utrzymania poziomu zaopatrzenia organizmu ludzkiego w witaminę D (stężenia 25-hydroksywitaminy D) uważanego za optymalny.

W pierwszym przypadku droga suplementacji aktywna jest tylko w okresie od kwietnia do września i to pod warunkiem przebywania poza pomieszczeniami zamkniętymi i nie stosowania kremów z filtrami UV. Synteza skórna jest również mało aktywna u niemowląt oraz u osób starszych (ze względu na tryb życia). Zapewnienie właściwej skuteczności drugiej drogi zaopatrzenia – absorpcji jelitowej, jest w przypadku polskich nawyków żywieniowych (niewielkie spożycie tłustych ryb) praktycznie niewykonalne bez wzbogacenia diety w witaminę D.