Витамин D (кальцеферол)

     Витамин D антирахитический, участвует в  обмене кальция и фосфора, образуется в коже человека под влиянием ультрафиолетовых лучей. Отсутствие витамина D вызывает у детей заболевание, называемое рахитом. Кости рахитичных детей содержат недостаточно кальция и фосфора. Это приводит к искривлению костей конечностей, появлению на ребрах хорошо заметных утолщений, деформации грудной клетки. Такие дети восприимчивы к различным заболеваниям. Лучшим средством предупреждения и лечения рахита является употребление пищевых продуктов, содержащих витамин D, а также пребывание детей на солнце или их искусственное ультрафиолетовое облучение.

     Таким образом, наш организм, кроме питательных  веществ, обязательно должен получать с пищей необходимые витамины. Это обеспечивает, особенно в детском и юношеском возрасте, нормальный рост, поддержание работоспособности и, устойчивость к заболеваниям. При избыточном потреблении некоторых витаминов (например, А и В) возникают нарушения обмена веществ (гипервитаминозы).

     Витамины  должны поступать в организм постоянно и в определенных количествах. Однако их содержание в пищевых продуктах колеблется и не всегда обеспечивает потребности организма. Эти колебания связаны с сезонными изменениями состава пищевых продуктов, с длительностью хранения овощей и фруктов от момента созревания до употребления в пищу.

     При условии, что организм получает достаточное количество ультрафиолетового излучения, потребность в витамине D компенсируется полностью. Однако количество витамина D, синтезируемого под действием солнечного света зависит от таких факторов как:

• длина волны света (наиболее эффективен средний спектр волн, который мы получаем утром и на закате);
• исходная пигментация кожи и (темнее кожа, тем меньше витамина D вырабатывается под действием солнечного света);
• возраст (стареющая кожа теряет свою способность синтезировать витамин D);
• уровень загрязненности атмосферы (промышленные выбросы и пыль не пропускают спектр ультрафиолетовых лучей, потенцирующих синтез витамина D, этим объясняется, в частности, высокая распространенность рахита у детей, проживающих в Африке и Азии в промышленных городах).

     Дополнительными пищевыми источниками витамина D являются молочные продукты, рыбий жир, яичный желток. Однако на практике молоко и  молочные продукты далеко не всегда содержат витамин D или содержит лишь следовые (незначительные) количества (например, 100 г коровьего молока содержит всего 0,05 мг витамина D), поэтому их потребление, к сожалению, не может гарантировать покрытие нашей потребности в этом витамине. Кроме того, в молоке содержится большое количество фосфора, который препятствует усвоению витамина D.

     ВИТАМИН D (кальциферолы), группа прир. соед., обладающих антирахитич. действием. Важнейшие: эргокальциферол [витамин D₂; рис. 1; ф-ла III, R = —СН(СН₃)СН=СНСН(СН₃)СН(СН₃)₂] - мол. м. 396,7, т. пл. 115-118°С; от +103° до 4-108° (абс. этанол); и холекальциферол [витамин D₃; рис. I, III, R = —СН(СНз)(СН₂)₃СН(СН₃)₂] - мол. м. 384,6, т. пл. 84-86 °С; от +105° до +112° (абс. этанол). В-во, к-рое ранее называли витамином D₁, - смесь эргокальциферола и др. стеринов.

     Витамины D₂ и D₃ - бесцв. соед., не раств. в воде, хорошо раств. в орг. р-рителях; обладают характерным максимумом поглощения при 265 нм ( 1,8*10⁴); чувствительны к действию света и кислорода воздуха, особенно при нагревании.

     Провитамин  холекальциферола-7-дегидрохолестерин [I, R = СН(СН₃)(СН₂)₃СН(СН₃)₂; содержится в коже человека] ; эргокальциферола - эргостерин [I, R = CH(CH₃)CH= =СНСH(СН₃)СН(СН₃)₂; содержится в дрожжах]. При действии УФ-света провитамины превращ. в организме в прекальциферолы, или превитамины (ф-ла И), из к-рых образуются витамины D в результате прототропной перегруппировки.  

     Рис. 1. Синтез кальциферолов из провитаминов.

     Осн. ф-ция витамина D - поддержание в организме постоянной концентрации Са²⁺ и Р, что осуществляется благодаря участию витамина в регуляции всасывания этих элементов в кишечнике, мобилизации Са из скелета путем рассасывания предобразованной костной ткани и реабсорбции Са²⁺ и Р в почечных канальцах. Витамины D₂ и D₃ всасываются в тонком кишечнике и поступают в печень, где подвергаются гидроксилированию; при этом D₃ (рис. 2) превращ. в 25-гидроксихолекальциферол (25-OH-D₃), а D₂ - в 25-гидроксиэргокальциферол (25-OH-D₂). Это превращ. катализирует фермент 25-гидроксилаза. 25-гидроксикальциферолы - осн. транспортная форма витамина D в организме. В плазме крови они (как и др. формы витамина) переносятся специфич. транспортным белком - транскальциферином.

     В почках из 25-OH-D₃ образуются 1,25-(OH)₂-D₃ и 24,25-(OH)₂-D₃. Первое превращ. катализирует фермент 1 гидроксилаза, второе -24-гидроксилаза. Аналогично из 25-OH-D₂ образуются 1,25-(OH)₂-D₂ и 24,25-(OH)₂-D₂. наиб. активная форма D₃, ответственная за его ф-ции, — 1,25-(OH)₂-D₃ (его биол. активность в 10 раз превышает активность.

     Важнейшие регуляторы, активирующие синтез 1,25-(OH)₂-D₃: паратиреоидный гормон, эстрогены, пролактин, соматотропин и инсулин. Уменьшение концентрации Са²⁺ в крови при его недостаточном поступлении извне или интенсивной утилизации усиливает секрецию паратгормона, к-рый активирует в почках 1 гидроксилазу, в результате чего ускоряется синтез 1,25-(OH)₂-D₃. Избыточное поступление Са²⁺ и Р с пищей подавляет синтез 1,25-(OH)₂-D₃, т.к. при этом его предшественник 25-(OH)-D₃ превращ. в почках в 24,25-(OH)₂-D₃, к-рый стимулирует всасывание Са и Р в кишечнике так же эффективно, как 1,25-(OH)₂-D₃, и одновременно стимулирует остеогенез и минерализацию костной ткани.

     Основное  патоморфологическое следствие  недостаточности витамина D - нарушение минерализации костной ткани. Биол. активность D₂ и D₃ для человека и большинства животных одинакова. Исключение - куры и некоторые виды южноамериканских человекообразных обезьян, для которых D₃ в неск. раз активнее, чем D₂.

     Биологическая активность витамина D измеряется в международных (интернациональных) единицах (ME); 1 ME соответствует антирахитической активности 0,025 мкг эрго- или холекальциферола. Содержание D₂ и D₃ в продуктах питания невелико, напр. в печени быка и сливочном масле соотв. 0,4 и 0,4-3,2 МЕ/г; исключение - жир печени трески и тунца, в к-рых этих витаминов содержится соотв. 50-350 и 40000-60000 МЕ/мл. Добавляя значит. кол-ва витамина D в рацион с.-х. животных, можно существенно повысить его содержание в мясе и др. продуктах.

     Потребность человека в витамине D, составляющая 400 ME (10 мкг) в сут, при достаточной и регулярной инсоляции обеспечивается фотохимическим синтезом D₃ в коже. Нарушение синтеза 1,25-дигидроксикальциферолов в почках вследствие заболеваний - причина ренальных остеодистрофий. С генетич. дефектом синтеза этих соед. связан врожденный рахит, не поддающийся лечению обычными дозами D₂ и D₃. Для профилактики и лечения этой болезни, а также ренальных остеодистрофий наряду с препаратами 1,25-дигидроксихолекальциферола используют также его синтетический аналог-1 -гидроксихолекальциферол.

     В дозах, существенно превышающих физиол. потребность, D₂ и D₃ высокотоксичны. Они вызывают развитие D-гипервитаминоза с гиперкальциемией и кальцификацией внутр. органов и тканей, что ведет к необратимым нарушениям их ф-ции и в наиб. тяжелых случаях - к летальному исходу.  

     Рис. 2. Осн. пути метаболизма холекальциферола (витамина Dз).

     В промышленностисти эргостерин извлекают  экстракцией из дрожжей; 7-дегидрохолестерин синтезируют из холестерина бромированием его эфира в положение 7 с послед. дегидробромированием. Кальциферолы получают облучением провитаминов УФ-светом в орг. р-рителе. Витамин D (кальциферол; антирахитический витамин) существует в виде нескольких соединений, различающихся как по химическому строению, так и по биологической активности. Для человека и животных активными препаратами считаются витамины D₂и D₃, хотя в литературе известен и витамин D₄(дигидроэргокальциферол). В природных продуктах содержатся преимущественно провитамины D₂и D₃– соответственно эрго-стерин и холестерин.

     В 1924 г. А. Гесс, М. Вейншток и независимо от них Г. Стинбок из растительных масел и продуктов питания после воздействия на них УФ-лучами с длиной волны 280–310 нм получили активный препарат, предотвращающий развитие рахита у детей. Оказалось, что активное начало связано с каким-то стерином, который был идентифицирован с эргостерином и назван витамином D₁. В 1932 г. А. Виндаус выделил эргостерол из дрожжей и показал, что истинным витамином D является не эргостерин, а продукт его превращения, образующийся при УФ-облучении, который был назван витамином D₂, или кальциферолом. В 1956 г. Международная комиссия по химической номенклатуре предложила для витамина D₂новое название – «эргокальциферол».

     С химической точки зрения эргостерин (ол) представляет собой одноатомный ненасыщенный циклический спирт, в основе структуры которого лежит конденсированная кольцевая система циклопентанпергидрофенантрена. Под действием УФ-лучей эргостерин через ряд промежуточных продуктов (люмистерин, тахистерин) превращается в витамин D₂:

     Витамин D₂образуется из эргостерина в результате разрыва связи между 9-м и 10-м углеродными атомами кольца В под действием УФ-лучей.

     В 1936 г. в лаборатории А. Виндауса был  выделен активный в отношении рахита препарат из рыбьего жира и назван витамином D₃. Выяснилось, что предшественником витамина D₃является не эргостерин, а холестерин. А. Виндаус в 1937 г. выделил из поверхностных слоев кожи свиньи 7-дегидрохолестерин, который при УФ-облучении превращался в активный витамин D₃:

     Следует отметить, что благодаря наличию холестерина и 7-дегидро-холестерина в составе липидов кожи человека возможен синтез витамина D₃при солнечном облучении или облучении лампой ультрафиолетового излучения поверхности тела. Этим приемом особенно широко пользуются при лечении рахита у детей.

     Витамины D₂и D₃представляют собой бесцветные кристаллы с температурой плавления 115–117°С, нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в жирах, хлороформе, эфире и других жирорастворителях.