Witamina D - Polski Serwis Naukowy

Wzór strukturalny witaminy D2 (ergokalcyferolu)

Wzór strukturalny witaminy D3 (cholekalcyferolu)

Witamina D (ATC: A 11 CC 05) – grupa rozpuszczalnych w tłuszczach steroidowych organicznych związków chemicznych, które wywierają wielostronne działanie fizjologiczne, przede wszystkim w gospodarce wapniowo-fosforanowej oraz utrzymywaniu prawidłowej struktury i funkcji kośćca.

Cholekalcyferol (witamina D3) – organiczny związek chemiczny z grupy witamin D. Powstaje z 7-dehydrocholesterolu w skórze zwierząt wystawionej na działanie promieni słonecznych (fotoliza). U człowieka ulega następnie 25-hydroksylacia w wątrobie oraz 1α-hydroksylacji w nerkach dając postać aktywną witaminy D3. Reguluje gospodarkę wapniowo-fosforową i wpływa na rozwój kośćca.
Unia Europejska (oficjalny skrót w Polsce: UE) – powstały . W określeniu europejskości Unii naczelną rolę odgrywają czynniki historyczne i kulturowe oraz wspólna tożsamość i identyfikacja z wartościami demokratycznymi.

Podstawowe znacznie mają dwie formy witaminy D, różniące się 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 tradycyjnie zalicza się do witamin, jednak spełniają one rolę prohormonów, ponieważ w wyniku przekształceń metabolicznych powstaje aktywna biologicznie postać – 1α,25-dihydroksycholekalcyferol.

Ergokalcyferol - ograniczny związek chemiczny z grupy witamin D, nazywany czasem witaminą D2. Powstaje on w organizmach roślinnych, grzybów i drożdży pod wpływem światła słonecznego z ergosterolu (prowitamina D2).
Próchnica zębów (łac. caries dentium) – egzogenny proces polegający na demineralizacji części nieorganicznej i proteolitycznym rozkładzie organicznej twardych tkanek zęba.

W farmakoterapii witamina D znajduje zastosowanie przede wszystkim w profilaktyce i leczeniu krzywicy, osteomalacji i osteoporozy.

Biosynteza i metabolizm witaminy D u człowieka

Zarówno witamina D2 jak i D3 nie ma aktywności biologicznej. 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 w naskórku (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.
Przekształcenie prowitaminy D w prewitaminę D zachodzi pod wpływem promieniowania UV o długości 290-315 n m (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.

Angiogeneza (gr. Angeion = naczynie + genesis = pochodzenie, powstawanie), inaczej neowaskularyzacja - to proces tworzenia nowych naczyń włosowatych. Zachodzi w rozwoju embrionalnym, może także zachodzić w życiu pozapłodowym zarówno jako proces fizjologiczny jak i patologiczny.
Witamina A – zbiorcza nazwa grupy organicznych związków chemicznych (retinoidów, z których najważniejszy jest retinol), pełniących w organizmie funkcję niezbędnego składnika pokarmowego, rozpuszczalnej w tłuszczach witaminy.

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. Jednak bardzo często skórna produkcja witaminy D (wraz ze spożytą z pokarmem) nie jest wystarczająca dla zapewnienia dobowego zapotrzebowania. Na produkcję w skórze mają wpływ m.in.: pora roku, zachmurzenie i zanieczyszczenia powietrza, szerokość geograficzna, stosowanie kremów z filtrem, pigmentacji skóry i starzenie się skóry.

Sarkoidoza, choroba Besniera-Boecka-Schaumanna (łac. sarcoidosis) jest chorobą układu odpornościowego charakteryzującą się powstawaniem ziarniniaków (małych grudek zapalnych), które nie podlegają martwicy. Praktycznie każdy organ może być nią dotknięty, chociaż najczęściej pojawia się w węzłach chłonnych i płucach. Objawy mogą się pojawić nagle, ale najczęściej postępują stopniowo. W obrazie rentgenowskim płuc sarkoidoza może przypominać gruźlicę lub chłoniaka.
Osteoklasty, komórki kościogubne – wielojądrzaste komórki mające zdolność rozpuszczania i resorpcji tkanki kostnej. Posiadają istotne znaczenie w warunkach prawidłowego kształtowania się kości, procesów zrostu po złamaniach oraz w chorobach kości np. osteoporozie. Są rodzajem makrofagów – powstają przez fuzję makrofagów jednojądrowych pobudzaną przez witaminę D.

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). 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.

Fotoizomeryzacja to reakcja polegająca na przemianie danego związku chemicznego w jego inny izomer pod wpływem światła. Zjawisko takie można zaobserwować dla barwników organicznych i innych związków absorbujących światło np. stilben, czy azobenzen. Wykorzystywane jest ono do tworzenia optycznych nośników pamięci.
Melanina – pigment występujący głównie w skórze właściwej i naskórku, a także w naczyniówce powodując, że promienie świetlne mogą padać do wnętrza oka tylko przez źrenicę. Powstaje pod wpływem enzymu tyrozynazy w procesie enzymatycznym melanogenezy, do której silnie pobudza promieniowanie UV. Melanina pełni funkcje ochronne. Chroni głębsze warstwy skóry przed szkodliwym działaniem promieni ultrafioletowych, które wchodzą w skład promieniowania słonecznego. Pod wpływem tych promieni ilość melaniny się zwiększa, powodując przejściową zmianę zabarwienia skóry (opaleniznę).

Ważnym metabolitem witaminy D jest 24R,25-dihydroksywitamina D, która powstaje na alternatywnym szlaku hydroksylacji 25(OH)-witaminy D.

Aktywność biologiczna

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.

Osteoblasty - komórki tworzące kości (kościotwórcze), występujące w miejscach, gdzie odbywa się wzrost lub przebudowa tkanki kostnej. Osteoblasty wytwarzają część organiczną macierzy kostnej (tzw. osteoid), w której następnie odkładają się kryształy fosforanów wapnia. Otoczone są substancją międzykomórkową zwaną hydroksyapatytem. Powstają z komórek macierzystych wywodzących się ze szpiku kostnego. Czynności tych komórek są regulowane przez parathormon oraz witaminę D3.
Rak jelita grubego (łac. carcinoma coli et recti) – nowotwór złośliwy rozwijający się w okrężnicy, wyrostku robaczkowym lub odbytnicy. Jest przyczyną 655 000 zgonów w ciągu roku na świecie.

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

Glukoza (dokładniej: D-glukoza), C6H12O6 – węglowodan należący do cukrów prostych z grupy aldoheksoz. Jest białym, drobnokrystalicznym ciałem stałym, z roztworów wodnych łatwo krystalizuje jako monohydrat. Bardzo dobrze rozpuszczalna w wodzie (nie zmienia pH roztworu), nierozpuszczalna w etanolu. Ma słodki smak, nieco mniej intensywny od sacharozy.
Prątek gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis) – to kwasooporna (barwienie metodą Ziehla-Neelsena), słabo Gram-dodatnia bakteria, która jest czynnikiem etiologicznym groźnej choroby zakaźnej – gruźlicy. Należy do rodziny Mycobacteriaceae i wchodzi w skład grupy prątków gruźliczych. Po raz pierwszy bakteria ta została wyodrębniona przez niemieckiego uczonego Roberta Kocha, który publicznie poinformował o tym odkryciu w trakcie krótkiego wykładu wygłoszonego 24 marca 1882 roku w Physiologische Gesellschaft w Berlinie.

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

Regulacja gospodarki wapniowej

Układ kostny

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, osteomalację i osteoporozę

Rak gruczołu sutkowego (łac. carcinoma mammae; potocznie: rak piersi) – najczęstszy nowotwór gruczołu sutkowego. Na świecie rak gruczołu sutkowego jest najczęstszym nowotworem złośliwym u kobiet. W Polsce w 2002 roku stanowił blisko 13% rozpoznań nowotworów złośliwych u tej płci. Rak sutka występuje także u mężczyzn, jest jednak rzadki; zwykle jest też późno rozpoznawany. Od lat 70. notowano na całym świecie wzrost zachorowań na raka sutka, tendencja utrzymywała się do lat 90. Zjawisko to mogło być spowodowane zarówno zmianami w stylu życia kobiet w krajach zachodnich, jak i wzrostem wykrywalności raka.
PubMed Central – darmowa cyfrowa baza danych, zawierająca pełne teksty artykułów z literatury naukowej w dziedzinie badań biomedycznych i nauk przyrodniczych. Powstała ona na silniku Entrez, używanym m.in. przez PubMed. PubMed Central został opracowany przez US National Library of Medicine (NLM) jako internetowe archiwum artykułów z czasopism biomedycznych.

Witamina D pomaga w zwalczaniu próchnicy przez układ odpornościowy, gdyż aktywuje białka obronne (np. katelicydyny) – wystarczy już 30 ng/ml krwi (ilość wytwarzana w wyniku około półgodzinnej kąpieli słonecznej).

Układ nerwowy i mięśniowy

Ma korzystny wpływ na układy nerwowy i mięśniowy. Regeneruje neurony, zwiększa masę mięśniową i siłę mięśni. Niedobór witaminy D prowadzi do mialgii i miopatii.

Układ immunologiczny

Ma działanie immunomodulujące i pośrednio przeciwbakteryjne. Witamina D aktywuje geny kodujące peptydy przeciwbakteryjne (o cechach naturalnych antybiotyków), katelicydynę i β-defensynę 2. 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. 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. Zwiększa odporność – wśród etiopskich dzieci z zapaleniem płuc 13 razy częściej występuje krzywica. Ma działanie antyproliferacyjne i zapobiega powstawaniu komórek nowotworowych, wpływa na apoptozę i angiogenezę. 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.

Hormon (od gr. ὁρμάω hormao - rzucam się naprzód, pędzę) – związek chemiczny, który jest wydzielany przez gruczoły lub tkanki układu hormonalnego. Funkcją hormonu jest regulacja czynności i modyfikacja cech strukturalnych tkanek leżących w pobliżu miejsca jego wydzielania lub oddalonych, do których dociera poprzez krew (wyjątkiem są tzw. hormony lokalne). Istnieją także takie hormony, które wywierają wpływ na funkcjonowanie wszystkich tkanek organizmu.
Alfakalcydol, alfacalcidol (1-hydroksycholekalcyferol) – prekursor czynnego metabolitu witaminy D3 – kalcytriolu. Jest stosowany jako lek, w celu uzupełniania niedoborów kalcytriolu, szczególnie w przypadku niewydolności nerek. Skutkiem zastosowania alfaklacydolu jest wzrost wchłaniania wapnia z przewodu pokarmowego, zwiększenie stężenia wapnia we krwi i wydalania z moczem. Wpływ leczniczy dotyczy przede wszystkim poprawy struktury i funkcji układu kostnego.

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%.

Niektóre badania wskazują, że witamina D może zmniejszać ryzyko zachorowania na grypę. Sezonowa zmienność zawartości witaminy D w organizmie (spowodowana zmiennością nasłonecznienia w różnych porach roku) wiąże się także, według tych badań, z sezonowością zakażeń na tę chorobę.

Układ krążenia

Witamina D reguluje funkcjonowanie układu renina-angiotensyna-aldosteron, zatem jej niedobór pośrednio wpływa na ryzyko rozwoju nadciśnienia tętniczego i niewydolności serca.

Sardynka, sardyna, pilchard – zbiorcze nazwy grupy jadalnych ryb z rodziny śledziowatych (Clupeidae), początkowo odnoszone do sardynki europejskiej (Sardina pilchardus), z czasem objęły inne, blisko z nią spokrewnione i bardzo podobne gatunki. Obecnie nazwy sardynki, sardyny lub pilchardy stosowane są dla ryb z rodzajów:
Mialgia, inaczej mięśnioból lub ból mięśniowy to objaw chorobowy polegający na ostrym lub przewlekłym bólu, który odczuwany jest miejscowo lub w sposób uogólniony. Mięśnioból może mieć wiele przyczyn, i niekiedy może wskazywać na chorobę układu nerwowego, infekcję lub chorobę ogólnoustrojową.

Układ rozrodczy

Witamina D oddziałuje także na układ rozrodczy: zwiększa spermatogenezę i rozrodczość oraz hamuje rozrost endometrium.

Działania metaboliczne w wielu tkankach

Witamina D stymuluje zdolność do regeneracji wątroby. Poprzez wpływ na jej funkcje antyproliferacyjne, nasilające różnicowanie i apoptozę oraz antyangiogeniczne może działać 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).

Ergosterol - organiczny związek chemiczny z grupy witamin D (jest prekursorem do ergokalcyferolu - witaminy D2). Ergosterol jest składnikiem błon komórkowych grzybów, spełniającym tę samą funkcję co cholesterol w komórkach zwierzęcych. Ponieważ ergosterol jest obecny w błonie komórkowej grzybów, a nie występuje w błonach komórkowych zwierzęcych, jest on celem dla leków przeciwgrzybiczych.
Osteoporoza (łac. osteoporosis, dawna nazwa zrzeszotnienie kości) – stan chorobowy charakteryzujący się postępującym ubytkiem masy kostnej, osłabieniem struktury przestrzennej kości oraz zwiększoną podatnością na złamania. Osteoporoza występuje najczęściej u kobiet po menopauzie (osteoporoza pomenopauzalna). Osteoporoza jest uogólnioną chorobą metaboliczną kości, charakteryzującą się niską masą kostną, upośledzoną mikroarchitekturą tkanki kostnej, a w konsekwencji zwiększoną jej łamliwością i podatnością na złamania.

Właściwości chemiczne

Pierwotnie stosowano nazwę witamina A (od antirachitic – przeciwkrzywicza), ponieważ zauważono, że chroni przed krzywicą i osteoporozą oraz pomaga w leczeniu tych chorób.

Witamina D posiada wspólny dla steroidów rdzeń cyklopentanoperhydrofenatrenowy, z tą różnicą, że pierścień B uległ rozszczepieniu. Nie rozpuszcza się w wodzie, ale jest rozpuszczalna w tłuszczach. Jest dość odporna na działanie podwyższonej temperatury. Nie ulega rozpadowi w czasie długotrwałego przechowywania, o ile zostaną zapewnione odpowiednie warunki (m.in. brak ekspozycji na promieniowanie UV). Ponadto jest stosunkowo trwała w środowisku zasadowym i zarazem wrażliwa na działanie kwasów. Ergokalcyferol ogrzewany powyżej temperatury 160-190 °C przechodzi w biologicznie nieaktywne izomery.

1,25-dihydroksycholekalcyferol inaczej 1,25(OH)2D3 – jest aktywnym biologicznie metabolitem witaminy D. U człowieka, jest jednym z głównych hormonów wpływających na gospodarkę wapniowo-fosforanową organizmu.
Czynnik transkrypcyjny jest białkiem wiążącym DNA na obszarze promotora bądź sekwencji wzmacniającej w specyficznym miejscu lub regionie, gdzie reguluje proces transkrypcji. Czynniki transkrypcyjne mogą być selektywnie aktywowane, bądź dezaktywowane przez inne białka, najczęściej na ostatnim etapie przekazywania sygnału w komórce.

Prowitaminą D2 jest ergosterol, a prowitaminą D3 jest 7-dehydrocholesterol.

czytaj dalej: [2], [3]

w oparciu o Wikipedię (licencja GFDL, CC-BY-SA 3.0, autorzy, historia, edycja)