Enter your keyword

Witamina D

„Witamina D– budowa i właściwości”

dr hab. Piotr Wałejko*, mgr Anna Gorlewska-Pietluszenko**
*/ Uniwersytet w Białymstoku, Wydział Chemii, Katedra Chemii Organicznej, Ciołkowskiego 1K, 15-245 Białystok
**/ Olejowe Smaki, Al. Jana Pawła II 59c lok.2, 15-704 Białystok

Witamina D

Historia witaminy D rozpoczęła się w 1921 r. kiedy to E. V. McCollum zauważył, że w tranie obok witaminy A znajduje się pewien czynnik zapobiegający pojawianiu się krzywicy. Po żmudnych badaniach wykazał, że czynnikiem tym może być jakaś nowa nieznana jeszcze witamina. Po latach badań (1920-1930) A. Windaus, jako pierwszy wyizolował trzy formy nowej witaminy odpowiednio witaminę D1, D2 i D3.  Literę D przyporządkowano z uwagi, że była to czwarta z kolei z odkrytych witamin. Obecnie pod pojęciem witamina D rozumiemy grupę związków tzw. kalcyferoli w skład, której wchodzą związki steroidowe różniące się budową bocznego łańcucha węglowego.  Wykazujące, co najmniej jedną wspólna cechę – zapobiegają powstawaniu krzywicy. Przy czym z punktu widzenia żywienia człowieka najważniejszymi są ergokalcyferol oraz cholekalcyferol. Oba te związki są obecnie stosowane w suplementach diety.

Zachorowania na krzywicę (z gr. Rachitis – zapalenie kręgosłupa) na terenie Anglii już w drugiej połowie XVII wieku były znacznym problemem zdrowotnym. A w XIX wieku w Anglii oraz niektórych innych krajach na północy Europy przybrały już rozmiary epidemii. Dlatego też chorobę tą nazywano często “chorobą angielską”. Już w 1822 roku polski lekarz Jędrzej Śniadecki zalecał wystawianie dzieci na działanie słońca, co miało zapobiegać objawom krzywicy. Uważał, że “Należy je przynajmniej nosić lub wozić w wolnym powietrzu zwłaszcza na słońcu, którego bezpośrednie działanie na ciało nasze do najskuteczniejszych sposobów zapobieżenia tej chorobie i jej wyleczenia policzyć należy“. Z kolei w 1923 roku H. Steenbock wykazał związek pomiędzy naświetlaniem niektórych rodzajów żywności promieniami UV a jej zdolnością do zapobiegania krzywicy. W 1937 firma Merck wprowadza na rynek pierwszą na świecie syntetyczną witaminę D. Ustalono również, że spożywanie tranu (tzw. olej wątrobowy) działa terapeutycznie i zapobiegająco powstawaniu krzywicy.

Struktura chemiczna witaminy D

Witamina D to grupa związków o budowie sterydowej. Głównymi przedstawicielami tej grupy związków są ergokalcyferol (1, tzw. witamina D2) oraz cholekalcyferol (2, tzw. witamina D3). Pomimo dużego podobieństwa struktur chemicznych pomiędzy witaminami D2 i D3 istnieje szereg różnic. Różnią się począwszy od źródeł ich pochodzenia poprzez ich wpływ na organizm człowieka.

Cholekalcyferol (PubChem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Cholecalciferol ) tzw. witamina D3 naturalnie występująca w organizmach zwierzęcych najbardziej aktywna postać witaminy D – hormon steroidowy wytwarzany w skórze poddanej działaniu światła ultrafioletowego. Aktywną formą cholekalcyferolu jest 1,25-dihydroksycholekalcyferol (kalcytriol). Odgrywa on kluczową rolę w utrzymaniu prawidłowego poziomu wapnia i fosforu we krwi oraz mineralizacji kości. W niektórych krajach np. USA produkty takie jak: mleko, sok owocowy, jogurt czy margaryna mogą zawierać dodatek cholekalcyferolu.

Ergokalcyferol (PubChem, https://pubchem.ncbi.nlm.nih.gov/compound/Ergocalciferol) tzw. witamina D2 jest witaminą rozpuszczalną w tłuszczach, ważną dla wielu procesów biochemicznych (wchłanianie i metabolizmu wapnia i fosforu) – potocznie znana również, jako kalcyferol. Jest rodzajem witaminy D naturalnie występującej w żywności pochodzenia roślinnego. Stosowana jest również w suplementach diety w celu zapobiegania jak też leczenia niedoboru witaminy D. In vivo ergokalcyferol powstaje w wyniku naświetlania promieniowaniem ultrafioletowym znajdującego się w skórze ergosterolu – innej formy witaminy D pochodzenia roślinnego.

Dopiero w latach 70-tych XX wieku ustalono, że tzw. witamina D­1 którą w latach trzydziestych wydzielił A. Windaus była po prostu mieszaniną (1:1) dwóch związków (lumisterolu2 i witaminy D2) a nie czystą witaminą. Od tego czasu określenie witamina D1 nie jest używane.

Źródła witaminy D

Obie witaminy powstają w wyniku podobnych przekształceń fotochemicznych z odpowiednich prowitamin.  Prowitaminą dla cholekalcyferolu jest 7-dehydrocholesterol natomiast dla ergokalcyferolu ergosterol.

Zasadniczo witaminy nie są syntetyzowane przez organizm ludzki, dla którego są tzw. związkami egzogennymi.  Dostarczane muszą być z pożywieniem, jako substancje pochodzenia naturalnego lub syntetycznego (np. suplementy diety, żywność funkcjonalna). Podstawowymi źródłami witamin są rośliny i baterie żyjące w przewodzie pokarmowym a także tkanki zwierząt. Witamina D3 (cholekalcyferol), występuje jedynie w produktach odzwierzęcych. Najbogatszym jej źródłem są ryby (węgorz, łosoś, sardynki, dorsz) oraz rybie oleje (tran) jak też żółtka jajek. Natomiast witamina D2 (ergokalcyferol) występuje jedynie w produktach roślinnych. W szczególności w grzybach typu shitake, maitake czy też smardzach. W przypadku produktów mlecznych (mleko sery itp.) zawartość witaminy D zmienia się sezonowo. O ile w miesiącach letnich tzn. krowy mleczne, przebywają na nasłonecznionych pastwiskach produkują większe ilości tej witaminy.

Funkcje biologiczne witaminy D

Witaminy D2 i D3 tradycyjnie zaliczane do witamin, mają bardzo szerokie spektrum działania. Wynika to z tego że w organizmie człowieka pełnią one funkcję prohormonów. W wyniku przekształceń metabolicznych powstaje z ich aktywna biologicznie pochodna – 1α,25-dihydroksycholekalcyferol.

Z uwagi na to uważa się, że witamina D w organizmie ludzi:

  • Głównie pełni rolę regulującą w zakresie gospodarki wapniowej. Bierze udział w procesie tworzenia kości oraz zapewnia normalną krzepliwość krwi i wzmacnia układ immunologiczny.
  • Utrzymuje stan homeostazy (równowagi) w zakresie gospodarki wapnia i fosforu. Przede wszystkim uczestniczy w procesach mineralizacji i przebudowy tkanki kostnej. 
  • Uczestniczy we wchłanianiu wapnia i fosforu nieorganicznego w jelicie. Uczestniczy w pozyskiwaniu wapnia ze szkieletu kostnego na drodze resorpcji tkanki kostnej oraz w procesie wchłaniania zwrotnego w kanalikach nerkowych. 
  • W farmakoterapii witamina D znajduje zastosowanie przede wszystkim w profilaktyce i leczeniu krzywicy, osteomalacji i osteoporozy. Hamuje ilość wapnia wydalanego z organizmu. Zapobiega hipokalcemii, przez to osłabianiu mięśni czy też deregulacji rytmu pracy serca, jest konieczna dla prawidłowej pracy tarczycy.

Reasumując można powiedzieć, że właściwy poziom witaminy D zapewnia prawidłowy przebieg procesu tworzenia układu kostnego i zębów. Pośrednio wpływa na przewodzenie nerwowe oraz pracę serca, zwiększa napięcie naskórka oraz zapewnia szybsze zabliźnianie skaleczeń skórnych.

Objawy niedoboru witaminy D (hipowitaminoza)

Podstawowymi objawami niedoboru witaminy D są zaburzenia mineralizacji tkanki kostnej. W obrębie układu kostnego i zębów przejawia się u dzieci – krzywicą. Natomiast u osób dorosłych – osteomalacją (rozmiękczanie, zrzeszotnienie, wzrost porowatości i kruchości układu kostnego.

Bezsprzecznie jej niedobory w diecie znacznie podnoszą ryzyko wystąpienia osteoporozy. Niedobór witaminy D dotyczy głównie tzw. „mieszczuchów”– przebywających całymi dniami w szklanych biurowcach, w których ekspozycja na naturalne światło słoneczne jest znikoma. Warto zaznaczyć, że również zastosowanie kremu oznaczonego SPF = 8 powoduje spadek efektywności syntezy witaminy D w skórze o 95%. U kobiet taki stan rzeczy może to być jedną z przyczyn wzrostu zachorowań na raka piersi. Bezsprzecznie kobiety zasłaniające ciało z powodów religijnych, u których obserwowano niedobór witaminy D uskarżały się na bóle mięśni i kości.

Nowe doniesienia naukowe wskazują, że niedobór witaminy D potencjalnie zwiększa ryzyko ciężkich infekcji dróg oddechowych, co stanowiło przesłankę do zbadania roli suplementów witaminy D podczas pandemii COVID-19. Przeprowadzone analizy wykazały, co prawda związek pomiędzy niedoborem witaminy D a niekorzystnymi skutkami zakażenia wirusem COVID-19 – zwiększone ryzyko infekcji oraz wzrost hospitalizacji i śmiertelności o około 80%. Jakkolwiek sama suplementacji witaminą D nie przeciwdziałała zakażeniu COVID-19. Przypuszczalnie obserwowany efekt suplementacji witaminą D wynikał z tego, że głównym powikłaniem COVID-19 jest zespół ostrej niewydolności oddechowej (ARDS), który może być nasilany przez niedobór witaminy D.

Przeprowadzone badania porównawcze wykazał, że dowody na skuteczność suplementacji witaminy D w leczeniu COVID-19 są bardzo niepewne. Nie zaleca się stosowania suplementacji witaminą D w celu zapobiegania lub leczenia COVID-19.

Objawy nadmiaru witaminy D (hiperwitaminoza)

Należy podkreślić, że witamina D jest bardzo toksyczną substancją, której nadmierne spożywanie może powodować: hiperkalcemię, anoreksję, nadmierne pragnienie, tworzenie się kamieni w drogach moczowych oraz podnosić ryzyko zwapnienia tkanek miękkich.

Typowymi objawami hiperwitaminozy D jest: osłabienie, zmęczenie, utrata apetytu, zmniejszenie masy ciała, bule głowy, odkładanie się wapnia w różnych tkankach oraz wzrost zawartości wapnia i fosforu w surowicy i moczu. Wyniki badań epidemiologicznych wskazują na ochronny wpływ podawania witaminy D w stosunku do pojawiania się takich chorób nowotworowych jak rak piersi czy prostaty. Wykazano, że u kobiet mieszkających w krajach, w których była możliwa długa ekspozycja na działanie światła słonecznego znacznie rzadziej chorowały na nowotwory piersi. Nie ma natomiast niebezpieczeństwa powstawania toksycznych ilości witaminy D3 w wyniku nadmiernej ekspozycji na światło słoneczne, ponieważ w takiej sytuacji nadmiar prowitaminy i witaminy jest rozkładany.

Suplementacja witaminą D

Należy pamiętać, ze organizm człowieka może magazynować witaminę D w ilościach wystarczających na kilka do kilkunastu tygodni. Z uwagi na to ustalenia dotyczące zalecanej ilości spożycia witaminy D (cholekalcyferolu i/lub ergokalcyferolu) są różne w zależności od kraju.

Witamina D zawarta w kosmetykach przyczynia się do odżywienia, wygładzenia, ujędrnienia oraz poprawy elastyczności skóry, ponad to poprawia napięcie naskórka i podnosi odporność skóry na czynniki zewnętrzne. Ponadto produkty kosmetyczne zawierające witaminę D poprawiają stan skóry objętej schorzeniami dermatologicznymi takimi jak: łuszczyca, trądzik, nadmierne rogowacenie naskórka oraz nadmierne wydzielanie sebum.

Badania holenderskich badaczy wykazały, że suplementacja witaminą D przyczyniła się do spadku umieralności pacjentów dotkniętych chorobami przewlekłymi takimi jak stwardnienie rozsiane o 50 %, chorób sercowo-naczyniowych o 25 %, nowotworowych o 20% i o 15% w przypadku cukrzycy.

W lekach i suplementach diety stosuje się zarówno witaminę D2 jak i D3. Nowe dane literaturowe wskazują, że obie te formy witaminy nie działają w podobny sposób. Wykazano, że witamina D3 (cholekalcyferol, 2) działa skuteczniej niż D2 (ergokalcyferol, 1) w zakresie podnoszenia poziomu kalcyfediolu w surowicy. W jednym z badań witamina D3 była prawie dwa razy bardziej efektywna niż wit. D2. Ponadto preparaty zawierające witaminę D2 są niej trwałe a produkty ich metabolizmu słabiej wiążą się białkami. Ponadto ergokalcyferol (1)  (wit. D2) w dużych dawkach jest toksyczny z uwagi na to nie zaleca się przekraczania jego zalecanej dawki dziennej. Z uwagi na to bieżące rekomendacje sugerują stosowanie w suplementach diety jedynie witaminy D3 – upewnij się, zatem czy Twoje suplementy zawierają rzeczywiście i tylko witaminę D3.

Zalecana dzienna dawka witaminy D

W USA zaleca się dla wszystkich osób w wieku od 1 do 70 lat (mężczyzn, kobiet, kobiet w ciąży czy też karmiących piersią) przyjmowanie 15 μg (600 IU dziennie) natomiast dla osób w wieku powyżej 70 lat zalecana jest dawka w wysokości 20 mg (800 IU dziennie) (IU, ang. International Units,). Podczas gdy w UE jest to 20 μg (800 IU dziennie) a we Francji 25 μg (1000 IU dziennie). Natomiast w naszym kraju szczegółowe zalecenia mówią o ilości rzędu 10 mg (4000 IU) na dobę. Przy czym w warunkach znacznej ekspozycji skóry na naturalne światło słoneczne zalecane wartości powinne być 2-3 krotnie mniejsze (gdzie: 1 µg = 1 mikrogram = 1 mcg = 40 j.  = 40 I.U).

Wykazano, że najefektywniejszą długością światła sprzyjającą powstawaniu w organizmie witaminy D jest 280 nm. W wyniku działania tego typu promieniowania na skórę następuje otwarcie pierścienia B w odpowiedniej prowitaminie z utworzeniem ergokalcyferolu (1) lub cholekalcyferolu (2). Następnie witamina D jest hydroksylowana w wątrobie z utworzeniem 25-hydroksywitaminy D (niewykazującej aktywności biologicznej witaminy D). Dopiero w drugim etapie zachodzącym w nerkach dochodzi do powstania aktywnej biologicznie formy –  1α,25-hydroksywitaminy D. Zachodzący w skórze fotochemiczny proces modyfikacji 7-dehydrocholesterolu do cholekalcyferolu (2) jest dość efektywny. Uważa się, że letnie światło padając na skórę rąk i twarzy (nieosłonięte, niezabezpieczone kremami z filtrem UV) w przeciągu 10 minut produkuje dzienną dawkę witaminy D tj. od 10 do 20 mg. Niestety światło zimowe czy późnojesienne jest niezdolne do indukowania produkcji witaminy D z uwagi na kąt, pod jakim pada światło słoneczne „odfiltrowujący” długości fali (280 nm) niezbędną do zajścia procesu fotolizy.

Witamina D a nasze produkty oleje/ziarna/mąki

Witamina D jest dość trwałą witaminą. Jest odporna na działanie podwyższonych temperatur (nie rozpada się podczas gotowania) jak też jej zawartość w produktach spożywczych nie spada znacznie w efekcie długotrwałego przechowywania. Ulega natomiast rozpadowi pod wpływem działania silnego promieniowania UV jak też pod wpływem działaniu tlenu – ulega autoksydacji (utlenieniu).

Witamina D należy do grupy witamin rozpuszczalnych w tłuszczach, dlatego spożywanie jej wraz z olejami tłoczonymi na zimno w znacznym stopniu podnosi poziom jej wchłanianie z pożywienia. Wykazano, że przyjmowanie witaminy D z największym posiłkiem dnia podnosi poziom witaminy D we krwi o 50% w ciągu 2-3 miesięcy, co było znacznie lepszym rezultatem w porównaniu z efektami uzyskiwanymi przy przyjmowaniu witaminy poza posiłkami. Czynnikami ułatwiającymi prawidłowe przyswajania witaminy D z pożywienia jest obecność w nim między innymi odpowiednich ilości wapnia i fosforu, witamin A i C oraz niezbędnych nienasyconych kwasów tłuszczowych, których cennym źródłem są m.in. otrzymywane w naszej olejarni oleje tłoczone na zimno.

Bibliografia:
  1. Wawer – Suplementy dla Ciebie. „Jak nie stać się pacjentem”, Wektor, 2009
  2. Puzanowska-Tarasiewicz, A. Z. Wilczewska „Podstawy chemii kosmetycznej” WSKiOZ w Białymstoku, Białystok 2006
  3. Jarosz „Normy żywienia człowieka” IŻŻ, Warszawa, 2012
  4. Marwicka, A. Gałuszka „Zastosowanie preparatów witaminowych w procesie pielęgnacji skóry” Aesthetic Cosmetology and Medicine, 2021, 10, 181-186
  5. J. Sajkowska-Kozielewicz, K. Paradowska „Witamina D – składnik o wielostronnym działaniu” Herbalism, 2016, 1(2), 35-58
  6. J. Sajkowska, K. Paradowska „Wielokierunkowe działanie witaminy D” Biul. Wydz. Farm. WUM, 2014, 1, 1-6
  7. S. Tan, F. S. Tham and W. H. Okamura “Vitamin D1” Chem. Commun., 2000, 2345, 2345–2346
  8. F. Combs, “The vitamins: fundamental aspects in nutrition and health” ISBN-13: 978-0-12-183493-7
  9. B. Rucker, “Handbook of vitamins, Vitamins in human nutrition” ISBN-13: 978-0-8493-4022-2
  10. “Encyclopedia of Biological Chemistry”, 2004, Elsevier Inc.
  11. R. Fennema, “Food chemistry (Food science and technology)” ISBN 0-8247-9346-3
  12. Reinhard, “The vitamin sourcebook, Vitamins in human nutrition” ISBN 1-56565-878-7
  13. https://pl.wikipedia.org/wiki/Krzywica
  14. https://supplementsyoucantrust.com/whats-the-difference-between-vitamin-d1-d2-and-d3/
  15. https://www.sciencedirect.com/topics/earth-and-planetary-sciences/calciferol