PROBLEM NIEDOBORU WITAMINY D

Transkrypt

1 PROBLEM NIEDOBORU WITAMINY D Aneta Sławińska Katedra Technologii Owoców, Warzyw i Grzybów Uniwersytet Przyrodniczy w Lublinie aneta.slawinska@up.lublin.pl Streszczenie Niedobór witaminy D jest problemem ogólnoświatowym. Związek ten naturalnie występuje w niewielkiej ilości produktów spożywczych, co jest jedną z przyczyn takiego stanu. Biorąc pod uwagę wszechstronne i dobroczynne działanie tego związku, należy zwiększyć ilość pobieranej z dietą witaminy D. Niewielka ilość produktów spożywczych zawierających naturalnie występująca witaminę D oraz produktów w nią wzbogacanych generuje konieczność szukania innych źródeł. Owocniki grzybów jadalnych po uprzednim naświetlaniu promieniowaniem UV mogą stanowić doskonałe źródło tej witaminy. Słowa kluczowe: witamina D, ergosterol, promieniowanie UV, grzyby wyższe, Basidiomycetes 1. Wstęp Witamina D, czasami nazywana również słoneczną witaminą, została odkryta 1919 roku przez Edwarda Mellanby (Mellanby 1919) w trakcie przeprowadzanego przez niego eksperymentu dotyczącego krzywicy. Główną i niekwestionowaną rolą witaminy D jest jej funkcja hormonalna w utrzymywaniu homeostazy wapniowo-fosforanowej, co jest bezpośrednio związane z mineralizacja kości (Webb 1990, Morgan, 2001, Holick 2001).

2 Biogenetycznie witamina D (cholekalcyferol) wywodzi się z cholesterolu i jest substancją bardzo starą filogenetycznie. Dowodem na to mogą być dane o prymitywnych, roślinnych organizmach planktonicznych (Emiliani huxleii) występujących obecnie w Oceanie Atlantyckim, które umiejętność wytwarzania witaminy D pod wpływem promieniowania słonecznego nabyły ponad 750 milionow lat temu (Holick, 2004). Fakt ten sugeruje, iż witamina D może wykazywać inne, nie odkryte do tej pory funkcje. 2. Niedobór witaminy D w populacji Szacuje się, że miliard ludzi na świecie, a wśród nich głownie starsi mieszkańcy miast USA i Europy, przejawia niedobór witaminy D (Gloth i inn. 1995, Gordon i inn. 2004, Guillemant i inn. 2001). Problem niedoboru witaminy D dotyczy również ludzi młodych, o czym świadczą badania epidemiologiczne przeprowadzone na amerykańskich uniwersytetach. Wynika z nich, że u około 50% młodzieży stężenie aktywnej formy witaminy D (kalcydiolu) we krwi nie przekraczało 50 nmol/l (Bischoff-Ferrari i inn. 2004, Cashman 2007). Poziom kalcydiolu poniżej wymienionej ilości stwierdzono nawet u 30 50% mieszkańców regionów o wysokim stopniu nasłonecznienia, takich jak Zjednoczone Emiraty Arabskie, Turcja czy Indie (Holick 2007). Mieszkańcy tych rejonów mają zwyczaj osłaniania ciała, tym samym ograniczając syntezę witaminy D. Skutkiem długotrwałego niedoboru witaminy D (na poziomie 25 nmol/l) jest krzywica u dzieci, a u dorosłych osteomalacja i osteoporoza (Alpert i Shaikh 2007, Bischoff-Ferrari 2004, Holick 2004), w których zaburzeniu ulega regulacja gospodarki wapniowo-fosforanowej oraz modelowanie i mineralizacja kości. Prowadzone badania epidemiologiczne wskazują, że problem niedoboru witaminy D w populacji jest nadal aktualny, nawet po blisko 100 latach od jej odkrycia i poznaniu jej fukcji. U ponad 30% kobiet w wieku lat, i blisko 70% w wieku 80 lat cierpi na osteoporozę,u których ryzyko złamania szyjki kości udowej wynosi u blisko 50% (Boonen i inn 2006, Lips 2001, Lips i inn. 2006). 3. Zlecane dawki witaminy D Odpowiedni poziom aktywnej formy witaminy D czyli 25(OH)D we krwi ma podstawowe znaczenie dla prawidłowego funkcjonowania całego organizmu. Uważa się, że niedobór witaminy D jest poważnym problemem o charakterze ogólnoświatowym, ponieważ dotyczy osób bez względu na wiek, płeć czy rasę. Zbyt mała ilość syntetyzowanej witaminy D 3 w skórze musi być uzupełniana odpowiednią dietą lub preparatami witaminy D 3 lub D 2.

3 Kwestią nierozstrzygniętą pozostaje nadal ilość dziennej zalecanej dawki, niezbędnej do zachowania optymalnego stężenia aktywnej formy witaminy D we krwi. Heaneya (2003) w swojej pracy wykazujące, że wzrost stężenia kalcydiolu w surowicy z 20 do 32 ng/ml (50 80 nmol/l) poprawia aż o 45 65% efektywność transportu wapnia w przewodzie pokarmowym. Dane Hyponnena (2001) zbierane przez wiele lat, dotyczące skutków suplementacji witaminą D w ilości 50 μg/dzień wskazują na zmniejszenie ryzyka rozwoju cukrzycy typu I o 80%. Inny autor, Holick (2007) przedstawia wyniki dotyczące suplementacji witaminą D kobiet w czasie laktacji. Zwiększona dzienna dawka do 4000 UI (1μg witaminy D = 40 IU) spowodowała u matek wzrost stężenia 25(OH)D do poziomu powyżej 80 nmol/l oraz podniosła zawartość tego związku w ich mleku, co korzystnie wpływało na ich dzieci. Szczegółowe badania prowadzone w wielu zespołach wskazują, że rekomendowane od 1989 r. dawki witaminy D ( IU) są zdecydowanie za małe (Heaney 2005, Hollis 2005, Vieth 2003). Hollis postuluje weryfikację dotychczasowych zaleceń i sugeruje podniesienie dziennej dawki dla dorosłych do co najmniej 2000 IU (2005). 4. Źródła witaminy D Stosunkowo niewielkie ilości witaminy D 3 (cholekalcyferolu) zawierają niektóre produkty spożywcze. Najbogatszym naturalnym źródłem witaminy D są tłuste ryby morskie, tran oraz suszone w słońcu grzyby. Produkty te zawierają 0,1 24,7 μg witaminy D w 100 g masy, co sprawia, że jednorazowo możemy jej dostarczyć organizmowi około IU (Louise i inn. 2011). Tabela 1 przedstawia przykładowe zawartości witaminy D w wybranych produktach spożywczych.

4 Tabela 1. Zawartość witaminy D w produktach spożywczych (Louise i inn. 2011) Źródło witaminy D Ilość witaminy D (μg/100g) łosoś 13,1-24,7 śledź 5,7-15,4 sardynki (puszka) 4,6 żółtko jaja 4,9-5,4 mleko 0,1 ser cheddar 0,3-0,6 jogurt 0,1 wątroba wołowa 1,2 masło 1,5 Znaczna część obecnej w organizmie witaminy D ma pochodzenie endogenne, a jej poziom w krwi zależy od intensywności syntezy w skórnej pod wpływem promieniowania UV (Alpert i Shaikh, 2007; Armas i inn. 2007; Chen i inn. 2007). Jednakże aby zaszła fotochemiczna konwersja prekursora witaminy D (7-dehydrocholesterolu), związek ten musi być poddany działaniu promieni ultrafioletowych o odpowiedniej długości fali (UVB, nm) i odpowiednim natężeniu 20 mj/cm 2 (Matsuoka i inn. 1989). Istnieje wiele czynników ograniczających syntezę witaminy D w skórze. Zalicza się do nich między innymi szerokość geograficzną, porę roku, porę dnia, zachmurzenie oraz zanieczyszczenie środowiska. W okresie zimowym na terenach położonych powyżej 40 stopnia szerokości geograficznej (w tym w Polsce) wartość natężenia promieniowania UV jest zbyt niska aby zaindukować proces syntezy witaminy D (Chen i inn. 2007). Kolejnym czynnikiem

5 wpływającym na poziom syntezy skórnej witaminy D jest pigmentacja skóry, wiek a także używanie filtrów przeciwsłonecznych. Duża ilość melaniny skutecznie blokuje syntezę witaminy D. Osoby o bardzo ciemnej karnacji potrzebują kilkukrotnie dłuższej ekspozycji na światło słoneczne niż osoby o białej karnacji. Kolejnym istnym czynnikiem ograniczającym syntezę cholekalcyferolu (witaminy D 3 ) jest proces starzenia się organizmu. Ilość prekursora witaminy D 3 (7-dehydroksycholesterolu) w skórze obniża się z wiekiem, nawet o 75% u osób po 70 roku życia (Alpert i inn. 2007, Gloth 1995). Również stosowanie preparatów takich jak SPF (Sun Protection Factor) stosowanych w celu zabezpieczenia skóry przed nadmiernym promieniowaniem słonecznym w istotny sposób ogranicza syntezę cholekalcyferolu. Niedobór witaminy D stwierdzono i opisano u osób stosujących specjalne diety żywieniowe przy jednoczesnym ograniczeniu korzystania z promieni słonecznych: wegetarian, wegan oraz osób odżywiających się makrobiotycznie (Alpert 2007). 5. Zawartość ergosterolu i witaminy D w grzybach wyższych Basidiomycetes, w tym gatunki grzybów jadalnych, zawierają duże ilości ergosterolu - prekursora witaminy D 2. Ergosterol pod wpływem promieniowania UV ulega konwersji do witaminy D 2 - ergocalcyferolu. Witamina D 2 jest szeroko stosowana w farmacji. Na skalę przemysłową wytwarza się witaminę D 2 w procesie naświetlania promieniowaniem UV ergosterolu pochodzącego z hodowli wgłębnej drożdży. Jak wykazały badania, ergokalcyferol jest bardziej efektywny przy mineralizacji kości niż cholekalcyferol (Tjellesen i inn. 1985). Ponadto witamina D 2 jest mniej toksyczna niż witamina D 3 w wysokich dawkach (Mehta i Mehta 2002). Dodatkowo witamina D 2 nie wykazuje hyperkalcemicznego efektu (Mawer i inn. 1995). Przebadano wiele gatunków grzybów pod kątem zawartości prekursora witaminy D 2 ergosterolu (Jasinghe i Perera 2005). Zawartość ergosterolu w grzybach jest zróżnicowana. Najwyższą ilość ergosterolu odnotowano w pieczarce dwuzarodnikowej (7,80 mg ergosterolu/g suchej masy), podczas gdy najniższą zawartość stwierdzono w grzybach Enoki (zimówka aksamitnotrzonowa) 0,68 mg/g suchej masy. Boczniak ostrogowaty i gasówka fioletowawa zawierają podobną ilość ergosterolu, odpowiednio: 4,40 mg/g s.m. i 4,35 mg/g s.m. Grzyby Shiitake (twardziak jadalny) cechują się ilością tego związku na poziomie 6,05 mg/g s.m. Niewielkie ilości witaminy D 2 odnotowano w niektórych gatunkach grzybów wyższych pochodzących z naturalnego środowiska. Owocniki grzybów uprawianych przemysłowo praktycznie nie zawierają ergocalcyferolu (witaminy D 2 ) podczas gdy cechują

6 się dużą ilością ergosterolu (Mattila i inn. 2002, Perera i inn. 2003). Grzyby rosnące w naturalnym środowisku są wystawione na działanie promieniowania słonecznego, którego 8-9% stanowi promieniowanie UV (Hollosy, 2002). Gatunki grzybów jadalnych uprawiane są w warunkach sztucznego oświetlenia, bez dostępu promieniowania UV, co jest przyczyną niewielkiej ilości lub braku witaminy D 2 w owocnikach tych grzybów. Poprzez zastosowanie sztucznego źródła promieniowaniem UV można wzbogacić owocniki grzybów jadalnych w witaminę D 2 na drodze konwersji ergosterolu do ergocalcyferolu (Perera i inn. 2003). 6. Posumowanie W związku z powyższym istnieje potrzeba poszukiwania nowych egzogennych źródeł witaminy D. Obecnie w Europie i Ameryce Północnej na rynku można kupić tylko kilka rodzajów produktów spożywczych wzbogaconych w witaminę D: mleko, masło, soki, płatki śniadaniowe. Owocniki grzybów wyższych, świeże oraz przetworzone, mogą być nowym i bogatym źródłem tego ważnego związku. Grzyby są akceptowane przez osoby stosujące różne diety żywieniowe, w tym wegetarian i wegan. Docenia się je za walory smakowo - zapachowe, są szeroko stosowane w kuchniach różnych krajów i regionów a ich spożycie w krajach europejskich, w tym Polski, stale rośnie. Wykorzystanie nowych technologii do podniesienia poziomu naturalnie występującej witaminy D (owocniki grzybów jadalnych, naświetlanych promieniowaniem UV) może być sposobem do poszerzenia oferty produktów zawierających witaminę D i wykorzystanie ich w profilaktyce i wspomaganiu leczenia objawów niedoboru tego ważnego związku. 7. Literatura 1. Alpert PT, Shaikh U The effects of vitamin D defi ciency and insufficiency on the endocrine and paracrine systems. Biol. Res. Nurs., 9: Armas LA., Dowell S, Akhter M, Duthuluru S, Huerter C, Hollis BW, Lund R. Heaney RP Ultraviolet-B radiation increases serum 25-hydroxyvitamin D levels: the effect of UVB dose and skin color. J. Am. Acad. Dermatol.,57: Bischoff-Ferrari HA, Giovannucci E, Willett WC, Dietrich T, Dawson-Hughes B Estimation of optimal serum concentrations of 25-hydroxyvitamin D for multiple health outcomes. Am. J. Clin. Nutr., 84: 18 28

7 4. Boonen S, Bischoff-Ferrari HA, Cooper C, Lips P, Ljunggren O, Meunier PJ, Reginster JY Addressing the musculoskeletal components of fracture risk with calcium and vitamin D: a review of the evidence. Calcif. Tissue Int., 78: Cashman KD Vitamin D in childhood and adolescence. Postgrad. Med. J., 83: Chen TC, Chimeh F, Lu Z, Mathieu J, Person KS, Zhang A, Kohn N, Martinello S, Berkowitz R, Holick MF Factors that influence the cutaneous synthesis and dietary sources of vitamin D. Arch. Biochem. Biophys., 460: Gloth FM, Gundberg C, Hollis B, Haddad JG, Tobin J Vitamin D deficiency in homebound elderly persons. JAMA, 274: Gordon CM, DePeter KC, Feldman HA, Grace E, Emans SJ Prevalence of vitamin D deficiency among healthy adolescents. Arch. Pediatr. Adolesc. Med., 158: Guillemant J, Le HT, Maria A, Allemandu A. Peres G, Guillemant S Wintertime vitamin D deficiency in male adolescents: effect on parathyroid function and response to vitamin D 3 supplements. Osteoporos. Int., 12: Heaney RP, Dowell MS, Hale CA, Bendich A Calcium absorption varies within the reference range for serum 25-hydroxyvitamin D. J. Am. Coll. Nutr., 22: Heaney RP The Vitamin D requirement in health and disease. J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 97: Holick, MF Meeting the vitamin D needs of the elderly. Nutrition and the M.D, 27, Holick, MF Sunlight and vitamin D for bone health and prevention of autoimmune diseases, cancers, and cardiovascular disease. Am. J. Clin. Nutr. 80 (6) Suppl, 1678S-88S 14. Holick MF Vitamin D deficiency. N. Engl. J. Med.,357: Hollis BW Circulating 25-ydroxyvitamin D levels indicative of vitamin D sufficiency: implications for establishing a new effective dietary intake recommendation for vitamin D. J. Nutr.,135: Hollosy F Effect of ultraviolet radiation on plant cells. Micron, 33,

8 17. Hypponen E, Laara E, Reunanen, Jarvelin MR, Virtanen S.M.: Intake of vitamin D and risk of type 1 diabetes: a birth-cohort study. Lancet, 358: Jasinghe, VJ, Perera CO Distribution of ergosterol in different tissues of mushrooms and its effect on the conversion of ergosterol to vitamin D2 by UV irradiation. Food Chem, 92(3), Lips P Vitamin D deficiency and secondary hyperparathyroidism in the elderly: consequences for bone loss and fractures and therapeutic implications. Endocr. Rev., 22: Lips P Vitamin D physiology. Prog. Biophys. Mol. Biol., 92: Matsuoka LY. Wortsman J, Haddad JG, Hollis BW In vivo threshold for cutaneous synthesis of vitamin D3. J. Lab. Clin. Med., 114: Mattila PH, Lampi AM, Ronkainen R, Toivo J, Piironen V Sterol and vitamin D2 contents in some wild and cultivated mushrooms. Food Chem, 76, Mawer EB, Davies M, Still PE, Jones G, Knutson JC, Bishop CW ,24- Dihydroxyvitamin D2, a biologically active analog of vitamin D, is a naturally occurring metabolite in humans. Bone, 17, Mehta RG, Mehta RR Vitamin D and cancer. J. Nutr. Biochem, 13, Mellanby T The part played by an accessory factor in the production of experimental rickets. J. Physiol., 52: Morgan SL Calcium and vitamin D in osteoporosis. Rheumatic Diseases Clinics of North America, 27, Perera CO, Jasinghe VJ, Ng FL, Mujumdar AS The effect of moisture content on the conversion of ergosterol to vitamin D in shiitake mushrooms. Drying Technology, 21(6), Tjellesen L, Gotfredsen A, Christiansen C Different actions of vitamin D2 and D3 on bone metabolism in patients treated with phenobarbitone / phenytoin. Calcif. Tissue Int. 37, Webb AR, Kline L, Holick MF Influence of season and latitude on the cutaneous synthesis of vitamin D 3 synthesis in human skin. J. Clin. Endocrinol. Metab., 67:

9 30. Vieth R, Ladak Y, Walfish PG Age-related changes in the 25-hydroxyvitamin D versus parathyroid hormone relationship suggest a different reason why older adults require more vitamin D. J. Clin. Endocrinol. Metab., 88: