Витамин А
Физико-химические свойства и структура
Каротиноиды и каротины
Каротиноиды относятся к особой группе углеводородных соединений, которые выполняют функцию синтеза пигмента высшими растениями, грибами, бактериями. По своему строению их классифицируют на собственно каротиноиды, гидроксилсодержащие каротиноиды, каротиноиды, содержащие карбонильные группы и т.п. К собственно каротиноидам можно подобрать синоним «каротины». Каротиноиды других групп, которые содержат в своей молекуле кислород, являются своим образом производными каротинов. Каротиноиды и каротины обладают способностью образовывать структурных и пространственных изомеры.
Показателем биологической ценности каротиноидов является их способность превращаться в организме в витамин А. Такие каротиноиды называют провитамином А. Примерами таких провитаминов структурные изомеры каротина – альфа, бета и гамма каротины.
Самым распространенным структурным изомером является бета-каротин. Его молекула состоит из двух бета -иононовых колец, соединенных алифатической цепью, имеющей 9 ненасыщенных двойных связей. По одной такой связи находится в каждом иононовом кольце. Альфа-каротин при таком же строении алифанической цепи содержит лишь один бета-иононовый цикл, тогда как второй цикл заменен на альфа-иононовый. Гамма-каротин содержит 12ненасыщенных двойных связей, один бета-иононовый цикл и на другом конце молекулы раскрытое кольцо [1].
Активность различных провитаминов отличается из-за наличия структурных и пространственных изомеров. Наиболее выраженной провитаминной активностью обладает транс-форма любого изомера. Среди отдельных структурных изомеров наиболее активен бета-каротин, активность которого принимают за 100%. По сравнению с бета-каротином активность альфа - и гамма-каротинов и криптоксантина составляет соответственно 53, 27 и 57%. Также активность цис-изомеров несколько меньше из-за того, что молекула каротиноида в результате транс-изомеризации теряет свою первоначальную структуру. Это затрудняет действие ферментной системы или систем, участвующих в превращении данного каротиноида в витамин А.
Витамин А и его производные
В 1931г были установлены химические свойства и структурная формула витамина А. Кроме того, было установлено, что он представляет собой ненасыщенный спирт с эмпирической формулой С20 Н30 О, с пятью двойными связями - одной в бета-иононовым кольце и четырьмя в боковой алифатической цепи. В 1937г были получены кристаллические препараты витамина А. Витамин А- это циклический непредельный одноатомный спирт, растворимый в большинстве органических растворителей. Он чувствителен к воздействию света и нагреванию, образует простые и сложные эфиры, большинство которых более стабильны, чем сам витамин А.
В процессе окисления в организме витамин А-спирт (ретинол) превращается в витамин А-альдегид (ретиналь). Помимо этого, к природным производным витамина А относятся также 3-дегидро-витамин А, или витамин А2, и некоторые стереоизомеры этих витаминов. По-видимому, природным соединением витамина А можно считать также витамин А-кислоту (ретиноевая кислота).
Всасывание витамина А
Всасывание витамина А представляет собой сложный процесс, в котором происходит ряд этапов преврящения: эмульгирование и гидролиз его эфиров в просвете желудочно-кишечного тракта, адсорбцию ретинола всасывающей каемкой и транспорт его в клетки слизистой оболочки, реэстерификацию ретинола в них и последующее поступление витамина А в печень в конце. Всасывание витамина А происходит главным образом в верхнем отделе тонкого кишечника.
Витамин А в нормальных условиях всасывается почти полностью.
При приеме пищи с высоким содержанием жира улучшается и ускоряется процесс всасывания ретинола. Благодаря этому желчь благоприятно действует на всасывание витамина А. Это убедительно было показано на крысах с фистулой желчного протока, у которых отсутствие желчи резко снижало всасывание витамина А в кишечнике.
Главным этапом в усвоении витамина является его эмульгирование. Эмульгирование ретинола- это самый важный этап в процессе всасывания его в желудочно-кишечном тракте.
В пище витамин А содержится преимущественно в виде эфиров. В связи с этим вместе с пищей в организм поступают главным образом эфиры витамина А, в большинстве случаев в виде пальмитата.
Гидролиз эфиров витамина А в кишечнике происходит при участии ферментов поджелудочной железы и эпителиальных клеток слизистой оболочки тонкого кишечника.
Во всасывании витамина А огромную роль играют желчные кислоты. Они участвуют в эмульгировании, гидролитическом расщеплении эфиров ретинола, солюбилизации продуктов гидролиза и транспорте их к клеткам кишечного эпителия. Возможен тот факт, что они принимают небольшое участие и в реэстерификации ретинола внутри эпителиальных клеток слизистой оболочки. Это, предположительно, связано с ролью желчных кислот в препятствовании окислению витамина А и его эфиров, а также каротина в кишечнике.
При всасывании в кишечнике происходит полный гидролиз этих эфиров и в эпителиоциты слизистой оболочки поступает свободный ретинол.
Следующий этап в обмене витамина А – это реэстерификация ретинола в эпителиоцитах с образованием преимущественно его высших эфиров, главным образом ретинолпальмитата.
После всасывания витамин попадает в печень и другие органы в основном через грудной лимфатический проток. Из этого следует, что обнаружение витамина А в грудном лимфатическом протоке преимущественно в виде его высших эфиров после А-витаминизации может говорить о том, что местом реэстерификации ретинола являются кишечные эпителиоциты [2].
Необходимо учитывать, что кишечные эпителиоциты выполняют еще одну важную функцию в процессе усвоения природных форм витамина А: в них малоактивные цис-формы витамина А, содержащиеся в некоторых пищевых продуктах, преобразуются в высокоактивные трансформы.
Таким образом, в эпителиальных клетках слизистой оболочки тонкого кишечника происходит реэстерификация ретинола, который образуется в результате гидролиза алиментарных эфирных форм витамина А с участием ретинилэфиргидролаз поджелудочной железы, а также и кишечника. Эти ресинтезированные эфиры ретинола (не все) присоединяются к специфическим минопротеинам и попадают в печень через лимфатические сосуды в составе хиломикронов. Нужно учитывать и то, что некоторые количество принятого ретинола и его эфиров всасывается также через воротную вену. В печени происходит высвобождение ретинилэфиров и гидролиз последних с образованием свободного ретинола. В дальнейшем свободный ретинол в печени вторично реэстерифицируется и превращается в ретинилпальмитат, связываясь протеинами печени и образуя запасную форму витамина А.
Всасывание витамина А также зависит от многоих факторов: состав пищи, соотношение в ней белков, жиров и углеводов, усвояемость пищи и наличие в ней окисляющих и восстанавливающих агентов, состояние ЖКТ , особенно печени, поджелудочной железы и тонкого кишечника, количество самого витамина А и характер связи его эфира, гормональный статус и физиологическое состояние организма. В зависимости от факторов ретинол может либо полностью сосаться, либо выделиться в составе продуктов жизнедеятельности.
К примеру, было установлено, что присутствие в пище витамина Е и нормальная секреция желчных кислот предохраняют ретинол от окислительных превращений, что будет способствовать более полному всасыванию его в кишечнике. А при употреблении пищи с содержанием большого количества нитратов происходит разрушение витамина А и нарушение его всасывания. А прием жирной пищи, достаточная секреция желчи и ферментов поджелудочной железой и кишечником способствуют более полному всасыванию ретинола. Витамин А в виде эмульгированных и водно-дисперстных препаратов всасывается быстрее и полнее, чем в виде масляных растворов.
Как отмечалось уже ранее, на всасывание витамина также влияет белковая пища. Белковая недостаточность также приводит к неполному усвоению этого соединения [3].
Основная масса всасываемого каротина уже в пределах кишечных эпителиоцитов превращается в витамин А, который затем метаболизирует подобно ретинолу, поступившему извне. Центральное место в метаболических превращениях витамина А вообще и в процессе его всасывания в кишечнике в частности занимает ретиналь, являющийся промежуточным продуктом в реакциях превращения бета -каротина в витамин А и окисления ретинола в ретиноевую кислоту.
Транспорт и распределение витамина А
После всасывания большая часть витамина поступает в печень, во многих случаях, в виде ретинолпальмитата. При необходимости запасы эфиров витамина А в печени гидролизуются с образованием ретинола, который, соединяясь со специфическим ретинол связывающим белком, транспортируется к различным органам и тканям.
В крови более 90% витамина А содержится в виде ретинола.
Специфическим переносчиком витамина А в крови является так называемый ретинол связывающий белок, осуществляющий свою транспортную функцию в тесном взаимодействии с тироксинсвязывающей преальбуминовой фракцией. Затем было неоднократно подтверждено, что витамин А связывается ретинол связывающим белком с относительно низкой молекулярной массой, который затем вступает в комплекс с белком значительно большей молекулярной массы -тироксинсвязывающим преальбумином и транспортируется в виде сложного комплекса: ретинол+ретинолсвязывающий белок+тироксинсвязывающий преальбумин.
Связывание витамина А ретинол связывающим белком имеет большое значение: происходит не только солюбилизация нерастворимого в воде ретинола и доставка его из депо печени к тканям и органам, но и предохранение нестабильной свободной формы молекулы ретинола от химического распада. Ретинол связывающий белок выполняет защитную функцию, предохраняя организм от поступления слишком большого количества витамина А и его токсического и разршающего действия на мембраны клеток. Интоксикация витамином А развивается в большинстве случае из-за того, что ретинол в плазме и мембранах находится не в комплексе с ретинол связывающим белком, а в другой форме [4].
Ретинол связывающий белок синтезируется печенью. Этот процесс осуществляется на рибосомах.
Некоторое количество витамина А локализуется также в тонком кишечнике, крови, сердце, легких, сетчатке и роговице глаза, селезенке, щитовидной железе, надпочечниках, поджелудочной железе, эпидермисе и сальных железах кожи, почечной лоханке, слизистой оболочке мочевого пузыря, семенниках и сперматозоидах.
Содержание витамина А в органах и тканях зависит еще от пола и возраста человека. Кроме того, это зависит и от дозы, характера растворителя (жировая или водная эмульсия витамина А) и пути введения (перорально или парентерально) витамина А.
Депонирование витамина А в печени осуществляется только при достаточном поступлении его с пищей и при нормальной концентрации ретинола в крови.
Витамин также можно обнаружить и в мембранах клеток и органелл. Так, витамин А и каротиноиды встречаются в мембранах эритроцитов, клеток слизистой оболочки кишечника и органелл клеток печени. Витамин А, локализуясь в мембранах, по-видимому, играет определенную роль в регуляции их структуры и функций.
Таким образом, транспорт витамина А в крови осуществляет сложный белковый комплекс, который состоит из ретинол связывающего белка - непосредственного носителя ретинола и тироксинсвязывающего преальбумина, который, соединяясь с ретинол связывающим белком, предохраняет последний от клубочковой фильтрации и экскрекции с мочой. Связывание витамина А с указанными протеинами играет важную роль в плане солюбилизации нерастворимого в воде ретинола, предохранения его от быстрого химического распада и элиминации с мочой, а также в плане доставки ретинола из депо в органы-мишени и передачи его в специфические рецепторные молекулы клеток, что необходимо для проявления специфических обменных функций витамина А в этих органах и тканях. Концентрация транспортирующих витамин А белков в плазме крови в нормальных условиях коррелирует с обеспеченностью организма витамином. Возможность подобной корреляции в определенной степени связана с тем, что витамин А является одним из регуляторов обмена собственных транспортных белков.
Осуществление функций белков, которые участвуют в транспорте витамина А, в большинстве случаев зависит от пищи с содержанием белка.
В норме содержание витамина А в крови поддерживается постоянном уровне без значительных колебаний. После полного истощения запасов витамина в печени наблюдается снижение ретинола. Даже при небольшом резерве в печени витамина А, как правило, не наблюдается снижения уровня ретинола в крови.
Учитывая постоянство концентрации витамина А в крови, довольно четко поддерживаемое в нормальных условиях различными регуляторными механизмами, включающими ретинолтранспортирующие белки, можно полагать, что именно при нормальном содержании витамина А в крови оптимально обеспечивается потребность в ретиноле различных органов и тканей. Следует, однако, отметить, что потребность различных органов может обеспечиваться при разных концентрациях витамина А в крови. Например, органы зрения могут эффективно аккумулировать необходимое количество ретинола и при низком содержании его в крови по сравнению с другими органами. Это связано со спецификой ретинол связывающих рецепторов клеток и с различием функций витамина А в различных органах и тканях [5].
Их всего вышесказанного следует, что транспорт витамина А в организме в большинстве случаев осуществляется преимущественно специфическим белковым комплексом, состоящим из ретинол связывающего белка и тироксинсвязывающего преальбумина. Секреция транспортных протеинов из печени регулируется при участии витамина А. Основным запасающим депо витамина А является печень. Оттуда ретинол поступает в кровь через комплекс Гольджи, что обеспечивает метаболическую потребность органов и тканей. Нехватка белка нарушает биосинтез в печени ретинол связывающего белка и тироксинсвязывающего преальбумина, приводит к снижению их уровня в крови. Дефицит транспортных белков для витамина А, развивающийся при белковой недостаточности, нарушает мобилизацию ретинола из депо и транспорт его к органам-мишеням. В этой связи при белковой недостаточности нарушается утилизация даже имеющихся запасов ретинола и развивается так называемый белководефицитный функциональный гиповитаминоз А. Профилактика и лечение его должны проводится при обязательной коррекции белкового состава рациона [5].
Биологическая роль
Витамин А влияет на барьерную функцию кожи, слизистых оболочек, проницаемость клеточных мембран и биосинтез их компонентов. Действие витамина А в этих случаях связывают с его причастностью к синтезу белка.
В настоящее время более подробно выяснено значение витамина А в процессе фоторецепции.
Сетчатка глаз большинства позвоночных содержит две фоторецепторные системы: палочковый аппарат, который чувствителен к низкой интенсивности света (сумеречное зрение) и колбочковый – он приспособлен к высокой интенсивности освещения (цветное зрение). Фоточувствительные пигменты (родопсин) являются хромопротеидами, состоящими из хромофорной группы – витамина - А-альдегида (ретиналь) и белка - опсина. А фоторецепторные системы колбочек (йодопсин и цианопсин) состоят из тех же хромофорных групп, соединенных с белком, отличным по своему строению от опсина. Под действием света родопсин расщепляется на белок опсин и ретиналь. Ретиналь превращается в транс-форму. С этими превращениями связана трансформация энергии световых лучей в зрительное возбуждение. В темноте происходит обратный процесс - синтез родопсина, требующий наличия активной формы альдегида - 11-цис-ретиналя, способного синтезироваться из цис-ретинола или транс-ретиналя, или транс-формы витамина А при участии специфических дегидрогеназы и изомеразы.
Под действием кванта света родопсин через ряд промежуточных продуктов распадается на опсин и алло-транс-ретиналь, которые представляют собой неактивную форму альдегида витамина А. Алло-транс-ретиналь в свою очередь может частично превращаться в активный 11-цис-ретиналь под действием света. Однако, главным путем образования 11-цис-ретиналя- это ферментативное превращение транс-формы витамина А в цис-форму (под действием изомеразы) и последующее окисление ее при участии алкогольдегидрогеназы.
Кроме того, витамин А укрепляет волосы и улучшает состояние кожи, ногтей. Активно участвует в росте костей, в нормальном функционировании щитовидной железы, защищает клетки, являясь одним из мощнейших антиоксидантов, и предотвращает появление раковых клеток.
Распространение в природе и суточная потребность
Витамин А встречается только в продуктах животного происхождения, в большинсве случаев в эфирной форме (в виде пальмитата).
Наиболее богаты этим витамином такие продукты, как: печень крупного рогатого скота, свиней, яичный желток, молоко, сметана, сливки. Особенно богаты витамином А печень и жир некоторых видов рыб (палтус, треска, морской окунь) и морского зверя (киты, тюлени).
Также основным источником каротина являются продукты растительного происхождения - овощи, ягоды (морковь, красный перец, томаты, зелень петрушки, салат, шпинат, абрикосы, облепиха, шиповник, яблоки, виноград, арбуз и др.). Особенно рекомендуется принимать продукты красного цвета. Однако при употреблении, содержащих каротин, следует учитывать то, что их биологическая активность с учетом усвояемости каротина примерно в 6 раз меньше, чем биологическая активность витамина А.
Суточная потребность в витамине А для взрослого человека составляет примерно 1,0 мг, для беременных и кормящих женщин от 1,25 до 1,5 мг, а для детей и подростков от 0,4 до 1,0 мг.
Недостаток витамина А
Симптомы со стороны органов зрения
Основным симптомом нехватки витамина А является нарушение состояния глаз человека. При этом происходит нарушение функций сетчатки, ухудшение состояния конъюнктивы и роговиццы глаза.
При недостаточности этого витамина возникает куриная слепота, или гемералопия, что связано с нарушением сумеречного зрения. Это лишает человека способности ориентироваться в пространстве с наступлением сумерек.
При более длительной недостаточности витамина начинают проявляться нарушения конъюнктивы и роговицы.
Нарушение зрения в сумерках связано с нехваткой и уменьшением поступления в палочки витамин А-альдегида.
Позднее начинаются морфологические изменеия состояния глаза. Причиной этого является кератинизация эпителия конъюнктивы, роговицы. Также нарушение зрения связывают с нарушением или прекращением секреции слезных желез. Все это приводит к возникновению такого заболевания, как ксероз.
У детей и взрослых чаще всего изменения глазного яблока ограничиваются ксерозом. Однако у детей грудного возраста изменение глаза может распространяться и на роговицу. Сначала понижается чувствительность роговицы, а затем она мутнеет. После может развиться кератомаляция, способная переходить в стадию инфильтрации, размягчения, а также прободения. Прогрессирующая кератомаляция в конечном итоге может привести к частичной или полной потере зрения.
Влияние гиповитаминоза на другие органы
При гиповитаминозе А возникают изменения кожи, например, фолликулярный гиперкератоз. Сначала кожа человека становится сухим и шероховатым. Это, в свою очередь, связано с усиленным ороговением поверхностного эпителия и подавлением деятельности потовых и сальных желез. Затем появляется папулезная сыпь. Чаще всего эта сыпь возникает на наружных и боковых поверхностях бедер, задних и боковых поверхностях предплечий, распространяясь далее по остальным частям туловища.
Кроме того, известно еще много симптомов, связанных с недостатком витамина А. У человека могут возникнуть проблемы с ростом организма, потеря массы тела, общее истощение организма, ухудшение настроения, потеря аппетита, бессонница, появление угрей.
Диагностика А-Витаминной недостаточности
Большое внимание следует уделять своему рациону питания, необходимо следить, чтобы в организм поступала пища с оптимальным содержанием белков, жиров и углеводов. Также рекомендуется следить за содержанием витамина в своем организме. По современным представлениям, содержание витамина А в 100мл крови в количестве менее 10 мгк свидетельствует о недостаточном, 10-19 мкг - о низком, 20-50 мкг - о приемлемом и свыше 50 мкг - о высоком содержании его в крови.
Борьба с недостаточностью витамина А
Как уже отмечалось ранее, недостаток витамина А сопровождается проявлениями тяжелых заболеваний. Поэтому программа профилактики должна быть направлена на увеличение содержания в организме этого витамина или на борьбу с потерей зрения.
Цель деятельности будет зависеть от множества факторов, таких как серьезность проблемы, наличие персонала, а также технических и финансовых ресурсов.
Существует несколько способов, предотвращающих появление авитаминоза А. К таким способам можно отнести, например, применение витамина как отдельный препарат, включение в рацион питания продуктов с высоким содержанием витамина А. Также необходимо проводить мероприятия, связанные с вопросами правильного и сбалансированного питания, осуществлять пропаганду пользы витаминов, стимулировать культивирования и использования в пищу сельскохозяйственных растений, богатых каротином, улучшать аспекты первичной медико-санитарной помощи, связанных с состоянием питания.
Самым лучшим способом является комплексный подход, который сочетает в себе краткосрочные и долгосрочные программы. Они обычно взаимно усиливают друг друга. Например, проверка состояния здоровья пациента дает возможность установить непосредственный с ним контакт и проводить санитарно-просветительную работу.
Гипервитаминоз витамина А.
Зачастую люди, пытаясь улучшить зрение, употребляют слишком много витамина А. Это приводит к увеличению содержания витамина в организме (гипервитаминоз) и, соответственно. К ухудшению состояния всего организма. Передозировка в острой форме имеет специфическую симптоматику: тошнота, рвота, расстройство функции ЖКТ, боли в суставах, частые головные боли. Кроме того, хроническая форма может сопровождаться облысением, ухудшением зрения, пигментацией кожи, утолщением костей конечностей.
Библиографическая ссылка
Шамитова Е.Н., Серебрякова А.А., Жукова А.А. ВИТАМИН А И ЕГО РОЛЬ В ОРГАНИЗМЕ ЧЕЛОВЕКА // Международный студенческий научный вестник. – 2019. – № 3. ;URL: https://eduherald.ru/ru/article/view?id=19671 (дата обращения: 20.04.2024).