Витамин D и ултравиолетова светлина - забележителен процес
Начинът, по който много гръбначни животни използват слънчевата светлина за производството на витамин D3 в кожата и как този процес също се регулира от самата светлина, все още е обект на много изследвания. Повечето от проучванията се отнасят до човешката биология, но изследователи като Холик, Фъргюсън и Герман в Съединените щати събират доказателства, че процесът е много подобен при кожата на влечугите.
Опростена анимирана диаграма (Фигура 1, по-долу) илюстрира пътя на витамин D.
Пътят започва, когато холестерол, провитамин D, (пълно наименование 7-дехидрохолестерол или 7DHC) се произвежда от клетките в кожата. Когато е изложен на UVB при дължини на вълната между 290 - 315 nm, този провитамин D, задържан в клетъчната мембрана, се превръща много бързо в превитамин D3. Максималното производство е при 297 nm.
След това превитамин D3 се изомеризира (трансформира се чрез пренареждане на атомите в молекулата) бавно, в топла кожа, в продължение на няколко часа, до витамин D3. Необходима е топлина, за да протече реакцията с нормална скорост. Влечугите получават тази топлина от слънцето, докато се греят.
The vitamin D3 is released from the skin cell membranes and is taken up by a "vitamin D-binding protein" into the plasma. It is thus carried in the bloodstream from the skin to the liver, where it is hydroxylated to calcediol, 25-hydroxy-vitamin D3. This is the substance which is tested for in blood samples taken to assess the reptile's vitamin D status.
Calcediol is then circulated in the bloodstream all around the body. In the kidneys, some is converted to the active hormone calcetriol. This plays a major part in calcium metabolism, governing the levels of calcium in the blood by controlling absorption of calcium from the gut and also from the bones, should dietary levels be inadequate for the body's needs.
Освен това през последните години беше установено, че калцедиол играе жизненоважна роля в нормалното функциониране на други органи. Поема се от клетките в цялото тяло и се превръща вътреклетъчно в калцетриол. Това локално действие има благоприятен ефект върху имунната система, сърдечно-съдовата система и за предотвратяване на ракови клетки в много органи чрез контролиране на клетъчното делене.
There is also new evidence that skin cells in sunlight can actually complete the entire pathway from provitamin D to calcetriol intracellularly, which may increase the skin's resistance to cancer.
Calcediol, in humans, has a half-life of about two weeks in the bloodstream. In some reptiles, this circulating calcediol may act as the body's main store of vitamin D.
Витамин D3 не остава във високи концентрации в кръвния поток. При хората това, което не е хидроксилирано до калцедиол в черния дроб, се поглъща в телесните мазнини, където очевидно се съхранява 23, но не са ни известни проучвания, установяващи дали такова съхранение се извършва при влечуги или ако става, колко дълго такъв магазин може да издържи.
Регулиране на производството на витамин D3.
Витамин D3 е вещество, което е токсично в големи количества. От 20-те години на миналия век витамин D се добавя към млякото за консумация от човека, за да се изкорени рахит; обаче това беше забранено в Европа през 50-те години на миналия век, тъй като децата страдаха от предозиране.22
При влечугите твърде много витамин D, добавен към диетата, води до хипервитаминоза-D, която причинява увреждане на бъбреците, калцификация на меките тъкани, включително главните кръвоносни съдове, и преждевременна смърт.
Въпреки това, не е известно хипервитаминоза-D да се появява при греещи се влечуги (или други видове), които получават витамин D от слънчева светлина, независимо от това колко дълго се греят.23 Това е така, защото има вградени механизми за безопасност, предотвратяващи свръхпроизводството на витамин D в кожата. Интересното е, че те също разчитат на ултравиолетова светлина, както може да се види на анимираната диаграма, Фигура 2 (по-долу).
Както видяхме по-рано, когато влечуго се грее на пълна слънчева светлина, превитамин D3 се произвежда много бързо и се натрупва в кожата. Превръщането му във витамин D3 е много по-бавен, зависим от топлината процес. Може да се очаква да се натрупат огромни количества preD3, но това не се случва. Това е така, защото preD3 също е чувствителен към ултравиолетова светлина до 325 nm; една част се превръща доста бързо в два биологично неактивни продукта, лумистерол3 и тахистерол3. Те също се натрупват в кожата.
Повечето от изследванията са проведени върху човешка кожа, но се смята, че същият процес се случва и при влечугите; lumisterol3 е изолиран от проби от кожа на гекон, изложени на слънчева светлина.
Има и втора линия на защита срещу свръхпроизводство на D3. Както видяхме по-рано, витамин D3, веднъж произведен, се пренася в кръвния поток към черния дроб. Въпреки това, ако излишният витамин D3 се натрупа в кожата -, ако например се произвежда повече, отколкото свързващият протеин може да отстрани - ултравиолетовата светлина разгражда и това на три нови вещества: две супрастероли и 5,6 транс-витамин D. Последният продукт има известна биологична активност; другите се смятат за инертни.
Какво се случва с всички тези инертни{0}}продукти? Изследванията продължават; обаче, можем да спекулираме, че лумистерол3 и тахистерол3, по-специално, могат да бъдат използвани като източник на preD3. Това е така, защото тяхното производство от preD3 е обратима реакция.
Под ултравиолетова светлина се формира равновесие с различни концентрации на трите, в зависимост отчасти от точните дължини на вълната на светлината. Трите вещества имат малко по-различен спектър на действие. Lumisterol3 може да се преобразува обратно в preD3 от светлина с дължини на вълната до 315 nm; tachysterol3 реагира точно до 335nm, което е в UVA диапазона.
Това може да не изглежда значителна разлика, докато не се вземе предвид ефектът на атмосферата върху слънчевата радиация. По-ниските дължини на вълната се абсорбират по-лесно от атмосферата. Когато слънцето е ниско в небето, рано сутрин, късен следобед и през по-голямата част от зимата в северните ширини, дължини на вълните под 300 nm може изобщо да не достигнат повърхността на земята. В тези моменти синтезът на preD3 от провитамин D почти напълно спира,44,21, но поне теоретично е възможно ултравиолетовата светлина с малко по-високи дължини на вълната да насърчи превръщането на тахистерол3, който между другото е най-реактивното от трите вещества, в preD3. Ако това се случи, това може да осигури източник на preD3, когато няма достатъчно UVB с ниска{7}}дължина на вълната, за да се създаде достатъчно от провитамин D.
Поведенческо регулиране на излагането на UVB.
Някои влечуги може да са в състояние да усетят дали се нуждаят от витамин D или не и съответно да променят времето, което прекарват в греене под UVB светлина. В едно проучване, хамелеоните на пантера (Furcifer pardalis) са хранени с диета с ниско съдържание на витамин D3, прекарват повече време, греейки се под ултравиолетова светлина, отколкото тези на диета с високо съдържание на D3. Освен това те са били по-привлечени от лампи, излъчващи UVB, отколкото от еднакво ярки лампи, които излъчват UVA. Не е известно дали те наистина могат да видят UVB, но изглежда, че могат да го открият по някакъв начин.