Witamina D i światło ultrafioletowe - to niezwykły proces
Sposób, w jaki wiele kręgowców wykorzystuje światło słoneczne do produkcji witaminy D3 w skórze i jak ten proces jest również regulowany przez samo światło, wciąż jest przedmiotem wielu badań. Większość badań dotyczy biologii człowieka, ale badacze tacy jak Holick, Ferguson i Gehrmann w Stanach Zjednoczonych zbierają dowody na to, że proces ten jest bardzo podobny w przypadku skóry gadów.
Uproszczony animowany diagram (rysunek 1 poniżej) ilustruje szlak witaminy D.
Ścieżka zaczyna się, gdy cholesterol, prowitamina D (pełna nazwa 7-dehydrocholesterol lub 7DHC) jest wytwarzany przez komórki skóry. Po wystawieniu na działanie UVB o długości fali między 290-315 nm, ta prowitamina D, utrzymywana w błonie komórkowej, jest rzeczywiście bardzo szybko przekształcana w prewitaminę D3. Szczytowa produkcja wynosi 297 nm.
Prewitamina D3 jest następnie izomeryzowana (przekształcana przez ponowne-ułożenie atomów w cząsteczce) powoli, w ciepłej skórze, w ciągu kilku godzin, do witaminy D3. Aby reakcja przebiegała w normalnym tempie, potrzebne jest ciepło. Gady uzyskują to ciepło ze słońca podczas wygrzewania się.
Witamina D3 jest uwalniana z błon komórkowych skóry i jest wchłaniana przez „białko wiążące witaminę D-D” do osocza. W ten sposób jest przenoszona w krwiobiegu ze skóry do wątroby, gdzie jest hydroksylowana do kalcediolu, 25-hydroksywitaminy D3. Jest to substancja, która jest testowana w próbkach krwi pobranych w celu oceny statusu witaminy D gada.
Kalcediol krąży następnie w krwiobiegu po całym ciele. W nerkach niektóre są przekształcane w aktywny hormon kalcetriol. Odgrywa to główną rolę w metabolizmie wapnia, regulując poziom wapnia we krwi poprzez kontrolowanie wchłaniania wapnia z jelit, a także z kości, jeśli poziom w diecie jest niewystarczający do potrzeb organizmu.
W ostatnich latach stwierdzono również, że kalcediol odgrywa istotną rolę w normalnym funkcjonowaniu innych narządów. Jest pobierany przez komórki w całym organizmie i wewnątrzkomórkowo przekształcany w kalcetriol. To miejscowe działanie ma korzystny wpływ na układ odpornościowy, układ sercowo-naczyniowy i zapobiega rakowaceniu komórek w wielu narządach poprzez kontrolowanie podziału komórek.
Pojawiły się również nowe dowody na to, że komórki skóry w świetle słonecznym mogą w rzeczywistości ukończyć całą drogę od prowitaminy D do wewnątrzkomórkowego kalcetriolu, co może zwiększyć odporność skóry na raka.
U ludzi kalcediol ma w krwiobiegu okres półtrwania-około dwóch tygodni. U niektórych gadów ten krążący kalcediol może działać jako główny magazyn witaminy D w organizmie.
Witamina D3 nie pozostaje w wysokim stężeniu we krwi. U ludzi to, co nie jest hydroksylowane do kalcediolu w wątrobie, jest wchłaniane do tkanki tłuszczowej, gdzie podobno jest magazynowane23, ale nie są nam znane żadne badania ustalające, czy takie magazynowanie ma miejsce u gadów, a jeśli tak, to jak długo taki sklep może trwać.
Regulacja produkcji witaminy D3.
Witamina D3 to substancja, która w dużych ilościach jest toksyczna. Od lat 20. XX wieku witamina D była dodawana do mleka do spożycia przez ludzi w celu zwalczania krzywicy; zostało to jednak zakazane w Europie w latach pięćdziesiątych, ponieważ dzieci cierpiały z powodu przedawkowania.22
U gadów zbyt duża ilość witaminy D w diecie prowadzi do hiperwitaminozy-D, która powoduje uszkodzenie nerek, zwapnienie tkanek miękkich, w tym głównych naczyń krwionośnych, i przedwczesną śmierć.
Nie wiadomo jednak, aby hiperwitaminoza-D występowała u gadów nietopliwych (ani jakiegokolwiek innego gatunku), które pozyskują witaminę D ze światła słonecznego, niezależnie od tego, jak długo wygrzewają się.23 Dzieje się tak, ponieważ istnieją wbudowane mechanizmy bezpieczeństwa zapobiegające nadprodukcji witaminy D w skórze. Co ciekawe, one również opierają się na świetle ultrafioletowym, jak widać na animowanym schemacie, ryc. 2 (poniżej).
Jak widzieliśmy wcześniej, gdy gad wygrzewa się w pełnym słońcu, prewitamina D3 jest produkowana bardzo szybko i kumuluje się w skórze. Jego konwersja do witaminy D3 jest procesem znacznie wolniejszym, zależnym od ciepła. Można by oczekiwać, że nagromadzą się ogromne ilości preD3, ale tak się nie dzieje. Dzieje się tak, ponieważ preD3 jest również wrażliwy na światło ultrafioletowe do 325 nm; część jest przekształcana dość szybko w dwa biologicznie nieaktywne produkty, lumisterol3 i tachysterol3. Te również gromadzą się w skórze.
Większość badań przeprowadzono na ludzkiej skórze, ale uważa się, że ten sam proces zachodzi u gadów; lumisterol3 został wyizolowany z próbek skóry gekona wystawionych na działanie promieni słonecznych.
Istnieje również druga linia obrony przed nadprodukcją D3. Jak widzieliśmy wcześniej, po wyprodukowaniu witamina D3 jest odprowadzana z krwiobiegu do wątroby. Jeśli jednak w skórze nagromadzi się nadmiar witaminy D3, - jeśli, na przykład, produkuje się więcej, niż białko wiążące może usunąć - światło ultrafioletowe rozkłada to również na trzy nowe substancje: dwie suprasterole i 5,6 trans-witamina D. Ten ostatni produkt wykazuje pewną aktywność biologiczną; inne uważa się za obojętne.
Co się dzieje z tymi wszystkimi obojętnymi produktami firmy-? Badania są w toku; jednak możemy spekulować, że w szczególności lumisterol3 i tachysterol3 mogą być używane jako źródło preD3. Dzieje się tak, ponieważ ich produkcja z preD3 jest reakcją odwracalną.
W świetle ultrafioletowym powstaje równowaga z różnymi stężeniami tych trzech, częściowo w zależności od dokładnej długości fali światła. Te trzy substancje mają nieco inne widma działania. Lumisterol3 może być ponownie przekształcony w preD3 przez światło o długości fali do 315 nm; tachysterol3 reaguje aż do 335nm, czyli w zakresie UVA.
Może się to wydawać nieistotną różnicą, dopóki nie rozważy się wpływu atmosfery na promieniowanie słoneczne. Fale o mniejszej długości są łatwiej absorbowane przez atmosferę. Kiedy słońce jest nisko na niebie, wczesnym rankiem, późnym popołudniem i przez większą część zimy na północnych szerokościach geograficznych, fale o długości poniżej 300 nm mogą w ogóle nie dotrzeć do powierzchni Ziemi. W tym czasie synteza preD3 z prowitaminy D prawie całkowicie ustaje,44,21, ale przynajmniej teoretycznie jest możliwe, że światło ultrafioletowe o nieco wyższych długościach fal może sprzyjać konwersji tachysterolu3, który jest notabene najbardziej reaktywny z tych trzech substancji, do preD3. Jeśli tak się stanie, może stanowić źródło preD3, gdy długość fali UVB o niskiej -nie jest wystarczająca do wytworzenia wystarczającej ilości prowitaminy D.
Behawioralna regulacja ekspozycji na promieniowanie UVB.
Niektóre gady mogą być w stanie wyczuć, czy potrzebują witaminy D, i odpowiednio zmienić czas, jaki spędzają na wygrzewaniu się w świetle UVB. W jednym z badań kameleony lamparta (Furcifer pardalis) karmione dietą ubogą w witaminę D3 spędzały więcej czasu na wygrzewaniu się w świetle ultrafioletowym niż te na diecie bogatej w D3. Ponadto bardziej pociągały ich lampy emitujące UVB niż równie jasne lampy emitujące UVA. Nie wiadomo, czy rzeczywiście widzą promieniowanie UVB, ale wydaje się, że są w stanie go wykryć w jakiś sposób.