Назад

ⓘ Витамины




Витамины
                                     

ⓘ Витамины

Витамины - группа низкомолекулярных органических соединений относительно простого строения и разнообразной химической природы. Это сборная по химической природе группа органических веществ, объединённая по признаку абсолютной необходимости их для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи. Автотрофные организмы также нуждаются в витаминах, получая их либо путём синтеза, либо из окружающей среды. Так, витамины входят в состав питательных сред для выращивания организмов фитопланктона. Большинство витаминов являются коферментами или их предшественниками.

Витамины содержатся в пище в очень больших количествах и поэтому относятся к микронутриентам наряду с микроэлементами. К витаминам не относят не только микроэлементы, но и незаменимые аминокислоты и незаменимые жиры.

Из-за отсутствия точного определения к витаминам в разное время причисляли разное количество веществ. На середину 2018 года известно 13 витаминов.

Витаминология - наука на стыке биохимии, гигиены питания, фармакологии и некоторых других медико-биологических наук, изучающая строение и механизмы действия витаминов, а также их применение в лечебных и профилактических целях.

                                     

1. Общие сведения

Витамины выполняют каталитическую функцию в составе активных центров разнообразных ферментов, а также могут участвовать в гуморальной регуляции в качестве экзогенных прогормонов и гормонов. Несмотря на исключительную важность витаминов в обмене веществ, они не являются ни источником энергии для организма не обладают калорийностью, ни структурными компонентами тканей.

Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении витаминов в организме наступают характерные и опасные патологические изменения заболевания, например цинга и пеллагра.

С нарушением поступления витаминов в организм связаны 3 принципиальных патологических состояния: отсутствие витамина - авитаминоз, недостаток витамина - гиповитаминоз, избыток витамина - гипервитаминоз.

Большинство витаминов не синтезируются в организме человека и полностью должны поступать с пищей. Меньшинство составляют синтезируемые в организме: витамин D, который образуется в коже человека под действием ультрафиолетового света; витамин A, который может синтезироваться из предшественников, поступающих в организм с пищей; и одна из форм витамина B 3 - ниацин, предшественником которого является аминокислота триптофан. Кроме того, витамины K и В 7 обычно синтезируются в достаточных количествах симбиотической бактериальной микрофлорой толстой кишки человека.

В биологической науке нет строгого определения витаминов, есть только необходимые признаки для причисления вещества к витаминам. Вещество, соответствующее следующим четырём признакам, может быть признано витамином:

  • жизненно необходимое вещество, без которого развивается клиническая картина заболевания;
  • органическое вещество;
  • вещество требуется в минимальных количествах.
  • организм не производит вещество в нужном количестве или не производит вообще;

На 2012 год научным сообществом 13 веществ признано витаминами для человека. Ещё несколько веществ, например карнитин и инозитол, находились на рассмотрении, но к 2018 году в списке витаминов их также 13. Однако в школьных учебниках указано существенно большее число витаминов - до 80, например, в учебнике 2014 года написано про 20 витаминов.

Исходя из растворимости, витамины делят на жирорастворимые - A, D, E, K, и водорастворимые - C и витамины группы B. Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причём местом их накопления являются жировая ткань и печень. Водорастворимые витамины в существенных количествах не запасаются и при избытке выводятся с мочой. Это объясняет большую распространённость гиповитаминозов водорастворимых витаминов и гипервитаминозов жирорастворимых витаминов.

Широкий набор витаминов группы В можно найти в мясе. Также в нём содержится небольшое количество жирорастворимых витаминов. Водорастворимых витаминов больше содержится в мышечной ткани, нежели в жировой, поэтому относительное содержание данных витаминов будет больше в мясе с меньшим содержанием жира. Так, тиамина больше в свинине, рибофлавина-в телятине.

Суточные нормы витаминов человек получает с пищей при расходе энергии около 3500 ккал в сутки. Поскольку в современном мире люди мало двигаются, им не нужно такое количество пищи, и для получения необходимого количества витаминов становятся нужны витаминные добавки. Однако в случае разнообразного питания количество витаминов в пище достаточно для здорового человека.

                                     

2. История

Важность некоторых видов еды для предотвращения определённых болезней была известна ещё в древности. Так, древние египтяне знали, что печень помогает от куриной слепоты ныне известно, что куриная слепота может вызываться недостатком витамина A. В 1330 году в Пекине Ху Сыхуэй опубликовал трёхтомный труд "Важные принципы пищи и напитков", систематизировавший знания о терапевтической роли питания и утверждавший необходимость разнообразить рацион для поддержания здоровья.

В 1747 году шотландский врач Джеймс Линд, пребывая в длительном плавании, провел своего рода эксперимент на больных матросах. Вводя в их рацион различные продукты, он открыл свойство фруктов предотвращать цингу. В 1753 году Линд опубликовал "Трактат о цинге", где предложил использовать фрукты для профилактики цинги. Однако эти взгляды получили признание не сразу. Тем не менее, Джеймс Кук на практике доказал роль растительной пищи в предотвращении цинги, введя в корабельный рацион капусту, солодовое сусло и подобие цитрусового сиропа. В итоге он не потерял от цинги ни одного матроса - неслыханное достижение для того времени. В 1795 году лимоны и другие цитрусовые стали стандартной добавкой к рациону британских моряков. Это послужило причиной появления крайне обидной клички для матросов - лимонник. Известны так называемые лимонные бунты: матросы выбрасывали за борт бочки с лимонным соком.

Истоки учения о витаминах заложены в исследованиях российского ученого Николая Ивановича Лунина. Он скармливал подопытным мышам по отдельности все известные элементы, из которых состоит молоко: сахар, белки, жиры, углеводы. Мыши погибли. В сентябре 1880 года при защите своей докторской диссертации Лунин утверждал, что для сохранения жизни животного, помимо белков, жиров, углеводов и воды, необходимы ещё и другие, дополнительные вещества. Придавая им большое значение, Н. И. Лунин писал: "Обнаружить эти вещества и изучить их значение в питании было бы исследованием, представляющим большой интерес". Вывод Лунина был принят в штыки научным сообществом, так как другие ученые не смогли воспроизвести его результаты. Одна из причин была в том, что Лунин в своих опытах использовал тростниковый сахар, в то время как другие исследователи использовали молочный - плохо очищенный и содержащий некоторое количество витамина B.

В 1895 году В. В. Пашутин пришел к выводу, что цинга является одной из форм голодания и развивается от недостатка в пище какого-то органического вещества, создаваемого растениями, но не синтезируемого организмом человека. Автор отметил, что это вещество не является источником энергии, но необходимо организму и что при его отсутствии нарушаются ферментативные процессы, что приводит к развитию цинги. Тем самым В. В. Пашутин предсказал некоторые основные свойства витамина C.

В последующие годы накапливались данные, свидетельствующие о существовании витаминов. Так, в 1889 году голландский врач Христиан Эйкман обнаружил, что куры при питании варёным белым рисом заболевают бери-бери, а при добавлении в пищу рисовых отрубей - излечиваются. Роль неочищенного риса в предотвращении бери-бери у людей открыта в 1905 году Уильямом Флетчером. В 1906 году Фредерик Хопкинс предположил, что помимо белков, жиров и углеводов пища содержит ещё какие-то вещества, необходимые для человеческого организма, которые он назвал "accessory food factors". Последний шаг был сделан в 1911 году польским учёным Казимиром Функом, работавшим в Лондоне. Он выделил кристаллический препарат, небольшое количество которого излечивало бери-бери. Препарат был назван "Витамайн" Vitamine, от лат. vita - "жизнь" и англ. amine - "амин", азотсодержащее соединение. Функ высказал предположение, что и другие болезни - цинга, пеллагра, рахит - тоже могут вызываться недостатком определённых веществ.

В 1920 году Джек Сесиль Драммонд предложил убрать "e" из слова "Vitamine", потому что недавно открытый витамин C не содержал аминового компонента. Так "витамайны" стали "витаминами".

В 1923 году доктором Гленом Кингом было установлено химическое строение витамина С, а в 1928 году доктор и биохимик Альберт Сент-Дьёрди впервые выделил витамин С, назвав его гексуроновой кислотой. Уже в 1933 швейцарские исследователи синтезировали идентичную витамину С столь хорошо известную аскорбиновую кислоту.

В 1929 году Хопкинс и Эйкман за открытие витаминов получили Нобелевскую премию, а Лунин и Функ - не получили. Лунин стал педиатром, и его роль в открытии витаминов была надолго забыта. В 1934 году в Ленинграде состоялась Первая всесоюзная конференция по витаминам, на которую Лунин ленинградец не был приглашён.

В 1910-х, 1920-х и 1930-х годах были открыты и другие витамины. В 1940-х годах было расшифровано химическое строение витаминов.

Последний ныне известный витамин B 12 открыт в 1948 году.

Изучение витаминов успешно проводилось как зарубежными, так и отечественными исследователями, среди которых - А. В. Палладин, М. Н. Шатерников, Б. А. Лавров, Л. А. Черкес, О. П. Молчанова, В. В. Ефремов, С. М. Рысс, В. Н. Смотров, Н. С. Ярусова, В. Х. Василенко, А. Л. Мясникова и многие другие.

                                     

2.1. История Большие дозы витамина C

В 1970 году Лайнус Полинг, дважды лауреат Нобелевской премии - по химии 1954 г. и премии мира 1962 г., выпустил монографию "Витамин С и простуда" англ. Vitamin C and the Common Cold, в которой на собственном опыте утверждал об эффективности больших доз витамина С в лечении ОРЗ.

Оформленная в виде книги статья Полинга стала бестселлером и к 1973 году переиздавалась дважды. В 1971 году он опубликовал новую статью о лечении рака витамином С. Научные журналы как правило отказывались публиковать его статьи о витаминах, как не выдерживающие критики, и, будучи активным и авторитетным общественным деятелем, он распространял свои идеи через СМИ. В результате моды на витамины спрос на них был столь велик, что вызвал дефицит витаминных препаратов. Ныне это рынок объёмом в десятки миллиардов долларов.

Научные исследования, проводимые с 1940-х годов задолго до книг Полинга, продемонстрировали отсутствие лечебного эффекта витаминов как при простуде и раке, так и прочих заболеваниях, кроме вызванных авитаминозами. Даже сотрудники основанного им Института Лайнуса Полинга не обнаружили значимых лечебного и профилактического эффектов больших доз витамина С.

В исследованиях, проведённых в XXI веке по принципам доказательной медицины, польза применения витамина C для лечения простудных заболеваний также не подтвердилась, выявлены только небольшой профилактический эффект при стрессовых нагрузках и уменьшение симптомов. По состоянию на 2017 год при лечении рака результаты применения витамина С не отличались от плацебо, хотя по данным 2015 года в некоторых исследованиях повышалось качество жизни больных за счёт снижения токсикоза.

В 2015 году одна исследовательская группа обнаружила фатальное избирательное воздействие большой дозы витамина C на культивированные раковые клетки прямой кишки человека с двумя мутациями KRAS или BRAF, а также на раковые клетки мышей с такими же мутациями. У этих раковых клеток дегидроаскорбат окисленная форма витамина C нарушал усвоение глюкозы и вызвал их гибель. Раковые клетки с мутацией KRAS встречаются у 40%, а с BRAF - у 10% больных раком прямой кишки.



                                     

3. Названия и классификация витаминов

Витамины условно обозначаются буквами латинского алфавита: A, B, C, D, E, K. Впоследствии выяснилось, что некоторые из них являются не самостоятельными веществами, а комплексом отдельных витаминов. Так, например, хорошо изучены витамины группы В. Названия витаминов по мере их изучения претерпевали изменения данные об этом приводятся в таблице. Современные названия витаминов приняты в 1956 году Комиссией по номенклатуре биохимической секции Международного союза по теоретической и прикладной химииIUPAC.

Для некоторых витаминов установлено также определённое сходство физических свойств и физиологического действия на организм.

До настоящего времени классификация витаминов строилась, исходя из растворимости их в воде или жирах. Поэтому первую группу составляли водорастворимые витамины C и вся группа B, а вторую - жирорастворимые витамины липовитамины A, D, E, K. Однако ещё в 1942 - 1943 годах академик А. В. Палладин синтезировал водорастворимый аналог витамина К - менадион. за последнее время получены водорастворимые препараты аналогов других витаминов этой группы. Таким образом, деление витаминов на водо- и жирорастворимые до некоторой степени теряет своё значение.

Как правило, суточная норма витаминов различается в зависимости от возраста, рода занятий, сезона года, пола, беременности и др. факторов.

                                     

4. Разложение витаминов при кулинарной обработке

Под воздействием факторов внешней среды - температуры, кислорода и других окислителей, света особенно ультрафиолетового, в том числе в солнечном, кислот, щелочей и оснований - витамины разрушаются и теряют свою биологическую активность. По степени чувствительности различные витамины обладают разными свойствами, некоторые проявляют высокую устойчивость, другие же быстро разрушаются. Это в первую очередь связано с тем, что витамины, в силу своего химического строения, являются высокоактивными соединениями, легко вступающими в химические реакции. С того момента, как молекула витамина появилась на свет естественным путём или с помощью химического синтеза, и до того момента, как она попадет в организм, её судьба во многом зависит от условий хранения и переработки.

Главными факторами нестабильности витаминов являются:

  • Ферменты
  • Микроорганизмы
  • Кислород воздуха
  • Адсорбенты
  • Влага
  • Ионы металлов железа, меди
  • pH среды
  • Солнечный свет
  • Перекиси
  • Повышенная температура

В - высокочувствительный С - чувствительный Н - слабочувствительный

Из-за низкой устойчивости растворов витамина C, чтобы сохранить его в готовом блюде супе, при приготовлении пищи продукты, его содержащие, рекомендуется класть в кипящую воду, а не в холодную.

Хотя термическая обработка разрушает некоторые витамины, она повышает доступность других витаминов, в частности, содержащихся в овощах, при этом имеет значение способ приготовления.

                                     

5. Антивитамины

Антивитамины - группа органических соединений, подавляющих биологическую активность витаминов. Это соединения, близкие к витаминам по химическому строению, но обладающие противоположным биологическим действием. При попадании в организм антивитамины включаются вместо витаминов в реакции обмена веществ и тормозят или нарушают их нормальное течение. Это ведёт к витаминной недостаточности даже в тех случаях, когда соответствующий витамин поступает с пищей в достаточном количестве или образуется в самом организме. Например, антивитаминами витамина B 1 тиамина являются пиритиамин и фермент тиаминаза, вызывающие явления полиневрита.

Развитие исследований в области химиотерапии, питания микроорганизмов, животных и человека, установление химической структуры витаминов создали реальные возможности для уточнения наших представлений об антагонизме веществ также в области витаминологии. Вместе с тем, открытие антивитаминов способствовало более полному и углублённому изучению физиологического действия самих витаминов, так как применение в эксперименте антивитамина приводит к выключению действия витамина и соответствующим изменениям в организме; это в известной степени расширяет наши познания о функциях, которые тот или другой витамин несет в организме.

Антивитамины известны для почти всех витаминов. Их можно разделить на две основные группы:

  • К первой группе относятся химические вещества, которые инактивируют витамин путем его расщепления, разрушения или связывания его молекул в неактивные формы.
  • Ко второй группе относятся химические вещества, структурно подобные или структурно родственные витаминам. Эти вещества вытесняют витамины из биологически активных соединений и, таким образом, делают их неактивными. В результате действия антивитаминов обеих групп нарушается нормальное течение процесса обмена веществ в организме.


                                     

6. Поливитамины

Поливитаминные препараты - фармакологические препараты, содержащие в своём составе комплекс витаминов и минеральные соединения.

Поливитаминные препараты применяются как для профилактики и лечения гиповитаминозов, так и в комплексной терапии расстройств питания гипотрофия, паратрофия.

Высокий уровень метаболизма у детей, не только поддерживающий жизнедеятельность, но и обеспечивающий рост и развитие детского организма, требует достаточного и регулярного поступления не только витаминов, но и макро- и микроэлементов. По мнению некоторых ученых, для российских детей и подростков, живущих в Западной Сибири, актуально применение витаминно-минеральных комплексов.

Только около половины поливитаминных препаратов соответствуют суточным нормам потребления витаминов, также нередко состав поливитаминных препаратов отличается от написанного на упаковке.

                                     

7. Применение витаминов

При авитаминозе и гиповитаминозе врач назначает витаминные препараты. Общие рекомендации:

  • В регионах с неблагоприятными климатическими условиями детям рекомендуются Витаминно-минеральные комплексы.
  • При недостатке витамина В 9 фолиевая кислота и фолаты есть риск дефектов развития плода у беременных женщин. Исходя из этого, дополнение витамина В 9 для беременных продвигается ЮНЕСКО и Всемирной организации здравоохранения.
  • При больших физических нагрузках и длительных стрессах рекомендуется принимать витамин C аскорбиновую кислоту.

По данным 2012 года не более 10 % популяции подвержены гиповитаминозу по витамину A - около 1 %. Подавляющему количеству людей витаминные препараты равно и другие пищевые добавки принимать не нужно и нежелательно. Например, основным источником витамина D в организме человека является его образование в коже в процессе загара, но не поступление с пищей. Однако существуют мутации, из-за которых клетки кожи неспособны вырабатывать витамин D даже при избытке солнечного света, таким людям нужна медикаментозная поддержка уровня этого витамина.

В то же время, есть сведения об увеличении риска смертности у людей больных раком и сердечными заболеваниями и сокращении продолжительности жизни при дополнительном приёме определённых групп витаминов. В частности, есть данные о том, что витамин Е за счёт антиоксидантных свойств поддерживает раковые клетки у мышей.

Восполнять недостаток витаминов предпочтительно из пищевых продуктов фруктов, овощей, а не аптечными препаратами. В большинстве случаев лучшим способом обеспечить организм витаминами и другими незаменимыми веществами является здоровый стиль питания, основанный на выборе продуктов с наибольшей пищевой ценностью, в их наиболее натуральной форме и из разнообразных источников, хорошим примером являются орехи.

О пользе и вреде приёма витаминов см. также Поливитаминные препараты#Исследования.