Водорастворимые витамины и витаминоподобные соединения

Раздел II Водорастворимые витамины и витаминоподобные соединения

Витамин В12 (кобаламин). Антианемический витамин

1. Физико-химические свойства.

2. Физиологические свойства.

3. Обмен витамина в организме человека и животных.

4. Потребность в витамине и содержание в пищевых продуктах.

5. Характеристика гипо - и авитаминозов.

6. Методы определения витамина.

Злокачественная анемия (болезнь Аддисона — Бирмера) оставалась смертельным заболеванием до 1926 г., когда впервые для ее лечения применили сырую печень. Поиски содержащегося в печени антианемического фактора привели к успеху, и в 1955 г. Дороти Ходжкин расшифровала структуру этого фактора и его пространственную конфигурацию с помощью метода рентгено - структурного анализа.

Витамин В12 (цианкобаламин, антианемический фактор) - единственный витамин, который содержит в своем составе металл - ион кобальта. Молекула кобаламина состоит из 2-х частей, важнейшая из которых - корриновый гете роцикл, с которым координационно связан ион кобальта. Перпендикулярно к планарной группе, содержащей восстановленные пиррольные кольца, расположены две нуклеозидные группы, имеющие диметилбензимидазол и аденин в качестве азотистых оснований и L-Д-рибофуранозу в качестве углевода.

С кобальтом координационной связью соединена группа цианида. При удалении этой группы с помощью фотолиза или путем восстановления в определенных условиях образуется витамин B12a (оксикобаламин), содержащий вместо цианида гидроксильную группу, а при обработке водным раствором цианида быстро превращающийся в пурпурный дицианидный комплекс, который образуется из самого витамина B12. После подкисления вторая группа цианида теряется и остается витамин B12.

Путем обработки витамина B12a различными кислотами образуется ряд других аналогов, в частности витамин B12c (нитриткобаламин или нитрокобаламин), содержащий остаток азотистой кислоты.

Витамин B12a обычно существует не в форме оксикобаламина, а в форме аквакобаламина - содержит молекулу воды и обладает основными свойствами. Известны и другие основные кобаламины, содержащие вместо воды аммиак или амины.

Кроме основных и нейтральных кобаламинов существует еще и кислые кобаламины, образующиеся например, при добавлении избытка цианида к витамину B12. Они содержат 2 молекулы цианида, соединенные координационными связями с кобальтом.

Таким образом, витамин В12 представляет собой группу родственных со­единений - производных коррина - цианкобаламин, оксикобаламин, аквакобаламин и др. При этом оксикобаламин является одной из природных форм витамина В12, в виде которой он транспортируется белками крови и депонируется в организме.

Кобаламин не синтезируется ни животными, ни высшими растениями, лишь микроорганизмы способны его вырабатывать. Микрофлора кишечника человека синтезирует витамин В12 при наличии витамина В5 (РР). Витамины В9 и В12 являются синергистами, поэтому при гиповитаминозе В12 большие дозы витамина В9 часто оказывают терапевтический эффект.

Физико-химические свойства. Витамин В12 - кристаллический порошок темно-красного цвета без запаха, хорошо растворим в воде и не растворим в органических растворителях. При обычном приготовлении пищи разрушается незначительно, но на свету и при высоких температурах его стабильность снижается, в частности при стерилизации молочных продуктов может инактивироваться 70% витамина В12. Поэтому использование стерилизованного молока для детского питания может привести к дефициту витамина В12, если такое молоко является единственным (или основным) компонентом питания ребенка.

Метаболизм витамина B12. Поступающий с пищей витамин B12 в свободной форме не может всасываться в желудочно-кишечном тракте, а в комплексе со специфическим белком - внутренним фактором Кастла (продуцируется обкладочными клетками желудка и защищает витамин В12 от разрушения в кишечнике) он всасывается в подвздошной кишке при участии ионов кальция и специальных рецепторов. Несмотря на то, что в отсутствии «внутреннего фактора» всасывание витамина В12 не происходит, однако в очень высоких концентрациях (1000-2000 мкг/сут) витамин В12 может всасываться не только без него, но и при патологии подвздошной кишки.

Разработана специальная диагностическая методика, позволяющая выявить недостаточность внутреннего фактора Кастла - так называемый тест Шиллинга.

Из кишечника в кровь воротной вены высвобождается свободный витамин В12 (без фактора Кастла) и транспортируется в комплексе с а - и В - глобулинами. В тканях кобаламины превращаются в активные коферментные формы - метилкобаламин (мет-К) и дезоксиаденозилкобаламин (ДОАК). Распад их осуществляется в печени и почках, а освобождающийся кобаламин выводится их организма с мочой.

В различных производных кобаламина степень окисления кобальта не одинакова: она равна +3 в гидроксикобаламине, +2 в метилкобаламине и +1 в дезоксиаденозилкобаламине. Восстановление кобальта в процессе образования коферментов осуществляется флавиновыми редуктазами с использованием вос­становленного НАДФ. Поэтому реализация биохимических эффектов витамина B12 тесно связана с обменом витаминов В2, В5 (РР) и В9.

Витамин B12 - единственный водорастворимый витамин, способный ак­кумулироваться в организме, он откладывается в печени, почках, легких и селезенке. При этом количество депонированного витамина невелико и не может оказать токсического воздействия, свойственного жирорастворимым витаминам. Вместе с тем в гепатоцитах витамин В12 депонируется в комплексе с транскобаламином I в столь значительном количестве, что его запасов хватает человеку примерно на 3-4 года.

Биологическая роль. Коферментные формы витамина В12 метилкобаламин (мет-К; СН3-В12) и 5-дезоксиаденозилкобаламин (ДОАК) участвуют в реакциях трансметилирования и изомеризации соответственно.

К реакциям трансметилирования, в которых мет-К играют роль проме­жуточного переносчика метильной группы (-СН3), относится, например, синтез метионина из гомоцистеина (фермент 5-метилтетрагидрофолат-гомоцистеин - метилтрансфераза). В свою очередь, активная форма метионина - SAM (S-аденозилметионин) служит донором метильных групп в различных реакциях метилирования (синтез адреналина, фосфатидилхолина, метилирование белков и нуклеиновых кислот) и превращается при этом в гомоцистеин.

К реакциям изомеризации, в качестве кофермента в которых участвует ДОАК, относится, например, превращение L-метилмалонил-КоА в сукцинил - КоА (фермент метилмалонил-КоА-изомераза).

Эта реакция обеспечивает превращение трехуглеродных и разветвленных фрагментов, образующихся при метаболизме валина, изолейцина, треонина и метионина, окислении жирных кислот с нечетным числом атомов углерода или разветвленной структурой, боковой цепочки холестерина, а также пропионовой кислоты, продуцируемой микрофлорой кишечника, в янтарную кислоту (через образование сукцинил-КоА), окисляемую далее в цикле трикарбоновых кислот. В составе метиласпартатмутазы ДОАК участвует в изомеризации глутаминовой кислоты в метиласпарагиновую кислоту.

Клиническое применение витамина Применяют для лечения некоторых видов анемий (в сочетании с фолиевой кислотой эффективность терапии повышается), при поражениях спинного мозга и периферических нервов, врожденных нарушениях обмена витамина B12, при патологии печени, нервной системы, кожных заболеваниях, полиартритах, ревматизме, гломерулонефрите, глоссалгии, невралгии, атрофическом глоссите Гентера-Меллера, парестезии слизистой оболочки рта, красной волчанке.

Гиповитаминоз В12

Причины гиповитаминоза В12. Недостаточность внутреннего фактора Кастла вследствие наследственных дефектов синтеза самого фактора Кастла или его рецептора, а также вследствие глубокой атрофии слизистой оболочки тела желудка, резекции желудка, выработки аутоантител к обкладочным клеткам слизистой оболочки желудка или к фактору Кастла.

Генетически обусловленные дефекты синтеза и структуры клеточных ре­цепторов, участвующих во всасывании витамина В12, а также синтеза транспортных белков витамина В12 (транскобаламинов I, II и III).

Заболевания, протекающие с поражением подвздошной кишки (например, болезнь Крона, лимфома, неспецифический язвенный колит), резекция подвздошной кишки, синдром недостаточного усвоения и другие типы резкой чувствительности к пище, которые вызывают воспаление кишечника и хроническую диарею.

Недостаточное поступление витамина В12 с пищевыми продуктами, например, при чистом вегетарианстве - растительные продукты практически не содержат кобаламин. Строгие вегетарианцы должны принимать препараты витамина В12 внутрь; не желательно в виде инъекций, поскольку способность к усвоению витамина в кишечнике при такой диете не нарушается.

Дифиллоботриоз, анкилостомидоз (некоторые паразиты и гельминты из­бирательно абсорбируют витамин В12). Беременность и хронический алкоголизм. Прием витамина С в дозах более 3 г/сут, неомицина, колхицина, пара - аминобензойной кислоты, препаратов калия, антигиперлипидемических препаратов может ограничить усвоение витамина В12 из пищи - эти вещества нарушают всасывание витамина, а при курении ускоряется его инактивация. Кор - тикостероидные гормоны и нейролептики способствуют ускоренному выведению витамина В12 из организма.

Метаболические нарушения при гиповитаминозе В12. Тормозится ме­тилирование гомоцистеина и, соответственно, ресинтез метионина. В результате, с одной стороны, образуется избыток гомоцистеина, который способствует развитию атеросклероза, с другой - дефицит метионина, приводящий к снижению синтеза холина, фосфотидилхолина и ацетилхолина, не завершается образование ЛПОНП (прев-ЛП), в составе которых выводятся синтезированные жиры из печени. Нарушается обмен ТГФК, что приводит к дефициту фолатных коферментов.

Тормозится окислительный распад метионина, валина, изолейцина и треонина, в результате накапливаются в избытке метилмалоновая и пропионовя кислоты, жирные кислоты с нечетным числом углеродных атомов. Эти метаболиты вызывают жировую дистрофию нервных клеток и демиелинизацию нервных волокон.

Клинические проявления гиповитаминоза В12. Развивается мегалобла - стическая гиперхромная анемия, лейкопения, тромбоцитопения, но не в «чистой» форме как при дефиците витамина В9, а в совокупности с неврологической симптоматикой: раздражительность, утомляемость, фуникулярный миелоз (де­генерация и склероз задних и боковых столбов спинного мозга), парестезии, параличи с расстройством функции тазовых органов; радикулиты и периферические полиневриты.

Поражается желудочно-кишечный тракт: сухой, полированный и болезненный ярко-красный язык, жжение и саднение языка, потеря аппетита, ахилия, диарея, возможны эрозивные и язвенные изменения слизистых оболочек.

При длительном гиповитаминозе развиваются иммунодефицитные состояния, поражения кожи и слизистых оболочек: ангулярный стоматит (изъязвление в уголках рта), глоссит (гладкий, красный, болезненный язык); алопеция (выпадение волос); себорейный чешуйчатый дерматит возле носа, вокруг рта и на теле в целом, зуд и воспаление кожи наружных половых органов.

Поражаются глаза: покраснение, зуд, жжение и повышенная светочувст­вительность, затемнение зрения, образование катаракты. Возможны головокружения, развитие депрессии и даже деградация личности.

Врожденные нарушения всасывания, транспорта и обмена витамина В12

Анемия при врожденном дефекте образования внутреннего фактора Касла. При этом нарушается всасывание витамина. В крови его концентрация значительно снижается. Эффективно парентеральное введение препаратов витамина.

Мегалобластическая анемия при нарушении всасывания витамина В12 в кишечнике. Нарушение обусловлено врожденным дефектом механизма высвобождения витамина в кровоток и связывания его с транскортином (транскобаламином II). Интересно, что всасывание липидов и углеводов при этом не нарушено. Характерны стойкая протеинурия и увеличение экскреции аминокислот (валина, изолейцина, треонина и метионина).

Анемия, обусловленная врожденным дефектом транскобаламинов. При отсутствии в крови транскобаламина II развивается тяжелая анемия с первых недель жизни ребенка. Терапевтический эффект достигается введением мегадоз витамина В12, в 1000 раз превышающих физиологическую. Очевидно, при таких концентрациях кобаламина транспортную функцию берут на себя другие белки.

Врожденные метилмалонатацидемии. При этой патологии отмечается высокий уровень метилмалоновой кислоты и повышенная экскреция ее с мочой. Метилмалонатацидемия может вызываться как недостаточным поступлением с пищей витамина В12, так и врожденным нарушением его метаболизма.

Врожденная метилмалонатацидемия проявляется в первый год жизни ребенка упорной рвотой, кетоацидозом, нейтропенией и тромбоцитопенией, задержкой психомоторного развития, сниженной сопротивляемостью к инфекционным заболеваниям. Мегалобласты в крови тем не менее обычно не обнаруживаются. Диагноз ставится на основании определения высокой концентрации метилмалоновой кислоты в моче, плазме крови или спинномозговой жидкости; уровень витамина в крови остается нормальным, что указывает на врожденный дефект его утилизации (но не всасывания). Заболевание носит выраженный семейный характер.

Метаболические нарушения при метилмалонатацидемии могут затрагивать разные аспекты функции кобаламинов, а именно:

Может быть нарушено образование коферментной формы витамина — дезоксиаденозин-кобаламина, вследствие чего затрудняется превращение метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА и ме - тилмалоновая кислота в избыточном количестве появляется в крови. Может нарушаться образование апофермента метилмалонил - КоА-мутазы, что также блокирует превращение мегилмалонил - КоА в сукцинил-КоА. Сочетанный дефект может затрагивать обе коферментные фор­мы витамина — метил-В12 и д-аденозин-В12. Это сопровождается дополнительными метаболическими расстройствами, т. е. поми­мо нарушения обмена метилмалоновой кислоты блокируется также биосинтез метионина из гомоцистеина, следствием чего являются гомоцистинурия и снижение содержания метионина в крови и тканях. В крови обнаруживаются мегалобласты, отмеча­ются дегенеративные изменения в нервной ткани. Накопление метилмалоновой кислоты и метилмалонил-КоА тормо­зит синтез присущих клетке жирных кислот. Использование ацилсин - тазой метилмалонил-КоА (вместо малонил-КоА) приводит к появле­нию жирных кислот необычной структуры с разветвленной цепью; кроме того, накопление в тканях пропионил-КоА (предшественника не используемого метилмалонил-КоА) приводит к увеличению образо­вания жирных кислот с нечетным числом атомов углерода. Все это нарушает биосинтез сложных липидов в нервной ткани, приводит к ее демиэлинизации и развитию соответствующих тяжелых неврологи­ческих синдромов.

Лечение заключается в снижении доли принимаемого с пищей белка (либо диеты с низким содержанием изолейцина, треонина и метио­нина) и дополнительным назначении гомоцистеина и холина, а так­же высоких доз кобаламина.

Оценка обеспеченности организма витамином В12: Для этой цели служит определение содержания витамина в сыворотке крови, либо определение суточной экскреции метилмалоновой кислоты, которая возрастает при низкой обеспеченности организма кобаламином в десятки и сотни раз.

О развитии дефицита витамина В12 свидетельствует уменьшение его концентрации в сыворотке крови ниже 150 мг/мл (норма 150-1000 пг/мл), выделение с мочой менее 0,02 мкг/сут, появление в моче формиминоглутаминовой кислоты после нагрузки гистидином.

Концентрацию витамина В12 в сыворотке крови определяют микробиологически с использованием в качестве тест-организма Escherichia coli 113-3. В последние годы в этих целях широко применяются методы радиоконкурентного связывания с использованием «внутреннего фактора» или транскобаламина II. Иногда применяется также метод нагрузки с помощью парентерального введения меченного по кобальту витамина В12.

При передозировке витамина В12 развиваются угревидные высыпания на коже или наблюдается усиление их, если они уже имеются. Другие подтвержденные документально симптомы не известны. Весте с тем имели место случаи развитие побочных явлений при передозировке цианкобаламина: отек легких, тахикардия, застойная сердечная недостаточность, тромбоз периферических сосудов, крапивница, редко - анафилактический шок.

Большие дозы витамина В12 (100 мкг/сут внутримышечно до исчезновения симптомов, затем пероральные препараты B12 пожизненно) назначают при лечении злокачественной анемии, наблюдающейся чаще всего у взрослых пациентов в возрасте 40-80 лет. При этом токсичность витамина В12 не играет большой роли, тогда как использование для лечения злокачественной анемии фолиевой кислоты может спровоцировать другие побочные эффекты - от слабости и повышенной утомляемости до возможно необратимого поражения нервной системы (при отсутствии лечения).

Суточная потребность в витамине В12 для взрослых 2-3 мкг, для детей и подростков 0,3-1мкг. При беременности и кормлении грудью потребность в витамине увеличивается до 4 мкг.

При патологии желудочно-кишечного тракта, когда утрачена способность усваивать витамин В12, поступающий с пищей или принимаемый в виде фарма­цевтических препаратов, единственно доступным способом адекватного обеспечения им организма являются инъекции. Витамин В12 для инъекций выпускается в двух формах - цианкобаламин и гидроксикобаламин. Несмотря на то, что инъекции витамина В12 безболезненны, наиболее широко применяемый и более дешевый цианкобаламин может вызвать у некоторых людей приливы крови или другие мягкие аллергические реакции. Прием цианкобаламина противопоказан при острой тромбоэмболии, эритремии, эритроцитозе.

При заболеваниях центральной и периферической нервной системы и неврологических расстройствах с болевым синдромом витамин В12 применяют в возрастающих дозах от 200 до 500-1000 мкг/сут, а при улучшении состояния снижают до 100 мкг/сут. При травмах периферических нервов - 200-400 мкг/сут через сутки в течение 40-45 дней. При заболеваниях печени - 30-60 мкг/сут (хотя эта рекомендация уже потеряла свою актуальность вследствие появления современных эффективных гепатопротекторов). При дистрофиях нервной системы и ДЦП у новорожденных - 15-50 мкг/сут через сутки в течение 45-60 дней и более.

Категорически запрещено смешивать в одном шприце растворы цианоко - баламина с тиамином, пиридоксином, ниацином и аскорбиновой кислотой. Со­держащийся в молекуле цианокобаламина ион кобальта способствует разрушению тиамина и пиридоксина. При одновременном применении В12 с некоторыми антибиотиками (канамицин, неомицин, тетрациклины) уменьшается утилизация В12.

Пищевые источники. Синтез кобаламинов в природе осуществляется исключительно микроорганизмами. Животные и растительные клетки такой способностью не обладают. Основные пищевые источники витамина — печень, мясо (в нем кобаламина в 20 раз меньше, чем в печени), морские продукты (крабы, лососевые, сардины), молоко, яйца. У строгих вегетарианцев, исключающих из пиши не только мясные, но и молочные продукты, рано или поздно развивается В12-дефицитная анемия.

Кобаламин – это хелатное (клешневидное), комплексное соединение, центральной структурой которого является порфириноподобная корриновая кольцевая система, включающая четыре пиррольных кольца. Кобальт находится в положении, которое в геме занимает же­лезо. 5’-дезоксиаденозильное производное витамина B12 является коферментом для превращения ряда соединений во внутриклеточных процессах. У млекопитающих в настоящее время известны две реакции, в которых участвует B12 - кофермент: метилирование гомоцистеина и превращение метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА.

Витамин В12  синтезируется исключительно микроорганизмами. Он встречается в заметных количествах в печени, мясе, яйцах, молоке, но не в растительных продуктах. Всасывание витамина В12  (внешний фактор) возможно при наличии секретируемого слизистой желудка внутреннего фактора (гликопротеин), который предотвращает разрушение витамина; в крови кобаламин связывается белком транскобаламином.

Производные кобаламина участвуют в метилировании гомоцистеина в метионин, в изомеризации метилмалонил в сукцил и в превращении рибонуклетидов в дезоксирибонуклеотиды.

Недостаток витамина или нарушение его всасывания  чаще всего вызываются отсуствием внутреннего фактора, что приводит к пернициозной, злокачественной анемии.

Качественные реакции на витамин В12

Материалы, посуда, реактивы:

витамин B12 (в ампулах); 10% раствор тиомочевины; серная кислота, концентрированная H2SO4;

электроплитка;

песчаная баня;

резино­вая груша;

пинцет;

жаростойкие пробирки;

пипетки на 1 мл;

беззольные фильтры.

А) Реакция на наличие кобальта

В жаростойкую пробирку вносят содержимое одной ам­пулы витамина B12, добавляют 0,5 мл концентрированной серной кислоты и озоляют на песчаной бане в вытяжном шка­фу до обесцвечивания. После охлаждения осторожно влива­ют 1 мл дистиллированной воды, перемешивают.

На беззольный фильтр наносят 2-3 капли раствора тио­мочевины и высушивают над электроплиткой или над пламенем спиртовки. Затем на это же место на фильтре наносят 1-2 капли минерализата витамина и снова нагревают. По краю пятна появляется зеленое окрашивание, указывающее на наличие кобальта.