Роль витаминов в развитии ребенка

Введение.

Витамины и коферменты, скорее всего, не только можно, но и необходимо рассматривать вместе, в одном разделе химии природных соединений, поскольку нельзя провести четкого разграничения определенной группы природных биологически активных веществ на два таких класса. С другой стороны, при освещении химии этих соединений мы неизбежно коснемся вопросов строения и свойств их, а отсюда неизбежен и выход на реакции, катализируемые ферментами (коферментами). Таким образом, эти три феномена химии живой природы — витамины, коферменты и ферментативный катализ не то чтобы тесно связаны, они завязаны в один узел, и комплексное их описание вполне уместно.

Но в любом случае, какая-то, хоть и ограниченная, классификация является полезной, поэтому в понятия “витамины” и “коферменты” можно проставить следующие акценты и ввести некоторые определения. Витаминами можно назвать некую группу низкомолекулярных органических соединений различной химической природы, необходимых для осуществления жизненно важных биохимических процессов in vivo Природные соединения, не являющиеся витаминами, но легко превращающиеся в них в организме человека, называются провитаминами. Если несколько соединений близкой химической природы выполняют одну и ту же витаминную функцию в организме — их называют витамерами.

Теперь дадим определение коферментам. Коферменты — это органические природные низкомолекулярные соединения различной химической природы, необходимые для осуществления каталитического действия ферментов, катализирующих химические процессы in vivo. В чем же различие? Скорее всего в том, что понятие витамины — более общее, а во-вторых, коферменты являются, как правило, производными витаминов.

В связи с тем, что уже сказано о витаминах и коферментах, можно провести следующее их разграничение: а) собственно витамины — это соединения, выполняющие свою витаминную роль самостоятельно, б) витамины-коферменты — соединения, выполняющие определенную биохимическую функцию в виде производных, т.е. в виде коферментов, в) следует выделить отдельно группу коферментов, т.е. тех соединений, которые образованы из соответствующих витаминов или синтезированы самостоятельно данным организмом для осуществления того или иного химического процесса в живой клетке. В свою очередь, кофермент выполняет свою каталитическую функцию либо в свободной форме, т.е. самостоятельно, либо в ферментносвязанном виде, о чем более подробно будет сказано позже.

Витамины.

Витами́ны (от лат. vita — «жизнь») — 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^[1]. Большинство витаминов являются коферментами или их предшественниками^[2].

Витамины содержатся в пище (или в окружающей среде) в очень малых количествах, и поэтому относятся к микронутриентам. К витаминам не относят микроэлементы и незаменимые аминокислоты^[2].

Наука на стыке биохимии, гигиены питания, фармакологии и некоторых других медико-биологических наук, изучающая структуру и механизмы действия витаминов, а также их применение в лечебных и профилактических целях, называется витаминологией. ^[3]

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.

Большинство витаминов не синтезируются в организме человека, поэтому они должны регулярно и в достаточном количестве поступать в организм с пищей или в виде витаминно-минеральных комплексов и пищевых добавок. Исключения составляют витамин D, который образуется в коже человека под действием ультрафиолетового света; витамин A, который может синтезироваться из предшественников, поступающих в организм с пищей; и ниацин, предшественником которого является аминокислота триптофан. Кроме того, витамины K и В₃ обычно синтезируются в достаточных количествах бактериальной микрофлорой толстого кишечника человека^[2].

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

На 2012 год 13 веществ (или групп веществ) признано витаминами. Ещё несколько веществ, например карнитин и инозитол, находятся на рассмотрении^[4]. Исходя из растворимости, витамины делят на жирорастворимые — A, D, E, K — и водорастворимые — C и витамины группы B. Жирорастворимые витамины накапливаются в организме, причём их депо являются жировая ткань и печень. Водорастворимые витамины в существенных количествах не депонируются и при избытке выводятся с водой. Это объясняет бо́льшую распространённость гиповитаминозов водорастворимых витаминов и гипервитаминозов жирорастворимых витаминов.

Витамины условно обозначаются буквами латинского алфавита: A,B, C, D, E, H, K и т. д. В последствии 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 г. Комиссией по номенклатуре биохимической секции Международного союза по чистой и прикладной химии.

Для некоторых витаминов установлено также определенное 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, P и вся группа B), а вторую - жирорастворимые витамины - липовитамины (A, D, E, K). Однако еще в 1942-1943 гг. академик А. В. Палладин синтезировал водорастворимый аналог витамина К - викасол. А за последнее время получены водорастворимые препараты и других витаминов этой группы. Таким образом, деление витаминов на водо- и жирорастворимые до некоторой степени теряет свое значение.

Роль витаминов в развитии ребенка.

На современном этапе рациональная и сбалансированная диета должна, но не может обеспечить потребности ребенка во всех компонентах питания, которые участвуют практически во всех метаболических процессах организма. Неудовлетворительное питание может нарушить генетическую программу роста и развития. Имеющиеся исследования, посвященные оценке клинической значимости приема витаминов, микроэлементов и минералов, свидетельствуют об их положительном влиянии на работу всех жизненно важных органов и систем, а также обмен веществ растущего ребенка. В последние десятилетия появились сообщения о распространенности дефицита витаминов и минералов у взрослых и детей всех возрастных групп, в т. ч. у младенцев и дошкольников

Группу риска по дефициту витаминов составляют дети в возрасте:
– до 3 лет;
– от 5 до 7 лет;
– 11–15 лет (период пубертата).

Профилактическое и лечебное применение витаминов должно базироваться на четких представлениях об их физиологических функциях и механизме действия. В этой связи необходимо подчеркнуть, что витамины – это не лекарства, а незаменимые пищевые вещества, которые необходимы организму для поддержания жизненных функций, но которые организм не синтезирует или синтезирует в недостаточных количествах и потому должен получать в готовом виде: с пищей или, если в обычной пище их не хватает, – в виде специальных добавок.

Витамины представляют собой низкомолекулярные органические соединения, не синтезируемые в организме человека, за исключением никотиновой кислоты. Витамины принято делить на жирорастворимые и водорастворимые. Жирорастворимыми являются витамины А, Е, D и K, водорастворимыми — витамин С и витамины группы В.

В соответствии с классификацией по их функциональной принадлежности витамины делятся на три группы

Витамины-предшественники коферментов и простетических групп ферментов. Это витамины, которые организм еще достраивает: например, фосфорилирует, присоединяет остаток адениловой кислоты, после чего они превращаются в коферменты и в таком виде входят в состав апоферментов и участвуют в процессах обмена веществ, будучи ответственны за механизм ферментативного катализа. К ним относятся витамины группы В – В1, В2, В6, В12, фолиевая кислота, пантотеновая кислота. В эту группу входит витамин K, который работает как кофермент в процессах, связанных с системой свертывания крови.

Витамины-антиоксиданты. Это аскорбиновая кислота, витамин Е, каротиноиды, а также биофлавоноиды. Функция витаминов этой группы состоит в том, чтобы защитить организм от разрушительного окислительного действия кислорода. Кислород жизненно необходим для жизнедеятельности, но в то же время опасен, поэтому каждая клетка и орган должны быть защищены от его разрушительного действия.

Прогормоны. Эта группа состоит из двух витаминов – А и D, которые на самом деле оказались не витаминами, а прогормонами, т. е. веществами, из которых в организме образуются гормоны. У витамина D гормональная форма – дезоксикальциферол, у витамина А гормональная форма – ретиноловая кислота.

Витамины А, В1, В2, В3, В5, В6, В12, С, D, K, биотин, фолиевая кислота являются важнейшими компонентами, обеспечивающими адекватное функционирование иммунной системы организма. Достаточное поступление витаминов в соответствии с меняющимися потребностями растущего детского организма является обязательным условием для нормального созревания и функционирования иммунной системы, что позволяет как сохранять резистентность к инфекционным агентам, так и эффективно элиминировать возбудитель из организма.

Ключевая роль витамина А (ретинола) в развитии иммунного ответа известна достаточно давно. Дефицит витамина А является глобальной проблемой. Согласно эпидемиологическим расчетам, приблизительно 100 млн детей в мире находятся в состоянии субклинического гиповитаминоза витамина А. Недостаточность витамина А может привести к нарушению процессов фоторецепции в сетчатке глаза, генерализованному поражению эпителия. Дефицит витамина А может лежать в основе дисфункций иммунной системы, непосредственно изменяя метаболизм иммуноцитов или снижая барьерный уровень эпителиальной защиты организма. Показано, что на фоне дефицита витамина А замедляются процессы репарации эпителия слизистых оболочек, снижается активность ресничек реснитчатого эпителия, уменьшается способность нейтрофилов к фагоцитозу инфекционных агентов, резко снижается синтез специфических антител, особенно иммуноглобулинов классов А и G, к причинно-значимому инфекционному агенту, ингибируется процесс пролиферации Т-лимфоцитов, подавляется кооперация CD4- и B-клеток, лимитируется генная экспрессия Th2-ассоциированных цитокинов, что приводит к повышению риска развития различных инфекционных заболеваний и замедлению процессов саногенеза у детей. Дефицит витамина А также является одним из факторов риска возникновения злокачественных новообразований.

Холекальциферол (витамин D3) — самый активный метаболит витамина D, проявляющий большинство своих действий через 1α,25(OH)2D-рецепторы (VDR) и играющий важную роль не только в метаболизме кальция, фосфора, но и в дифференцировке и росте разнообразных клеток организма. Витамин D3 активно влияет на состояние иммунной системы, повышая резистентность к инфекционным агентам, предупреждая развитие аутоиммунных заболеваний и неопластических процессов. Витамин D3, индуцируя p21 и C/EBPβ, усиливает процессы дифференцировки моноцитов, антигенпрезентирующих клеток, дендритных клеток. C/EBPβ (CCAAT enhancer-binding protein) является ключевым фактором транскрипции, который повышает трансактивность гена IL-12, индуцирующего Th1-реакции, усиливает макрофагальную антибактериальную, противовирусную активность. Витамин D3, взаимодействуя с VDR, образует комплекс 1,25(OH)2D3-VDR, который предотвращает дезактивацию интерферон-γ-активированного фактора транскрипции STAT1, тем самым пролонгируя трансактивацию STAT1-чувствительных генов, усиливая Th1-реакции. Однако витамин D3 обладает мощным супрессивным действием на Т-лимфоциты – комплекс 1,25(OH)2D3-VDR подавляет взаимодействие фактора транскрипции NFAT с геном IL-2 и способствует дифференциации Th2-хелперов. Под действием витамина D3 снижается экспрессия костимулирующих молекул (CD40, CD80, CD86), синтез IL-12 и усиливается продукция IL-10 дендритными клетками.

Витамин Е (токоферол), жирорастворимый витамин, является одним из основных антиоксидантов организма человека – оксидантным скавенджером, защищающим мембраны клеток от деструктивного действия кислородосодержащими метаболитами, и важнейшим компонентом, участвующим в развитии иммунного ответа. Дефицит витамина Е сопровождается увеличением скорости перекисного окисления липидов клеточных мембран, в т. ч. и иммуноцитов, снижением скорости пролиферации Т-лимфоцитов, продукции IL-2, синтеза специфических антител и повышением синтеза эйкозаноида PGE2. Витамин Е способствует созреванию лимфоцитов, увеличивает активность адгезии антигенпрезентирующих клеток к незрелым Т-клеткам, повышая экспрессию межклеточной адгезивной молекулы-1 (ICAM-1, CD54).

Аскорбиновая кислота (витамин С) – необходимый компонент жизнедеятельности любой клетки человеческого организма, но особенно высоки его внутриклеточные концентрации в лейкоцитах, активность которых прямо пропорционально зависит от его содержания. Витамин С является активным участником патофизиологических и физиологических реакций организма, в т. ч. адекватного иммунного ответа, стресса, антиоксидантной защиты, регенерации тканей. Авитаминоз C протекает как тяжелое общее заболевание организма, известное под названием цинги, или скорбута. Субклинический дефицит витамина C является одним из наиболее широко распространенных патологических состояний и выявляется у большей части (до 80%) населения. Витамин C повышает системную резистентность организма человека к инфекционным, особенно вирусным, агентам. Одним из механизмов противовирусной активности витамина C является его способность активировать деятельность серин/треониновых протеинкиназ C, что приводит к активации натуральных киллеров, обеспечивающих элиминацию вирусных агентов. Показано, что витамин C непосредственно или через регенерацию витамина Е предотвращает деструктивное действие кислородсодержащих активных метаболитов на лейкоциты. Витамин C способствует подавлению процессов воспаления, ингибируя фактор транскрипции NF-κB, увеличивая внутриклеточную концентрацию АТФ.

Витамины группы В принимают участие практически во всех обменных процессах: ниацин (витамин РР), тиамин (витамин B1), рибофлавин (витамин B2) – в энергетическом обмене; пиридоксин (витамин B6) и цианокобаламин (В12) – в белковом обмене; фолат – в обмене нуклеиновых кислот; пантотеновая кислота – в жировом обмене, в образовании коферментов и простетических групп. Витамины В1, В2, В6 принимают непосредственное участие в процессах метаболизма и стимулируют регенерацию тканей. Витамины В12, B6, В9 (фолиевая кислота) являются необходимыми компонентами синтеза ДНК, участвуют в обмене фосфолипидов, миелина, гомоцистеина, в связи с чем предопределяют уровень активности иммунной системы.

Примечания. Витамин А – ретинол, бета-каротин: витамин Е – токоферол; витамин D – эргокальциферол, холекальциферол; витамин К – менадион, фитоменадион; витамин С – аскорбиновая кислота; витамин B1 – тиамин; витамин B2 – рибофлавин; витамин B4 – аденин; витамин B5 – пантотеновая кислота, декспантенол, пантотенат кальция; витамин B6 – пиридоксин; витамин B9 – фолиевая кислота; витамин B12 – цианокобаламин; витамин РР – никотиновая кислота, никотинамид; витамин Н – биотин; витамин Р – рутозид.