Vitamin D a ultrafialové světlo - pozoruhodný proces
Způsob, jakým mnoho obratlovců využívá sluneční světlo při výrobě vitaminu D3 v kůži a jak je tento proces také regulován samotným světlem, je stále předmětem mnoha výzkumů. Většina studií se týká lidské biologie, ale vědci jako Holick, Ferguson a Gehrmann ve Spojených státech shromažďují důkazy, že proces je velmi podobný v kůži plazů.
Zjednodušený animovaný diagram (obrázek 1 níže) znázorňuje cestu vitaminu D.
Cesta začíná, když je cholesterol, provitamin D, (plný název 7-dehydrocholesterol nebo 7DHC) vyroben buňkami v kůži. Při vystavení UVB na vlnových délkách mezi 290 - 315 nm se tento provitamin D, držený v buněčné membráně, velmi rychle přeměňuje na previtamin D3. Vrchol produkce je na 297nm.
Previtamin D3 je pak izomerizován (transformován přeskupením atomů v molekule) pomalu, v teplé kůži, po dobu několika hodin, na vitamín D3. Teplo je zapotřebí k tomu, aby reakce probíhala normální rychlostí. Plazi získávají toto teplo ze slunce, když se vyhřívají.
Vitamin D3 se uvolňuje z membrán kožních buněk a je přijímán "proteinem vázajícím vitamín D" do plazmy. Přenáší se tak v krevním řečišti z kůže do jater, kde se hydroxyluje na kalcediol, 25-hydroxyvitamin D3. Jedná se o látku, která je testována ve vzorcích krve odebraných k posouzení stavu vitaminu D plazů.
Kalcediol pak cirkuluje v krevním řečišti po celém těle. V ledvinách se některé přeměňují na aktivní hormon kalcetriol. To hraje hlavní roli v metabolismu vápníku, řídí hladiny vápníku v krvi kontrolou absorpce vápníku ze střeva a také z kostí, pokud jsou hladiny stravy nedostatečné pro potřeby těla.
Bylo také zjištěno, že kalcediol v posledních letech hraje důležitou roli v normálním fungování jiných orgánů. Je přijímán buňkami v celém těle a přeměněn intracelulárně na kalcetriol. Toto lokální působení má příznivé účinky na imunitní systém, kardiovaskulární systém a na prevenci buněk v mnoha orgánech, aby se staly rakovinnými tím, že kontrolují buněčné dělení.
Existují také nové důkazy, že kožní buňky na slunečním světle mohou skutečně dokončit celou cestu od provitaminu D k kalcetriolu intracelulárně, což může zvýšit odolnost kůže vůči rakovině.
Calcediol, u lidí, má poločas rozpadu asi dva týdny v krevním řečišti. U některých plazů může tento cirkulující kalcediol působit jako hlavní zásobárna vitaminu D v těle.
Vitamin D3 nezůstává ve vysokých koncentracích v krevním řečišti. U lidí je to, co není hydroxylováno na kalcediol v játrech, absorbováno do tělesného tuku, kde je zřejmě uloženo 23, ale nejsme si vědomi žádných studií, které by zjistily, zda se takové skladování uskutečňuje u plazů, nebo pokud ano, jak dlouho by takové skladování mohlo trvat.
Regulace produkce vitaminu D3.
Vitamin D3 je látka, která je toxická ve velkém množství. Od roku 1920 byl vitamín D přidáván do mléka pro lidskou spotřebu, aby se vymýtila křivice; to však bylo v Evropě zakázáno v roce 1950, protože děti trpěly předávkováním.22
U plazů vede příliš mnoho vitaminu D přidaného do stravy k hypervitaminóze-D, která způsobuje poškození ledvin, kalcifikaci měkkých tkání, včetně hlavních krevních cév, a předčasnou smrt.
Není však známo, že by se hypervitaminóza-D vyskytovala u plazů (nebo jiných druhů), kteří získávají vitamín D ze slunečního světla, bez ohledu na to, jak dlouho se vyhřívají.23 Je to proto, že existují zabudované bezpečnostní mechanismy zabraňující nadprodukci vitaminu D v kůži. Zajímavé je, že se také spoléhají na ultrafialové světlo, jak je vidět na animovaném diagramu, obrázek 2 (níže).
Jak jsme viděli dříve, když se plaz vyhřívá na plném slunečním světle, previtamin D3 se produkuje velmi rychle a hromadí se v kůži. Jeho přeměna na vitamín D3 je mnohem pomalejší, tepelně závislý proces. Dalo by se očekávat, že se vytvoří obrovské množství preD3, ale to se nestane. Je to proto, že preD3 je také citlivý na ultrafialové světlo až do 325nm; část se poměrně rychle přeměňuje na dva biologicky neaktivní produkty, lumisterol3 a tachysterol3. Ty se také hromadí v kůži.
Většina studií byla provedena na lidské kůži, ale předpokládá se, že stejný proces se vyskytuje u plazů; lumisterol3 byl izolován ze vzorků kůže gekonů vystavených slunečnímu záření.
Existuje také druhá linie obrany proti nadprodukci D3. Jak jsme viděli dříve, vitamín D3, jakmile je vyroben, je odnesen v krevním řečišti do jater. Pokud by se však v kůži nahromadil nadbytek vitamínu D3 - pokud se například produkuje více, než může vazebný protein odstranit - ultrafialové světlo to také rozkládá na tři nové látky: dva suprasteroly a 5,6 transvitaminu D. Tento druhý produkt má určitou biologickou aktivitu; ostatní jsou považovány za inertní.
Co se stane se všemi těmito inertními vedlejšími produkty? Výzkum stále probíhá; můžeme však spekulovat, že zejména lumisterol3 a tachysterol3 by mohly být použity jako zdroj preD3. Je to proto, že jejich výroba z preD3 je reverzibilní reakce.
Pod ultrafialovým světlem se vytváří rovnováha s různými koncentracemi těchto tří, částečně v závislosti na přesných vlnových délkách světla. Tyto tři látky mají mírně odlišná akční spektra. Lumisterol3 může být převeden zpět na preD3 světlem vlnových délek až do 315nm; tachysterol3 reaguje až na 335 nm, což je v rozsahu UVA.
To se nemusí zdát jako významný rozdíl, dokud člověk neuvažuje o vlivu atmosféry na sluneční záření. Nižší vlnové délky jsou atmosférou absorbovány snadněji. Když je slunce nízko na obloze, brzy ráno, pozdě odpoledne a po většinu zimy v severních zeměpisných šířkách, vlnové délky pod 300 nm nemusí nikdy dosáhnout povrchu Země. V těchto chvílích syntéza preD3 z provitaminu D téměř úplně ustává,44,21 ale je alespoň teoreticky možné, že ultrafialové světlo mírně vyšších vlnových délek by mohlo podpořit konverzi tachysterolu3, který je mimochodem nejreaktivnější ze všech tří látek, na preD3. Pokud k tomu dojde, může poskytnout zdroj preD3, když není dostatek UVB s nízkou vlnovou délkou, aby se vytvořil dostatečný obsah provitaminu D.
Behaviorální regulace expozice UVB.
Někteří plazi mohou být schopni vycítit, zda potřebují vitamín D, a podle toho změnit čas, který stráví vyhříváním se pod UVB světlem. V jedné studii chameleoni panterů (Furcifer pardalis) krmení stravou s nízkým obsahem vitamínu D3 strávili více času vyhříváním se pod ultrafialovým světlem než ti, kteří měli stravu s vysokým obsahem D3. Kromě toho je více přitahovaly lampy vyzařující UVB než stejně jasné lampy, které vyzařovaly UVA. Zda mohou skutečně vidět UVB, není známo, ale zdá se, že jsou schopni ho nějakým způsobem detekovat.