thumb|Wzór strukturalny witaminy D2 (ergokalcyferolu) thumb|Wzór strukturalny witaminy D3 (cholekalcyferolu) Witamina D (ATC: A 11 CC 05) – grupa rozpuszczalnych w tłuszczach steroidowych organicznych związków chemicznych, które wywierają wielostronne działanie fizjologiczne, przede wszystkim w gospodarce wapniowo-fosforanowej oraz utrzymywaniu prawidłowej struktury i funkcji kośćca.
Podstawowe znaczenie mają dwie formy witaminy D, różniące się budową łańcucha bocznego: ergokalcyferol (witamina D2), naturalnie występujący w organizmach roślinnych/drożdżach cholekalcyferol (witamina D3), naturalnie występujący w organizmach zwierzęcych
Witaminy D w organizmie człowieka tradycyjnie zalicza się do witamin, jednak spełniają one funkcję prohormonów, ponieważ w wyniku przekształceń metabolicznych powstaje aktywna biologicznie postać – 1α,25-dihydroksycholekalcyferol.
W farmakoterapii witamina D znajduje zastosowanie przede wszystkim w profilaktyce i leczeniu krzywicy, osteomalacji i osteoporozy.
Biosynteza i metabolizm witaminy D u człowieka Zarówno witamina D2, jak i D3 nie mają aktywności biologicznej. Uzyskują ją dzięki enzymatycznej hydroksylacji atomów węgla w ich cząsteczkach i osiągnięciu postaci 1,25(OH)2D (1α,25-dihydroksywitamina D).
thumb|350px|Fotoizomeryzacja 7-dehydrocholesterolu do prewitaminy D thumb|350px|Izomeryzacja prewitaminy D do cholekalcyferolu (witaminy D3) thumb|350px|Hydroksylacja witaminy D3 do 1,25-(OH)2D3 (kalcytriol) Prowitaminą D2 jest ergosterol, a D3 – pochodna cholesterolu 7-dehydrocholesterol. W skórze, przede wszystkim w naskórku (głównie w keratynocytach warstwy rozrodczej), pod wpływem światła słonecznego 7-dehydrocholesterol ulega nieenzymatycznej fotoizomeryzacji do prewitaminy D, która pod działaniem energii cieplnej ciała przekształcona zostaje w ciągu kilku godzin w witaminę D3.
Przekształcenie prowitaminy w prewitaminę zachodzi pod wpływem promieniowania UV o długości 290–315 nm (zakres UV-B). Eksperymentalnie ustalono, że najbardziej efektywną długością fali świetlnej jest 295–300 nm (z maksimum efektywności przy 297 nm).
Nie ma niebezpieczeństwa powstawania toksycznych ilości witaminy D3 w wyniku nadmiernej ekspozycji na światło słoneczne, ponieważ w takiej sytuacji nadmiar prewitaminy i witaminy jest rozkładany.
Ocenia się, że ok. 80–100% potrzebnej dla organizmu ilości witaminy D3 pochodzi z biosyntezy w skórze, a tylko w niewielkim stopniu uzyskiwana jest ze źródeł pokarmowych. Jednak na produkcję w skórze ma wpływ wiele czynników, m.in.: pora roku i dnia, zachmurzenie i zanieczyszczenie powietrza, szerokość geograficzna, stosowanie kremów z filtrem, powierzchnia ciała wystawiona na słońce, pigmentacja oraz starzenie się skóry. Skórna produkcja witaminy D często nie jest wystarczająca dla zaspokojenia dobowego zapotrzebowania przez większość dni w roku, szczególnie w krajach wysoko uprzemysłowionych.
Chole- i ergokalcyferol w połączeniu z białkiem wiążącym witaminę D są transportowane do wątroby, odpowiednio: z jelita cienkiego, gdzie są wchłaniane, oraz ze skóry, gdzie cholekalcyferol jest produkowany. W wątrobie zachodzi pierwszy etap biosyntezy aktywnej postaci witaminy D. Po enzymatycznej hydroksylacji przy węglu C-25 powstaje witamina 25-(OH)D. Reakcję tę katalizuje prawdopodobnie zespół hydroksylaz wchodzących w skład cytochromu P450 (CYP27A1, CYP3A4 oraz CYP2R1). 25-(OH)D przekazywana jest także (w połączeniu z białkiem wiążącym witaminę D) z wątroby do nerek a także do niektórych innych tkanek, np. skóry oraz komórek odpornościowych, gdzie przez działanie enzymu 1α-hydroksylazy (CYP27B1) dochodzi do powstawania aktywnej formy witaminy D – 1α,25-(OH)2D. Obie aktywne formy (1α,25-(OH)2D2 i 1α,25-(OH)2D3) charakteryzują się identycznymi własnościami, jednak ze względu na rozpowszechnienie częściej stosowana jest 1α,25-dihydroksycholekalcyferol (1,25-(OH)2D3), czyli kalcytriol.
Istnieje około 10 prowitamin, z których powstają postacie witaminy D wykazujące aktywność. Przemysłowa produkcja witaminy D ogranicza się głównie do tych dwóch.
Ważnym metabolitem witaminy D jest 24R,25-dihydroksywitamina D, która powstaje w alternatywnym szlaku hydroksylacji 25(OH)-witaminy D.
Aktywność biologiczna Główne działanie witaminy D polega na jej wpływie na regulację homeostazy wapnia i fosforanów. Dwa główne narządy efektorowe związane z tą funkcją, na które działają aktywne metabolity witaminy D to przede wszystkim jelita i kości, a w mniejszym stopniu nerki. W jelitach dochodzi do zwiększenia wchłaniania wapnia, z kości uwalnia wapń i fosforany (przy hipokalcemii) w nerkach współdziała z parathormonem w reabsorpcji wapnia.
Aktywne metabolity witaminy D charakteryzują się szerokimi i różnorodnymi działaniami biologicznymi. Aktywność witaminy D wywierana jest poprzez działania genomowe i niegenomowe. Witamina D w wielu tkankach i komórkach łączy się z jądrowym receptorem witaminy D (VDR), a następnie tworzy heterodimer z receptorem kwasu 9-cis retinowego (RXR) o własnościach czynnika transkrypcyjnego, przez co zapoczątkowuje działania genomowe. Witamina D kontroluje ponad 200 genów.
Działania niegenomowe mediowane są przez zlokalizowany w błonie komórkowy receptor, który jest odmienny od receptora jądrowego i uruchamia wewnątrzkomórkowe szlaki metaboliczne modulujące działania wynikające z ekspresji genowej.
Działania witaminy D thumb|300px|Regulacja gospodarki wapniowej
Układ kostny Witamina D wywiera znaczący wpływ na metabolizm kości – zwiększa w osteoblaście ekspresję RANKL, a ten z kolei aktywuje RANK w prekursorze osteoklasta, co prowadzi do powstania dojrzałego osteoklasta, który przez działanie resorpcyjne powoduje uwalnianie wapnia z kośćca. W okresie rozwojowym ma istotne znaczenie w kształtowaniu się kości i zębów. Niedobór witaminy D (hipowitaminoza, awitaminoza) u dzieci prowadzi do krzywicy, zaburzenia mineralizacji kości i zmniejszenia masy kostnej, a u dorosłych wywołuje bóle kostne, osteomalację i osteoporozę.
Witamina D może pomagać w zwalczaniu próchnicy przez układ odpornościowy, gdyż aktywuje białka obronne (np. katelicydyny).
Układ nerwowy i mięśniowy Niski poziom witaminy D u pacjentów stosujących statyny korelował z występowaniem mialgii.
Istnieje związek między stężeniem witaminy D w osoczu a zaburzeniami snu. Poziom witaminy D w osoczu ciężarnej kobiety może być powiązany z ryzykiem wystąpienia zaburzeń autystycznych u jej przyszłego dziecka.
Układ immunologiczny Ma działanie immunomodulujące i pośrednio przeciwbakteryjne. Witamina D aktywuje geny kodujące peptydy przeciwbakteryjne (o cechach naturalnych antybiotyków), katelicydynę i β-defensynę 2. Katelicydyna wykazuje aktywność biologiczną przeciw wielu bakteriom, w tym bakteriom gruźlicy, co może tłumaczyć skuteczność „słonecznej kuracji” zalecanej w XIX wieku w leczeniu tej choroby. Katelicydyna jest produkowana przez komórki odpornościowe przy zetknięciu ze ścianami komórkowymi bakterii, w obecności formy 25D witaminy D.
W stwardnieniu rozsianym – W 2017 roku FDA wydało oświadczenie w którym stwierdza brak dostatecznych dowodów na stwierdzenie powiązania między spożyciem witaminy D a ryzykiem zapadnięcia na stwardnienie rozsiane u osób zdrowych. Witamina D może być jednym z czynników powodujących sezonowe nawroty objawów stwardnienia rozsianego.
Ma działanie antyproliferacyjne i zapobiega powstawaniu komórek nowotworowych, wpływa na apoptozę i angiogenezę.
Według badań przeprowadzonych na 17 tys. osób wyższy poziom witaminy D w surowicy nie wpływa na całkowitą liczbę zgonów z powodu raka, choć osoby z wyższym poziomem mają niższe ryzyko zachorowania na raka jelita grubego.
Analiza 18 wyników badań, w których łącznie uczestniczyło 57 tys. ludzi, wykazała, że wśród przyjmujących witaminę D, w średniej dawce 528 j.m., śmiertelność spadła o 7%.
Niektóre badania wskazują, że witamina D może zmniejszać ryzyko zachorowania na grypę. Sezonowa zmienność zawartości witaminy D w organizmie (spowodowana zmiennością nasłonecznienia w różnych porach roku) wiąże się także, według tych badań, z sezonowością zakażeń na tę chorobę.
Układ krążenia Badania naukowe nie wykazują jednoznacznego wpływu witaminy D na nadciśnienie tętnicze. Suplementy zawierające witaminę D3 i wapń modulują stan zapalny w przewlekłej niewydolności serca.
Działania metaboliczne w wielu tkankach Witamina D stymuluje zdolność do regeneracji wątroby. Poprzez wpływ na jej funkcje antyproliferacyjne, nasilające różnicowanie i apoptozę oraz antyangiogeniczne, może działać przeciwnowotworowo.
Właściwości chemiczne Pierwotnie stosowano nazwę witamina A (od antirachitic – przeciwkrzywicza), ponieważ zauważono, że chroni przed krzywicą i osteoporozą oraz pomaga w leczeniu tych chorób.
Witaminy D posiadają wspólny dla steroidów rdzeń cyklopentanoperhydrofenatrenowy, z tą różnicą, że pierścień B uległ rozszczepieniu. Nie rozpuszczają się w wodzie, ale są rozpuszczalne w tłuszczach. Są dość odporne na działanie podwyższonej temperatury. Nie ulegają rozpadowi w czasie długotrwałego przechowywania, o ile zostaną zapewnione odpowiednie warunki (m.in. brak ekspozycji na promieniowanie UV). Ponadto są stosunkowo trwałe w środowisku zasadowym i zarazem wrażliwe na działanie kwasów. Ergokalcyferol ogrzewany powyżej temperatury 160–190 °C przechodzi w biologicznie nieaktywne izomery.
Prowitaminą D2 jest ergosterol, a prowitaminą D3 jest 7-dehydrocholesterol.
Źródła witamin D Źródła pokarmowe Pod wpływem światła słonecznego w drożdżach i roślinach powstaje ergokalcyferol.
Najwięcej cholekalcyferolu zawiera mięso niektórych ryb (łosoś, dorsz, tuńczyk, śledź, makrela, sardynki, węgorz i inne) oraz tran. Ważnymi źródłami cholekalcyferolu są: wątroba, ser, żółtko jaj i niektóre grzyby.
W celu zapobieżenia ewentualnym niedoborom witamin D niektóre produkty spożywcze są w nie wzbogacane. W USA: mleko i jogurt, płatki śniadaniowe, sok pomarańczowy oraz margaryna. W krajach europejskich są to: margaryna i płatki śniadaniowe. W Polsce obligatoryjnie margaryny wzbogaca się w witaminy A i D.
+ Zawartość witaminy D w polskich produktach żywnościowychNazwa produktu Zawartość witaminy D(1 j.m. = 0,025 µg)węgorz świeży 1200 j.m./100 gśledź marynowany 480 j.m./100 gśledź w oleju 808 j.m./100 gdorsz świeży 40 j.m./100 głosoś (gotowany/pieczony) 540 j.m./100 gmakrela (gotowana/pieczona) 152 j.m./100 gryby z puszki (tuńczyk, sardynki) 200 j.m./100 gżółtko jajka 54 j.m./żółtkoser żółty 7,6–28 j.m./100 gmleko ludzkie 1,5–8 j.m./100 mlmleko krowie 0,4–1,2 j.m./100 ml
Dobowe zapotrzebowanie Ustalenie norm dziennego zapotrzebowania na witaminę D jest utrudnione, ponieważ jej ważnym źródłem (niekiedy zaspokajającym w 100% zapotrzebowanie) jest cholekalcyferol powstający w skórze, ale ilość powstałej w ten sposób witaminy D w znacznym stopniu zależy od pogody oraz od tego, jaką część skóry i przez ile czasu wystawia się na oddziaływanie promieni słonecznych. Różne instytucje zalecają różne dzienne normy doustnego spożywania witaminy D.
Polski Instytut Żywności i Żywienia zaleca następujące normy: niemowlęta: norma zalecana 20 µg, poziom bezpieczny 10 µg dzieci (1-9 r.ż): 15 µg, poziom bezpieczny 10 µg młodzież i osoby po 60. rż.: 10 µg, poziom bezpieczny 5 µg
W Unii Europejskiej oficjalnie zaleca się spożywać dziennie 5 µg witaminy D.
FDA zaleca spożywanie 10 µg (400 j.m.) witaminy D na dobę u dzieci powyżej 4. r.ż. i dorosłych (przy diecie zawierającej 2000 kcal). Inna amerykańska instytucja naukowa (Institute of Medicine, Food and Nutrition Board) zaleca spożywanie na dobę 5 µg w wieku do 51. roku życia, 10 µg w wieku 51-70 i 15 µg powyżej 71. roku życia.