Βιταμίνη D και υπεριώδες φως - μια αξιοσημείωτη διαδικασία
Ο τρόπος με τον οποίο πολλά σπονδυλωτά χρησιμοποιούν το φως του ήλιου στην παραγωγή βιταμίνης D3 στο δέρμα και πώς αυτή η διαδικασία ρυθμίζεται επίσης από το ίδιο το φως, εξακολουθεί να αποτελεί αντικείμενο πολλών ερευνών. Οι περισσότερες από τις μελέτες σχετίζονται με την ανθρώπινη βιολογία, αλλά ερευνητές όπως ο Holick, ο Ferguson και ο Gehrmann στις Ηνωμένες Πολιτείες συγκεντρώνουν στοιχεία ότι η διαδικασία είναι πολύ παρόμοια στο δέρμα ερπετών.
Ένα απλοποιημένο κινούμενο διάγραμμα (Σχήμα 1, παρακάτω) απεικονίζει το μονοπάτι βιταμίνης D.
Το μονοπάτι αρχίζει όταν μια χοληστερόλη, προβιταμίνη D, (πλήρες όνομα 7-δεϋδροχολστερόλη, ή 7DHC) κατασκευάζεται από τα κύτταρα στο δέρμα. Όταν εκτίθεται σε UVB σε μήκη κύματος μεταξύ 290 - 315nm, αυτή η προβιταμίνη D, που κρατιέται μέσα στην κυτταρική μεμβράνη, μετατρέπεται πολύ γρήγορα πράγματι σε προβιταμίνη D3. Η μέγιστη παραγωγή είναι στα 297nm.
Η προβιταμίνη D3 στη συνέχεια ισομεροποιείται (μετατρέπεται από μια επανασυναρμίωση των ατόμων στο μόριο) αργά, σε ζεστό δέρμα, για αρκετές ώρες, σε βιταμίνη D3. Η ζεστασιά είναι απαραίτητη για να προχωρήσει η αντίδραση με φυσιολογικό ρυθμό. Τα ερπετά λαμβάνουν αυτή τη θερμότητα από τον ήλιο, καθώς απολαμβάνουν.
Η βιταμίνη D3 απελευθερώνεται από τις μεμβράνες των κυττάρων του δέρματος και καταλαμβάνεται από μια "πρωτεΐνη δέσμευσης βιταμίνης D" στο πλάσμα. Έτσι μεταφέρεται στην κυκλοφορία του αίματος από το δέρμα στο ήπαρ, όπου υδροξυλιώνεται σε καλτσεδιόλη, 25-υδροξυ-βιταμίνη D3. Αυτή είναι η ουσία που ελέγχεται σε δείγματα αίματος που λαμβάνονται για την αξιολόγηση της κατάστασης βιταμίνης D του ερπετού.
Calcediol στη συνέχεια κυκλοφορεί στην κυκλοφορία του αίματος σε όλο το σώμα. Στα νεφρά, μερικοί μετατρέπονται στην ενεργό ορμόνη καλτσετριόλη. Αυτό παίζει σημαντικό ρόλο στο μεταβολισμό του ασβεστίου, που διέπει τα επίπεδα ασβεστίου στο αίμα ελέγχοντας την απορρόφηση του ασβεστίου από το έντερο και επίσης από τα οστά, εάν τα διαιτητικά επίπεδα είναι ανεπαρκή για τις ανάγκες του σώματος.
Calcediol έχει επίσης, τα τελευταία χρόνια, έχει βρεθεί να διαδραματίζει ζωτικό ρόλο στην κανονική λειτουργία άλλων οργάνων. Λαμβάνεται από τα κύτταρα σε όλο το σώμα και μετατρέπεται ενδοκυτταρικά σε καλτσετριόλη. Αυτή η τοπική δράση έχει ευεργετικές επιδράσεις στο ανοσοποιητικό σύστημα, το καρδιαγγειακό σύστημα και στην πρόληψη των κυττάρων σε πολλά όργανα από το να γίνουν καρκινικά ελέγχοντας την κυτταρική διαίρεση.
Υπάρχουν επίσης νέα στοιχεία ότι τα κύτταρα του δέρματος στο φως του ήλιου μπορούν πραγματικά να ολοκληρώσουν ολόκληρο το μονοπάτι από την προβιταμίνη D στην ενδοκυτταρική καλτσετριόλη, γεγονός που μπορεί να αυξήσει την αντίσταση του δέρματος στον καρκίνο.
Calcediol, στους ανθρώπους, έχει ημιζωή περίπου δύο εβδομάδες στην κυκλοφορία του αίματος. Σε ορισμένα ερπετά, αυτή η κυκλοφορούσα καλτσεδιόλη μπορεί να λειτουργήσει ως το κύριο κατάστημα βιταμίνης D του σώματος.
Η βιταμίνη D3 δεν παραμένει σε υψηλές συγκεντρώσεις στην κυκλοφορία του αίματος. Στον άνθρωπο, αυτό που δεν είναι υδροξυλιωμένο σε καλτσεδιόλη στο ήπαρ μεταφέρεται στο σωματικό λίπος, όπου προφανώς αποθηκεύεται 23, αλλά δεν γνωρίζουμε καμία μελέτη που να εξακριβώνει εάν η αποθήκευση αυτή πραγματοποιείται σε ερπετά ή αν το κάνει, πόσο καιρό μπορεί να διαρκέσει ένα τέτοιο κατάστημα.
Ο κανονισμός παραγωγής βιταμίνης D3.
Η βιταμίνη D3 είναι μια τοξική ουσία σε μεγάλες ποσότητες. Από τη δεκαετία του 1920, η βιταμίνη D προστέθηκε στο γάλα για κατανάλωση από τον άνθρωπο για την εξάλειψη της ραχίτιδας. Ωστόσο, αυτό απαγορεύτηκε στην Ευρώπη τη δεκαετία του 1950, επειδή τα παιδιά υπέφεραν από υπερβολική δοσαιδοξία22.
Στα ερπετά, η υπερβολική βιταμίνη D που προστίθεται στη διατροφή οδηγεί σε υπερβιταμίνωση-D, η οποία προκαλεί νεφρική βλάβη, ασβεστοποίηση των μαλακών ιστών, συμπεριλαμβανομένων των κύριων αιμοφόρων αγγείων, και πρόωρο θάνατο.
Ωστόσο, η υπερβιταμίνωση-D δεν είναι γνωστό ότι εμφανίζεται σε ερπετά (ή οποιοδήποτε άλλο είδος) που λαμβάνουν τη βιταμίνη D τους από το φως του ήλιου, ανεξάρτητα από το πόσο καιρό απολαμβάνουν.23 Αυτό συμβαίνει επειδή υπάρχουν ενσωματωμένοι μηχανισμοί ασφαλείας που εμποδίζουν την υπερπαραγωγή βιταμίνης D στο δέρμα. Είναι ενδιαφέρον ότι αυτά βασίζονται επίσης στο υπεριώδες φως, όπως φαίνεται στο κινούμενο διάγραμμα, Σχήμα 2 (παρακάτω).
Όπως είδαμε νωρίτερα, όταν ένα ερπετό απολαμβάνει σε πλήρες ηλιακό φως, η προβιταμίνη D3 παράγεται πολύ γρήγορα και συσσωρεύεται στο δέρμα. Η μετατροπή του σε βιταμίνη D3 είναι μια πολύ πιο αργή, εξαρτώμενη από τη θερμότητα διαδικασία. Θα μπορούσε κανείς να περιμένει τεράστιες ποσότητες preD3 να συσσωρεύονται, αλλά αυτό δεν συμβαίνει. Αυτό συμβαίνει επειδή το preD3 είναι επίσης ευαίσθητο στο υπεριώδες φως μέχρι 325nm. ένα ποσοστό μετατρέπεται αρκετά γρήγορα σε δύο βιολογικά ανενεργά προϊόντα, την lumisterol3 και την ταχυστερόλη3. Αυτά συσσωρεύονται επίσης στο δέρμα.
Οι περισσότερες από τις μελέτες έχουν διεξαχθεί σε ανθρώπινο δέρμα, αλλά η ίδια διαδικασία πιστεύεται ότι συμβαίνει στα ερπετά. Η lumisterol3 έχει απομονωθεί από δείγματα δέρματος γκέκο που εκτίθενται στο φως του ήλιου.
Υπάρχει επίσης μια δεύτερη γραμμή άμυνας κατά της υπερπαραγωγής D3. Όπως είδαμε νωρίτερα, η βιταμίνη D3, μόλις παραχθεί, μεταφέρεται στην κυκλοφορία του αίματος στο ήπαρ. Ωστόσο, εάν η περίσσεια βιταμίνης D3 συσσωρεύεται στο δέρμα - εάν, για παράδειγμα, παράγονται περισσότερα από ό, τι μπορεί να αφαιρέσει η δεσμευτική πρωτεΐνη - το υπεριώδες φως το διασπά, επίσης, σε τρεις νέες ουσίες: δύο σουπραστερόλες και 5,6 trans-βιταμίνη D. Αυτό το τελευταίο προϊόν έχει κάποια βιολογική δραστηριότητα. οι άλλοι πιστεύεται ότι είναι αδρανή.
Τι συμβαίνει με όλα αυτά τα αδρανή υποπροϊόντα; Η έρευνα βρίσκεται σε εξέλιξη. Ωστόσο, μπορούμε να υποθέσουμε ότι η lumisterol3 και η ταχυστερόλη3, ειδικότερα, θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν ως πηγή προ-3. Αυτό συμβαίνει επειδή η παραγωγή τους από το preD3 είναι μια αναστρέψιμη αντίδραση.
Κάτω από υπεριώδες φως, σχηματίζεται μια ισορροπία με ποικίλες συγκεντρώσεις των τριών, ανάλογα εν μέρει με τα ακριβή μήκη κύματος του φωτός. Οι τρεις ουσίες έχουν ελαφρώς διαφορετικά φάσματα δράσης. Το Lumisterol3 μπορεί να μετατραπεί ξανά σε preD3 με φως μήκους κύματος έως 315nm. ταχυστερόλη3 ανταποκρίνεται δεξιά μέχρι 335nm, η οποία είναι στην περιοχή UVA.
Αυτό μπορεί να μην φαίνεται να είναι μια σημαντική διαφορά μέχρι κάποιος να εξετάσει την επίδραση της ατμόσφαιρας στην ηλιακή ακτινοβολία. Τα χαμηλότερα μήκη κύματος απορροφώνται πιο εύκολα από την ατμόσφαιρα. Όταν ο ήλιος είναι χαμηλός στον ουρανό, νωρίς το πρωί, αργά το απόγευμα, και για μεγάλο μέρος του χειμώνα στα βόρεια γεωγραφικά πλάτη, τα μήκη κύματος κάτω από τα 300nm μπορεί να μην φτάσουν ποτέ στην επιφάνεια της γης καθόλου. Σε αυτούς τους χρόνους η σύνθεση preD3 από την προβιταμίνη Δ σχεδόν εντελώς σταματά,44,21 αλλά είναι τουλάχιστον θεωρητικά πιθανό ότι το υπεριώδες φως των ελαφρώς υψηλότερων μηκών κύματος θα μπορούσε να προωθήσει τη μετατροπή της ταχυστερόλης3, η οποία είναι παρεμπιπτόντως η πιο αντιδραστική από τις τρεις ουσίες, σε preD3. Εάν συμβεί αυτό, μπορεί να παρέχει μια πηγή preD3 όταν δεν υπάρχει αρκετό μήκος κύματος UVB για να δημιουργήσει επαρκή από την προβιταμίνη D.
Συμπεριφορική ρύθμιση της έκθεσης σε UVB.
Ορισμένα ερπετά μπορεί να είναι σε θέση να αισθανθούν αν χρειάζονται ή όχι βιταμίνη D και να αλλάξουν ανάλογα το χρόνο που περνούν απολαμβάνοντας κάτω από το φως UVB. Σε μια μελέτη, οι χαμαιλέοντες του πάνθηρα (Furcifer pardalis) τάιζαν μια διατροφή χαμηλή σε βιταμίνη D3 ξόδεψε περισσότερο χρόνο απολαμβάνοντας κάτω από υπεριώδες φως από εκείνους σε μια υψηλή δίαιτα D3. Επιπλέον, προσελκύονταν περισσότερο από τους λαμπτήρες που εκπέμπουν UVB παρά από τους εξίσου φωτεινούς λαμπτήρες που εξέπεμψαν UVA. Το αν μπορούν πραγματικά να δουν το UVB δεν είναι γνωστό, αλλά φαίνεται να είναι σε θέση να το ανιχνεύσουν με κάποιο τρόπο.