Патологическая физиология обмена витаминов
Общие сведения и этиология
Витамины представляют собой группу незаменимых низкомолекулярных органических соединений различной химической природы, обладающих выраженной биокаталитической и регуляторной активностью. В организме человека они не синтезируются в достаточном количестве или не синтезируются вовсе, в связи с чем должны регулярно поступать с пищей. Фундаментальным свойством истинных витаминов является их неспособность выступать в роли пластического материала или источника энергии. Вещества, обладающие частичными свойствами витаминов, но способные синтезироваться эндогенно в значимых количествах или выполнять пластическую функцию (например, холин, инозит, липоевая кислота), классифицируются как витаминоподобные вещества.
По физико-химическим свойствам витамины подразделяются на водорастворимые и жирорастворимые. Водорастворимые витамины (группа В, витамин С) не обладают способностью накапливаться в тканях организма, их излишки быстро экскретируются с мочой. Это обусловливает необходимость их непрерывного ежедневного поступления. Жирорастворимые витамины (А, D, Е, К) способны депонироваться в жировой ткани и печени, что, с одной стороны, формирует резерв на случай алиментарного дефицита, а с другой — создает высокий риск развития токсических гипервитаминозов при их избыточном поступлении.
Патологические состояния, связанные с витаминным дисбалансом, классифицируются на авитаминозы (тяжелые заболевания, развивающиеся при глубоком и длительном дефиците витамина), гиповитаминозы (наиболее распространенные состояния частичной недостаточности, проявляющиеся неспецифической симптоматикой — утомляемостью, снижением иммунитета) и гипервитаминозы (интоксикации избытком витаминов). В современных условиях доминируют полигиповитаминозы — сочетанная недостаточность нескольких витаминов, развивающаяся вследствие преимущественного потребления рафинированных, термически обработанных продуктов и длительно хранящейся пищи, лишенной свежих нутриентов.
Нарушения всасывания и метаболизма
Патогенез витаминной недостаточности может носить экзогенный (алиментарный) или эндогенный характер. Экзогенный гиповитаминоз обусловлен неадекватным поступлением нутриентов с пищей. Эндогенный гиповитаминоз развивается на фоне достаточного алиментарного обеспечения, но при наличии внутренних блоков всасывания или метаболизма.
Важнейшей причиной эндогенной недостаточности является мальабсорбция — нарушение всасывания в тонком кишечнике при патологиях желудочно-кишечного тракта, печени и поджелудочной железы (особенно критично для жирорастворимых витаминов, требующих эмульгирования желчью). Особую роль играет дисбактериоз: нормальная сапрофитная микрофлора толстого кишечника способна синтезировать ряд витаминов (В1, В2, В6, В12, РР, К). Однако физиологическое всасывание большинства витаминов происходит в тонком кишечнике, поэтому синтезированные в дистальных отделах ЖКТ соединения усваиваются крайне неэффективно.
Специфическим механизмом патогенеза является действие антивитаминов и фармакологических препаратов, нарушающих утилизацию витаминов на клеточном уровне. Антибиотик неомицин блокирует всасывание витамина А. Авидин (гликопротеин сырого яичного белка) прочно связывает биотин, исключая его из обмена. Ацетилсалициловая кислота угнетает утилизацию фолатов, а закись азота инактивирует витамин В12. Ряд транквилизаторов и противотуберкулезных препаратов (гидразиды изоникотиновой кислоты) выступают структурными аналогами витамина РР, встраиваясь вместо него в ферментные системы (НАД и НАДФ) и блокируя клеточное дыхание. Некоторые противоопухолевые цитостатики являются конкурентными ингибиторами фолиевой кислоты. Кроме того, причиной дисбаланса могут служить врожденные генетические дефекты ферментов, ответственных за транспорт или активацию витаминов в организме.
Патология обмена водорастворимых витаминов
Дефицит тиамина (витамина В1) приводит к нарушению окислительного декарбоксилирования пирувата. Это вызывает сбой углеводного обмена, компенсаторную активацию катаболизма белков и жиров, а также дефицит АТФ. Клинически тяжелый авитаминоз В1 проявляется болезнью бери-бери, характеризующейся глубокими поражениями периферической нервной системы (полиневриты, параличи, парестезии) и сердечной слабостью. Существуют отечная и нервно-паралитическая формы заболевания. При хроническом алкоголизме нарушение усвоения тиамина ведет к развитию синдрома Вернике-Корсакова — тяжелой энцефалопатии с потерей памяти и психозами.
Недостаток рибофлавина (витамина В2) нарушает процессы биологического окисления, что ведет к выраженной утомляемости. Развиваются воспалительные поражения слизистых оболочек: угловой стоматит (хейлит), глоссит (ярко-красный воспаленный язык), себорейный дерматит. Специфично поражение органа зрения: конъюнктивит, прорастание роговицы сосудами (васкуляризация) и развитие катаракты.
Дефицит никотиновой кислоты (витамина РР) вызывает пеллагру, клиническая картина которой описывается триадой: дерматит, диарея, деменция. Развивается тяжелая эритема и гиперкератоз на открытых участках кожи, атрофия эпителия желудочно-кишечного тракта, ведущая к профузным поносам и истощению. Поражение центральной нервной системы проявляется апатией, дезориентацией, психозами и галлюцинациями.
Недостаток пиридоксина (витамина В6) нарушает метаболизм аминокислот. Из-за снижения синтеза тормозного нейромедиатора ГАМК (гамма-аминомасляной кислоты) развиваются судороги. Снижение синтеза гема в эритроцитах ведет к развитию гипохромной микроцитарной сидеробластной анемии. Железо, не включенное в гемоглобин, накапливается в сыворотке и макрофагах, вызывая гемосидероз печени, сердца и поджелудочной железы. Дефицит пиридоксаля также вызывает гипергомоцистеинемию, являющуюся мощным фактором риска сердечно-сосудистых патологий. Врожденные патологии (цистатионинурия, гомоцистинурия) ведут к задержке умственного развития и остеопорозу.
Дефицит фолиевой кислоты (витамина В9) сопровождается нарушением синтеза ДНК в интенсивно делящихся клетках. В кроветворной системе это проявляется гиперхромной мегалобластной макроцитарной анемией, лейкопенией и тромбоцитопенией. Поражается эпителий ЖКТ, страдает иммунная система. Фолиевая кислота крайне термолабильна, ее дефицит быстро развивается при отсутствии в рационе свежей зелени.
Недостаточность кобаламина (витамина В12) патогенетически тесно связана с обменом фолатов. B12 не синтезируется ни животными, ни растениями (содержится преимущественно в мясе, субпродуктах, рыбе), что делает строгих вегетарианцев группой высокого риска. Патогенез В12-дефицита включает блок метилирования и накопление метилмалоновой и пропионовой кислот. Эти токсичные метаболиты встраиваются в липиды миелиновых оболочек нервов, вызывая их жировую дистрофию и демиелинизацию (фуникулярный миелоз). Нарушается нервная проводимость, возникают параличи. Параллельно развивается тяжелая мегалобластная анемия. Описаны врожденные дефекты усвоения В12, такие как синдром Имерслунд-Гресбека.
Дефицит аскорбиновой кислоты (витамина С) ведет к нарушению гидроксилирования пролина и лизина, что блокирует синтез полноценного коллагена. Человек утратил способность синтезировать аскорбиновую кислоту. Глубокий авитаминоз вызывает цингу (скорбут). Поражение коллагена сосудистой стенки приводит к системным кровоизлияниям, ослаблению фиксации зубов в альвеолах (выпадение зубов) и разрушению надкостницы с сильными болями в суставах. У детей деформируется грудная клетка из-за нарушения оссификации хрящей. Аскорбиновая кислота является важнейшим системным антиоксидантом, необходимым для синтеза серотонина, катехоламинов и кортикостероидов. Ее дефицит вызывает резкое падение стрессоустойчивости и иммунитета, а также железодефицитную анемию (из-за нарушения всасывания негемового железа).
Патология обмена жирорастворимых витаминов и жирных кислот
Недостаточность ретинола (витамина А) в первую очередь поражает зрительный анализатор и эпителиальные ткани. В сетчатке нарушается синтез родопсина, что приводит к гемералопии (куриной слепоте) — утрате сумеречного зрения. В эпителии развивается метаплазия и гиперкератоз: ороговение эпителия слезных желез вызывает ксерофтальмию (сухость роговицы) и кератомаляцию (размягчение). Подобные атрофические и склеротические изменения захватывают слизистые оболочки дыхательных путей и ЖКТ, открывая ворота для вторичных инфекций.
Дефицит кальциферола (витамина D) у детей манифестирует в виде рахита. Нарушается всасывание кальция и фосфора в кишечнике. Процесс оссификации подавляется, костная ткань замещается неполноценным остеоидом, хрящи не резорбируются, что ведет к тяжелым деформациям скелета (искривление конечностей, изменение формы черепа и грудной клетки).
Недостаточность токоферола (витамина Е) приводит к критическому снижению антиоксидантной защиты липидов клеточных мембран. Свободнорадикальному разрушению наиболее подвержены эритроциты (возникает гемолиз), нейроны и кардиомиоциты. Усугубляются процессы клеточного старения. Дефицит может развиваться при патологиях желчевыводящих путей, когда нарушено эмульгирование и всасывание пищевых жиров.
Витамин F, к которому традиционно относят полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК) классов омега-3 и омега-6, играет важнейшую роль в синтезе эйкозаноидов и регуляции липидного обмена. Дефицит омега-3 (содержащихся в рыбе и льняном масле) ведет к прогрессированию атеросклероза, тромбозам и ишемическим инсультам. Однако патологический перекос диеты в сторону избыточного потребления омега-3 на фоне дефицита омега-6 (встречается в популяциях, питающихся исключительно морепродуктами) может приводить к снижению свертываемости крови и повышению риска геморрагических инсультов.
Патогенез гипервитаминозов
Гипервитаминозы характерны исключительно для жирорастворимых витаминов, обладающих выраженной кумулятивной способностью. Острый гипервитаминоз А (часто исторически связанный с употреблением в пищу печени морских животных или белого медведя) вызывает гидроцефалию с выбуханием родничка у детей, сильнейшие головные боли, лихорадку и рвоту. Хроническая интоксикация ретинолом приводит к гепатомегалии, деструкции хрящевой ткани с мучительными болями в костях, гиперкератозу и выпадению волос.
Гипервитаминоз D является тяжелым ятрогенным осложнением, возникающим при передозировке препаратов витамина D (например, при лечении рахита). Патогенез основан на массивной гиперкальциемии. Избыток кальция осаждается в виде нерастворимых фосфатов в мягких тканях. Происходит очаговая кальцификация паренхимы почек, миокарда, легких и сосудистой стенки. Развивается тяжелая почечная и сердечная недостаточность, стойкая артериальная гипертензия. У детей преждевременно закрываются зоны роста скелета, что ведет к необратимой низкорослости.
См. также
Патологическая физиология Обмен веществ Диетология Энзимопатия Гиповитаминоз Антиоксиданты