Пеллагра. Из всех болезней, связанных с витаминной недостаточностью, пеллагра в свое время особенно часто наблюдалась в США. Хотя это заболевание было впервые описано в начале 18 в. в Италии, где и получило свое название, с начала 20 в. оно широко распространилось в США. Чаще всего пеллагрой страдали бедняки из сельских районов, которые питались очень однообразно, в основном кукурузой и жирным мясом. При пеллагре наблюдаются понос, рвота, головокружение, дерматит и другие повреждения кожи, отек языка с развитием изъязвлений преимущественно под ним, а также на деснах и слизистой нижней губы, потеря аппетита, головная боль, депрессия и слабоумие. Страдавших этим заболеванием часто направляли в больницы для умалишенных. В 1937 было установлено, что от пеллагры излечивают никотиновая кислота (ниацин) или ее амид (никотинамид). Хотя никотиновую кислоту выделили из дрожжевого экстракта еще в 1912, до 1937 никто не подозревал, что именно это вещество может быть использовано для профилактики и лечения пеллагры. Изменение рациона питания привело к почти полному исчезновению пеллагры в США.
Мегалобластная анемия. У животных эритроциты и лейкоциты вырабатываются в костном мозге. Поскольку время жизни этих клеток невелико, костный мозг должен постоянно их вырабатывать. Процесс образования новых кровяных клеток носит название гемопоэза. Для того чтобы он шел нормально, необходимо присутствие двух витаминов, и если хотя бы одного из них нет, костный мозг подвергается изменениям (видимым под микроскопом) и вместо эритроцитов начинает производить аномальные клетки – мегалобласты. В результате развивается мегалобластная анемия . Одну из форм этого заболевания называют пернициозной, т.е. злокачественной, анемией, поскольку в отсутствие лечения она всегда имеет смертельный исход. До 1920 не знали ни одного средства лечения пернициозной анемии. Впоследствии, однако, было обнаружено, что в случаях потребления большого количества печени болезнь принимает более легкую форму. Столь же эффективны оказались концентрированные экстракты печени, в особенности при внутримышечном введении: создавалось впечатление, что усвоению этих экстрактов, принятых через рот, что-то мешает. В конце концов причина была найдена: в желудке больных пернициозной анемией не вырабатывался т.н. внутренний фактор, входящий в состав желудочного сока и необходимый для всасывания витамина В12. В настоящее время для лечения этого заболевания назначают инъекции витамина В12, т.е. того витамина, который присутствует в концентрированных экстрактах печени.
В начале 1930-х годов установили, что в тропических странах беременные женщины часто страдают мегалобластной анемией, которая не поддается лечению инъекциями концентрированных экстрактов печени. Однако заболевание излечивалось при потреблении сырой печени или экстрактов дрожжей. Анемию удалось искусственно вызвать у обезьян и кур; вещество, пригодное для ее профилактики и лечения, вскоре выделили как из печени, так и из дрожжей, и химически синтезировали. Оказалось, что это вещество – фолиевая кислота – играет значительную роль во многих биохимических процессах, особенно в синтезе нуклеиновых кислот.
Цинга. Многие века моряки и путешественники страдали от цинги – очень тяжелого заболевания, при котором человек сильно худеет, испытывает постоянную усталость и боли в суставах. Болезнь часто заканчивалась смертельным исходом. В 1536 во время зимней экспедиции Жака Картье по Южной Канаде 26 его спутников умерли от цинги. Остальные путешественники вылечились с помощью водного экстракта сосновой хвои – средства, которое использовали индейцы. Двести лет спустя хирург британского флота Дж.Линд показал, что болезнь моряков можно лечить свежими овощами и фруктами, и с 1795 на всех британских кораблях стали добавлять к рациону сок цитрусовых.
Прошло еще столетие, прежде чем цингу стали изучать в лабораториях. В 1907 обнаружили, что ее можно искусственно вызвать у морских свинок (у других лабораторных животных заболевание не развивалось), если кормить их только овсяными зернами и отрубями. Излечивать морских свинок от цинги удавалось лимонным соком, однако выделенное из лимонного сока активное вещество в чистом виде быстро разлагалось на воздухе. Только в 1931 был получен в кристаллической форме витамин С, который излечивал морских свинок от цинги. Его удалось выделить из лимонного сока, коры надпочечников и сладкого перца. По своей структуре это вещество, названное аскорбиновой кислотой, оказалось родственным гексозам. Вскоре его синтезировали химическим путем, после чего было быстро налажено дешевое производство нового витамина.
Витамин A представляет собой жирорастворимый спирт бледно-желтого цвета, который образуется из красного растительного пигмента бета-каротина (провитамина A). В организме животных и человека происходит превращение бета-каротина в витамин A. Поэтому каротин можно рассматривать как растительную форму витамина A. И витамин A, и бета-каротин – ненасыщенные соединения, они легко окисляются на воздухе и разрушаются. Раньше основным источником концентрированного витамина A служил рыбий жир, в основном из печени акулы. В настоящее время этот витамин синтезируют химическим путем.
Активность витамина A определяют биологически, по его способности стимулировать рост крыс, испытывающих дефицит этого витамина. Одна единица витамина A ежедневно – доза, достаточная для выживания таких крыс и их медленного роста. В одном грамме витамина A содержится около трех миллионов единиц.
Физиологическая роль витамина A состоит в поддержании нормального состояния прежде всего эпителиальных тканей (в том числе слизистых оболочек), а также нервной и костной тканей. От витамина A зависит способность видеть при слабом освещении. Дело в том, что важным компонентом сетчатки является производное витамина А, родопсин, или зрительный пурпур, который принимает участие в зрительном процессе. Недостаточность витамина A ведет к утрате родопсина, что, в свою очередь, вызывает ночную («куриную») слепоту, т.е. неспособность видеть в сумерках. Благодаря своей роли в деятельности сетчатки витамин А получил название «ретинол» (от retina, сетчатка). Ежедневная потребность взрослого человека в витамине A – ок. 5000 единиц. При продолжительном приеме более высоких доз он оказывает токсическое действие. Важными источниками бета-каротина служат зелень, морковь и другие зеленые и желтые овощи. Витамин A содержится в рыбьем жире, яичном желтке и масле. В печени пресноводных рыб встречается другая форма витамина A – витамин A2.
Витамин D структурно связан со стероидными соединениями – классом жирорастворимых веществ, входящих в состав животных тканей, грибов и различных растений. Витамин D – это семейство соединений, каждое из которых образуется из определенного стерина, своего предшественника. Стерины (их называют также стеролами) представляют собой органические вещества, в структуру которых входит несколько сочлененных колец, образованных атомами углерода; под действием ультрафиолетового света одно из колец раскрывается, и стерин превращается в витамин D. Эта уникальная реакция протекает в коже позвоночных, но несвойственна растениям. Поэтому витамин D не может быть получен с растительной пищей, а образуется под действием прямого солнечного света в животном организме и может запасаться в нем (главным образом в печени, а также в жировой ткани). Одна из его форм – витамин D2, или эргокальциферол, – образуется при облучении ультрафиолетовым светом эргостерина, природного стерина, получаемого в больших количествах из дрожжей. У животных витамин D представлен в основном в форме витамина D3, или холекальциферола. Он более активен, чем витамин D2, и образуется при облучении 7-дегидрохолестерина. Активность обеих форм витамина определяют по их способности вызывать отложение минеральных веществ (в основном фосфата кальция) в костях молодых крыс. Витамин D имеется в жирах, выделенных из печени костных рыб.
Витамин D3 увеличивает всасывание кальция в тонком кишечнике. Точнее говоря, эту функцию выполняют его производные, образующиеся в организме. (Эти метаболиты сейчас рассматриваются как стероидные гормоны, а сам витамин D – как гормон, образующийся в коже.) Наиболее активным из производных является 1,25-дигидроксихолекальциферол [сокращенно: 1,25-(OH)2D3]; он вырабатывается в почках из 25-гидроксихолекальциферола [25-(OH)D3], образующегося в печени непосредственно из витамина D3. По-видимому, это высокоактивное производное витамина D3 индуцирует синтез кальций-связывающего белка в стенке тонкого кишечника. Витамин D2 также превращается в организме в вещество со сходным механизмом действия, 1,25-дигидроксиэргокальциферол [1,25-(OH)2D3].
Поскольку витамин D регулирует процесс усвоения кальция и фосфора, он играет ключевую роль в нормальном формировании костей и зубов. Нужнее всего он беременным женщинам и детям. Если растущему организму, у которого только формируются кости, не хватает витамина D, содержание кальция и фосфора в крови падает ниже нормального уровня, и кости размягчаются и деформируются. В этом случае дети страдают рахитом, а у беременных женщин развивается аналогичное заболевание, называемое остеомаляцией. Открытие витамина D позволило почти полностью победить рахит во многих северных странах, где световой день зимой очень короток и витамина D в коже образуется мало; в настоящее время детям повсеместно назначают витамин D. Обычные оконные стекла не пропускают ультрафиолетовый свет, необходимый для образования витамина D.
Один грамм витамина D соответствует 40 млн. единиц активности. Ежедневная потребность как детского организма, так и беременных и кормящих женщин – 400 единиц. Известны случаи, когда для лечения некоторых форм артрита назначали гораздо большие дозы. Однако в высоких дозах витамин D может оказывать токсическое действие.