Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-1 Kapitola 16 Vitaminy Vitaminy jsou organické látky, které člověk nedovede vytvořit a musí je přijímat v potravě, a které jsou ve stopových množstvích (mikrogramy až miligramy/den) nezbytné pro normální zdraví, růst a reprodukci. Některé látky, považované za vitaminy, ne zcela vyhovují uvedené definici, protože si je člověk dokáže, alespoň částečně, syntetizovat z prekurzorů, které jsou běžnou součástí jeho metabolismu: např. vitamin D z cholesterolu či niacin z tryptofanu. 16.1. Rozdělení vitaminů Jak byly vitaminy postupně objevovány, zjistilo se, že jsou buď rozpustné ve vodě, nebo v tucích. Tato jejich vlastnost byla použita pro jejich rozdělení do dvou velkých skupin, na A. vitaminy rozpustné v tucích (A, D, E, K) B. vitaminy rozpustné ve vodě (vitaminy skupiny B a vitamin C). A. Vitaminy rozpustné v tucích Vitamin Triviální chemický název Obecná role Symptomy deficitu či choroba Přímé a nepřímé stanovení A1 Retinol Vidění, růst, reprodukce Nyktalopie, xeroftalmie, keratomalacie **) Fotometrie, fluorimetrie, adaptace na tmu, RIA, HPLCA2 3-Dehydroretinol D2 Ergokalciferol Modulace metabolismu Ca 2+ , kalcifikace kostí a zubů Rachitida (děti), osteomalacie (dospělí) CPB *) , HPLC D3 Cholekaciferol E Tokoferoly  Antioxidanty nenasycených lipidů Peroxidace lipidů, fragilita erytrocytů, hemolytická anémie Fotometrie, HPLC, hemolýza erytrocytů K1 Fylochinony Krevní srážení Vzrůstající koagulační čas, krvácení (děti) Fotometrie, HPLC, protrombinový čas, RIA (abnormální protrombin)K2 Menachinony *) CPB = competitive protein binding (kompetitivní vazba bílkovin, ligandové techniky, vazebné testy) **) nyktalopie = neschopnost vidět ve tmě xeroftalmie = vysychání spojivky a rohovky oka keratomalacie = změknutí rohovky oka s postupným vznikem perforace O O CH3 CH3 CH3CH3 CH3CH3 Vitamin K1 Fylochinon Zdroj: rostliny Vitaminy K2 Menachinony Zdroj: bakterie O O CH3 CH3 CH3 CH3 n = 1-12 O OH CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3CH3 CH3 Vitamin E -Tokoferol O O CH3 Vitamin K3 Menadion (syntetický) Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-2 B. Vitaminy rozpustné ve vodě Vitamin Triviální chemický název Obecná role Symptomy deficitu či choroba Přímé a nepřímé stanovení B1 Thiamin Metabolismus sacharidů, nervová funkce Beriberi, WernickeKorsakoffův syndrom Fluorimetrie, mikrobiologie, transketoláza B2 Riboflavin Oxidačně-redukční reakce Angulární stomatitida, dermatitida, fotofobie Fluorimetrie, HPLC, mikrobiologie, glutathion reduktáza B6 Pyridoxin, pyridoxal, pyridoxamin Metabolismus aminokyselin, fosfolipidů a glykogenu Epileptiformní křeče, dermatitida, hypochromní anemie Mikrobiologie, HPLC, tyrosin dekarboxyláza Niacin Kyselina nikotinová Oxidačně redukční reakce Pelagra Mikrobiologie, fluorimetrie Niacinamid Nikotinamid Kyselina listová Kyselina pteroylglutamová Biosyntéza nukleových kyselin a aminokyselin Megaloblastická anemie CPB *) , mikrobiologie B12 Kyanokobalamin Metabolismus aminokyselin a rozvětvených oxokyselin Perniciosní a megaloblastická anemie, neuropatie CPB, mikrobiologie Biotin - Karboxylační reakce Dermatitida Mikrobiologie, fotometrie, karboxylázy Kyselina pantotenová - Obecný metabolismus Syndrom hořících šlapek (chodidel) Mikrobiologie C Kyselina askorbová Tvorba pojivových tkání Skorbut (kurděje) Fotometrie *) CPB = competitive protein binding (kompetitivní vazba bílkovin, ligandové techniky, vazebné testy) N N NH2 CH3 N + S CH3 OH Cl Vitamin B1 Thiamin chlorid N O NH2 Vitamin B3 Niacinamid; Nikotinamid Vitamin B7 Biotin; Vitamin H (srovnej s textem v kapitole 13, na str.13-31 a 13-32) N N N NH O O OH OH OH OH CH3 CH3 H H H HH Vitamin B2 Riboflavin (srovnej se vzorcem FAD v kapitole 7, na str. 7-1) O ONH OH OH CH3 CH3 OH Vitamin B5 Kyselina pantothenová S N H NHOH O H H O N N H N N NHO O O NH2 NH O OH OH Vitamin M Kyselina listová Vitamin B1 Pyridoxamin N OH OH CH3 OH N NH2 OH CH3 OH Vitamin B1 Pyridoxin; Pyridoxol (srovnej s reakčním schématem AST v kapitole 15, na str.15-316) Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-3 16.2. Úloha vitaminů v organismu Pojem „vitamin“ pochází od polského biochemika Kazimira Funka a je vytvořen z latinského vita, život a „amin“, čili „životní amin“. Název se udržel dodnes, i když dobře víme, že se rozhodně nejedná o amíny, ale o skupinu značně různorodých látek. Kazimír Funk byl polský biochemik židovského původu, rodák z Varšavy. Zemřel v New Yorku ve Spojených státech amerických. Je považován za objevitele vitaminů, protože byl první, kdo popsal vitamin B1, i když práce o „nezbytných prvcích“ a „přídatných faktorech potravy“, mu předcházely. Funk také vyvinul účinný preparát proti polyneuritidě (beri-beri) vyvolané u holubů loupanou rýží. Tento pojem je relativní, protože mnohé látky, které řadíme mezi vitaminy, tj. přídatné živiny důležité pro člověka, nemusí být vitaminem pro jiný živočišný druh. Typickým příkladem je kyselina askorbová, vitamin C, kterou člověk nezbytně potřebuje, ale např. krysa si ji dokáže syntetizovat sama. Pro ni kyselina askorbová vitaminem není. Proto je nutné udávat, pro jaký druh je daná látka vitaminem. Rostliny a mnoho „primitivních“ organismů si umí syntetizovat všechny potřebné látky z nejjednodušších součástí, z vhodných zdrojů uhlíku, dusíku, minerálních látek a energie. „Vyšší“ organismy tuto schopnost ztratily. Vitaminy jsou potřebné pro výstavbu koenzymů, slouží při katalýze biochemických reakcí. Nedostatek (i relativní) vitaminu vede k charakteristickým chorobám, či poruchám z nedostatku. Přitom je zajímavé, že tento nedostatek se neprojevuje všeobecným poškozením, jak by se z biochemické funkce vitaminů dalo předpokládat, ale právě specifickým onemocněním či poruchou. Některé příklady jsou uvedeny v tabulkách na předchozích stranách. Příčiny nedostatku (deplece) vitaminů: - nedostatečný příjem v potravě - porucha absorpce v GIT - porucha utilizace (využití) - zvýšená potřeba vitaminů - zvýšená degradace (inaktivace) či exkrece vitaminů  Hypovitaminóza, případně avitaminóza: nedostatek či chybění určitého vitaminu; bývá doprovázena typickými příznaky; někdy se jedná o nedostatek více vitaminů najednou  Subklinická hypovitaminóza: dá se prokázat pouze jako snížená koncentrace vitaminů v tělesných tekutinách nebo tkáních Hypovitaminóza se rychleji vyvíjí u vitaminů rozpustných ve vodě (s výjimkou vitaminu B12), protože je tělo neskladuje.  Hypervitaminóza, vysoká koncentrace určitého vitaminu může nastat při jeho zvýšeném příjmu v dietě a může být pro organismus nebezpečná. Platí to zejména pro vitaminy rozpustné v tucích, které mohou být akumulovány v tukových tkáních. Např. zvýšený příjem vitaminu D vede k lámavosti kostí, hlavně u starších lidí. Také např. vysoké koncentrace vitaminu A jsou toxické. Vitaminy rozpustné ve vodě se neskladují a jejich přebytek se prakticky okamžitě vylučuje močí. Proto jsou, vitaminy rozpustné ve vodě, oproti vitaminům rozpustným v tucích, relativně netoxické. Nepříznivé důsledky nadbytku vitaminu A byly pozorovány u polárních badatelů, živících se místní zvěří, kterou konzumovali včetně vnitřností, tj. i jater, kde se vitamin A kumuluje a jehož koncentrace v této tkáni, je např. u ledního medvěda značná. Kazimierz Funk 23.2.1884 – 19.11.1967 Polský biochemik objevitel vůbec prvního vitaminu (B1), nazývaný „objevitel vitaminů) Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-4 16.3. Způsoby stanovení vitaminů Přímé měření koncentrace vitaminu  v krvi: E, A, -karoten, B12, kyselina listová  v moči: B1, niacin (prostřednictvím jeho metabolitu N-metylnikotinamidu) Měření sérové či močové koncentrace typického metabolitu Metabolit se hromadí v těle následkem blokády enzymové reakce vyžadující jako koenzym chybějící vitamin. Příklad: při deficitu vitaminu B12 stoupá vylučování kyseliny metylmalonové v moči (nemůže být přeměněna na sukcinyl-CoA) Měření koncentrace hromadícího se metabolitu po zátěži substrátem Příklad: k přeměně homocysteinu je zapotřebí vitaminů B6, B12 a kyseliny listové; deficit kteréhokoliv z těchto vitaminů vede ke zvýšené hladině homocysteinu, vzestup se zvýrazní po zátěži metioninem; k vzestupu nedojde po předchozím podání chybějícího vitaminu Zvýšení aktivity vhodného enzymu po dodání koenzymu Koenzym je derivátem příslušného vitaminu. Měří se aktivita enzymu v séru pacienta bez přídavku a s přídavkem koenzymu. Příklad: měří se aktivita ALT či AST po přidání pyridoxalfosfátu (příslušný vitamin je pyridoxin, čili B6) Saturační testy Nejčastěji se provádí saturační test po podání vitaminu C – při nedostatku tohoto vitaminu dochází k jeho zvýšenému vychytávání a v moči se objevuje nulové nebo minimální množství vitaminu (při dostatečné saturaci tkání vitaminem se většina podaného vitaminu C vyloučí močí) Stanovení produktu vytvořeného působením vitaminu Příklad: při nedostatku vitaminu K se mění koncentrace koagulačních faktorů na tomto vitaminu závislých (změny v hodnotách příslušných koagulačních testů, užívá se tzv. protrombinový čas), na hladinu vitaminu E lze usuzovat i ze stupně hemolýzy erytrocytů po působení peroxidu vodíku, případně některých dalších reagencií. 16.4. Metody stanovení některých konkrétních vitaminů 16.4.1. Vitamin A Vitamin A (retinol, axeroftol) se přijímá potravou buď přímo nebo ve formě provitaminu -karotenu, který se ve střevě hydrolyzuje na dvě molekuly vitaminu A. V tenkém střevě se vstřebává i samotný -karoten a jeho dostatečná hladina se užívá jako ukazatel neporušené absorpce lipidů. Aktivní formou vitaminu A je 11-cis-retinal. Vitamin je nezbytný pro vidění, správnou tvorbu a rohovatění pokožky a funkci sliznic. Dobře známou funkcí vitaminu A je jeho účast na výstavbě očního purpuru (rodopsinu). Stanovuje se v plazmě, příležitostně v séru, vzácně v plné krvi: 1. SbCl3 v chloroformu dává s retinolem modré zbarvení fotometrovatelné při 620 nm. Místo chloridu antimonitého lze užít i kyselinu trifluoroctovou či trichloroctovou, tím se dosáhne vyšší senzitivity metody. 2. Modré zbarvení dává i 1,3-glyceroldichlorhydrin aktivovaný chloridem antimonitým. 3. Kombinované metody skládající se ze  separační techniky (např. HPLC, extrakce do organických rozpouštědel apod.)  fotometrické/spektrofotometrické/fluorimetrické techniky 4. Techniky využívající pouze chromatografické metody ( GC i LC) s ionizačním detektorem (FID), s detekcí pomocí hmotové spektrometrie (MS) či UV detekcí. Poznámka: metody ad 1.a 2. nejsou dostatečně citlivé a specifické OH CH3 CH3CH3 CH3 CH3 Vitamin A - retinol 11-cis-retinal CH3CH3 CH3 CH3 OH CH3 Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-5 Izomerizace (spontánní proces) Doporučené denní dávky A (retinol) Muži [mg] Ženy [mg] 1,00 0,80 těhotné ženy (od 4. měsíce) - 1,10 senioři 1,50 1,50 parenterální potřeba /24 h 1,00 1,00 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha Orientační referenční hodnoty A (retinol) Muži [mo/l] Ženy [mo/l] sérum - dospělí 1,05 – 2,27 0,83 – 1,75 sérum - novorozenci 1,22 – 2,60 1,22 – 2,60 sérum - děti 1,05 – 2,80 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha Zdroje vitaminu A: Játra, mléčné produkty a tučné ryby, vaječný žloutek, žlutá aa oranžová zelenina (zdroj karotenů), listová zelenina, sušené meruňky. 16.4.2. Vitamin D (D3) Vitamin D je přiváděn do organismu jako živočišný cholekalciferol (vitamin D3) nebo jako rostlinný ergokalciferol (vitamin D2). V organismu se tvoří vitamin D3 z cholesterolu, resp. z jeho metabolitu 7-dehydrocholesterolu, v kůži působením UV-paprsků (endogenní vitamin). Z uvedeného je zřejmé, že vlastně tato látka neodpovídá definici vitaminu ( ... organické látky, které člověk nedovede vytvořit a musí je přijímat v potravě... ), neboť člověk si ho ve svém organismu vytvořit dovede. Provitamin D3 se následně spontánně mění na svůj izomer cholekaciferol (ve schématu nahoře naznačeno šipkou). Hlavní zásobní formou je 25-hydroxycholekalciferol. CholekalciferolErgokalciferol OH CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 7-dehydrocholesterol OH CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 Provitamin D3 uv CH2 OH CH3 CH3 CH3 CH3 CH2 OH CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 kůže Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-6 Účinnou formou vitaminu je 1,25-dihydroxycholekalciferol (kalcitriol). Přeměna na tuto aktivní formu probíhá nejprve v játrech, kde dojde k hydroxylaci cholekarciferolu (kalciolu) na kalcidiol. Následuje další hydroxylace za působení parathormonu (PTH) a z kalcidiolu vzniká aktivní kalcitrilol. Podle posledních výzkumů probíhá tato fáze z 15% v ledvinách a z 85% v ostatních tkáních (svaly, prs, prostata, makrofágy, B lymfocyty aj.). Kalcitriol je schopen sám řídit v těchto buňkách vlastní biosyntézu (autokrinní působení). I proto (ale nejenom proto) se stále častěji mluví ne o vitaminu, ale o hormonu D. Všechny ostatní formy (skupina látek zv. kalciferoly) lze považovat za prekurzory hormonu kalcitriolu. V plazmě se vitamin D a jeho metabolity vážnou na protein vázající vitamin D (VDBP, vitamin-D binding protein; VDBP patří mezi -globuliny), který je transportuje do cílových tkání. Přehled názvosloví II Vitamin Chemické složení Poznámka D1 směs ergokalciferolu a lumisterolu v poměru 1:1 lumisterol je stereoizomer ergokalciferolu D2 ergokalciferol D3 cholekalciferol D4 25-dihydroergokalciferol D5 sitokalciferol Přehled názvosloví I kalciol = cholekalciferol = vitamin D3 kalcidiol = 25-hydroxycholekalciferol = (hlavní zásobní forma vitaminu D) kalcitriol = 1,25-dihydroxycholekalciferol = fyziologicky aktivní erkalciol = ergokalciferol = vitamin D2 CH2 OH CH3 CH3 CH3 CH3 CH2 OH CH3 CH3 OH CH3 CH3 OH Cholekalciferol (kalciol) 25-hydroxycholekalciferol (kalcidiol) 1,25-dihydroxycholekalciferol (kalcitriol) hepatocyt vitamin D 25-hydroxyláza ledviny (15%), proximální tubulus ostatní tkáně (85%) 25-hydroxyvitamin D3 -1--hydroxyláza PTH CH2 OH CH3 CH3 OH CH3 CH3 Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-7 Význam vitaminu D v organismu  Vitamin D hraje zásadní roli v metabolismu vápníku a fosforu. Nedostatek vitaminu D je dnes spojován nejen s poruchami kostního metabolismu typu křivice, osteomalacie, osteoporózy (viz Kapitola 16. Odstavec 16.6. 1. Vlastní markery kostního metabolismu, str. 16-22).  Uvádí se, že vitamin D přímo či nepřímo ovlivňuje (jako hormon) asi 3% lidského genomu.  Většina buněk je vybavena receptorem pro vitamin D, z čehož se dá oprávněně předpokládat, že tuto látku ke svému metabolismu buňky potřebují.  Receptory pro vitamin D vykazují určitý polymorfismus, který způsobuje i různorodý „přístup“ buněk k vitaminu D. Vzhledem k tomuto a k jeho hormonálním aktivitám, jsou hladiny tohoto hormonuvitaminu spojovány také s o aktivitou imunitního systému, o prevencí určitých typů rakovin (prsu, plic, kolorekta, prostaty), o prevencí kardiovaskulárních onemocnění, o vývojem plodu, o insulínovou resistencí, o roztroušenou sklerózou, o dokonce i schizofrenií a depresemi a mnoha dalšími. V poslední době se množí práce na téma všeobecného nedostatku vitaminu D v populacích. Způsob života bez dostatečné expozice slunci (omezené jak časově, tak ochrannými krémy), dietní návyky (nedostatek vitaminu D z přirozených zdrojů (ryby a ostatní – zejména – mořští živočichové) i některé choroby (malabsorpce) vedou, dle těchto prací, k nedostatku vitaminu D v organismu a pravděpodobně i ke vzniku (či podpoře) mnoha chorob. Poněkud se změnily i názory na předávkování vitaminem D, které může vést k intoxikaci, kdy projevem je hyperkalcémie. Poslední výzkumy ukázaly, že ani pětinásobek doporučované denní dávky dlouhodobě podávaný nevede k intoxikaci. Orientační referenční hodnoty D (vitamin D3) Muži [nmo/l] Ženy [nmo/l] sérum – děti, 1,25 (OH)2 0,075 -0,175 sérum – dospělí, 1,25 (OH)2 0,050 – 0,200 sérum – léto – dospělí, 25-OH 50 – 300 sérum – zima – dospělí, 25-OH 25 – 125 sérum – léto – zdravé osoby, 25-OH 41,6 - 192,4 (95% interval) Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha Jiné prameny udávají tyto hodnoty Referenční interval: 60 – 200 nmol/l (tj. cca 900 – 3000 IU; 1 IU ≡ Těžký deficit:: <25 nmol/l Nedostatek: 25 – 60 nmol/l Doporučená denní dávka pro doplnění (suplementaci) se pohybuje mezi 1000 – 2000 IU (hodnoty uváděné na farmaceutických výrobcích), ale existují i názory, že uvedená množství jsou nedostatečná a dávkování by mělo být vyšší (5000 – 20000 IU). Metody stanovení vitaminu D Z preanalytického hlediska je vitamin D analytem velmi odolným, v literatuře uváděným jako „solid as rock“ (pevný jako skála): je stálý při laboratorní teplotě, odolný při transportu vzorků, vůči světlu i UV záření, vzorky snesou i mnohonásobné zamrazování a rozmrazování. V praxi se stanovují  kalciferol,  25-hydroxycholekalciferol a  1,25-dihydroxycholekalciferol. Vzhledem k absenci primárního standardu však není jisté, co konkrétně se při užití dané metody vlastně stanovuje. Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-8 Využívají se  RIA metody,  kombinace extrakce organickými rozpouštědly a chromatografických metod,  kombinace HPLC a fotometrie v UV oblasti,  vazebné testy na principu soutěživé (kompetitivní) vazby na VDBP (Vitamin D-Binding Protein BP) a  vazebné testy na principu nesoutěživé vazby na receptory pro vitamin D.  Nejvíce užívané metody jsou chemiluminiscenční imunochemické techniky a  LC-MS/MS (kapalinová chromatografie s tandemovou hmotnostní spektrometrií), přičemž tato metoda je analyticky vhodnější k danému účelu. V současné době dochází k poměrně vysokému nárůstu požadavků na stanovení vitaminu D, uvádí se, že mnohdy o 50 – 100%, případně i více oproti předchozímu stavu. Zlepšila se i technologie stanovení a začíná se prosazovat stanovení 25-hydroxycholekalciferolu. Jednou z posledních novinek na trhu v této oblasti je stanovení 25-hydroxycholekalciferolu neboli 25-OH Vitaminu D technikou jednostupňové imunonalýzy se zpožděnou chemiluminiscencí na mikročásticích (One Step Delayed Chemiluminiscent Microparticle Immunoassay, CMIA) na imunochemických analyzátorech Architect fy Abbott. Standardizovaná metoda stanovení celkového vitaminu D na analyzátorech ADVIA Centauru je popsána na stránkách firmy Siemens. Tam je možno najít i video o metodě (zde). Zdroje vitaminu D: Mořské ryby z chladných vod (makrela, sleď, tuňák), játra, mléko, máslo, vaječný žloutek; přiměřená dávka slunečního záření na velkou plochu obnažené kůže. 16.4.3. Vitamin C Působení vitaminu C (kyseliny askorbové) v organismu je velmi rozmanité. Uplatňuje se jako antioxidační činidlo (spolu s -tokoferolem, -karotenem, koenzymem Q10, katalázou, superoxiddismutázou, Se a Zn), jako přenašeč elektronů při redoxních pochodech, aktivuje mnohé enzymy, účastní se metabolismu některých aminokyselin, aktivuje mnoho enzymů, spolupůsobí při absorpci nehemového železa, při syntéze steroidních hormonů, lipidů, proteinů, ovlivňuje metabolismus cukrů a minerálních látek, chrání před oxidací SH-skupiny a adrenalin, specifickou rolí při biosyntéze kyseliny chondroitinsírové zasahuje do tvorby vaziva (syntéza kolagenu, viz též str. 16-21 v kapitole 16) a mezibuněčných hmot a má význam pro cévní integritu. Zúčastňuje se také přeměny cholesterolu na žlučové kyseliny, jeho nedostatek vede ke zpomalení degradace cholesterolu a k jeho hromadění. Ovlivňuje metabolismus kyseliny listové, karnitinu a histaminu. Je důležitý pro reakce bílých krvinek, imunitní odpověď a alergické reakce. Redukuje účinky toxických kovů. Udržuje strukturální i funkční integritu důležitých imunitních buněk. Těžký deficit vitaminu C (kyseliny askorbové) se projevuje jako skorbut a je poměrně vzácný. Subklinický deficit je poměrně častý zvl. u starších lidí a prokazuje se saturačním testem. Projevy nedostatku jsou únava, svalová bolest a slabost, nechutenství, zvýšený sklon k infekcím, zhoršené hojení ran, anemie, hemorhagie, petechie, křehké a zduřelé dásně, změny tvorby kolagenních struktur chrupavek a kostí, deprese. Metabolitem vitaminu C je kyselina šťavelová, při poruše ledvinných funkcí může snížené vylučování vitaminu C vést k tvorbě ledvinných oxalátových kamenů (whewellit, weddellit). Vitamin C se stanovuje v séru (plazmě) a v leukocytech, lze stanovit i v moči. 1. Pro stanovení v plazmě lze užít např. titraci 2,4 –dichlorfenolindofenolem (Tillmansovo činidlo). Výsledkem je změna modrého zbarvení na růžové. Metodu lze upravit i na fotometrické stanovení, existuje i modifikace ve formě testu na jazyku, kdy se měří čas potřebný k odbarvení původně modrého zbarvení. 2. Pro stanovení v moči lze použít tvorbu osazonů kyseliny askorbové s 2,4DNPH. Osazon je rozpustný v kyselině sírové. Výsledné červené zbarvení je fotometrovatelné při 540 nm. Místo DNPH se používá i diazotovaný 4metoxy-2-nitranilin. Byly vyvinuty i techniky fluorimetrické a HPLC. Doporučené denní dávky C (askorbát) Muži [mg] Ženy [mg] <50 let) 100 60 >50 let 90 75 parenterální potřeba /24 h 100 100 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha O OH OH O OH OH Vitamin C Kyselina askorbová Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-9 Orientační referenční hodnoty C (askorbát) Muži Ženy plazma 34 – 114 [mol/l] leukocyty 20 – 53 [g/10 8 leukocytů] leukocyty 1,14 – 3,00 [fmol/leukocyt] Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha Zdroje vitaminu C: Brambory (relativně nízký obsah, ale stálý přísun), paprika, černý rybíz (vynikající kombinace s pektiny), jahodys, nať petržele, křen, šípky, citrusové plody (a šťávy z nich). Poznámka: Zvýšený obsah kyseliny askorobové v moči (podávání vitaminů a vitaminových směsí) může interferovat s průkazem glukózy na indikátorovém proužku (nutná ploška pro indikaci přítomnosti kyseliny askorbové). 16.4.4. Kyselina listová Pojmy folát a kyselina listová jsou obecné termíny pro skupinu látek odvozených od kyseliny pteroové. Na kyselinu pteroovou jsou vázány glutamáty v počtu n = 1 – 6. Ve vzorci níž je n = 1. Biologicky aktivní jsou pouze redukované formy. V séru i dalších tělesných tekutinách se nacházejí různé formy kyseliny listové, nicméně ústřední látkou je N5-methyltetrahydrofolát. Význam kyseliny listové v organismu Tetrahydrofolát (kyselina 6,7.8,9-tetrahydrolistová) patří mezi koenzymy transferáz, přenáší jednouhlíkaté radikály, zúčastňuje se hlavně při biosyntéze purinů a pyrimidinů, při transmetylacích v metabolismu aminokyselin apod. V metabolismu kyseliny listové se uplatňuje kobalamin, což je součást vitaminu B12. Deficit kyseliny listové může být následkem  absence střevních mikroorganismů (střevní sterilizace)  nedostatečného příjmu ze střeva (chirurgické zásahy, celiakie, malabsorpce)  nedostatku přívodu v potravě  zvýšené spotřeby (v těhotenství, při jaterních chorobách, nádorových onemocněních)  příjmu antagonistů kyseliny listové (metotrexát)  protikřečové léčby (která vyžaduje zvýšenou potřebu kyseliny listové, zejména v době těhotenství). Kyselina pteroová Kyselina glutamová Kyselina pteroylglutamová, tetrahydrolistová (tetrahydrofolát, THF) N H N N N H NH2 O NH NH O OOH OH O N N N NNH2 O NH NH O OOH OH O Kyselina listová CH3 Ve vzorci je naznačena forma N 5 -metyltetrahydrofolátu Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-10 Snížené hladiny sérového folátu byly pozorovány i pacientů s psychickými poruchami a u těhotných žen, jejichž plod měl defekty neurální trubice. Tyto poruchy se objevují čtyřikrát častěji u dětí, jejichž matky v těhotenství neměly dostatečný přívod kyseliny listové. Dalšími projevy nedostatku kyseliny listové jsou megaloblastická anémie a byl zjištěn i vztah mírného deficitu folátu ke kardiovaskulárním onemocněním. Doporučené denní dávky Kyselina listová [mg] Muži [mg] Ženy [mg] <50 let) 0,20 0,18 >50 let 0,40 0,40 těhotné ženy - 0,60 parenterální potřeba /24 h 0,40 0,40 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha, Orientační referenční hodnoty Kyselina listová Muži [mol/l] Ženy [mol/l] sérum - novorozenci [mol/l] 0,016 – 0,072 sérum - dospělí [mol/l] >0,0135 erytrocyty – dospělí [mol/l] >0,360 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha Zdroje kyseliny listové: Vnitřnosti (játra, ledviny), ořechy, kvasnice, listová zelenina, pomerančová šťáva. 16.4.5. Vitamin B12 Také termín vitamin B12 , podobně jako v předchozím případě, odkazuje na skupinu fyziologicky aktivních látek, které se chemicky nazývají kobalaminy či korinoidy. Mají poměrně komplikovanou strukturu, která obsahuje pyrolová jádra seskupená kolem centrálního atomu kobaltu. Pyrolové uskupení připomínající hem (viz Kapitola 7, str. 7-25 a následující) se nazývá korin. Všechny sloučeniny s korinovým jádrem se nazývají korinoidy. Na korin jsou dále navázány, boční nukleotidový řetězec a (nad rovinou korinu) další dodatečný řetězec, ve vzorci vlevo označený „R“ . Kobalaminy R = 5´-deoxyadenosyl: koenzym B12 R = CN: kyanokobalamin, vitamin B12 R = OH: hydroxykobalamin, vitamin B12 R = CH3 -: metylkobalamin, Podle: Wikimedia: NEUROtiker Boční nukleotidový řetězec R Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-11 Právě charakter dodatečných bočních řetězců vázaných na kobalt (nad rovinou korinu) odlišuje jednotlivé kobalaminy, např.:  Kyanokobalamin, vitamin B12, obsahuje kyanidovou skupinu (R = CN), je stabilní sloučeninou a slouží jako referenční látka pro stanovení koncentrace sérových kobalaminů.  Hydroxykobalamin, rovněž vitamin B12, obsahuje hydroxylovou skupinu (R = OH). Vitamin B12 hraje důležitou roli v metabolismu mastných kyselin a alifatických aminokyselin.  5´-deoxyadenosyl kobalamin, koenzym B12, má ve svém vzorci R = 5´-deoxyadenosyl; je fyziologicky důležitou formou a je obsažen zejména v cytosolu.  Metylkobalamin (R = CH3) je formou dominující v séru. Přenáší metylovou skupinu z 5metyltetrahydrofolátu na homocystein za tvorby methioninu, což je důležitý substrát pro další metabolické reakce (zde spolupůsobí kyselina listová; metabolismus viz např. zde). Metabolismus vitaminu B12 pro zvídavé studenty Proces vstřebávání vitaminu B12 je relativně složitý, uplatňuje se zde v žaludku kyselina chlorovodíková, pepsin a glykoprotein produkovaný slinnými žlázami v ústní dutině haptokorin (R-binder protein, R factor, R-protein), který umožňuje vitaminu B12, citlivému na kyselé prostředí, průchod žaludkem do duodena. Zde je z komplexu uvolněn pankreatickou proteázou/proteinasou a v podstatně alkaličtějším prostředí tenkého střeva tvoří nový komplex s vnitřním faktorem (intrinsic factor, gastric intrinsic factor, GIF, S-protein, IF), který se tvoří v parietálních buňkách žaludeční sliznice); tento komplex je vychytáván pomocí specifických receptorů buňkami kartáčového lemu ilea; v enterocytu je opět uvolněn, dostává se do portální vény a část se váže na transkobalamin II (proteinový přenašeč kobalaminu syntetizovaný v endotelových buňkách cév) a v této formě, jako tzv. holokobalamin (holotranskobalamin ,aktivní B12, holoTC), je přenášen krví ke všem buňkám. Zde se mění na jednu ze svých aktivních forem, tj. na adenosylkobalamin a metylkobalamin. Větší část kobalaminu se váže na transkobalamin I a transkobalamin III, proteiny syntetizované v granulocytech.Transkobalamin III dopravuje vitamin do jater, odkud se žlučí dostává do tenkého střeva a znovu podstupuje popsaný koloběh. Kobalamin vázaný na transkobalamin I představuje určitou zásobu vitaminu v plazmě. (Srovnej též s textem věnovaným kobaltu na str. 12-13 v kapitole Železo a stopové prvky). Možnosti poruch vstřebávání jsou, jak je snad zřejmé, mnohé (achlorhydrie, neúčinnost vnitřního faktoru, poruchy terminálního ilea – Crohnova choroba, resekce apod.), a to se ještě mohou zúčastnit kompetice o vitamin někteří parazité nebo střevní bakterie, případně i některé léky (kyselina p-aminosalycilová, některá antibiotika). V některých případech může i chybět přenašeč transkobalamin II. Nedostatek vitaminu B12 v organismu Vitamin B12 se částečně skladuje v parenchymových buňkách jater, část ve formě komplexu s transkobalaminem I v plazmě. Denní potřeba je relativně malá, 1 – 2 g, deficit kobalaminu jako výsledek dietních zvyklostí není obvyklý, snad s výjimkou dlouhodobého striktního vegetariánství. Mechanismy vedoucí k nedostatku vitaminu B12 jsou nastíněny v předchozím odstavci, mezi nejčastější příčiny patří neschopnost tvorby komplexu vitaminu s vnitřním faktorem (abnormální molekula IF, vrozený nedostatek IF, nedostatečná sekrece IF). Nedostatek tohoto vitaminu u lidí vede k megaloblastické anémii, perniciózní anémii, poruchám metabolismu methioninu, narušení syntézy purinů a pyrimidinů, homocysteinurii, methylmalonové acidurii a různým neurologickým příznakům (zmatenost, zhoršená paměť, deprese aj.), může vést ke hromadění abnormálních lipidů v nervovém systému. Stanovení kyseliny listové a vitaminu B12 Metodou první volby stanovení folátu a vitaminu B12 budou zřejmě vazebné testy, dostupné na většině imunochemických analyzátorů. Tím se tyto testy staly přístupnými i méně specializovaným pracovištím (v tomto oboru), např. oddělením klinické biochemie. Metoda ABBOTT: ARCHITECT Active-B12 (Holotranskobalamin); na analyzátorech Architect, chemiluminiscenční detekce, stanovuje se biologicky aktivní forma. Zdroje vitaminu B12: Maso, hovězí a telecí játr, droždí, vejce, mléčné produkty. Tepelnou úpravou stravy dochází ke značnému snížení původního obsahu tohoto vitaminu. O NH2 SH OH Homocystein Methionin CH3 S O NH2 OH Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-12 Doporučené denní dávky B12, CN - kobalamin Muži [g] Ženy [g] <50 let) 2,0 >50 let 2,4 parenterální potřeba /24 h 5,0 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha Orientační referenční hodnoty CN - kobalamin Muži [nmol/l] Ženy [nmol/l] sérum - novorozenci 0,118 – 0,959 sérum - dospělí 0,162 – 0,694 sérum – těhotné ženy [ - <0,125 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha 16.4.6. Vitamin K Látky patřící do této skupiny jsou naftochinony s navázaným postranním řetězcem (srovnej se vzorci vitaminů K na str. 16-1). Jsou to látky rozpustné v tucích, na světle nestabilní. V živočišných tkáních se vyskytuje 7-menachinon (MK-7, forma vitaminu K2) syntetizovaný bakteriemi tlustého střeva (E.coli, Bacillus fragilis). Poznámka pro zvídavé studenty: Vitamin K1, fylochinon, je syntetizován rostlinami. Menachinon, vitamin K2, je produkován bakteriemi. Podle počtu opakujících se izoprenových jednotek se dále rozlišují podtypy, většinou značené zkratkou MK (menachinon/vitamin K) a číslicí vyjadřující počty opakování, MK-n. Běžné typy jsou MK-4, MK- 7, MK-8 a MK-9. Vitamin K3, menadion, je syntetický vitamin, přidávaný do zvířecích krmiv. Asi 50% potřebného vitaminu K se získává potravou, druhá polovina je získávána z bakteriální produkce. Vstřebává se v tenkém a tlustém střevě. Tento proces vyžaduje přítomnost žluče, pankreatických enzymů a nenarušené vstřebávání tuků. Absorpce se děje lymfou, později je krví rozváděn do jater a dalších tkání. Rostlinný fylochinon (K1) získaný potravou a menachinon (K2) bakteriálního původu jsou soustřeďovány v játrech, kde se omezeně ukládají a kde jsou také metabolizovány, především za vzniku epoxidu. Cyklus vitaminu K probíhá na endoplazmatickém retikulu jater, kdy epoxidové produkty jsou transformovány na chinonovou formu vitaminu K. Tuto reakci inhibují antikoagulační látky typu dikumarolu (warfarin). Proto je vitamin K1 specifickým antidotem orálních antikoagulancií tohoto typu. Vitamin K1. Základní funkcí vitaminu K1 v organismu je účast v koagulačních reakcích krve (název vitaminu je odvozen z německého „Koagulation“). Nedostatek vitaminu K1 se projeví sklonem ke krvácení (petéchie), které se obtížně zastavuje. Účast vitaminu K1 v koagulační kaskádě vyplývá z faktu, že je nepostradatelným faktorem při (posttranslační) karboxylaci kyseliny glutamové na kyselinu -karboxyglutamovou (karboxyláza závislá na vitaminu K). Přesněji se jedná o karboxylaci specifických zbytků (reziduí) kyseliny glutamové. Tato reakce je důležitá u koagulačních faktorů (II, VII, IX a X), u proteinů C a S a u osteokalcinu (popsaná karboxylace umožňuje proteinům vázat vápník). Vitamin K2 (jako MK-4) hraje důležitou roli v nekoagulačních dějích (metabolismus a mineralizace kostí, buněčný růst, metabolismus proteinů cévní stěny). Nedostatek vitaminu K Petéchie (drobné krevní výrony do kůže velikosti špendlíku), sklon ke krvácení, hemoragické (charakterizované krvácením) onemocnění kojenců. Nedostatek (deficit) vitaminu K je poměrně vzácný. Dikumarol H O O CH3 CH3 CH3 n MK-n Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-13 Příčinou nedostatku mohou být lékové interakce, příjem vysokých dávek vitaminů A a E a jaterní onemocnění. Příčinou dlouhodobého deficitu mohou být jaterní onemocnění, chronické poruchy funkce slinivky, sprue (syndrom malabsorpce, onemocnění charakterizované poruchou vstřebávání v tenkém střevě, často s následky těžké poruchy výživy), choroby žlučníku, cholestáza, celiakie, zánětlivá střevní onemocnění, střevní krvácení, syndrom krátkého střeva, sterilizace střeva antibiotiky. Doporučené denní dávky: K, vitamin Muži [mg] Ženy [mg] <50 let) 0,080 0,065 >50 let 0,060 0,060 těhotné ženy - 0,060 parenterální potřeba /24 h 0,150 0,150 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha Orientační referenční hodnoty Stanovení vitaminu K Vitamin K lze stanovit metodou HPLC. Zdroje vitaminu K: Zelenina, zvl. s tmavě zelenými listy, některé oleje (fylochinony), sýry a jogurty (fermentované potraviny) a játra přežvýkavců jsou zdrojem menachinonů. Doporučená literatura k hlubšímu studiu: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, ČSKB ČLS JEP a SEKK spol. s r.o., Pardubice 2007, ISBN 978-80-254-1171-1 (což je i literatura, ze které bylo v této kapitole převážně čerpáno). K, vitamin Muži [nmol/l] Ženy [nmol/l] sérum 0,3 – 2,64 Zdroj: Kolektiv autorů, Vitaminy a stopové prvky 2007, SEKK, Katedra klinické biochemie IPVZ Praha Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-14 16.5. Stručné shrnutí kapitoly  Vitaminy jsou organické látky, které člověk nedovede vytvořit a musí je přijímat v potravě, a které jsou ve stopových množstvích (mikrogramy až miligramy/den) nezbytné pro normální zdraví, růst a reprodukci.  Vitaminy se většinou rozdělují do dvou velkých skupin, podle rozpustnosti, na vitaminy rozpustné v tucích (A, D, E, K) a na vitaminy rozpustné ve vodě (skupina B a vitamin C).  Vitaminy jsou potřebné pro výstavbu koenzymů, slouží při katalýze biochemických reakcí.  Nedostatek vitaminu vede k charakteristickým chorobám, či poruchám z nedostatku (hypovitaminóza, avitaminóza), což se neprojevuje všeobecným poškozením, ale specifickým onemocněním či poruchou.  Příčinami nedostatku vitaminu jsou nedostatečný příjem v potravě, porucha absorpce v GIT, porucha utilizace vitaminu, zvýšená potřeba vitaminu, zvýšená degradace, inaktivace či exkrece vitaminu.  Hypervitaminóza ,vysoká koncentrace určitého vitaminu, může nastat při jeho zvýšeném příjmu v dietě a může být pro organismus nebezpečná. Platí to zejména pro vitaminy rozpustné v tucích, které mohou být akumulovány v tukových tkáních.  Vitaminy lze stanovovat v biologickém materiálu o přímo o měřením koncentrace typického metabolitu, měřením koncentrace typického metabolitu po zátěži substrátem, měřením aktivity vhodného enzymu po dodání koenzymu, stanovením produktu vytvořeného působením vitaminu o saturačními testy.  Vitaminy se většinou stanovují na specializovaných pracovištích  Techniky používané pro stanovení jednotlivých vitaminů jsou chromatografie (GC, LC, HPLC) s ionizačním detektorem (FID), s detekcí pomocí hmotové spektrometrie (MS) či s UV detekcí. Spektrofotometrie, fotometrie, fluorimetrie, ligandové techniky.  Z jednotlivých vitaminů byly probrány vitamin A, D, K, C, kyselina listová a B12 o Vitamin A je nezbytný pro vidění, účastní se výstavby rodopsinu; stanovuje se chromatograficky o Vitamin D je do organismu přiváděn jako živočišný cholekalciferol (vitamin D3) nebo jako rostlinný ergokalciferol (vitamin D2). V organismu se tvoří s cholesterolu, konečná přeměna probíhá v kůži, po ozáření UV paprsky. Je důležitý pro metabolismus vápníku. Jedná se spíše o hormon než o vitamin. Moderní názory zdůrazňují význam údajně nedoceněného vitaminu D a korigují názory na jeho toxicitu. Stanovit lze vazebnými testy. o Vitamin K, je souhrnný název pro skupinu látek s obdobnou stavbou molekuly. Pro koagulační děje v organismu je důležitý vitamin K1, syntetizovaný rostlinami. Pro nekoagulační děje je důležitý vitamin K2, syntetizovaný bakteriemi. Nedostatek vitaminu K vede ke krvácivým stavům. Vitamin K se stanovuje metodou HPLC. o Vitamin C má v organismu velmi rozmanité působení a zúčastňuje se mnoha dějů. Těžký deficit vede ke skorbutu. Subklinický deficit se prokazuje saturačním testem. Přímo lze stanovit titračně nebo fotometricky. o Kyselina listová, je souhrnný název pro skupinu fyziologicky aktivních látek, odvozených od kyseliny pteroové; patří mezi koenzymy transferáz, její nedostatek vede k různým projevům, velmi závažný je dopad na plod při jejím nedostatku v těhotenství (defekty neurální trubice). Stanovit lze vazebným testem. o Vitamin B12 odkazuje na skupinu fyziologicky aktivních látek, které se chemicky nazývají kobalaminy či korinoidy. Jejich struktura obsahuje pyrolová jádra seskupená kolem centrálního atomu kobaltu. Toto uskupení připomínající hem se nazývá korin, sloučeniny s korinovým jádrem se nazývají korinoidy. Vitamin B12 (jeho různé formy) se účastní metabolismu mastných kyselin a alifatických aminokyselin, tvorby methioninu aj. Vstřebávání B12 je složité, uplatňují se při něm kyselina chlorovodíková, pepsin haptokorin, pankreatická proteáza, vnitřní faktor a transkobalamin. Možnosti poruch vstřebávání jsou značné. Neostatek B12 vede k různorodým poruchám od anémií přes narušení syntézy purinů a pyrimidinů až k různým neurologickým příznakům. Stanovení B12 je možné ligandovou technikou. Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-15 16.6. Kontrolní otázky 1. Jak jsou definovány vitaminy? 2. Platí tato definice pro všechny látky, které nazýváme vitaminy? 3. Jaké jsou metody měření hladin vitaminů? 4. Existují metody, kdy nezjistíme přesně hladinu, ale přesto víme zda se jedná o dostatečnou saturaci vitaminem? 5. Jaká je úloha vitaminů v organismu? 6. Jaké jsou názory na vitamin D? Je to pouhý vitamin? 7. Co jsou to korinoidy a co o nich víte? 8. Klinické projevy změn hladin vitaminů. Klinická biochemie Kapitola 16. Vitaminy Pavel Nezbeda 16-16 OBSAH: Kapitola 16 Vitaminy.................................................................................................................................... 16-1 16.1. Rozdělení vitaminů......................................................................................................................... 16-1 16.2. Úloha vitaminů v organismu........................................................................................................... 16-3 16.3. Způsoby stanovení vitaminů........................................................................................................... 16-4 Přímé měření koncentrace vitaminu............................................................................................... 16-4 Měření sérové či močové koncentrace typického metabolitu......................................................... 16-4 Měření koncentrace hromadícího se metabolitu po zátěži substrátem.......................................... 16-4 Zvýšení aktivity vhodného enzymu po dodání koenzymu.............................................................. 16-4 Saturační testy................................................................................................................................ 16-4 Stanovení produktu vytvořeného působením vitaminu .................................................................. 16-4 16.4. Metody stanovení některých konkrétních vitaminů ........................................................................ 16-4 16.4.1. Vitamin A................................................................................................................................. 16-4 16.4.2. Vitamin D (D3)......................................................................................................................... 16-5 16.4.3. Vitamin C................................................................................................................................. 16-8 16.4.4. Kyselina listová ....................................................................................................................... 16-9 16.4.5. Vitamin B12........................................................................................................................... 16-10 16.4.6. Vitamin K............................................................................................................................... 16-12 16.5. Stručné shrnutí kapitoly................................................................................................................ 16-14 16.6. Kontrolní otázky............................................................................................................................ 16-15