Синтез витамина D в коже
Синтез витамина D в коже
По международным данным, эффективное излучение для синтеза витамина D охватывает спектральный диапазон (255–330 нм) с максимумом около 295 нм (UVB). Воздействие УФ-излучения, индуцирующего покраснение кожи в минимальной эритемной дозе в течение 15–20 минут, способно индуцировать выработку до 250 мкг витамина D (10 000 МЕ).
Кожа человека представляет собой место синтеза витамина D, а также орган-мишень для биологически активной формы этого витамина. Витамин D влияет на многие функции кожи, начиная от пролиферации, дифференцировки и апоптоза кератиноцитов до поддержания барьера и иммунорегуляторных процессов. Кроме того, витамин D рассматривается в качестве терапевтического варианта при многих патологиях кожи.
Кожа выступает в качестве первой линии защиты от различных инфекций. Как известно, она состоит из трех структур: эпидермиса, дермы и гиподермы.
Кератиноциты составляют 95 % всех эпидермальных клеток. Существует несколько эпидермальных слоев, каждый из которых состоит из кератиноцитов на разных стадиях дифференцировки:
базальный слой: состоит из столбчатых пролиферирующих кератиноцитов с обширной сетью кератинов K5 и K14;
слой шиповидных клеток: в этом слое кератиноциты инициируют дифференцировку посредством синтеза кератинов K1 и K10, инволюкрина и фермента трансглутаминазы;
зернистый слой: характеризуется кератиноцитами, богатыми электронно-плотными гранулами белка кератогиалина, содержащего маркеры поздней дифференциации, такие как профилаггрин (предшественник филаггрина) и лорикрин; он также состоит из заполненных липидами пластинчатых тел, которые освобождают свое содержимое в межклеточные пространства между зернистым и роговым слоем;
роговой слой: самый верхний слой, состоит из окончательно дифференцированных ороговевших клеток, известных как корнеоциты. Плазматическая мембрана корнеоцитов заменяется нерастворимым белковым слоем, называемым «ороговевшей оболочкой», состоящим из структурных белков, таких как инволюкрин, лорикрин, филаггрин и небольшой пролин-богатый белок, сшитый трансглутаминазой.
Филаггрин является особенно важной молекулой – он способствует агрегации кератиновых нитей цитоскелета в пучки, что приводит к соединению корнеоцитов в уплощенные диски. Также он способствует гидратации путем протеолиза в пирролидинкарбоновую и трансурокановую кислоту в условиях низкого содержания воды. Постоянная толщина эпидермиса поддерживается тонким балансом между пролиферацией базальных клеток и десквамацией корнеоцитов. Процесс десквамации начинается с деградации корнеодесмосом (модифицированных десмосом) и контролируется рядом протеаз и их ингибиторов. Пептидазы, связанные с калликреином человека (KLK), включая KLK5, KLK7 и KLK14, являются известными протеазами, участвующими в десквамации.
Витамин D: синтез и функции
Витамин D является жирорастворимым витамином, который встречается в двух основных формах:
эргокальциферол (витамин D2), вырабатываемый растениями,
холекальциферол (витамин D3), полученный из продуктов животного происхождения.
Основным источником витамина D у людей является синтез в коже в присутствии солнечного света. Воздействие 7-дегидрохолестерина (7-DHC) ультрафиолетовым излучением B (UVB) с длиной волны 290–315 нм приводит к образованию превитамина D в коже, который термически изомеризуется в более стабильный витамин D (холекальциферол). Витамин D, синтезируемый в коже или получаемый из рациона, подвергается двум реакциям гидроксилирования: сначала в печени фермент витамин D 25-гидроксилаза (CYP2R1) образует 25-гидроксивитамин D, 25 (OH) D, также известный как кальцидиол, и затем в почках 1α-гидроксилазой (CYP27B1) с образованием активного метаболита 1,25-дигидроксивитамина D, 1,25 (OH) 2D, также известного как кальцитриол.
И 25 (OH) D, и 1,25 (OH) 2D могут метаболически инактивироваться путем гидроксилирования 24-гидроксилазой (CYP24A1). Уровни витамина D в сыворотке строго регулируются механизмом обратной связи кальция, фосфора, паратиреоидного гормона, фактора роста фибробластов и самого витамина D. Состояние витамина D оценивается путем измерения уровня 25 (OH) D в сыворотке, который является его основной циркулирующей формой. В соответствии с рекомендациями Американского эндокринного общества дефицит витамина D определяется как уровень 25 (OH) D в сыворотке ниже 20 нг / мл (50 нмоль / л), а недостаточность витамина D – как уровень 25 (OH) D в сыворотке от 21 до 29 нг / мл (52,5–72,5 нмоль / л).
Долгое время считалось, что функция витамина D заключается в поддержании нормальной структуры опорно-двигательного аппарата за счет гомеостаза кальция и фосфора, но в последние несколько десятилетий возросло его влияние на регуляцию клеток, их пролиферацию, дифференцировку, апоптоз и иммунную модуляцию. Эти функции витамина D опосредованы рецептором витамина D (VDR), который после активации взаимодействует с рецептором ретиноида X (RXR) с образованием гетеродимерного комплекса.
Рецептор витамина D (VDR) выполняет в коже и некоторые другие функции, не связанные с 1,25-дигидроксивитамином-D3. Например, VDR играет важную роль в регулировании роста зрелых волосяных фолликулов. При некоторых мутациях VDR нарушается регуляция активности соответствующего гена, что приводит к таким аномалиям развития волосяного фолликула, как очаговая или полная алопеция (выпадение волос). VDR также является опухолевым супрессором. Рецептор VDR принадлежит к тем немногим факторам, которые выполняют эти функции. Кроме того, 1,25-дигидроксивитамин-D3 является мощным иммуномодулятором кожи.
Витамин D играет жизненно важную роль в коже: кератиноциты являются не только источником витамина D, но и ответчиком на его активную форму. Они являются единственными клетками в организме, которые могут синтезировать витамин D из его предшественника 7-DHC и оснащены всем ферментативным механизмом (CYP27A1 и CYP27B1), необходимым для метаболизма витамина D в его активный метаболит 1,25 (OH) 2D. Витамин D3 синтезируется в коже из его предшественника 7-DHC под воздействием UVB и метаболизируется до его активной формы 1,25 (OH) 2D3 через две последующие реакции гидроксилирования ферментами CYP27A1 и CYP27B1. Он становится неактивным через катаболический фермент CYP24A1.
Доказано, что витамин D влияет на пролиферацию и дифференцировку клеток кожи либо напрямую, либо через его взаимодействие с кальцием. Многие исследования in vitro показали дозозависимое влияние витамина D на пролиферацию и дифференцировку кератиноцитов. Было обнаружено, что при низкой концентрации ( 10−8) ингибирует пролиферацию и способствует дифференцировке. 1,25 (OH) 2D способствует дифференцировке кератиноцитов за счет повышенного синтеза структурных компонентов (инволюкрин, трансглутаминаза, лорикрин и филаггрин) ороговевшей оболочки. Влияние витамина D на дифференцировку также частично обусловлено повышением внутриклеточного уровня кальция, вызванным стимуляцией рецептора кальция, повышением экспрессии фосфолипазы C-γ1 и усилением образования церамидов.
Витамин D может также непосредственно регулировать дифференцировку кератиноцитов посредством взаимодействия с VDR. Процесс опосредованной витамином D эпидермальной дифференцировки через VDR является последовательным и требует избирательного связывания VDR с двумя основными коактиваторами: белком, взаимодействующим с рецептором витамина D (DRIP), и соактиватором стероидных рецепторов (SRC). Было отмечено, что DRIP205 преимущественно экспрессируется в пролиферирующих кератиноцитах и, по мере дифференцировки клеток, экспрессия DRIP205 снижается, а экспрессия SRC3 увеличивается. Было продемонстрировано, что кальций также регулирует экспрессию этих 2 коактиваторов и взаимодействует с VDR для дифференцировки кератиноцитов.
Другим аспектом пролиферации и дифференцировки кератиноцитов является поддержание эпидермального барьера. Исследования показали, что местное применение кальцитриола (1,25 [OH] 2D) восстанавливает барьер проницаемости, который был нарушен при применении кортикостероидных препаратов или лаурилсульфата натрия. Витамин D опосредует свое влияние на эпидермальный барьер благодаря усиленному синтезу структурных белков ороговевшей оболочки. Кроме того, 1,25 (OH) 2D регулирует процессинг гликозилкерамидов с длинной цепью, необходимых для образования липидного барьера.
Влияние витамина D на апоптоз кератиноцитов зависит от дозы, как и его влияние на пролиферацию клеток. В физиологических концентрациях витамин D предотвращает апоптоз, а в высоких концентрациях он может вызывать апоптоз в кератиноцитах.
Врожденная иммунная система кожи включает физические барьерные структуры, такие как роговой слой, иммунные клетки (нейтрофилы, моноциты, макрофаги, дендритные клетки, естественные клетки-киллеры [NK] и т. д.) и антимикробные пептиды (AMP). Кожный синтез AMP является основным механизмом защиты кожи от воздействия окружающей среды или микробной инвазии. Многие резидентные клетки кожи (кератиноциты, себоциты, клетки эккринной железы и тучные клетки) и циркулирующие клетки (нейтрофилы и NK-клетки) способствуют синтезу AMP в коже. Известно более 20 белков с антимикробной функцией, которые распознаются в коже; однако β-дефензин и кателицидины являются двумя основными группами AMP кожи. Кателицидин и β-дефензин опосредуют антимикробную активность либо непосредственно, разрушая мембрану бактериальной клетки и оболочку вируса, либо косвенно, воздействуя на различные сигнальные пути в клетках, чтобы инициировать ответ хозяина. Уровень AMP низок в неповрежденной коже и увеличивается после разрушения барьера или инфекции. Одним из возможных путей достижения этой цели является усиление экспрессии CYP27B1 после повреждения кожи, что увеличивает локальный синтез активного витамина D. Кателицидин и β-дефензин являются прямыми мишенями для транскрипции витамина D, причем кателицидин индуцируется связыванием комплекса 1,25 (OH) 2D-VDR с VDRE в области промотора гена; однако, β-дефензин требует ядерного фактора κB вместе с комплексом 1,25 (OH) 2D-VDR для его транскрипции. Также показано, что витамин D регулирует синтез AMP с помощью механизмов, отличных от прямой активации транскрипции. Активность кателицидина и других AMP в коже человека контролируется путем ферментативной обработки сериновыми протеазами KLK5 и KLK7. В одном из исследований показано, что 1,25 (OH) 2D3 может влиять на продукцию AMP в коже, регулируя синтез и протеазную активность KLK5 и KLK7.
Помимо регуляции синтеза AMP в коже, 1,25 (OH) 2D3 и кальципотриол (аналог витамина D) опосредуют иммуносупрессивное действие в коже за счет снижения презентации антигена либо непосредственно, воздействуя на клетки Лангерганса, либо косвенно, модулируя выработку цитокинов кератиноцитами. В последнее время многие исследования показали, что кальципотриол обеспечивает толерантность или иммуносупрессию в коже путем индукции CD4 + CD25 + T-регуляторных (Treg) клеток, что предотвращает последующую антиген-специфическую пролиферацию CD8 + T-клеток и продукцию IFN-γ. Исследования, изучающие влияние витамина D на Т-клетки в коже, противоречивы. В то время как некоторые исследования показали, что 1,25 (OH) 2D3 и его аналоги предотвращают инфильтрацию Т-клеток кожи путем подавления экспрессии, другие исследования показали, что 1,25 (OH) 2D3 индуцирует экспрессию специфического рецептора CCR10 на T -клетки. Было показано, что сезонные колебания уровня витамина D влияют на экспрессию рецепторов кожи (в течение лета этот уровень повышен).
Постоянное длительное пребывание на солнце, как известно, может приводить к повреждению упругой структуры кожи и возрастанию риска развития морщин. Тем не менее, исходя из понимания важности воздействия солнца для образования в коже витамина D3, для синтеза достаточного количества витамина D3 было бы разумным пребывание на солнце с незащищенной кожей в течение ограниченного промежутка времени. При правильном применении солнцезащитных средств (2 мг/см2, т. е. приблизительно 25–30 г на все тело взрослого человека в купальнике), количество витамина D3, образующегося в коже, снижается более чем на 95%. Воздействие солнечного света в течение 5–15 мин. с 1000 до 1500 весной, летом и осенью, как правило, является достаточной экспозицией для людей с II или III типом кожи . При этом доза облучения составляет приблизительно 25 % экспозиции, необходимой для возникновения минимальной эритемной реакции, т. е. небольшого порозовения кожи. После такого воздействия рекомендуется применение солнцезащитного крема с SPF 15 и более для предотвращения вредного влияния хронического длительного воздействия солнечных лучей.
Таким образом, витамин D является важным и необходимым, действующим как индикатор общего состояния здоровья и хорошего самочувствия. Доказано его огромное влияние на ряд кожных заболеваний (псориаз, экзема, акне, атопический дерматит, рак кожи и т.д.). Поэтому необходимо контролировать уровень витамина D и корректировать его дефицит.
Источник
Влияние солнечного света на состояние здоровья человека
Каждую весну повторяется одно и то же: общее недомогание, вялость, апатия. Налицо авитаминоз. В зависимости от климата, состояния окружающей среды и кулинарных традиций врачи, ученые и мудрецы изобретают всё новые и новые средства и способы, призванные как можно быстрее пробудить от зимней спячки «человека разумного».
С незапамятных времён люди знали, что свежий воздух, солнечный свет и пресловутые «водные процедуры» (включающие купание в реке, озере, море) укрепляют здоровье. Но история знает и другое отношение ко всему перечисленному. Так, аристократы эпохи французского короля Людовика ХIV прятались от солнечных лучей и не слишком часто умывались, считая солнечный свет и воду очень опасными для здоровья.
Сегодня всё по-другому. Мы ведем более здоровый образ жизни, загораем, принимаем душ, боремся с гипокинезией.
Солнечный свет является тем источником, который питает наш организм и снабжает его энергией. Солнечный свет формирует окружающую среду, необходимую для нашего существования. Он создает кислород и углекислый газ. Он поддерживает температуру и влажность на уровне, необходимом для жизни.
Лучи солнца обладают способностью убивать микроорганизмы и предотвращать рост плесени и грибков. В 1877 году двое ученых Даунс и Блунт обнаружили, что солнечный свет убивает микробов. Эти исследователи делали посев бактерий в питательную среду в нескольких пробирках. Совершенно случайно некоторые из них подверглись воздействию солнечного света. В пробирках, оказавшихся на солнце, бактерии не размножались. Датский врач Нильс Финсен в 1903 году получил Нобелевскую премию в области медицины за успешное лечение туберкулеза с помощью солнечного света. Это дало толчок дальнейшим исследованиям в области лечения инфекционных заболеваний с помощью солнечной терапии. При воздействии солнечного света на кожу в нашем организме способен вырабатываться витамин D или, как его называют, витамин солнца. Ежедневная потребность организма в витамине D составляет около 400 единиц. Необходимо подставлять свое лицо под прямые солнечные лучи минимум на 15 минут в день, тогда вы получите норму витамина D. Витамин D играет важную роль в процессе всасывания кальция и фосфора в кишечнике. Когда эти вещества оказываются в крови, витамин D способствует их транспортировке и распределению. Кроме того, он обеспечивает отложение фосфора и кальция в костях в должном количестве и в должном соотношении, делает кости сильными, имеющими правильную форму. В сетчатке глаза световые волны превращаются в энергию нервного импульса. Эта энергия заставляет шишковидное тело мозга вырабатывать мелатонин. Мелатонин усиливает функции эндокринных желез, таких как гипофиз, надпочечники, половые и поджелудочная железы. Мелатонин замедляет рост и распространение раковых опухолей.
Кожа – первая линия обороны против микробов и окружающих нас токсинов, самый сложный терморегулятор. Это самый большой орган человека. В теплый день через кожу каждую минуту циркулирует около трех литров крови, чтобы не допустить перегрева нашего тела. Надлежащее количество солнечного света делает кожу гладкой и эластичной, придает ей здоровый блеск. Солнце повышает сопротивляемость кожи заболеваниям и инфекциям. Загорелая кожа в три раза сильнее убивает микробов, чем незагорелая.
Для сердечно-сосудистой системы лучи солнца столь же благотворны, как и физические упражнения. Они увеличивают выброс крови в минуту, а пониженное давление могут поднять до нормы, при гипертонии снижают как систолическое, так и диастолическое давление.
Солнечный свет стимулирует бета-клетки поджелудочной железы, увеличивая выработку инсулина, а также выработку фермента, который утилизирует глюкозу крови, откладывая ее в печени в виде гликогена.
Диета + физические упражнения + солнечный свет — так выглядит формула контроля диабета в зрелом возрасте.
Однако с солнечным светом следует быть аккуратным. Первичным фактором, способствующим развитию рака кожи, является солнечный свет, если его получают в дозах, которые вызывают покраснение или ожог кожи.
Солярий не является искусственным заменителем солнца. В нем используется только выделенный спектр солнечных лучей, агрессивно воздействующих на кожу человека. Всемирная Организация Здравоохранения внесла солярии в список канцерогенов, то есть ракообразующих факторов.
Рекомендации: Прикрывайте глаза козырьком или полями шляпы от прямых солнечных лучей. Носите очки с темными стеклами, но старайтесь, чтобы в ваши глаза все-таки попадало некоторое количество непрямого солнечного света. Выходите иногда на прогулку без очков. Никогда не смотрите прямо на солнце, потому что это может привести к серьезным повреждениям сетчатки и нервов. Вам пойдет на пользу и непрямой свет, отраженный от зданий, воды, земли и других окружающих вас объектов. Не покупайте дешевые очки без ультрафиолетового фильтра. Потому что линзы затемняют свет, а в ответ на это зрачок расширяется. Поэтому на сетчатку глаза попадает больше разрушительных ультрафиолетовых лучей, и глаз не может защититься от этого. Каждый день открывайте ваш дом для солнечного света! Это улучшит здоровье и поднимет настроение.
Если у вас в домочадцы заболели гриппом или другими ОРЗ, не закрывайте окна и не опускайте шторы! Солнечный свет проявит себя в полном своем спектре и убьет бактерии и вирусы, которые размножаются в вашей квартире. Очень важно проветривать постельное белье. Выстиранное белье при возможности сушите на свежем воздухе – на солнце. Солнечный свет придаст белью запах свежести и чистоты. Никогда не доводите свою кожу до состояния солнечного ожога! Солнечный ожог может быть очень болезненным. Лучше всего — профилактика: избегайте слишком длительного пребывания на солнце. Определитесь со средствами защиты! Они самые первые ваши помощники во время летнего сезона. Это одежда из натуральных тканей, широкополые шляпы, очки, зонтики, солнцезащитные кремы. Учитывайте интенсивность солнечного излучения нашей климатической зоны и тогда оно будет вызывать только положительные эмоции.
Статья подготовлена заведующей отделом гигиенического обучения и воспитания ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Калининградской области» Стром Ф.К. по материалам Deutsche Welle статье Ю.Блиева в Медицинской газете , телеканала Здоровье.TV.
Источник