Pierwszy raz usłyszałam o witaminie E jako substancji zwiększającej witalność, a zaraz potem, że zwiększa płodność u szczurów. Wiem, że człowiek to nie szczur. To widać na pierwszy rzut oka. Jednak między witalnością i płodnością jest pewien związek.
Co to jest witalność?
Siła życiowa (łac. vis vitalis, siła witalna) – pojęcie wprowadzone w XVI wieku przez Johanna Helmonta, wywodzące się z wcześniejszych koncepcji alchemicznych (1). Miała to być zagadkowa siła, istniejąca w ustrojach żywych, warunkująca zdolność do syntezy chemicznych związków organicznych. Popularność teorii „siły życiowej” wynikała w dużej mierze z faktu, że zaczęto zdawać sobie sprawę z chemicznej złożoności procesów życiowych i jednocześnie nie potrafiono jeszcze otrzymywać żadnych związków organicznych, wychodząc z substratów nieorganicznych. Teoria ta została obalona przez Friedricha Wöhlera w 1828 roku, który otrzymał mocznik z amoniaku i kwasu cyjanowego w wyniku reakcji, która współcześnie nazywana jest syntezą Wöhlera. Witalność potocznie to energia życiowa, żywotność, duży zasób sił biologicznych
Co ma z tym wspólnego płodność szczurów?
Otóż w 1922 roku H. Evans i K. Bishop rozpoczęli badania nad wpływem diety na proces jajeczkowania i rozmnażania się zwierząt (2). Ustalili, że zwierzęta, którym podawano specjalnie skomponowaną pełnowartościową karmę (zawierała dostateczne ilości białka, tłuszczów i węglowodanów oraz substancji mineralnych i znanych wówczas witamin), mimo zewnętrznych oznak dobrego zdrowia nie mogły mieć potomstwa. Okazało się, że dodanie do pokarmu całych ziaren pszenicy, a zwłaszcza zarodków z tych ziaren (najlepsze źródło witaminy E to olej z kiełków pszenicy), miało zbawienny wpływ na przebieg ciąży i normalne jej zakończenie u szczurzyc. Opierając się na wielu doświadczeniach Evans wysunął hipotezę o istnieniu nowej witaminy. Nazwano ją E. Uważał, że jest ona czynnikiem niezbędnym do normalnej reprodukcji, chroniącym zarówno samców, jak i samice przed bezpłodnością i zaburzeniami procesu rozmnażania.
Z powodu swoich funkcji dotyczących procesu rozmnażania substancja będąca witaminą E została nazwana tokoferol (z greki: tokos – potomstwo i phero – rodzę, niosę).
Struktura
Najbardziej aktywną biologicznie u człowieka formą witaminy E jest występujący w przyrodzie związek lipidowy alfa tokoferol (D- alfa-tokoferol). Ta witamina jest syntetyzowana przez rośliny z aminokwasów aromatycznych fenyloalaniny, tyrozyny i tryptofanu. Nasza dieta może zawierać obok alfa-tokoferolu także beta-, gamma- i delta- tokoferol oraz alfa i beta-tokotrienol. Jednak są to substancje o znacznie mniejszej dla nas aktywności biologicznej. W przyrodzie nie jest znana prowitamina dla witaminy E. Znaczy to, że nawet znikome ilości tej witaminy nie są wytwarzane w nszym organizmie ze zjedzonych roślin.
Podobnie, jak w przypadku cholesterolu, czy witaminy A, D i K, mamy do czynienia z pochodna izoprenoidową, ponieważ alfa tokoferol zawiera nasycony 16-węglowy łańcuch węglowodorowy – fitylowy (pochodna izoprenoidowa) przyłączony do pierścień 2-metylo-6-chromanolu (z jedną grupą hydroksylową – alkoholową). Łańcuch fitylowy, dobrze rozpuszczalny w tłuszczach błon komórkowych, stanowi swego rodzaju „kotwicę” dla witaminy związanej z tymi strukturami komórkowymi, ale w reakcjach metabolicznych bierze udział tylko pierścień alfa-tokoferolu. Na poniższym schemacie pokazuję alfa -tokoferol:
Przetwarzanie w przewodzie pokarmowym
Witamina E i jej estry są lipofilne i podlegają, takim przemianom w przewodzie pokarmowym, jak inne związki lipidowe. Pokarm po rozdrobnieniu i zawieszeniu w sokach trawiennych dociera do dwunastnicy i tu tłuszcze przy udziale kwasów żółciowych (powstałe z cholesterolu) ulegają emulgacji, w wyniku której powstają micelle. Dzięki temu związki lipofilne stają się lepiej dostępne dla enzymów trawiennych. Jednak różna jest wydajność tworzenia micelli w wyniku emulgacji w zależności od rodzaju rośliny będącej pożywieniem oraz stopnia przetworzenia pokarmu (roślinnego i zwierzęcego) w wyniku obróbki kulinarnej. Z pewnością ekstrakcja lipidowej witaminy będzie szybsza z olejów niż wyodrębniania jej z nie do końca rozdrobnionych tkanek. Ostatecznie estry witaminy E ulegają hydrolizie katalizowanej przez lipazę trzustkową (sok trzustkowy).Następnie tokoferole są absorbowane do nabłonka jelitowego na drodze dyfuzji, a największa wydajność tego procesu jest w stosunku do alfa-tokoferolu.
Wchłanianie
Produkty hydrolizy estrów tokoferolu, czyli alfa-tokoferol i kwasy tłuszczowe, ulegają wchłonięciu do komórek nabłonkowych jelita (enterocytów). Około 20–40% alfa-tokoferolu obecnego w pożywieniu jest wchłaniane w jelicie cienkim (3). Ilość wchłoniętej witaminy E zależy od zawartości innych lipidów w diecie, pod względem ich jakości i ilości. Na przykład wysokie dawki witaminy A mogą obniżyć biodostępność alfa-tokoferolu (4).
W cytoplazmie enterocytu alfa-tokoferol nie ulega restryfikacji. Jest włączany do chylomikronów i z tą frakcją lipoprotein przechodzi do limfy, a następnie dostaje się do krwiobiegu.
Dystrybucja ogólnoustrojowa – transport w osoczu i magazynowanie
We krwi nie ma specyficznego białka transportującego witaminę E. Witamina E transportowana jest w wolnej postaci i może występować we frakcjach lipoprotein VLDL, LDL i HDL. Poziom witaminy E w osoczu koreluje z zawartością w nim cholesterolu. Wysycenie alfa-tokoferolem lipoprotein jest proporcjonalne do wysycenia ich cholesterolem. Zwiększona podaż w diecie witaminy E (suplementacja) może nie wpłynąć na jej zawartości w liporoteinach osocza. Na poniższym schemacie pokazuję ogólnoustrojowa dystrybucję witaminy E (5):
Wraz z VLDL alfa-tokoferol opuszcza wątrobę. Następnie w osoczu VLDL pod wpływem lipazy lipoproteinowej metabolizowane są do LDL. LDL poprzez kontakt z receptorami w komórkach obwodowych dostarczają do nich witaminę E. W strukturach niemających tych receptorów (erytrocyty) witamina E jest wchłaniana bez ich udziału. W wyniku lipolizy wewnątrznaczyniowej witamina E dostaje się do różnych tkanek (np: skóra, tkanka tłuszczowa, mięśnie).
Witamina E jest magazynowana w wątrobie i w kilku typach komórek. 75% wątrobowego alfa-tokoferolu znajduje się w komórkach parenchymalnych, a 25% w pozostałych. Magazynują witaminę E mięśnie i tkanka tłuszczowa. Najwięcej jest jej w tkance tłuszczowej, aczkolwiek z tej tkanki jest ona pobierana najwolniej (problem u osób otyłych).
Wewnątrzkomórkowo występuje białko wiążące alfa-tokoferol (z ang: alfa-tokoferol transfer protein, alfa-TTP). Transportuje ono witaminę E między błonami w komórce, a kinetyka jej wiązania z TTP wpływa na wiązanie alfa-tokoferolu z VLDL. W wielu typach komórek wykazano obecność białek należących do rodziny alfa-TTP. Dla metabolizmu witaminy E istotna też jest regulacja biosyntezy białek wiążących alfa-tokoferol w komórce.
Poza lipoproteinami osocza witamina E występuje w komórkach w błonach komórkowych. Jej zawartość w tych strukturach jest zróżnicowana: leukocyty jednojądrzaste zawierają 10-krotnie więcej witaminy E niż krwinki czerwone i płytki krwi (6). Na przykład w błonach mitochondrialnych jedna cząsteczka alfa-tokoferolu przypada na 2100 cząsteczek fosolipidów.
Po co nam witamina E – działanie w komórkach docelowych
Witamina E jest największym antyoksydantem rozpuszczalnym w lipidach – chroni przed uszkodzeniem błony komórkowe i lipoproteiny osocza. Przerywa peroksydację rodników poprzez dodanie elektronów do wolnych rodników nadtlenkowych wielonienasyconych kwasów tłuszczowych. Witamina E nie ma mechanizmu działania hormonów steroidowych (witaminy A i D), nie jest też koenzymem enzymów, tak jak większość pochodnych witamin rozpuszczalnych w wodzie. Witamina E jest antyoksydantem Aby wyobrazić sobie mechanizm działania witaminy E w naszym metabolizmie, należy poznać kilka terminów.
Pierwszy z nich to stres osksydacyjny: reakcja organizmu na niekontrolowany wzrost stężenia reaktywnych form tlenu.
Drugi to: reaktywne formy tlenu (RFT) (6). Tlen cząsteczkowy pochodzący z atmosfery potrzebny jest w organizmie do zajścia rekcji metabolicznych, często ułożonych w sekwencje, w wyniku których z substancji organicznych znajdujących się w komórkach powstaje dwutlenek węgla i woda, a uwalniająca się energia jest wiązana w związki wysokoenergetyczne (ATP) lub wykorzystywana jako ciepło. Tlen cząsteczkowy jest utleniaczem: reagując ze związkami organicznymi, utlenia je, pobierając od nich elektrony, a sam redukuje się. W „łańcuchu oddechowym” zlokalizowanym w mitochondriach przy udziale jonów wodorowych i tlenu powstaje tlenek wodoru – woda (tzw. „woda metaboliczna”). W tej reakcji uwalniana jest energia (jest to reakcja egzoergiczna). Jedna cząsteczka tlenu (O2) reaguje z czterema cząsteczkami protonu i tlen ulega czteroelektronowej redukcji. Powstają dwie cząsteczki wody. Woda jest związkiem niereaktywnym wobec składników komórki. Kłopot polega na tym, że tlen nie zawsze ulega pełnej czteroelektronowej redukcji. Powstają wtedy wolne rodniki, charakteryzujące się wysoką reaktywnością z powodu dążenia do uzyskania parzystej liczby elektronów. W efekcie powstają różne RFT dążące do pobierania elektronów z różnych substancji naszego organizmu i w konsekwencji tych przemian metabolicznych stają się wysoce reaktywnymi utleniaczami, czyli oksydantami (np: tlen singletowy, anionorodnik ponadtlenkowy = anion rodnika wodoronadtlenkowego). Z kolei substancje antyoksydacyjne pełnią funkcje ochronne przed RFT („wyłapują” wolne rodniki). W pewnej kontrolowanej ilości RFT są nam potrzebne, ponieważ biorą one udział w funkcjach obronnych naszego organizmu. Jednak muszą być pod kontrolą, ponieważ nadmiar RFT staje się u nas przyczyną stanów patologicznych.
Witamina E działa w pierwszej linii obrony przed RFT, jako wygaszasz tlenu singletowego, ale jej antyoksydacyjne działanie polega też na działaniu w drugiej linii obrony przed RFT, a mianowicie w zmiataniu wtórnych wolnych rodników (powstałe w wyniku rekcji z RFT pochodne lipidowe) i kończeniu łańcuchowej reakcji powstawania nadtlenków lipidowych (6). W wyniku takich przemian metabolicznych z witaminy E (T-OH, gdzie –OH symbolizuje grupę fenolową) powstaje wolny rodnik tokoferylowy (T-O*): Lipid-OO* + T-OH -> lipid-OOH + T-O*
Rodnik tokoferylowy jest stosunkowo mało reaktywny i nie uczestniczy w łańcuchu prolongacji reakcji wolno rodnikowej, ale może wejść w reakcję z innym wolnym rodnikiem: T –O* + lipid-OO* + H+ -> lipid-OOH + T=O
Produkty tej reakcji są terminacją dwóch ciągów reakcji wolno rodnikowych. T-O* może też ulec redukcji przez inne antyoksydanty i to odtworzy alfa-tokoferol. Inne możliwości terminacji reakcji wolno rodnikowych przez wolny rodnik tokoferylowy obejmują rekombinację rodników tokoferylowych (a) lub addycję rodnika tokoferylowego do rodnika nadtlenkowego (b) i to również oznacza terminację ciągu reakcji:
(a) T-O* + T-O* -> TO-TO
(b) T-O* + lipid-OO* -> lipid-OO-OT
Witamina E współdziała z innymi antyoksydantami. Regeneruje beta-karoten (prowitamina A). Zachodzi też oddziaływanie między alfa-tokoferolem zakotwiczonym w strukturze błonowej i witaminą C (rozpuszczalna w wodzie), znajdującą się w fazie wodnej. Na poniższym schemacie pokazuję zależności między witaminą E i innymi związkami w komórce (7):
R to nienasycone kwasy tłuszczowe, które ulegają peroksydacji, a następnie regeneracji poprzez witaminę E. Znajdujące się w komórce czynniki redukujące, jak witamina C i glutation (GSH; glutation jest redukowany przez pochodną witaminy B3 – zapraszam: „Energia – 2. część…”), mogą zapobiegać szybkiemu „zużyciu” witaminy E poprzez redukowanie utlenionej formy alfa-tokoferolu do jego pierwotnej zredukowanej postaci, jako antyoksydanta. Zatem witamina E odgrywa niezmiernie ważna rolę, jako rozpuszczalny w lipidach antyoksydant (przeciwutleniacz), chroniąc błony komórkowe (w dużej części struktury lipidowe) przed szkodliwym oddziaływaniem na nie wolnych rodników powstających w wyniku peroksydacji tłuszczów.
Alfa-tokoferol odgrywa rolę w homeostazie witaminy A, modulując stężenie retinolu i zawartość całkowitą witaminy A w tkankach (wątroba, nerka, jelito). Tokoferol moduluje wewnątrzkomórkowy transport kwasu retinowego poprzez indukcję syntezy CRABP II (zapraszam: „Na dobry wzrok i młodą skórę – witamina A”).
Efekty ogólnoustrojowe
Wielonienasycone (polienowe) kwasy tłuszczowe połączone z lipoproteinami i fosfolipidami wchodzą w skład błony komórkowej i wielu struktur wewnątrzkomórkowych, jak i lipoprotein osocza. Nadmierna ilości tych substancji, które uległy peroksydacji, staje się poważnym zagrożeniem dla naszego zdrowia. Przede wszystkim przeciwdziała temu witamina E, która jest antyoksydantem nienasyconych kwasów tłuszczowych. Chroni przed wolnymi rodnikami. Przeciwdziała utlenieniu witaminy A, DNA i fosfolipidów.
Witamina E wpływa wraz z selenem na tkankę nerwową, ponieważ jej niedobór powoduje neuropatie (5). Chroni błony erytrocytów przed peroksydacją, przy czym zapobiega hemolitycznej anemii u dzieci.
Niedobory
Wykazano niedobory witaminy E u noworodków z upośledzonym wchłanianiem jelitowym lipidów. Także u dzieci i dorosłych z zespołem złego wchłaniania obserwuje się niedobory witaminy E skutkujące anemią hemolityczną. U pacjentów dotkniętych abetalipoproteinemi niedobory witaminy E powodują obok wpływu na obraz krwi również neuropatię i miopatię.
Przy dużej zawartości RFT w erytrocytach skraca się czas ich aktywności metabolicznej.
Niedobory mogą też zaburzyć funkcjonowania układu odpornościowego człowieka.
Nadmiary
Nadmiar witaminy E może uszkadzać mechanizmy obronne fagocytów, w których metabolicznie korzystne jest wytwarzanie RFT (przeciwbakteryjny mechanizm ochronny). Opisano też wystąpienie krwotoków u osób przyjmujących zbyt duże dawki witaminy E (dawka powyżej 2 000 mg alfa-tokoferolu dziennie) (8). Zauważono, że mega dawki witaminy E działają antagonistycznie w stosunku do witaminy K (10). Jest prawdopodobne, że zjawisko to występuje w przypadku obniżonej podaży witaminy K (2).
Suplementacja 270 miligramów alfa-tokoferolu na dobę powodowała pogłębienie zmian związanych z barwnikowym zwyrodnieniem siatkówki (9).
Zapotrzebowanie dobowe
Poniżej prezentuję zalecane dobowe spożycie witaminy E u różnych grup wiekowych człowieka (bez uwzględnienia ciąży) (11):
Przyjmuje się, że stężenie tokoferoli w osoczu jest miarodajnym wskaźnikiem wysycenia naszego organizmu w witaminę E i graniczną wartością jest 0,5 miligrama w 100 mililitrach (2). Odnosi się też zawartość tokoferoli do ilości lipidów w osoczu: poniżej 0,8 miligrama/gram lipidów u dorosłych i poniżej 0,6 miligrama/gram lipidów u dzieci mamy do czynienia z niedoborem witaminy E (2).
Naturalne źródła witaminy E
Tłuszcze pochodzenia zwierzęcego i niektóre oleje roślinne (kokosowy, z oliwek – oliwa) są ubogim źródłem tokoferolu. Podczas rafinacji oleje tracą do 40% tokoferoli. Skutkiem tego jest nie tylko zubożenie w witaminę E, ale także obniżenie trwałości oleju, ponieważ tokoferol jest naturalnym przeciwutleniaczem powstrzymującym proces jełczenia (autoutlenienia). Gotowanie nie zubaża pokarmu w witaminie E, natomiast wysoka temperatura pieczenia, prażenia i duszenia powodują jej straty. Powtórne wykorzystanie oleju, który podlegał obróbce termicznej, na przykład służył do smażenia frytek, niemal całkowicie eliminuje zawartą w nim witaminę E. Jest ciekawostką, że tak dobra metoda przechowywania żywności, jak zamrażanie, nie zapobiega stratom witaminy E (2).
Źródłem witaminy E mogą być tkanki roślinne, w których powstaje, a także te ze zwierzęcych, w których jest ona zmagazynowana, a także olejowe produkty spożywcze oraz suplementy diety. W diecie witamina E występuje wolna i w postaci estrów. Należy zwrócić uwagę na fakt, iż w sposób istotny rodzaj pokarmu wpływa na możliwość pozyskiwania z niego oczekiwanej substancji, nawet przy zbliżonym ilościowo wysyceniu pokarmu danym związkiem. Chodzi o gatunek organizmu, z którego pochodzi pokarm, a nawet rodzaj tkanki (np: wątroba czy mięśnie) oraz sposób jej preparowania, przyrządzenia. Na przykład w nasionach słonecznika jest znacznie więcej witaminy E niż w nasionach dyni.
Dla wchłaniania witaminy E ważne ważna konkurencja między różnymi tokoferolami i obecność leków.
W utrzymaniu naszej witalności ogromną rolę odgrywa nasz układ naczyniowo-sercowy i podkreśla się obecnie zasługi witaminy E dla jego właściwego funkcjonowania (12). Sprzyja naszej witalności jej działanie antyoksydacyjne chroniące struktury lipidowe naszego organizmu. Dzięki temu sprawnie działają nasze komórki, tkanki i organy (13). Także lepiej są transportowane rozmaite lipoproteiny i mamy właściwą ilość witaminy A. Zatem cieszmy się naszą witalnością pod parasolem alfa-tokoferolu – witaminy E.
Literatura
- Siła życiowa – Wikipedia, wolna encyklopedia
- Moszczyński P., Pyć R, “Biochemia witamin”, Wydawnictwo Naukowe PWN, Łódź 1999
- Meisenberg G., Simmons W.H. „Principials of Medical Biochemistry”, 2 wydanie, Mosby Elsevier, 2006
- Debier C., Larondelle Y., Vitamins A and E: metabolism, roles and transfer to offspring, Brith Journal of Nutrition (2005), 93,153-174)
- Vitamin E (alfa-Tocopherol) – Labpedia.net
- Bartosz G., „Druga twarz tlenu” Wydawnictwo naukowe PWN, Warszawa 2003
- Traber M.G. Vitamin E, nuclear receptors and xenobiotic metabolism. Arch. Biochem. Biophys. 2004;423:6–11. doi: 10.1016/j.abb.2003.10.009
- „Vitamin E”. Micronutrient Information Center, Linus Pauling Institute, Oregon State University, Corvallis, OR. 1 October 2015. Retrieved 3 August 2019
- Berson E. L., Rosner B., Sandberg M. A., et al. A randomized trial of vitamin A and E supplementation for retinitis pigmentosa. Arch. Ophthalmol. 1993, 111 (6); 761 – 772)
- Traber M.G. Vitamin E, nuclear receptors and xenobiotic metabolism. Arch. Biochem. Biophys. 2004;423:6–11. doi: 10.1016/j.abb.2003.10.009)
- Szostak W.B, Walczak A, „Witaminy w profilaktyce miażdżycy”, BIBLIOTECZKA LEKARZA FARMACEURTY, WYDAWNICTWO LEKARZA FARMACEUTY HOLBEX Sp. z o.o., Warszawa 2001
- Tocopherols in the Prevention and Treatment of Atherosclerosis and Related Cardiovascular Disease, P. Mathur, Z. Ding PhD,T. Saldeen, J. L. Mehta, https://doi.org/10.1002/clc.22422
- Schmölz L, Birringer M, Lorkowski S, Wallert M. Complexity of vitamin E metabolism. World J Biol Chem 2016; 7(1): 14-43 [PMID: 26981194 DOI: 10.4331/wjbc.v7.i1.14] lub Complexity of vitamin E metabolism (wjgnet.com) Liczba odwiedzin: 1484