В отличие от всех других жизненно важных пищевых веществ (незаменимых аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот и т. д.), витамины не используются организмом в качестве источника энергии. Участвуя в разнообразных химических превращениях, они оказывают регулирующее влияние на обмен веществ и тем самым обеспечивают нормальное течение практически всех биохимических и физиологических процессов в организме.
Известно 13 незаменимых пищевых веществ, которые безусловно являются витаминами (табл. 1). Их принято делить на водорастворимые и жирорастворимые.
Водорастворимые витамины включают витамин С и витамины группы В: тиамин, рибофлавин, пантотеновую кислоту, B6, В12, ниацин, фолат и биотин.
Жирорастворимыми являются витамины А, Е, D и К.
Большинство известных витаминов представлено не одним, а несколькими соединениями (витамерами), обладающими сходной биологической активностью. Примером может служить витамин В6, группа которого включает три витамера: пиридоксин, пиридоксаль и пиридоксамин.
Принятая терминология не является общепризнанной, поэтому допускаются разнообразные обозначения витаминов.
Наряду с витаминами известна группа витаминоподобных соединений. К ним относят холин, инозит, оротовую, липоевую и парааминобензойную кислоты, карнитин, биофлавоноиды (рутин, кверцетин, чайные катехины) и ряд других соединений, обладающих теми или иными свойствами витаминов. Витаминоподобные соединения не имеют, однако, всех основных признаков, присущих истинным витаминам, и, следовательно, таковыми не являются.
Отдельные жирорастворимые витамины могут синтезироваться в организме из своих предшественников – так называемых провитаминов. Известны провитамины А (каротины) и группы D (некоторые стерины). Каротины, поступающие в организм в составе продуктов растительного происхождения, расщепляются под действием специфического фермента с образованием ретинола (наибольшей биологической активностью обладает бета-каротин). Эргостерин и 7-дегидрохолестерин превращаются в витамины группы D (эргокальциферол и холекальциферол соответственно) под действием ультрафиолетового излучения определенной длины волны.
Химическое строение всех известных витаминов полностью установлено. Выяснены и исследованы их свойства и специфические функции в организме. Вместе с тем имеющиеся данные о механизме действия ряда витаминов не являются исчерпывающими. Специфические функции многих витаминов определяются их связью с различными ферментами. Таким образом, витамины принимают опосредованное участие во многих обменных процессах: энергетическом (тиамин, рибофлавин и ниацин), биосинтезе и превращениях аминокислот и белков (витамины В6 и В12), различных превращениях жирных кислот и стероидных гормонов (пантотеновая кислота), нуклеиновых кислот (фолат) и других физиологически активных соединений. Витамин D играет важную роль в обеспечении организма кальцием и поддержании его гомеостаза, влияет на процессы дифференцировки клеток эпителиальной и костной ткани, кроветворной и иммунной систем.
Снижение или полная потеря биологического эффекта витаминов может быть вызвана так называемыми антивитаминами – веществами, имеющими структурное сходство с витаминами или вызывающими изменение их химической природы. Действие структуроподобных антивитаминов основано на конкурентных взаимоотношениях с витаминами: заняв место витаминов в структуре фермента, антивитамины не выполняют их специфических функций, в связи с чем развиваются различные расстройства процессов обмена. Вторую группу составляют антивитамины биологического происхождения, разрушающие или связывающие молекулы витаминов: например, ферменты тиаминазы вызывают распад молекул тиамина, яичный белок авидин связывает биотин в биологически неактивный комплекс.
Некоторые антивитамины обладают антимикробной активностью и применяются в качестве химиотерапевтических средств. Так, сульфаниламидные препараты являются антивитаминами парааминобензойной кислоты, используемой бактериями для синтеза необходимого для их жизнедеятельности фолата; сульфаниламид, вытесняющий парааминобензойную кислоту из комплекса с ферментом, способствует снижению роста бактерий и их гибели. Таким образом, некоторые схемы лечения могут вызывать недостаток определенных витаминов, и об этом обязательно надо знать.
Витамины обладают высокой биологической активностью и требуются организму в очень небольшом количестве, соответствующем физиологической потребности, которая варьирует в пределах от нескольких микрограммов до нескольких десятков миллиграммов. Потребность в каждом конкретном витамине также изменяется, что обусловлено действием различных факторов, которые учитываются в рекомендуемых нормах потребления витаминов, подвергающихся периодическому уточнению и пересмотру. Существенное влияние на потребность в витаминах оказывают возраст и пол человека, характер и интенсивность его труда. Потребность в витаминах значительно возрастает при особых физиологических состояниях организма: у женщин – во время беременности, в период лактации, у детей – в период интенсивного роста.
Следует иметь в виду, что любые причины, изменяющие интенсивность обмена веществ, существенно влияют и на обмен витаминов в организме, повышая их расход. В частности, потребность в витаминах значительно возрастает под влиянием неблагоприятного климата (при переохлаждении или перегреве). Повышенная потребность в витаминах развивается при интенсивной физической нагрузке, нервно-психическом напряжении, в условиях воздействия неблагоприятных факторов окружающей среды, при ряде патологических состояний (например, при гипоксии). Повышенный расход витаминов возникает при болезнях желудочно-кишечного тракта, печени и почек, повышенная потребность в витаминах отмечается при некоторых эндокринных заболеваниях, например гипотиреозе, функциональной недостаточности коры надпочечников. В пожилом и старческом возрасте повышенная потребность в витаминах обусловлена ухудшением всасывания и утилизации витаминов, а также различными диетическими ограничениями.
Недостаточное потребление витаминов ведет к нарушениям зависящих от них биохимических (главным образом ферментативных) процессов и физиологических функций организма, обусловливает серьезные расстройства обмена веществ, поэтому исследование витаминной обеспеченности человека имеет важное диагностическое значение. С этой целью обычно определяют содержание витаминов и продуктов их обмена в крови и моче, исследуют активность ферментов, а также другие биохимические и физиологические показатели. Другой подход заключается в изучении питания обследуемых людей и оценке поступления витаминов с пищей с помощью справочных таблиц. Для количественного определения содержания витаминов в пищевых продуктах используют различные колориметрические, спектрофотометрические и флюоро-метрические методы, а также методы микробиологического анализа. Все большее распространение получают методы высокоэффективной жидкостной хроматографии, позволяющие наиболее полно и точно определить дефицит витаминов в организме, что особенно важно при стертой картине витаминной недостаточности.
Организм человека не способен запасать витамины на более или менее длительное время, они должны поступать регулярно, в полном наборе и в соответствии с физиологической потребностью. Вместе с тем приспособительные возможности организма достаточно велики, и в течение определенного времени дефицит витаминов практически не проявляется: расходуются витамины, отложенные в органах и тканях, включаются и другие компенсаторные механизмы. Только после израсходования депонированных витаминов возникают различные расстройства обмена веществ. Однако постоянное недостаточное потребление витаминов, даже если нет выраженных симптомов гиповитаминоза, отрицательно сказывается на состоянии здоровья человека: ухудшается самочувствие, снижаются работоспособность и сопротивляемость к респираторным и другим инфекционным заболеваниям, усиливается воздействие на организм неблагоприятных факторов среды. Недостаточное поступление с пищей некоторых витаминов (особенно С и А) является фактором риска ишемической болезни сердца и ряда злокачественных новообразований. В частности, многолетние исследования больших контингентов людей, проведенные английскими и американскими специалистами, показали, что частота заболеваний раком полости рта, желудочно-кишечного тракта и легких при низком уровне витамина А в крови в 2—4 раза выше, чем при оптимальной обеспеченности этим витамином.
Недостаточная обеспеченность витаминами беременных и кормящих женщин (а также их передозировка) причиняет ущерб здоровью матери и ребенка, является одной из причин недоношенности, врожденных пороков, нарушений физического и умственного развития детей. В детском и юношеском возрасте неадекватное (чаще недостаточное) потребление витаминов отрицательно сказывается на показателях общего физического развития, препятствует формированию здорового жизненного статуса, обусловливает постепенное развитие обменных нарушений и хронических заболеваний.