Витамин B 12 , также известный как кобаламин , является водорастворимым витамином, участвующим в обмене веществ . [2] Это один из восьми витаминов группы B . Он необходим животным, которые используют его в качестве кофактора в синтезе ДНК , а также в метаболизме жирных кислот и аминокислот . [3] Он важен для нормального функционирования нервной системы благодаря своей роли в синтезе миелина , а также в кровеносной системе в созревании эритроцитов в костном мозге . [2] [4] Растения не нуждаются в кобаламине и выполняют реакции с ферментами, которые не зависят от него . [5]
Витамин B 12 является наиболее химически сложным из всех витаминов, [6] и для человека это единственный витамин, который должен быть получен из продуктов животного происхождения или добавок. [2] [7] Только некоторые археи и бактерии могут синтезировать витамин B 12. [8] Дефицит витамина B 12 является широко распространенным состоянием, которое особенно распространено среди населения с низким потреблением продуктов животного происхождения . Такие диеты могут быть вызваны различными причинами, такими как низкий социально-экономический статус, этические соображения или выбор образа жизни, например, веганство . [9]
Продукты, содержащие витамин B 12, включают мясо, моллюсков , печень , рыбу, птицу , яйца и молочные продукты . [2] Многие хлопья для завтрака обогащены этим витамином. [2] Существуют добавки и лекарства для лечения и профилактики дефицита витамина B 12. [2] Обычно их принимают внутрь, но для лечения дефицита их также можно вводить внутримышечно . [ 2] [6]
Дефицит витамина B12 сильнее всего влияет на маленьких детей, беременных и пожилых людей, и чаще встречается в странах со средним и низким уровнем развития из-за недоедания. [10] Наиболее распространенной причиной дефицита витамина B12 в развитых странах является нарушение всасывания из-за потери внутреннего фактора желудка (IF), который должен быть связан с источником B12 в пище для того, чтобы произошло всасывание. [11] Второй основной причиной является возрастное снижение выработки желудочной кислоты ( ахлоргидрия ), поскольку воздействие кислоты высвобождает связанный с белком витамин. [12] По той же причине люди, находящиеся на длительной антацидной терапии, использующие ингибиторы протонной помпы , блокаторы H2 или другие антациды , подвергаются повышенному риску. [13]
Рацион вегетарианцев и веганов может не обеспечивать достаточного количества витамина B 12 , если не принимать пищевые добавки. [2] Дефицит может характеризоваться невропатией конечностей или заболеванием крови, называемым пернициозной анемией , типом анемии , при котором красные кровяные клетки становятся ненормально большими. [2] Это может привести к усталости , снижению способности мыслить, головокружению, одышке, частым инфекциям , плохому аппетиту , онемению рук и ног, депрессии, потере памяти, спутанности сознания, трудностям при ходьбе , нечеткости зрения , необратимому повреждению нервов и многим другим. [14] Если не лечить у младенцев, дефицит может привести к неврологическим повреждениям и анемии. [2] Уровни фолиевой кислоты у человека могут влиять на ход патологических изменений и симптоматику дефицита витамина B 12. Дефицит витамина B 12 у беременных женщин тесно связан с повышенным риском самопроизвольного аборта, врожденных пороков развития, таких как дефекты нервной трубки, проблем с развитием мозга у будущего ребенка. [10]
Витамин B 12 был открыт в результате злокачественной анемии, аутоиммунного заболевания , при котором в крови содержится меньшее , чем обычно, количество эритроцитов из-за дефицита витамина B 12. [5] [15] Способность усваивать витамин снижается с возрастом, особенно у людей старше 60 лет . [16]
Витамин B 12 представляет собой координационный комплекс кобальта , который занимает центр лиганда коррина и далее связан с лигандом бензимидазола и аденозильной группой. [17] Известно несколько родственных видов, и они ведут себя схожим образом, в частности, все функционируют как витамины. Этот набор соединений иногда называют «кобаламинами». Эти химические соединения имеют схожую молекулярную структуру, каждое из которых проявляет витаминную активность в биологической системе с дефицитом витаминов, их называют витамерами . Витаминная активность проявляется как кофермент , что означает, что его присутствие требуется для некоторых ферментативно-катализируемых реакций. [12] [18]
Цианокобаламин — это искусственная форма витамина B 12 . Бактериальная ферментация создает AdoB 12 и MeB 12 , которые преобразуются в цианокобаламин путем добавления цианида калия в присутствии нитрита натрия и тепла. После потребления цианокобаламин преобразуется в биологически активные AdoB 12 и MeB 12 . Две биоактивные формы витамина B
12являются метилкобаламин в цитозоле и аденозилкобаламин в митохондриях .
Цианокобаламин является наиболее распространенной формой, используемой в пищевых добавках и обогащении продуктов питания , поскольку цианид стабилизирует молекулу от деградации. Метилкобаламин также предлагается в качестве пищевой добавки. [12] Нет никаких преимуществ в использовании форм аденозилкобаламина или метилкобаламина для лечения дефицита витамина B 12. [19] [20] [4]
Гидроксокобаламин можно вводить внутримышечно для лечения дефицита витамина B 12. Его также можно вводить внутривенно для лечения отравления цианидом, поскольку гидроксильная группа замещается цианидом, создавая нетоксичный цианокобаламин, который выводится с мочой.
«Псевдовитамин B 12 » относится к соединениям, которые являются корриноидами со структурой, похожей на витамин, но без витаминной активности. [21] Псевдовитамин B 12 является основным корриноидом в спирулине , водорослевой здоровой пище, которая иногда ошибочно утверждается как имеющая эту витаминную активность. [22]
Дефицит витамина B 12 может потенциально вызвать серьезные и необратимые повреждения, особенно для мозга и нервной системы. [6] [23] Дефицит на уровне, лишь немного ниже нормы, может вызвать ряд симптомов, таких как усталость , чувство слабости, предобморочное состояние , головокружение , одышка, головные боли, язвы во рту , расстройство желудка, снижение аппетита, трудности при ходьбе (шатающиеся проблемы с равновесием), [14] [24] мышечная слабость, депрессия , плохая память , плохие рефлексы, спутанность сознания и бледность кожи, чувство ненормальных ощущений и другие, особенно у людей старше 60 лет. [6] [14] [25] Дефицит витамина B 12 также может вызвать симптомы мании и психоза . [26] [27] Среди других проблем могут возникнуть ослабленный иммунитет, снижение фертильности и нарушение кровообращения у женщин. [28]
Основным типом анемии, вызванной дефицитом витамина В12, является пернициозная анемия [29] , характеризующаяся триадой симптомов :
Дефицит витамина B 12 чаще всего вызван мальабсорбцией, но также может быть результатом низкого потребления, иммунного гастрита, низкого содержания связывающих белков или использования определенных лекарств. [6] Веганы — люди, которые предпочитают не употреблять никакую пищу животного происхождения — находятся в группе риска, поскольку растительная пища не содержит витамина в достаточном количестве для предотвращения дефицита витамина. [34] Вегетарианцы — люди, которые употребляют побочные продукты животного происхождения, такие как молочные продукты и яйца, но не мясо любого животного — также находятся в группе риска. Дефицит витамина B 12 наблюдается у 40% и 80% вегетарианского населения, которое также не принимает добавки витамина B 12 или не употребляет обогащенную витаминами пищу. [35] В Гонконге и Индии дефицит витамина B 12 обнаружен примерно у 80% веганского населения. Как и вегетарианцы, веганы могут избежать этого, употребляя пищевые добавки или продукты, обогащенные витамином B 12, такие как хлопья, растительное молоко и пищевые дрожжи , в качестве регулярной части своего рациона. [36] Пожилые люди подвержены повышенному риску, поскольку с возрастом у них вырабатывается меньше желудочной кислоты , состояние, известное как ахлоргидрия , тем самым увеличивая вероятность дефицита B 12 из-за снижения усвоения. [2]
Передозировка или чрезмерное использование закиси азота преобразует активную моновалентную форму витамина B12 в неактивную двухвалентную форму. [37]
Рекомендуемая в США норма потребления (RDA) для беременных составляет2,6 микрограмма в день (мкг/д) , для периода лактации2,8 мкг/д . Определение этих значений было основано на рекомендуемой суточной норме2,4 мкг/день для небеременных женщин, плюс то, что будет передано плоду во время беременности, и то, что будет доставлено с грудным молоком. [12] [38] : 972 Однако, рассматривая те же научные данные, Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) устанавливает адекватное потребление (AI) на уровне4,5 мкг/день для беременных и5,0 мкг/день для лактации. [39] Низкий уровень витамина B12 у матери , определяемый как концентрация в сыворотке менее 148 пмоль/л, увеличивает риск выкидыша, преждевременных родов и низкого веса новорожденного при рождении. [40] [38] Во время беременности плацента концентрирует B12 , поэтому у новорожденных концентрация в сыворотке выше, чем у их матерей. [12] Поскольку недавно усвоенный витамин эффективнее достигает плаценты, витамин, потребляемый будущей матерью, важнее, чем тот, который содержится в ее печеночной ткани. [12] [41]
Женщины, которые потребляют мало продуктов животного происхождения или являются вегетарианцами или веганами, подвержены более высокому риску дефицита витаминов во время беременности, чем те, кто потребляет больше продуктов животного происхождения. Это истощение может привести к анемии, а также к повышенному риску того, что их грудные дети станут дефицитными. [41] [38] Витамин B 12 не входит в число добавок, рекомендуемых Всемирной организацией здравоохранения для здоровых беременных женщин, [10] однако витамин B 12 часто предлагается во время беременности в составе поливитаминов вместе с фолиевой кислотой [42] [43], особенно для беременных матерей, которые придерживаются вегетарианской или веганской диеты. [44]
Низкая концентрация витаминов в грудном молоке наблюдается в семьях с низким социально-экономическим статусом или низким потреблением продуктов животного происхождения. [38] : 971, 973 Только в нескольких странах, в первую очередь в Африке, действуют обязательные программы обогащения продуктов питания пшеничной или кукурузной мукой; в Индии действует добровольная программа обогащения. [45] То, что потребляет кормящая мать, важнее, чем содержание ее тканей печени, поскольку это недавно усвоенный витамин, который более эффективно достигает грудного молока. [38] : 973 Содержание B 12 в грудном молоке снижается в течение месяцев кормления грудью как у хорошо питающихся матерей, так и у матерей с дефицитом витаминов. [38] : 973–974 Исключительное или почти исключительное грудное вскармливание после шести месяцев является сильным показателем низкого уровня витаминов в сыворотке у грудных детей. Это особенно верно, когда уровень витаминов был низким во время беременности и если рано введенные продукты, которые давались все еще находящемуся на грудном вскармливании ребенку, были веганскими. [38] : 974–975
Риск дефицита сохраняется, если в рационе после отлучения от груди мало продуктов животного происхождения. [38] : 974–975 Признаки низкого уровня витаминов у младенцев и маленьких детей могут включать анемию, плохой физический рост и задержки неврологического развития. [38] : 975 Детей с диагнозом низкий уровень B 12 в сыворотке можно лечить с помощью внутримышечных инъекций, а затем перевести на пероральный прием пищевой добавки. [38] : 976
Для лечения патологического ожирения используются различные методы желудочного шунтирования или желудочной рестрикционной хирургии. Желудочное шунтирование по Ру (RYGB), но не рукавное желудочное шунтирование или бандажирование желудка, увеличивает риск дефицита витамина B12 и требует профилактического послеоперационного лечения с помощью инъекций или высоких доз пероральных добавок. [46] [47] [48] Для послеоперационного перорального приема добавок,Для профилактики дефицита витаминов может потребоваться доза 1000 мкг/день . [48]
Согласно одному обзору: «В настоящее время не существует теста «золотого стандарта» для диагностики дефицита витамина B12 , и, как следствие, диагностика требует рассмотрения как клинического состояния пациента, так и результатов исследований». [49] Дефицит витамина обычно подозревается, когда обычный общий анализ крови показывает анемию с повышенным средним корпускулярным объемом (MCV). Кроме того, в мазке периферической крови могут быть видны макроциты и гиперсегментированные полиморфноядерные лейкоциты . Диагноз подтверждается на основании уровня витамина B12 в крови ниже 150–180 пмоль/л (200–250 пг/мл ) у взрослых. [50] Однако значения сыворотки могут поддерживаться, в то время как запасы B12 в тканях истощаются. Поэтому значения сыворотки B12 выше точки отсечения дефицита не обязательно подтверждают адекватный статус B12 . [2] По этой причине повышенный уровень гомоцистеина в сыворотке более 15 мкмоль/л и метилмалоновой кислоты (ММА) более 0,271 мкмоль/л считаются лучшими индикаторами дефицита B 12 , а не полагаться только на концентрацию B 12 в крови. [2] Однако повышенный уровень ММА не является окончательным, так как он наблюдается у людей с дефицитом B 12 , а также у пожилых людей с почечной недостаточностью, [27] и повышенный уровень гомоцистеина не является окончательным, так как он также наблюдается у людей с дефицитом фолиевой кислоты. [51] Кроме того, повышенный уровень метилмалоновой кислоты также может быть связан с метаболическими нарушениями, такими как метилмалоновая ацидемия . [52] Если присутствует повреждение нервной системы, а анализ крови не дает окончательных результатов, может быть проведена люмбальная пункция для измерения уровня B 12 в спинномозговой жидкости . [53]
Сывороточный гаптокоррин связывает 80-90% циркулирующего B 12 , делая его недоступным для доставки клетками транскобаламином II . Предполагается, что это функция циркулирующего хранения. [54] Несколько серьезных, даже опасных для жизни заболеваний вызывают повышенный уровень сывороточного гаптокоррина, измеряемый как аномально высокий уровень сывороточного витамина B 12 , в то же время потенциально проявляясь как симптоматическая недостаточность витамина из-за недостаточного связывания витамина с транскобаламином II, который переносит витамин в клетки. [55]
Тяжелый дефицит витамина B12 первоначально корректируется ежедневными внутримышечными инъекциями1000 мкг витамина, с последующей поддерживающей терапией путем ежемесячных инъекций того же количества или ежедневного приема внутрь1000 мкг . Пероральная суточная доза намного превышает потребность в витамине, поскольку отсутствует нормальное всасывание, опосредованное транспортным белком, что оставляет только очень неэффективное пассивное всасывание в кишечнике. [56] [57] Побочные эффекты инъекций включают кожную сыпь, зуд, озноб, лихорадку, приливы, тошноту и головокружение. Пероральная поддерживающая терапия позволяет избежать этой проблемы и значительно снижает стоимость лечения. [56] [57]
При отравлении цианидом можно вводить внутривенно большое количество гидроксокобаламина , а иногда и в сочетании с тиосульфатом натрия . [58] [59] Механизм действия прост: лиганд гидроксида гидроксикобаламина замещается токсичным ионом цианида, и полученный нетоксичный цианокобаламин выводится с мочой . [60]
Некоторые исследования показывают, что большинство людей в Соединенных Штатах и Соединенном Королевстве потребляют достаточное количество витамина B 12. [ 2] [11] Однако другие исследования показывают, что доля людей с низким или предельным уровнем витамина B 12 составляет до 40% в западном мире . [2] Продукты на основе зерна можно обогащать , добавляя в них витамин. Добавки витамина B 12 доступны в виде отдельных или поливитаминных таблеток. Фармацевтические препараты витамина B 12 могут вводиться путем внутримышечной инъекции . [6] [61] Поскольку существует мало неживотных источников витамина, веганам рекомендуется потреблять пищевые добавки или обогащенные продукты для приема B 12 , в противном случае они рискуют получить серьезные последствия для здоровья. [6] Дети в некоторых регионах развивающихся стран подвергаются особому риску из-за повышенных потребностей в период роста в сочетании с рационом с низким содержанием продуктов животного происхождения.
Национальная академия медицины США обновила предполагаемые средние потребности (EARS) и рекомендуемые нормы потребления (RDA) витамина B 12 в 1998 году. [6] EAR для витамина B 12 для женщин и мужчин в возрасте от 14 лет и старше составляет 2,0 мкг/день; RDA2,4 мкг/день . RDA выше, чем EAR, чтобы определить количество, которое будет покрывать людей с потребностями выше среднего. RDA для беременности составляет 2,6 мкг/день. RDA для лактации составляет2,8 мкг/день . Для младенцев до 12 месяцев адекватное потребление (AI) составляет 0,4–0,5 мкг/день. (AI устанавливаются, когда недостаточно информации для определения EAR и RDA.) Для детей в возрасте от 1 до 13 лет RDA увеличивается с возрастом от 0,9 до 1,8 мкг/день. Поскольку от 10 до 30 процентов пожилых людей могут быть неспособны эффективно усваивать витамин B 12, встречающийся в природе в продуктах питания, лицам старше 50 лет рекомендуется удовлетворять RDA в основном за счет потребления продуктов, обогащенных витамином B 12 , или добавок, содержащих витамин B 12. Что касается безопасности, то для витаминов и минералов устанавливаются верхние допустимые уровни потребления (известные как UL) при наличии достаточных доказательств. В случае витамина B 12 UL не существует, поскольку нет данных о побочных эффектах высоких доз у людей. В совокупности EAR, RDA, AI и UL называются рекомендуемыми нормами потребления (DRI). [12]
Европейское агентство по безопасности пищевых продуктов (EFSA) называет коллективный набор информации «рекомендуемые диетические значения», с рекомендуемым потреблением населения (PRI) вместо RDA и средней потребностью вместо EAR. AI и UL определяются EFSA так же, как в Соединенных Штатах. Для женщин и мужчин старше 18 лет адекватное потребление (AI) установлено на уровне 4,0 мкг/день. AI для беременности составляет 4,5 мкг/день, для лактации — 5,0 мкг/день. Для детей в возрасте от 1 до 14 лет AI увеличиваются с возрастом от 1,5 до 3,5 мкг/день. Эти AI выше, чем RDA в США. [39] EFSA также рассмотрело вопрос безопасности и пришло к такому же выводу, что и в Соединенных Штатах, — что нет достаточных доказательств для установления UL для витамина B 12 . [62]
Японский национальный институт здоровья и питания установил рекомендуемую суточную норму потребления для людей в возрасте 12 лет и старше на уровне 2,4 мкг/день. [63] Всемирная организация здравоохранения также использует 2,4 мкг/день в качестве рекомендуемой нормы потребления этого витамина для взрослых. [64]
Для маркировки пищевых продуктов и диетических добавок в США количество в порции выражается как «процент от суточной нормы» (%DV). Для маркировки витамина B12 100 % суточной нормы составляли 6,0 мкг, но 27 мая 2016 года она была снижена до 2,4 мкг. [65] [66] Соблюдение обновленных правил маркировки требовалось к 1 января 2020 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания 10 миллионов долларов США и более и к 1 января 2021 года для производителей с меньшим объемом продаж продуктов питания. [67] [68] Таблица старых и новых суточных норм для взрослых приведена в Reference Daily Intake .
Витамин B 12 вырабатывается в природе некоторыми бактериями и археями . [69] [70] [71] Он синтезируется некоторыми бактериями в микробиоте кишечника у людей и других животных, но долгое время считалось, что люди не могут усваивать его, так как он производится в толстой кишке , ниже по течению от тонкой кишки , где происходит всасывание большинства питательных веществ. [72] Жвачные животные , такие как коровы и овцы, являются ферментерами передней кишки, что означает, что растительная пища подвергается микробной ферментации в рубце перед попаданием в настоящий желудок ( сычуг ), и, таким образом, они усваивают витамин B 12 , вырабатываемый бактериями. [72] [73]
Другие виды млекопитающих (примеры: кролики , пищухи , бобры , морские свинки ) потребляют богатые клетчаткой растения, которые проходят через желудочно-кишечный тракт и подвергаются бактериальной ферментации в слепой кишке и толстом кишечнике . В этой ферментации в задней кишке материал из слепой кишки выбрасывается в виде « цекотрофов » и повторно потребляется, практика, называемая цекотрофией . Повторное употребление пищи позволяет усваивать питательные вещества, полученные в результате бактериальной ферментации, а также витамины и другие питательные вещества, синтезируемые кишечными бактериями, включая витамин B12 . [ 73]
Нежвачные травоядные животные, не имеющие заднего отдела кишечника, могут иметь увеличенный передний отдел желудка и/или тонкий кишечник, чтобы обеспечить место для бактериальной ферментации и выработки витамина B, включая B12 . [ 73] Чтобы кишечные бактерии вырабатывали витамин B12 , животное должно потреблять достаточное количество кобальта . [74] Почва с дефицитом кобальта может привести к дефициту B12 , и для скота могут потребоваться инъекции B12 или добавки кобальта. [75]
Животные хранят витамин B 12 из своего рациона в печени и мышцах , а некоторые передают витамин в яйца и молоко . Мясо, печень, яйца и молоко, таким образом, являются источниками витамина для других животных, включая людей. [61] [2] [76] Для людей биодоступность из яиц составляет менее 9%, по сравнению с 40%-60% из рыбы, птицы и мяса. [77] Насекомые являются источником B 12 для животных (включая других насекомых и людей). [76] [78] Источники пищи животного происхождения с высокой концентрацией витамина B 12 включают печень и другие субпродукты ягненка , телятины , говядины и индейки , а также моллюсков и крабовое мясо . [ 6 ] [61] [79]
Существуют некоторые доказательства того, что бактериальная ферментация растительной пищи и симбиотические отношения между водорослями и бактериями могут обеспечить витамин B 12 . Однако Академия питания и диетологии считает растительные и водорослевые источники «ненадежными», заявляя, что веганам следует вместо этого обратиться к обогащенным продуктам и добавкам. [34]
Естественные растительные и водорослевые источники витамина B 12 включают ферментированные растительные продукты, такие как темпе [80] [81] и продукты, полученные из морских водорослей, такие как нори и лавровый хлеб . [82] [83] [84] Метилкобаламин был обнаружен в Chlorella vulgaris . [85] Поскольку только бактерии и некоторые археи обладают генами и ферментами, необходимыми для синтеза витамина B 12 , все растительные и водорослевые источники получают витамин вторично из симбиоза с различными видами бактерий, [5] или, в случае ферментированных растительных продуктов, из бактериальной ферментации. [80]
Продукты, для которых доступны обогащенные витамином B12 версии , включают хлопья для завтрака , заменители молока растительного происхождения, такие как соевое молоко и овсяное молоко , энергетические батончики и пищевые дрожжи . [79] Ингредиентом обогащения является цианокобаламин. Микробная ферментация дает аденозилкобаламин, который затем преобразуется в цианокобаламин путем добавления цианида калия или тиоцианата в присутствии нитрита натрия и тепла. [86]
По состоянию на 2019 год девятнадцать стран требуют обогащения пищевых продуктов пшеничной муки, кукурузной муки или риса витамином B 12. Большинство из них находятся в Юго-Восточной Африке или Центральной Америке. [45]
Организации, защищающие веганство, среди прочего, рекомендуют каждому вегану потреблять витамин B 12 либо из обогащенных продуктов, либо из добавок. [6] [36] [87] [88]
Витамин B 12 входит в состав поливитаминных таблеток; в некоторых странах продукты на основе зерна, такие как хлеб и макароны, обогащаются витамином B 12. В США можно приобрести безрецептурные продукты, содержащие до 5000 мкг каждый, и он является распространенным ингредиентом в энергетических напитках и энергетических шотах , как правило, во много раз превышающим рекомендуемую суточную норму B 12. Витамин также может отпускаться по рецепту и вводиться посредством инъекций или другими способами. [2]
Сублингвальный метилкобаламин , не содержащий цианида , доступен в таблетках по 5 мг. Метаболическая судьба и биологическое распределение метилкобаламина, как ожидается, будут аналогичны таковым других источников витамина B 12 в рационе. [89] Количество цианида в цианокобаламине, как правило, не вызывает беспокойства, даже в дозе 1000 мкг, поскольку количество цианида там (20 мкг в таблетке цианокобаламина 1000 мкг) меньше, чем ежедневное потребление цианида из пищи, и поэтому цианокобаламин не считается риском для здоровья. [89]
Инъекции гидроксикобаламина часто используются, если нарушено всасывание в пищеварительном тракте, [2], но этот курс действий может не быть необходимым при приеме высоких доз пероральных добавок (например, 0,5–1,0 мг или более), [90] [91], поскольку при приеме больших количеств витамина перорально даже 1–5% свободного кристаллического B 12 , который всасывается по всему кишечнику путем пассивной диффузии, может быть достаточным для обеспечения необходимого количества. [92]
Человеку с болезнью кобаламина С (которая приводит к комбинированной метилмалоновой ацидурии и гомоцистинурии ) может потребоваться лечение внутривенным или внутримышечным гидроксокобаламином или трансдермальным витамином B12 , поскольку пероральный прием цианокобаламина неадекватен при лечении болезни кобаламина С. [93]
Традиционное введение не обеспечивает специфического распределения и контролируемого высвобождения витамина B 12 . Более того, терапевтические протоколы, включающие инъекции, требуют медицинского персонала и поездок пациентов в больницу, что увеличивает стоимость лечения и ухудшает образ жизни пациентов. Целевая доставка витамина B 12 является основным направлением современных рецептов. Например, доставка витамина в костный мозг и нервные клетки поможет восстановлению миелина. В настоящее время разрабатывается несколько стратегий наноносителей для улучшения доставки витамина B 12 с целью упрощения введения, снижения затрат, улучшения фармакокинетики и повышения качества жизни пациентов. [94]
Псевдовитамин-B 12 относится к аналогам, подобным B 12 , которые биологически неактивны в организме человека. [21] Было обнаружено, что большинство цианобактерий, включая спирулину , и некоторые водоросли, такие как Porphyra tenera (используются для приготовления сушеных морских водорослей, называемых нори в Японии), содержат в основном псевдовитамин-B 12 вместо биологически активного B 12. [22] [95] Эти псевдовитаминные соединения можно найти в некоторых видах моллюсков, [21] в съедобных насекомых, [96] а иногда в качестве продуктов метаболического распада цианокобаламина, добавляемого в пищевые добавки и обогащенные продукты. [97]
Псевдовитамин-B 12 может проявляться как биологически активный витамин B 12 при использовании микробиологического анализа с Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis, поскольку бактерии могут использовать псевдовитамин, несмотря на то, что он недоступен для людей. Для получения надежного показания содержания B 12 доступны более продвинутые методы. Один из таких методов включает предварительное разделение с помощью силикагеля и последующую оценку с помощью B 12- зависимых бактерий E. coli . [21]
Связанная концепция — антивитамин B 12 , соединения (часто синтетические аналоги B 12 ), которые не только не оказывают витаминного действия, но и активно мешают активности настоящего витамина B 12 . Разработка этих соединений в основном включает замену иона металла родием , никелем или цинком ; или присоединение неактивного лиганда, такого как 4-этилфенил. Эти соединения могут быть использованы для анализа путей утилизации B 12 или даже для атаки на патогены, зависящие от B 12. [98]
Желудочная кислота необходима для высвобождения витамина B12 из белка для усвоения. Снижение секреции желудочной кислоты и пепсина из- за использования блокаторов H2 или ингибиторов протонной помпы (ИПП) может снизить усвоение связанного с белком (пищевого) витамина B12 , но не дополнительного витамина B12 . Примеры антагонистов рецепторов H2 включают циметидин , фамотидин , низатидин и ранитидин . Примеры ИПП включают омепразол , лансопразол , рабепразол , пантопразол и эзомепразол . Клинически значимый дефицит витамина B12 и мегалобластная анемия маловероятны, если только эти лекарственные терапии не продлеваются в течение двух или более лет или если, кроме того, диетическое потребление человека ниже рекомендуемых уровней. Симптоматическая недостаточность витаминов более вероятна, если у человека наблюдается ахлоргидрия (полное отсутствие секреции желудочной кислоты), что чаще происходит при приеме ингибиторов протонной помпы, чем блокаторов H2 . [ 99]
Снижение уровня витамина B 12 в сыворотке крови наблюдается у 30% людей, длительно принимающих антидиабетический метформин . [100] [101] Дефицит не развивается, если диетическое потребление витамина B 12 адекватно или профилактически назначается добавка B 12. Если дефицит обнаружен, прием метформина можно продолжить, пока дефицит корректируется добавками B 12. [102]
Некоторые лекарства могут снижать всасывание перорально потребляемого витамина B 12 , включая колхицин , продукты калия с пролонгированным высвобождением и антибиотики, такие как гентамицин , неомицин и тобрамицин . [103] Противосудорожные препараты фенобарбитал , прегабалин , примидон и топирамат связаны с более низкой, чем обычно, концентрацией витамина в сыворотке. Однако сывороточные уровни были выше у людей, которым прописывали вальпроат . [ 104 ] Кроме того , некоторые лекарства могут влиять на лабораторные тесты на витамин . [ 103]
Витамин B 12 является наиболее химически сложным из всех витаминов. [6] Структура B 12 основана на корриновом кольце, которое похоже на порфириновое кольцо, обнаруженное в геме . Центральный ион металла - кобальт . Будучи изолированным в виде устойчивого к воздуху твердого вещества и доступным в продаже, кобальт в витамине B 12 (цианокобаламин и другие витамеры) присутствует в своей степени окисления +3. Биохимически кобальтовый центр может принимать участие как в двухэлектронных, так и в одноэлектронных восстановительных процессах для доступа к «восстановленной» (B 12r , степень окисления +2) и «сверхвосстановленной» (B 12s , степень окисления +1) формам. Способность перемещаться между состояниями окисления +1, +2 и +3 обусловливает универсальную химию витамина B12 , позволяя ему служить донором дезоксиаденозильного радикала (источник радикального алкила) и эквивалентом метильного катиона (источник электрофильного алкила). [105]
Четыре из шести координационных участков обеспечиваются корриновым кольцом, а пятый — диметилбензимидазольной группой. Шестой координационный участок, реактивный центр , является переменным, представляя собой цианогруппу ( –CN), гидроксильную группу (–OH), метильную группу (–CH 3 ) или 5′-дезоксиаденозильную группу . Исторически ковалентная связь углерод-кобальт является одним из первых примеров связей углерод-металл, открытых в биологии. Гидрогеназы и , по необходимости, ферменты, связанные с использованием кобальта, включают связи металл-углерод. [106] Животные обладают способностью преобразовывать цианокобаламин и гидроксокобаламин в биоактивные формы аденозилкобаламин и метилкобаламин посредством ферментативной замены циано- или гидроксильных групп.
Для определения содержания витамина B 12 в пищевых продуктах использовалось несколько методов, включая микробиологические анализы, хемилюминесцентные анализы, полярографические, спектрофотометрические и высокоэффективные жидкостные хроматографические процессы. [107] Микробиологический анализ был наиболее часто используемым методом анализа пищевых продуктов, использующим определенные микроорганизмы, которым необходим витамин B 12 , такие как Lactobacillus delbrueckii subsp. lactis ATCC7830. [77] Однако он больше не является референтным методом из-за высокой неопределенности измерения витамина B 12. [ 108]
Кроме того, этот анализ требует инкубации в течение ночи и может давать ложные результаты, если в продуктах питания присутствуют какие-либо неактивные аналоги витамина B12. [ 109] В настоящее время для определения содержания витамина B12 в продуктах питания используется анализ радиоизотопного разбавления (RIDA) с меченым витамином B12 и свиным IF (свиньи). [ 77 ] Предыдущие отчеты предполагали, что метод RIDA способен обнаруживать более высокие концентрации витамина B12 в продуктах питания по сравнению с методом микробиологического анализа. [77] [107]
Витамин B12 действует как кофермент , что означает, что его присутствие необходимо в некоторых реакциях, катализируемых ферментами. [12] [18] Ниже перечислены три класса ферментов, которым иногда требуется B12 для функционирования (у животных):
У человека известны два основных семейства ферментов, зависящих от кофермента B 12 , соответствующие первым двум типам реакций. Они представлены следующими двумя ферментами:
Метилмалонил кофермент А мутаза (MUT) является ферментом изомеразой, который использует форму AdoB 12 и тип реакции 1 для преобразования L-метилмалонил-КоА в сукцинил-КоА , что является важным этапом катаболического расщепления некоторых аминокислот в сукцинил-КоА, который затем поступает в производство энергии через цикл лимонной кислоты . [110] Эта функциональность теряется при дефиците витамина B 12 и может быть измерена клинически как повышенная концентрация метилмалоновой кислоты (ММА) в сыворотке. Функция MUT необходима для правильного синтеза миелина . [4] Основываясь на исследованиях на животных, считается, что повышенный метилмалонил-КоА гидролизуется с образованием метилмалоната (метилмалоновой кислоты), нейротоксичной дикарбоновой кислоты, вызывающей неврологическое ухудшение. [114]
Метионинсинтаза , кодируемая геном MTR , представляет собой фермент метилтрансферазы, который использует MeB 12 и реакцию типа 2 для переноса метильной группы из 5-метилтетрагидрофолата в гомоцистеин , тем самым генерируя тетрагидрофолат (ТГФ) и метионин . [111] Эта функциональность теряется при дефиците витамина B 12 , что приводит к повышению уровня гомоцистеина и захвату фолата в виде 5-метилтетрагидрофолата, из которого ТГФ (активная форма фолата) не может быть восстановлена. ТГФ играет важную роль в синтезе ДНК, поэтому снижение доступности ТГФ приводит к неэффективному производству клеток с быстрым оборотом, в частности эритроцитов, а также клеток стенки кишечника, которые отвечают за всасывание. ТГФ может быть регенерирован с помощью MTR или может быть получен из свежего фолата в рационе. Таким образом, все эффекты синтеза ДНК дефицита B 12 , включая мегалобластную анемию пернициозной анемии , разрешаются, если присутствует достаточное количество фолата в пище. Таким образом, наиболее известная «функция» B 12 (которая связана с синтезом ДНК, делением клеток и анемией) на самом деле является факультативной функцией, которая опосредована B 12 -консервацией активной формы фолата, необходимой для эффективного производства ДНК. [111] Другие ферменты метилтрансферазы, требующие кобаламина, также известны у бактерий, такие как Me-H 4 -MPT, кофермент M метилтрансфераза. [115]
Витамин B 12 поглощается специфическими для B 12 транспортными белками или посредством пассивной диффузии. [12] Транспортно-опосредованное поглощение и доставка в ткани — сложный процесс, включающий три транспортных белка: гаптокоррин (HC), внутренний фактор (IF) и транскобаламин II (TC2), а также соответствующие мембранные рецепторные белки. HC присутствует в слюне. Поскольку витаминсодержащая пища переваривается соляной кислотой и пепсином, выделяемыми в желудок, HC связывает витамин и защищает его от кислотного распада. [12] [116] Покидая желудок, соляная кислота химуса нейтрализуется в двенадцатиперстной кишке бикарбонатом , [ 117] и панкреатические протеазы высвобождают витамин из HC, делая его доступным для связывания IF, который представляет собой белок, выделяемый желудочными париетальными клетками в ответ на присутствие пищи в желудке. IF доставляет витамин к рецепторным белкам cubilin и amnionless , которые вместе образуют рецептор cubam в дистальном отделе подвздошной кишки . Рецептор специфичен для комплекса IF-B 12 и поэтому не будет связываться с любым содержанием витамина, которое не связано с IF. [12] [116]
Исследования кишечной абсорбции B 12 подтверждают, что верхний предел абсорбции на одну пероральную дозу составляет около 1,5 мкг с эффективностью 50%. Напротив, пассивный диффузионный процесс абсорбции B 12 — обычно очень малая часть общего усвоения витамина из потребляемой пищи — может превышать абсорбцию, опосредованную гаптокоррином и IF, когда пероральные дозы B 12 очень велики, с эффективностью примерно 1%. Таким образом, добавление диетической добавки B 12 в дозе от 500 до 1000 мкг в день позволяет лечить пернициозную анемию и некоторые другие дефекты абсорбции B 12 ежедневными пероральными мегадозами B 12 без какой-либо коррекции основных дефектов абсорбции. [116]
После того, как комплекс IF/B 12 связывается с кубамом, комплекс диссоциирует, и свободный витамин транспортируется в портальное кровообращение . Затем витамин переносится в TC2, который служит в качестве циркулирующего переносчика плазмы. Наследственные дефекты в продукции TC2 и его рецептора могут вызывать функциональные дефициты B 12 и детскую мегалобластную анемию , а также аномальную биохимию, связанную с B 12 , даже в некоторых случаях при нормальном уровне B 12 в крови . Для того чтобы витамин служил внутри клеток, комплекс TC2-B 12 должен связаться с белком клеточного рецептора и подвергнуться эндоцитозу . TC2 разрушается в лизосоме , а свободный B 12 высвобождается в цитоплазму, где он трансформируется в биоактивный кофермент клеточными ферментами. [116] [118]
Антацидные препараты, которые нейтрализуют желудочную кислоту, и препараты, которые блокируют выработку кислоты (например, ингибиторы протонной помпы ), будут подавлять всасывание B 12 , предотвращая высвобождение из пищи в желудке. [119] Другие причины мальабсорбции B 12 включают дефицит внутреннего фактора , пернициозную анемию , недостаточность поджелудочной железы после бариатрической хирургии , обструктивную желтуху, тропическую спру и целиакию, а также лучевой энтерит дистального отдела подвздошной кишки. [116] Возраст может быть фактором. Пожилые люди часто страдают ахлоргидрией из-за сниженной функции париетальных клеток желудка и, таким образом, имеют повышенный риск дефицита B 12. [120]
Скорость изменения уровня B 12 зависит от баланса между тем, сколько B 12 поступает из рациона, сколько секретируется и сколько усваивается. Общее количество витамина B 12 , хранящегося в организме, составляет около 2–5 мг у взрослых. Около 50% этого количества хранится в печени. Примерно 0,1% этого количества теряется в день с секрецией в кишечнике, поскольку не все эти секреции реабсорбируются. Желчь является основной формой выделения B 12 ; большая часть B 12 , секретируемого в желчи, рециркулируется через энтерогепатическую циркуляцию . Избыток B 12 сверх связывающей способности крови, как правило, выводится с мочой. Благодаря чрезвычайно эффективной энтерогепатической циркуляции B 12 печень может хранить витамин B 12 в течение 3–5 лет ; поэтому дефицит этого витамина у взрослых встречается редко при отсутствии нарушений всасывания. [12] При отсутствии внутреннего фактора или рецепторов дистального отдела подвздошной кишки запасы витамина B12 сохраняются лишь в течение нескольких месяцев или года . [ 121]
Витамин B 12, благодаря своему участию в одноуглеродном метаболизме, играет ключевую роль в клеточном перепрограммировании , регенерации тканей и эпигенетической регуляции. Клеточное перепрограммирование — это процесс, посредством которого соматические клетки могут быть преобразованы в плюрипотентное состояние. Уровни витамина B 12 влияют на модификацию гистонов H3K36me3 , которая подавляет незаконную транскрипцию вне промоторов генов . Было обнаружено, что у мышей, проходящих перепрограммирование in vivo, наблюдается истощение B 12 и признаки метионинового голодания, в то время как добавление B 12 к перепрограммирующим мышам и клеткам повышает эффективность перепрограммирования, что указывает на клеточно-внутренний эффект. [122] [123]
Витамин B 12 получен из тетрапиррольного структурного каркаса, созданного ферментами дезаминазой и косинтетазой , которые преобразуют аминолевулиновую кислоту через порфобилиноген и гидроксиметилбилан в уропорфириноген III . Последний является первым макроциклическим промежуточным продуктом, общим для гема , хлорофилла , сирогема и самого B 12. [124] [125] Более поздние этапы, особенно включение дополнительных метильных групп его структуры, были исследованы с использованием 13 C метил-меченого S-аденозилметионина . Только после того, как был использован генетически модифицированный штамм Pseudomonas denitrificans , в котором восемь генов, участвующих в биосинтезе витамина, были сверхэкспрессированы , удалось определить полную последовательность метилирования и других этапов, тем самым полностью установив все промежуточные продукты в пути. [126] [127]
Известно, что виды из следующих родов и следующие отдельные виды синтезируют B12 : Propionibacterium shermanii , Pseudomonas denitrificans , Streptomyces griseus , Acetobacterium , Aerobacter , Agrobacterium , Alcaligenes , Azotobacter , Bacillus , Clostridium , Corynebacterium , Flavobacterium , Lactobacillus , Micromonospora , Mycobacterium , Nocardia , Proteus , Rhizobium , Salmonella , Serratia , Streptococcus и Xanthomonas . [ 128] [129]
Промышленное производство B 12 достигается путем ферментации выбранных микроорганизмов. [130] Streptomyces griseus , бактерия, которая когда-то считалась грибком , была коммерческим источником витамина B 12 в течение многих лет. [131] Виды Pseudomonas denitrificans и Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii сегодня используются чаще. [130] Их выращивают в специальных условиях для повышения урожайности. Рон-Пуленк улучшил урожайность с помощью генной инженерии P. denitrificans . [132] Propionibacterium , другие широко используемые бактерии, не производят экзотоксинов или эндотоксинов и, как правило, признаны безопасными (им был присвоен статус GRAS ) Управлением по контролю за продуктами и лекарствами США. [133]
Общее мировое производство витамина B12 в 2008 году составило 35 000 кг (77 175 фунтов). [134]
Полный лабораторный синтез B 12 был осуществлен Робертом Бернсом Вудвордом [135] и Альбертом Эшенмозером в 1972 году. [136] [137] Работа потребовала усилий 91 постдокторанта (в основном в Гарварде) и 12 аспирантов (в ETH Zurich ) из 19 стран. Синтез представляет собой формальный полный синтез, поскольку исследовательские группы подготовили только известную промежуточную кобировую кислоту, химическое превращение которой в витамин B 12 было ранее описано. Этот синтез витамина B 12 не имеет практического значения из-за его длины, требуя 72 химических шагов и давая общий химический выход значительно ниже 0,01%. [138] Хотя с 1972 года предпринимались спорадические попытки синтеза, [137] синтез Эшенмозера–Вудворда остается единственным завершенным (формальным) полным синтезом.
Между 1849 и 1887 годами Томас Аддисон описал случай пернициозной анемии , Уильям Ослер и Уильям Гарднер впервые описали случай невропатии, Хайем описал большие красные клетки в периферической крови при этом состоянии, которые он назвал «гигантскими кровяными тельцами» (теперь называемыми макроцитами ), Пауль Эрлих идентифицировал мегалобласты в костном мозге, а Людвиг Лихтгейм описал случай миелопатии . [139]
В 1920-х годах Джордж Уиппл обнаружил, что употребление большого количества сырой печени, по-видимому, наиболее быстро излечивает анемию, вызванную потерей крови у собак, и выдвинул гипотезу, что употребление печени может лечить злокачественную анемию. [140] Эдвин Кон приготовил экстракт печени, который был в 50–100 раз более эффективным при лечении злокачественной анемии, чем натуральные продукты печени. Уильям Касл продемонстрировал, что желудочный сок содержит «внутренний фактор», который в сочетании с употреблением мяса приводит к усвоению витамина при этом состоянии. [139] В 1934 году Джордж Уиппл разделил Нобелевскую премию по физиологии и медицине 1934 года с Уильямом П. Мерфи и Джорджем Минотом за открытие эффективного лечения злокачественной анемии с использованием концентрата печени, который, как позже выяснилось, содержит большое количество витамина B 12 . [139] [141]
Работая в Бюро молочной промышленности Министерства сельского хозяйства США, Мэри Шоу Шорб получила задание по работе над штаммом бактерий Lactobacillus lactis Dorner (LLD), который использовался для производства йогурта и других кисломолочных продуктов. Питательная среда для LLD требовала экстракта печени. Шорб знала, что тот же экстракт печени использовался для лечения пернициозной анемии (ее свекор умер от этой болезни), и пришла к выводу, что LLD можно разработать в качестве метода анализа для определения активного соединения. Во время работы в Мэрилендском университете она получила небольшой грант от Merck и в сотрудничестве с Карлом Фолкерсом из этой компании разработала анализ LLD. Он определил «фактор LLD» как необходимый для роста бактерий. [142] Шорб, Фолкер и Александр Р. Тодд из Кембриджского университета использовали анализ LLD для извлечения противопернициозного фактора анемии из экстрактов печени, очистили его и назвали витамином B 12 . [143] В 1955 году Тодд помог выяснить структуру витамина. Полная химическая структура молекулы была определена Дороти Ходжкин на основе кристаллографических данных и опубликована в 1955 [144] и 1956 годах, [145] за что и за другие кристаллографические анализы она была удостоена Нобелевской премии по химии в 1964 году. [146] Ходжкин продолжила расшифровку структуры инсулина . [146]
Джордж Уиппл, Джордж Майнот и Уильям Мерфи были удостоены Нобелевской премии в 1934 году за свою работу над витамином. Три других лауреата Нобелевской премии, Александр Р. Тодд (1957), Дороти Ходжкин (1964) и Роберт Бернс Вудворд (1965) внесли важный вклад в его изучение. [147]
Промышленное производство витамина B12 осуществляется путем ферментации выбранных микроорганизмов. [130] Как отмечалось выше, полностью синтетический лабораторный синтез B12 был осуществлен Робертом Бернсом Вудвордом и Альбертом Эшенмозером в 1972 году, хотя этот процесс не имеет коммерческого потенциала, требуя более 70 этапов и имея выход значительно ниже 0,01%. [138]
В 1970-х годах Джон А. Майерс, врач, проживающий в Балтиморе, разработал программу внутривенного введения витаминов и минералов для лечения различных заболеваний. Формула включала1000 мкг цианокобаламина. Это стало известно как коктейль Майерса . После его смерти в 1984 году другие врачи и натуропаты начали назначать «внутривенную микронутриентную терапию» с необоснованными заявлениями о пользе для здоровья для лечения усталости, упадка сил, стресса, беспокойства, мигрени, депрессии, иммунодефицита, для похудения и многого другого. [148] Однако, за исключением отчета о клинических исследованиях [148], в научной литературе нет подтвержденных преимуществ. [149] Врачи-практики в клиниках и спа-салонах назначают версии этих внутривенных комбинированных продуктов, а также внутримышечные инъекции только витамина B 12. Обзор клиники Майо пришел к выводу, что нет убедительных доказательств того, что инъекции витамина B 12 обеспечивают прилив энергии или способствуют похудению. [150]
Имеются данные о том, что пожилым людям врачи часто повторно назначают и делают инъекции цианокобаламина ненадлежащим образом, о чем свидетельствует тот факт, что большинство субъектов в одном крупном исследовании либо имели нормальную концентрацию в сыворотке, либо не проходили тестирование перед инъекциями. [151]
Данные опроса США из когорты NHANES What We Eat in America 2013e16 сообщили о медианном потреблении витамина B12 для всех взрослых мужчин в 5,1 мкг и женщин в 3,5 мкг.95b Используя расчетную среднюю потребность (EAR) для взрослых в витамине B12 в 2 мкг,93 менее 3% мужчин и 8% женщин в Соединенных Штатах имели неадекватный рацион питания при использовании этого компаратора. Однако 11% девочек в возрасте 14–18 лет имели потребление ниже их EAR в 2,0 мкг.
Ферментированные продукты (например, темпе), нори, спирулина, водоросли хлорелла и необогащенные пищевые дрожжи не могут считаться адекватными или практичными источниками витамина B-12.39,40 Веганы должны регулярно потреблять надежные источники, то есть продукты, обогащенные витамином B-12, или добавки, содержащие B-12, иначе у них может возникнуть дефицит, как показали исследования с участием младенцев, детей и взрослых, придерживающихся веганского образа жизни.