Витамин C. Как его понимать? (8 фото)
Сейчас в весеннее время посещает северные края в виде гиповитаминоза. Помимо общего истощения, нарушения прочности сосудистой стенки, а с ним и кровоизлияний, и кровотечений, малокровия, язвенного поражения кожи, выпадения зубов, разрушения хрящей, болей в суставах и прочих прелестей, при цинге снижается иммунитет и возникает лихорадка. Поскольку к тому же болезнь носила явно очаговый характер, то многие считали ее заразной. Иные связывали цингу с недоброкачественной пищей, с психической подавленностью. При частичном голодании весь букет цинготных симптомов развивается за несколько месяцев. А при инфекционных болезнях, особенно при гриппе, первые признаки (кровоизлияния) авитаминоза возникают уже через неделю.
Впервые наличие в естественной пище каких-то особых веществ, необходимых для жизни животных, было доказано русским педиатром Н.И. Луниным в 1881 году. Его работа (диссертация) явилась крупнейшим открытием, поскольку опровергала принятое как закон мнение великого химика Ю. Либиха («Органическая химия в ее приложениях к физиологии и патологии», 1842), что белков, жиров, углеводов и минеральных солей вполне достаточно. Нет, недостаточно, нужны еще вещества, сказал Лунин и тем открыл новую эпоху в проблеме питания и лекарствоведения.
Почему витамин?
В XIX — начале XX века Восточная Азия с ее полинезийскими и Японскими островами была очагом тяжелого эндемического (присущего данному ограниченному району) заболевания бери-бери (алиментарный полиневрит). Оно характеризуется поражением периферических нервов, сердечно-сосудистой системы и отеками, затем возникает атрофия мышц. Так, в 1911 году на Яве и Суматре смертность от бери-бери достигала 70%. В Японии она поражала в основном моряков — в среднем 300 на 1000 человек в год. На кораблях все жили вроде бы вместе, но офицеры питались лучше и болели реже, поэтому врачи предположили, что болезнь как-то связана с питанием.
В июне 1897 года голландский врач Х. Эйкман, служивший в колониальной администрации, обратил внимание на то обстоятельство, что у кур, разводимых в питомнике при их институте в Батавии (так раньше называлась Джакарта), возникла болезнь, напоминающая бери-бери у человека, — они как бы не могли ходить и постоянно кувыркались. Эйкман отметил: болезнь началась с того времени, когда кур стали кормить шелушенным (полированным) рисом. Микробов в их трупах он не нашел, но в нервах и спинном мозгу кур была замечена та же дегенерация нервов, что и у человека, — результат полиневрита. Перевод кур на обычное питание привел к быстрому выздоровлению. Аналогичные результаты были описаны при наблюдениях за здоровьем заключенных в разных тюрьмах. И там перевод больных на кормление обычным рисом приводил к устранению болезни. За эту находку Х. Эйкман вместе со своим коллегой Ф.Х. Хопкинсом получил Нобелевскую премию в 1929 году. Выяснено было лишь то, что в какой-то Батавии нечто необходимое для здоровья находилось в отрубях риса. Но болели-то по всему миру, особенно на севере, где рисом, тем более полированным, и не пахло. Так что это было?
Еще в 1911 году польский биохимик К. Функ, работая в Лондоне, выделил из отрубей риса особое сухое вещество, 20 мг которого излечивали больных от бери-бери. В этом веществе, наряду с углеродом и водородом, содержалось 8% азота. Именно по этой причине Функ предложил назвать его амином жизни (по-латыни — вита) — витамином (пока без всяких букв). В последующем он выделил это же вещество из дрожжей, молока, мозга коров и сока лимона. Ученый писал: «...к известному перечню элементов пищи — белкам, жирам, углеводам, пуринам и минеральным солям нужно прибавить новую группу, а именно — «витамины"». Болезни, вызываемые их отсутствием, в частности цингу и рахит (никакого С и D еще и в помине не было), он назвал авитаминозами. По мне, так настоящее открытие витаминов сделал именно Функ, но... пути Нобелевского комитета неисповедимы.
Откуда «С»?
Чтобы появилось С, сначала нужны А и В. В 1909 году немецкий ученый В. Штепп сообщил, что при вскармливании мышей хлебом, приготовленным на молоке, животные хорошо развиваются. Однако если с помощью органического растворителя из этого хлеба экстрагировать жир, то мыши чахнут и погибают. Если же к обезжиренному молочному хлебу добавить экстрагированное вещество, то они живут, веселые и бодрые. Добавление растительного масла такого эффекта не давало, следовательно, нужно нечто жирное, но не любой жир.
Позднее, в 1914 году, англичане Е. МакКолль и М. Дейвис установили, что нужный жир обнаруживается в сливочном масле и яичном желтке. Это вещество авторы в 1919 году предложили называть «растворимый в жирах фактор «А». Впоследствии было установлено, что отсутствие фактора «А» в пище ведет к сухости и изъязвлению роговицы (ксерофтальмии), и вещество «А» стали называть «аксерофталмин». Год спустя его начали использовать для лечения болезней сетчатки (ретина по-латыни) и называть уже витамином А — ретинолом. Так его зовут и сейчас.
Через год те же Е. МакКолль и М. Дейвис обнаружили «витаминоподобное водорастворимое вещество», нужное для роста крыс, которое, увы, оказалось идентичным витамину, используемому для борьбы с бери-бери. По предложению все того же Функа этот антиполиневритный витамин обозначили буквой В. Не прошло и десятка лет, как число витаминов В увеличилось. Первый (тот самый) стал, естественно, В1, а далее пошли В2, В3 и т. д. Все витамины группы В объединяет водорастворимость и термолабильность (чувствительность к температуре). Этим они и отличаются от жирорастворимого и термостабильного витамина А
Реально цинга была воспроизведена у животных, а именно у морских свинок, только в 1910 году А. Хольстом и Дж. Фрелихом. Все началось с кормления экспериментальных животных исключительно овсяной кашей, а затем выяснилось, что цинготной является любая зерновая монодиета. Затем уточнили, что хотя антицинготный фактор и отсутствует в зернах злаков, но он появляется в зеленых проростках. В сочных овощах, фруктах и вообще растениях он есть, хотя и в разных количествах. Есть он и в молоке, но только свежем, а при стерилизации разрушается. Пастеризация для того и придумана: после нее антицинготное действие молока снижается, но не исчезает. В 1920 году И. Дрюммонд предложил называть антискорбутное вещество витамином С. Вскоре выяснилось любопытнейшее обстоятельство — оказывается, цингой болеют только морские свинки, человекообразные обезьяны и, естественно, их ближайший родственник, человек. В 1922 году исследователь Н.А. Бессонов первым выделил активный противоцинготный препарат из сока белокочанной капусты. Хотя он был недостаточно очищен, но в ничтожных дозах излечивал экспериментальный скорбут. (Между прочим, о Бессонове не упоминается даже в Большой медицинской энциклопедии.) После его публикации последовала большая серия работ многих авторов с результатами постепенной очистки препарата и уточнением его свойств, и только в 1933 году немецкий биохимик Ф. Михеель и венгерский ученый А. Сент-Дьёрдьи установили формулу антискорбутного витамина, выделенного из лимонов. Позднее Сент-Дьёрдьи дал ему название «аскорбиновая кислота» (он получил Нобелевскую премию в 1937 году).
Главная забота аскорбиновой кислоты
Вроде бы естественно, что главное свойство аскорбиновой кислоты — предупреждать и излечивать скорбут. Но ведь в ней нуждаются только человек и ему подобные, а у всех остальных животных (кроме морской свинки) аскорбиновая кислота синтезируется в печени из сахаров. Почему? Причин много, но, прежде всего, для того, чтобы не дать живому организму вспыхнуть голубым огоньком, помочь нужному окислению и противостоять окислению опасному. Мы все время балансируем на острие бритвы: медленное окисление — жизнь, быстрое — смерть!
Все виды нашей деятельности требуют энергии и вся она — химическая, механическая, электрическая, нервная и даже психическая — рождается из того окисления, которое несет кислород. Затаить дыхание более чем на минуту могут далеко не все. Через 5 минут после прекращения поступления кислорода к мозгу он погибает. Сложность еще не только в том, что кислород нужен, но что он нужен лишь для тех процессов, которые включаются в цепь энергетического обмена. А процессы эти идут исключительно внутриклеточно с участием ряда ферментов, причем процесс биологического окисления идет не за счет прямого взаимодействия кислорода с горючим материалом, а путем переноса электронов с окисляемого вещества — углеводов и жиров — на окислитель — кислород по цепочке ферментов. А при чем здесь аскорбиновая кислота?
В организме животных цепочка ферментов и субстратов, по которым происходит перенос электронов, а с ними и энергии окисления, длинна и разнообразна. Но в такую цепочку обязательно включается аденозинтрифосфорная кислота (АТФ), являющаяся основным и уникальным химическим аккумулятором, способным при воздействии ферментов и в результате разного рода превращений непосредственно передавать накопленную в АТФ энергию и химическим, и электрическим, и механическим процессам. Углеводы и жиры — тоже аккумуляторы энергии — соответственно 4,1 и 9,3 ккал/г, но без биологического медленного окисления они могут только гореть, давая тепло и свет, но не могут непосредственно превращаться даже в механическую энергию, не говоря уже о психической.
Однако в биологических объектах не всегда все протекает так, как следовало бы. Кислород может приобретать не два, а один электрон, что приводит к нестабильности кислорода и повышенной реактивности. Наличие лишнего электрона в атоме условно обозначается точкой в верхней части символа элемента.
По ряду причин, чаще всего внешних (избыток ультрафиолета, отравление, радиационное поражение, некоторые заболевания), могут возникать сначала одиночные активированные атомы — радикалы, а затем и их цепочки.
А далее идет разветвление цепочки, которая порождает все новые и новые радикалы, активирующие отдельные атомы, а затем и крупные молекулы. Процесс этот не только разветвляется, но и ускоряется. Теорию явления, как в общем виде, так и в частностях, включая воспламенение и взрывы, разработал наш соотечественник и почти современник Николай Николаевич Семенов (Нобелевская премия 1959 года).
По счастью, в живых организмах до горения дело не доходит. А вот ожоги бывают. Полежит белотелая блондинка пару часов под южным солнцем и — ожог, порой до волдырей. При других причинах от бурного накопления атомов и молекул активных окислителей — прооксидантов страдают легко окисляющиеся жиры и жироподобные вещества — липиды внутренних органов. Возникая в тканях, прооксиданты взаимодействуют в первую очередь с жировыми оболочками клеток, выстилающих сосуды, — эндотелиальных клеток. Они окисляются и как бы вспениваются. Этого мало, в крови существуют жироподобные вещества — липопротеины низкой плотности, которые окисляются легче других. Окисляясь, они вызывают разрушение мембран эндотелиальных клеток сильнее прочих прооксидантов. Клетки разрушаются, а неразрушаемый холестерин накапливается в межклеточных пространствах. Вслед за этим грядет и атеросклероз. Это не единственная, но основная теория его возникновения на сегодняшний день.
Кстати, в качестве инициаторов образования активных радикалов могут служить полициклические хлорированные углеводороды, в том числе и простые полихлорвиниловые ПХВ, но даже и простой четыреххлористый углерод, а также угарный газ, сероводород и прочие прелести выхлопных газов автотранспортных средств.
Обгорает кожа под ультрафиолетом, горят легкие при вдыхании озона, а перекись водорода вообще убивает все живое. Спасением от такой напасти является синтезируемая живыми организмами аскорбиновая кислота. То есть для всех нормальных организмов — синтезируемая ими самими аскорбиновая кислота, а для человеческого организма — витамин С. Он-то и является нашей основной защитой — антиоксидантом, предохраняющим весь организм и в первую очередь все жироподобные вещества — липиды — от перекисного окисления. Перекисное окисление липидов как биохимическое понятие теперь так распространено, что в медицинской литературе порой фигурирует даже и без расшифровки — ПОЛ.
Антиоксидантом аскорбиновая кислота является потому, что она активный восстановитель, обладающий способностью легко окисляться и тем самым ликвидировать активные формы кислорода — «гасить спички». Реакция эта не простая. Обычная аскорбиновая кислота — это ее восстановленная форма. Вступая в реакцию с активным атомом кислорода и водорода, аскорбиновая кислота сама становится радикалом, но... неактивным. Если простой радикал — R, окисленный активный радикал — RО•2, то:
RО•2 + АК-ОН = ROOH + АК-О•.
Особенность образовавшегося радикала АК-О состоит в его малой активности, что предотвращает его дальнейшие превращения и прерывает цепочку реакции и тем более ее разветвление. Гасит реакцию. Но как так? Радикал вроде он и есть радикал. Откуда малая активность аскорбиновой кислоты? У всех кислот тоже вроде как один и тот же водородный ион. Но аскорбиновую кислоту можно хоть ложкой есть, а с азотной лучше иметь дело в перчатках, да еще и под тягой. Окисленная АК-О может вновь превращаться в восстановленную форму, а может и окисляться дальше, преобразуясь в дегидроаскорбиновую кислоту, которая потом сложными путями превращается в щавелевую кислоту или частично восстанавливается.
Не следует забывать, что молекула аскорбиновой кислоты сложная, и она не просто носитель радикала, а фермент. Ее активность как пламегасителя поражает — за 1 секунду она ликвидирует 1010 молекул активного гидроксила или 107 молекул супероксидного анион-радикала кислорода. Увы, с пищей мы получаем в основном аскорбиновую кислоту в уже окисленной форме (чем дольше пища хранится, тем в большей степени окисляется). Содержание аскорбиновой кислоты в основных продуктах приведено в табл. 1.
Таблица 1. Содержание витамина С в наиболее богатых им продуктах (изображение: «Наука и жизнь»)
Наиболее вкусный и полезный препарат витамина С — холосас. Это не только плоды шиповника, но и желчегонное средство, которое еще никому не повредило. А пользы!
Не только антиоксидант
Аскорбиновая кислота — обязательная составляющая участница (это называется кофактором) активности ферментов, участвующих в синтезе передатчиков нервных импульсов в мозгу, дофамина, адреналина и норадреналина, поэтому при авитаминозе — недостатке витамина С — снижается умственная активность и даже развивается депрессия (ранневесенняя подавленность).
Витамин С активирует синтез коллагена, основного белка соединительной ткани. А если ее не хватает, начинается распад и развал: зубы перестают удерживаться в гнездах, суставной хрящ размягчается, грудина отходит от ребер, сосуды плохо удерживают кровь, происходят кровоизлияния в суставы, что ведет к их тугоподвижности и болям, кости ломаются, а переломы не срастаются.
Сравнительно недавно установлено, что аскорбиновая кислота — участница синтеза карнитина, являющегося веществом, необходимым для обеспечения окисления жиров, как принято говорить в быту — сгорания. Но жиры — источник энергии. Их недостаток вызывает слабость, а потом и истощение. Слабость частично связана и с развитием анемии. Дело в том, что аскорбиновая кислота, забирая на себя электроны, облегчает всасывание железа, а следовательно, и ускоряет образование гемоглобина. Нет аскорбиновой кислоты — мало железа в крови — есть железодефицитная анемия (в прошлом ее называли обидным термином «бледная немочь»).
Раньше оксид азота — NO — считали только ядовитым газом, но с недавнего времени его признали участником многочисленных полезных реакций, в том числе веществом, способствующим расширению сосудов. Р. Фурчготт получил за это открытие Нобелевскую премию в 1998 году (см. «Наука и жизнь» № 2, 1999 г., № 7, 2001 г.). Благодаря ему была создана знаменитая виагра. Так вот, аскорбиновая кислота и способствует синтезу, и защищает NO от инактивации (потери биологической активности). Она, таким образом, если не мини-виагра, то защитница от гипертензии — это точно. Учитывая, что аскорбиновая кислота обладает еще и антисклеротическим действием, понятно, что старикам ее нужно больше, чем молодым.
Из распространенных болезней, в возникновении которых играет роль гипероксидация, кроме атеросклероза, следует назвать катаракту, некоторые формы анемии и даже рак. Если не при лечении этих заболеваний, то в эффективности профилактического действия аскорбиновой кислоты сомневаться не приходится.
Таблица 2. Профилактические дозы аскорбиновой кислоты (изображение: «Наука и жизнь»)
Наблюдения за жизнедеятельностью тысяч людей свидетельствуют, что регулярный прием поливитаминов, в том числе и аскорбиновой кислоты, с середины зимы и до осени необходим: это предохраняет от авитаминоза и укрепляет здоровье. Но принимать витамины нужно только в профилактических дозах (см. табл. 2).
Как принимать аскорбиновую кислоту
Если нужда в аскорбиновой кислоте повышена, хотя бы из-за возраста, то она в большем, чем обычно, количестве и окисляется, а окисляясь, сама становится окислителем, пусть не очень активным, но все же с лишним электроном на внешней орбите, то есть опасным. При этом аскорбиновую кислоту надо восстановить, для чего существуют другие свойственные человеку механизмы. В таких ситуациях необходимо принимать другой витамин, который и сам работает, и восстанавливает аскорбиновую кислоту. Это витамин Е — токоферол (в переводе с греческого — «несущий роды»). Назван так потому, что при его недостатке в организме женщины происходят выкидыши. Лучше покупать токоферол в масляном растворе и принимать по 1 капле в день. Регулярность не нужна, поскольку он депонируется и используется постепенно.
Самые «аскорбиносодержащие» продукты (изображение: «Наука и жизнь»)
Очень существенно, что вскоре после выделения и синтеза аскорбиновой кислоты эффективность порошка начали сравнивать с лимоном. И... при цинге у свинок лимон оказался намного эффективней. Естественно, решили, что одного С мало. И нашли в лимоне еще и витамин Р (от английского permeability — проницаемость). Витамин проницаемости С и Р нужно принимать вместе. Такие таблетки называются «аскорутин»: «аско» — от названия кислоты, а «рутин» — от слова «рута» — гречиха. Витамин Р как вещество называется «кверцетин», но у него много и других названий (то, что получают из лимона, называется «цитрин»). А все потому, что Р-витаминными свойствами обладают очень многие растительные вещества — флавоноиды, но больше всего их в цитрусовых. Недавно «умельцы» получили очередное производное кверцитина, которое в 10 раз слабее, чем кверцитин, и продают под названием «капилар» (именно так) в 10 раз дороже. При капилляротоксикозах (воспалениях стенок капилляров) применяется препарат венорутин в ампулах.
Всегда ли аскорбиновая кислота безопасна ?
Что касается рекомендованных (и даже несколько бoльших) доз, то они не только полезны, но порой и необходимы, поскольку потребность в аскорбиновой кислоте повышается при любых стрессах, физических и психических напряжениях, почти при любых болезнях.
Но кроме авитаминоза существует и гипервитаминоз (избыток витамина). Для некоторых, например витамины A, D, К, — это болезнь, для большинства, в том числе витамина С, — неприятность. Избыток аскорбиновой кислоты может привести к ее накоплению в окисленной форме, когда она сама становится оксидантом. Одновременно нарушается усвоение глюкозы — возникает псевдодиабет. Нужное вроде бы снижение свертываемости крови может привести к кровотечениям, повышенное содержание аскорбиновой кислоты в крови нарушает результаты исследований некоторых ее биохимических показателей, в частности глюкозы, билирубина, активности трансфераз (ферментов) и др.
Могут быть неприятности и другого рода. Большая часть аскорбиновой кислоты после окисления восстанавливается, но меньшая — выводится с мочой в виде щавелевой кислоты. Даже если выводятся граммы, но всего 3–4 дня — один разговор. Но если выводятся излишки каждый день постоянно, да еще и при щавелевокислом диатезе, то камнями можно забить не только почки, но и мочевой пузырь.
Показано, что длительный (три месяца) прием аскорбиновой кислоты по 500 мг в день снижает содержание в клетках одного из наиболее опасных эндогенных мутагенов — 8-гидроксигуанина. Это хорошо! Но прием аскорбиновой кислоты в той же дозе в течение шести месяцев повышает содержание активного мутагена 8-гидронсиаденина. А вот это уже плохо. Хотя считается, что положительное влияние перевешивает отрицательное, но рисковать не стоит.
Интересная история про аскорбиновую кислоту связана с именем нобелевского лауреата Л. Полинга. В 70-х годах прошлого века появилось сообщение о том, что аскорбиновая кислота в больших дозах, 1–3 грамма в сутки, принятая при первых признаках ОРЗ, в том числе и гриппа, может прервать или по крайней мере ослабить течение болезни. Полинг, человек не только незаурядный, но и увлекающийся, загорелся этой идеей. Он решил на собственном примере убедить человечество в том, что аскорбиновая кислота продлевает жизнь, для чего ежедневно принимал ее в больших дозах. Да, Полинг прожил 93 года. Но это ровно ничего не значит. Если бы этого было достаточно для доказательства, то моя бабушка, прожив 94 года, даже не знавшая о существовании витамина С, доказала, что он вообще не нужен.
Очевидно, истина в споре Полинга с моей бабушкой лежит где-то между ними, но ближе к бабушке.
Литература:
1. Девис М. и др. Витамин С. Химия и биохимия. — М., 1999.
2. Мусский С. А. 100 великих нобелевских лауреатов. — М.: Вече, 2004. 475 с.
3. Heller Retal. Vitamin С: poison, prophylactic or panacea? // TIBS. 1999. Vol. 13. P. 1007-024.