Vitamine D en ultraviolet licht - een opmerkelijk proces
De manier waarop veel gewervelde dieren zonlicht gebruiken bij de aanmaak van vitamine D3 in de huid, en hoe dit proces ook door het licht zelf wordt gereguleerd, is nog onderwerp van veel onderzoek. De meeste onderzoeken hebben betrekking op de menselijke biologie, maar onderzoekers zoals Holick, Ferguson en Gehrmann in de Verenigde Staten verzamelen bewijs dat het proces in de huid van reptielen erg op elkaar lijkt.
Een vereenvoudigd geanimeerd diagram (Figuur 1, hieronder) illustreert de vitamine D-route.
De route begint wanneer een cholesterol, provitamine D, (volledige naam 7-dehydrocholesterol of 7DHC) wordt vervaardigd door cellen in de huid. Bij blootstelling aan UVB bij golflengten tussen 290 - 315 nm, wordt deze provitamine D, die in het celmembraan wordt vastgehouden, zeer snel omgezet in previtamine D3. De piekproductie ligt op 297nm.
Previtamine D3 wordt vervolgens geïsomeriseerd (getransformeerd door een her-opstelling van atomen in het molecuul) langzaam, in een warme huid, gedurende enkele uren, tot vitamine D3. Warmte is nodig om de reactie met een normaal tempo te laten verlopen. Reptielen krijgen deze warmte van de zon, terwijl ze zonnebaden.
The vitamin D3 is released from the skin cell membranes and is taken up by a "vitamin D-binding protein" into the plasma. It is thus carried in the bloodstream from the skin to the liver, where it is hydroxylated to calcediol, 25-hydroxy-vitamin D3. This is the substance which is tested for in blood samples taken to assess the reptile's vitamin D status.
Calcediol is then circulated in the bloodstream all around the body. In the kidneys, some is converted to the active hormone calcetriol. This plays a major part in calcium metabolism, governing the levels of calcium in the blood by controlling absorption of calcium from the gut and also from the bones, should dietary levels be inadequate for the body's needs.
Calcediol blijkt de laatste jaren ook een vitale rol te spelen bij het normaal functioneren van andere organen. Het wordt door cellen door het hele lichaam opgenomen en intracellulair omgezet in calcetriol. Deze lokale werking heeft gunstige effecten op het immuunsysteem, het cardiovasculaire systeem en voorkomt dat cellen in veel organen kanker worden door de celdeling onder controle te houden.
There is also new evidence that skin cells in sunlight can actually complete the entire pathway from provitamin D to calcetriol intracellularly, which may increase the skin's resistance to cancer.
Calcediol, in humans, has a half-life of about two weeks in the bloodstream. In some reptiles, this circulating calcediol may act as the body's main store of vitamin D.
Vitamine D3 blijft niet in hoge concentraties in de bloedbaan. Bij mensen wordt datgene wat niet in de lever tot calcediol is gehydroxyleerd, opgenomen in lichaamsvet, waar het blijkbaar wordt opgeslagen23, maar er zijn ons geen studies bekend die nagaan of een dergelijke opslag plaatsvindt bij reptielen, en zo ja, hoe lang zo'n winkel kan blijven bestaan.
De regulering van de productie van vitamine D3.
Vitamine D3 is een stof die in grote hoeveelheden giftig is. Vanaf de jaren 1920 werd vitamine D toegevoegd aan melk voor menselijke consumptie om rachitis uit te roeien; dit werd echter in de jaren vijftig in Europa verboden omdat kinderen aan overdosering leden
Bij reptielen leidt te veel vitamine D aan de voeding tot hypervitaminose-D, wat nierbeschadiging, verkalking van de zachte weefsels, inclusief de grote bloedvaten, en vroegtijdige dood veroorzaakt.
Het is echter niet bekend dat hypervitaminose-D voorkomt bij reptielen die zich zonnebaden (of andere soorten) die hun vitamine D uit zonlicht halen, ongeacht hoe lang ze zonnebaden.23 Dit komt omdat er ingebouwde veiligheidsmechanismen zijn die een overproductie van vitamine voorkomen. D in de huid. Interessant is dat deze ook afhankelijk zijn van ultraviolet licht, zoals te zien is in het geanimeerde diagram, figuur 2 (hieronder).
Zoals we eerder zagen, wordt previtamine D3, wanneer een reptiel zich koestert in de volle zon, zeer snel aangemaakt en hoopt zich op in de huid. De omzetting in vitamine D3 is een veel langzamer, warmteafhankelijk proces. Je zou verwachten dat zich enorme hoeveelheden preD3 ophopen, maar dit gebeurt niet. Dit komt omdat preD3 ook gevoelig is voor ultraviolet licht tot 325nm; een deel wordt vrij snel omgezet in twee biologisch inactieve producten, lumisterol3 en tachysterol3. Deze hopen zich ook op in de huid.
De meeste onderzoeken zijn uitgevoerd op de menselijke huid, maar men denkt dat hetzelfde proces plaatsvindt bij reptielen; lumisterol3 is geïsoleerd uit huidmonsters van gekko's die zijn blootgesteld aan zonlicht.
Er is ook een tweede verdedigingslinie tegen overproductie van D3. Zoals we eerder zagen, wordt vitamine D3, eenmaal aangemaakt, in de bloedbaan afgevoerd naar de lever. Mocht er echter een teveel aan vitamine D3 ophopen in de huid - als er bijvoorbeeld meer wordt geproduceerd dan het bindende eiwit kan verwijderen - ultraviolet licht breekt dit ook af in drie nieuwe stoffen: twee suprasterolen en 5,6 trans-vitamine D. Dit laatste product heeft wel enige biologische activiteit; de anderen worden verondersteld inert te zijn.
Wat gebeurt er met al deze inerte door-producten? Onderzoek is aan de gang; we kunnen echter speculeren dat met name lumisterol3 en tachysterol3 kunnen worden gebruikt als een bron van preD3. Dit komt omdat hun productie uit preD3 een omkeerbare reactie is.
Onder ultraviolet licht vormt zich een evenwicht met variërende concentraties van de drie, gedeeltelijk afhankelijk van de exacte golflengten van het licht. De drie stoffen hebben iets verschillende actiespectra. Lumisterol3 kan weer worden omgezet in preD3 door licht met een golflengte tot 315 nm; tachysterol3 reageert tot 335 nm, wat in het UVA-bereik ligt.
Dit lijkt misschien geen significant verschil te zijn totdat men het effect van de atmosfeer op zonnestraling in overweging neemt. De lagere golflengten worden gemakkelijker door de atmosfeer geabsorbeerd. Wanneer de zon laag aan de hemel staat, in de vroege ochtend, late namiddag, en gedurende een groot deel van de winter op noordelijke breedtegraden, bereiken golflengten onder 300 nm het aardoppervlak mogelijk nooit. Op die momenten stopt de preD3-synthese van provitamine D bijna volledig,44,21 maar het is in ieder geval theoretisch mogelijk dat het ultraviolette licht van de iets hogere golflengten de omzetting van tachysterol3, dat overigens de meest reactieve van de drie stoffen is, zou kunnen bevorderen. voorD3. Als dit toch gebeurt, kan het een bron van preD3 zijn als er niet genoeg lage -golflengte UVB is om voldoende provitamine D aan te maken.
Gedragsregulering van UVB-blootstelling.
Sommige reptielen kunnen voelen of ze vitamine D nodig hebben of niet, en passen de tijd die ze besteden aan zonnebaden onder UVB-licht dienovereenkomstig aan. In één onderzoek brachten panterkameleons (Furcifer pardalis) die een dieet kregen met weinig vitamine D3 meer tijd door met zonnebaden onder ultraviolet licht dan die met een hoog D3-dieet. Bovendien werden ze meer aangetrokken door lampen die UVB uitstraalden dan tot even heldere lampen die UVA uitstraalden. Of ze de UVB daadwerkelijk kunnen zien, is niet bekend, maar ze lijken het op de een of andere manier te kunnen detecteren.