Тиамин (витамин В1): Определение, синтез, абсорбция, транспорт и разпределение

Тиаминът (витамин В1) е водоразтворим витамин и принадлежи към групата на витамините от група В. Въз основа на наблюдението на холандския лекар Кристиан Айкман в края на 19-ти век, че подобни симптоми на бери-бери се появяват при пилетата, след като са били хранени с олющен и полиран ориз, но не и след като им е даден неолющен и неполиран ориз или оризови трици, тиаминът е известен също като „витамин против бери-бери“. След изолиране на защитното вещество за бери-бери от люспите от ориз и назоваването на витамина като аневрин през 1926 г. от Янсен и Донат, структурното изясняване и синтез на витамин В1 чрез свързване на двете пръстеновидни структури е извършено през 1936 г. от Уилямс и Уиндаус, а В витаминът е наречен тиамин. Молекулата на тиамина се състои от пиримидинов и тиазолов пръстен, свързани с метиленова група. Самият тиамин не намира терапевтично приложение, а само техните хидрофилни (водоразтворими) соли, като тиамин хлорид хидрохлорид, тиамин мононитрат и тиамин дисулфид, или техните липофилни (мастноразтворими) производни (алитиамини), като бенфотиамин (S -бензоилтиамин-о-монофосфат; BTMP), бентиамин (дибензоилтиамин) и фурсултамин (тиамин тетрахидрофурфурил дисулфид). Сухият витамин В1 е стабилен при 100 ° C. Водните разтвори на витамин В1 са най-стабилни при рН <5.5, но не и в неутрална или алкална среда. Тиаминът е както термолабилен (чувствителен на топлина), така и чувствителен към светлина и окисляване и проявява висока структурна или конституционална специфичност. Незначителните промени в молекулярната структура са свързани с намаляване на витаминната ефикасност, неефективност или, в някои случаи, антагонистичен (противоположен) начин на действие. Тиаминовите антагонисти, като окситиамин, пиритиамин и ампролиум, могат да инхибират (инхибират) тиаминаза I и II (тиамин-разцепващи и инактивиращи ензими) и да инхибират свързването на биологично активен тиамин пирофосфат (TPP; синоними: Тиамин дифосфат (TDP), кокарбоксилаза) до нейния апоензим и конкурентно инхибират декарбоксилирането (разцепване на молекула въглероден диоксид (CO2)) на 2-оксокиселини, съответно. Инфузионните разтвори, съдържащи сулфит (SO2), водят до пълно разграждане на витамин В1.

Абсорбцията

Тиаминът се съдържа както в растителни, така и в животински храни, но само в ниски концентрации. Докато тиаминът присъства в свободна, нефосфорилирана форма в растенията, 80-85% от витамин В се среща в животинските тъкани съответно като биологично активен TPP и TDP и 15-20% като тиамин монофосфат (TMP) и тиамин трифосфат (TTP) . Погълнатият с храна фосфорилиран витамин В1 се дефосфорилира от неспецифични фосфатази на чревната стена (ензимно отстраняване на фосфат групи) и по този начин се превръща в абсорбиращо състояние. Абсорбцията свободен тиамин е най-висок в йеюнума (празно черво), последван от дванадесетопръстник (дванадесетопръстник) и илеум (илеум). Само малки количества се абсорбират в стомах и двоеточие (дебело черво). Чревни абсорбция (поглъщане чрез кормя) на тиамин е обект на a доза-зависим двоен механизъм. Физиологични количества на витамин В под a концентрация от 2 µmol / l се абсорбират от енергийно зависим натрий-посредствен носещ механизъм. По този начин транспортът на витамин В1 в чревните лигавични (мукозни) клетки е активен и наситен. Структурните аналози, като пиритиамин, могат да инхибират активния витамин В1 абсорбция чрез изместване на тиамина от неговия транспорт протеини разположени в апикалната (с лице към вътрешността на червата) клетъчната мембрана. Влиянието на алкохол or етанол, от друга страна, се състои в инхибиране на натрий-калий аденозин трифосфатаза (Na + / K + -ATPase; ензим, който катализира транспорта на Na + йони извън клетката и K + йони в клетката чрез ATP разцепване) в базолатерала клетъчната мембрана (обърнат встрани от вътрешността на червата), което води до понижаване на регулирането на специфичния за тиамина транспорт протеини. Над a концентрация от 2 µmol / l, абсорбцията на витамин В1 става чрез пасивна дифузия, което не е нито едното, нито другото натрий-зависими, нито могат да бъдат инхибирани от тиаминовите антагонисти или етанол.Както се прилага (администриран) доза се увеличава, процентът на абсорбирания тиамин намалява. Това се дължи, от една страна, на регулирането на трансмембранния транспорт протеини за тиамин в червата лигавицата клетки (клетки на лигавицата) от витамин В1 доза > 2 µmol / l и, от друга страна, до неефективността на пасивния абсорбционен път в сравнение с активния носител-медииран транспортен механизъм. Според проучвания с перорално приложен радиоактивен тиамин, скоростта на абсорбция при прием от 1 mg е ~ 50%, от 5 mg ~ 33%, от 20 mg ~ 25% и от 50 mg ~ 5.3%. Общо само 8-15 mg витамин В1 на ден могат да бъдат усвоени. Сравнение на биопсии (тъканни проби) на червата лигавицата на пациенти с и без дефицит на тиамин показват значително по-висока абсорбция на витамин В1 в червата при субекти с лош статус на тиамин. Повишената абсорбция на витамин В1 в дефицитно състояние е резултат от регулиране (регулиране) на апикалните тиаминови транспортери в червата лигавицата клетки (клетки на лигавицата). Абсорбираният тиамин се частично фосфорилира в чревните лигавични клетки (мукозни клетки) чрез цитозолна пирофосфокиназа с разцепване на аденозин трифосфат (ATP) към коензиматично активен TPP (ензимно свързване на фосфат групи). В допълнение към натриево-медиирания носител механизъм, вътреклетъчната пирофосфокиназа също се смята за ограничаваща скоростта стъпка в активния транспорт на тиамин в и през лигавичната клетка. Свободният и фосфорилиран тиамин навлиза в черен дроб чрез портала вена, откъдето се транспортира чрез кръвния поток до целевите органи и тъкани в съответствие с техните изисквания.

Транспорт и разпределение в тялото

Транспорт на витамин В1 като цяло кръв се среща главно в кръвните клетки - 75% в еритроцити (червени кръвни клетки) и 15% в левкоцити (бял кръв клетки). Само 10% от витамин В1 в кръв се транспортира плазматично, предимно свързан с албумин. Приемът на високи дози витамин В1 води до превишаване на свързващия капацитет, така че излишният тиамин се екскретира. Общите нива в кръвта варират между 5-12 µg / dl. В прицелните органи и тъкани, тиаминът се поема в прицелните клетки и митохондрии („Енергийни електроцентрали“ на клетките) чрез тиамин транспортер с висок афинитет (свързващ сила). Поради физиологичното значение на витамин В1 във въглехидратите и енергиен метаболизъм, сърдечен мускул (3-8 µg / g), бъбрек (2-6 µg / g), черен дроб (2-8µg / g), мозък (1-4 µg / g) и по-специално скелетните мускули имат високи концентрации на тиамин. При дефицит на тиамин, поради увеличаване (регулиране) на трансмембранните транспортни протеини, повишаването на витамин В1 в целевите клетки се увеличава. Свободният тиамин може да се фосфорилира до биологично активната ТРР във всички органи и тъкани чрез вътреклетъчна пирофосфокиназа с консумация на АТФ и натрупване на две фосфат остатъци. алкохол or етанол предотвратява активирането на свободния тиамин към коензима TPP чрез конкурентно инхибиране на пирофосфокиназата. Прехвърлянето на друга фосфатна група към ТРР посредством киназа с разцепване на АТР води до ТТР, който може да бъде превърнат обратно в ТРР, ТМР или свободен, нефосфорилиран тиамин под действието на фосфатази. Докато витамин В1 се намира в кръвната плазма, кърмаи цереброспинална течност (засягаща мозък и гръбначен мозък) главно в свободна форма или като TMP, кръвни клетки (левкоцити; еритроцити) и тъканите съдържат предимно TPP. За вътреклетъчния коензиматично активен TPP, клетъчната мембрана е непропусклив (непропусклив). TPP може да напусне клетката само след хидролиза (разцепване чрез реакция с вода) чрез TMP за освобождаване на тиамин. Вътреклетъчното фосфорилиране (ензимно свързване на фосфатни групи) и понижаване на мембранната пропускливост (мембранна пропускливост) за фосфорилиран тиамин в крайна сметка служи като защитен механизъм за предотвратяване на загубите на витамин В1 от физиологични дози (1-2 mg / ден). Общият телесен запас от витамин В1 при здрави индивиди е 25-30 mg, от които приблизително 40% се намират в мускулите. Магазин за тиамин в по-тесен смисъл не съществува. Поради функцията си на коензим, витамин В1 винаги е свързан (свързан) със съответния ензим и се задържа само (задържа се от бъбрек) до степента, която се изисква в момента. Биологичният полуживот на тиамин е относително кратък и се съобщава, че е 9.5-18.5 дни при хората. Ограниченият капацитет за съхранение и високата скорост на оборот на витамин В изискват ежедневен прием на достатъчно количество тиамин, за да отговори на изискванията, особено в случаите на повишена консумация на витамин В1 в резултат на повишен метаболизъм, като по време на спорт, тежък физически труд, в рамките на бременност и лактация, хронична алкохол злоупотреба и треска.

отделяне

Екскрецията на витамин В1 зависи от дозата. Във физиологичния (нормален за метаболизма) диапазон приблизително 25% от тиамина се елиминира през бъбреците (чрез бъбрек). При високи приложени дози екскрецията на витамин В1 става почти напълно през бъбреците след насищане на тъканите, като едновременно се увеличава делът на тиамина, екскретиран през жлъчка и на непогълнат тиамин във фекалиите. Този ефект на препълване на бъбреците е израз на себе-депресия на процесите на бъбречен клирънс (процеси на екскреция), както и насищане на тубулна реабсорбция (реабсорбция в бъбречните тубули). Около 50% от тиамина се елиминира в свободна форма или естерифицира със сулфатна група. Останалите 50% са все още неидентифицирани метаболити, както и тиаминкарбоксилна киселина, метилтиазолоцетна киселина и пирамин. Колкото по-висок е приемът на витамин В1, толкова по-ниска е метаболизма и по-голяма екскреция на свободен, непроменен тиамин.

Алитиамин

Алитиамини, като бенфотиамин, бентиамин и фурсултамин, са липофилни (мастноразтворими) тиаминови производни, които според откритието на японската изследователска група на Фудживара в началото на 1950-те години се образуват спонтанно при физиологични условия чрез комбинацията на тиамин с алицин, активната съставка в чесън и лук. В алитиаминовите производни тиазоловият пръстен, който е от съществено значение за витаминното действие, е отворен и сяра атомът е заместен с липофилна група. Само след затваряне на тиазоловия пръстен от съединения, съдържащи SH групи, като напр цистеин и глутатион, в клетките на чревната лигавица (клетки на лигавицата) и след фосфорилиране (ензимно добавяне на фосфатни групи) към биологично активния тиамин пирофосфат в целевите клетки, могат алитиамините да упражняват своя витаминен ефект в организма. Поради аполарната си структура алитиамините са подложени на различни условия на абсорбция, отколкото вода-разтворими тиаминови производни, които се абсорбират в съответствие с кинетиката на насищане по енергийно и натриево зависим начин с помощта на носещ механизъм. Усвояването на алитиамини в лигавичните клетки (мукозни клетки) на червата става след предварително дефосфорилиране (отстраняване на фосфатни групи) от неспецифични фосфатази в чревната лигавица (чревна лигавица) пропорционално на дозата чрез пасивна дифузия, при което алитиамините преминават чревната абсорбция бариера по-бързо и по-лесно в сравнение с вода-разтворими тиаминови производни поради тяхната по-добра мембранна пропускливост (мембранна пропускливост). The бионаличност на липофилни бенфотиамин е около 5- до 10 пъти по-висока от тази на тиамин дисулфид и тиамин мононитрат, съответно. В допълнение, алитиамини постигат по-високи нива на тиамин и TPP в цяла кръв, целеви органи и тъкани след перорално приложение администрация при сравнително ниски дози и се задържат (задържат) в тялото по-дълго. Hilbig и Rahmann (1998), които са изследвали тъканта разпределение и съдбата на радиомаркирани бенфотиамин и тиамин хидрохлорид в кръвта и различни органи, измерена значително по-висока радиоактивност във всички органи след бенфотиамин администрация, особенно в черен дроб и бъбреците. 5- до 25 пъти по-високо концентрация на бенфотиамин е открит в мозък и мускулите. Във всички останали органи съдържанието на бенфотиамин е с 10-40% по-високо от това на тиамин хидрохлорид.