Klíčová slova
vitamín D • kalcidiol • kalcitriol • produkce • hladiny • analoga
Vitamín D provází člověka po celou dobu jeho života a do velké míry ho chrání, a to před onemocněním či poruchou mnoha orgánů a funkčních systémů. Zprvu byl spojován pouze s homeostázou kalcia (vstřebávání vápníku v trávicím ústrojí) a s kostním metabolismem (ochrana před rachitidou vdětském věku a před osteomalacií vdospělosti; později poznatky o roli vgenezi sekundární hyperparatyreózy při selhání ledvin; jeden z faktorů osteoporózy). Receptor pro vitamín D však byl postupně dokumentován prakticky ve všech tkáních a systémech a jeho biologická role je pleiotropní, neboli výrazně širší.
V posledních letech se objevilo nesčetně publikací, které se věnují nejen klasickým účinkům, ale zejména nově diskutovanému významu pro biologické zdraví celého organismu.(1, 2) Byl dokonce navržen termín „syndrom deficitu vitamínu D“ s následujícími charakteristikami: hladiny kalcidiolu nižší než 25 ng/ml a dvě či více z následujících komplikací: osteoporóza, srdeční onemocnění, hypertenze, autoimunitní onemocnění, některé karcinomy (tlusté střevo, prostata, mamma), chronická únava a chronická bolest.
Hovoří se též o epidemii deficitu vitamínu D, a to právě na základě velmi častých nízkých koncentrací vitamínu D v krvi a epidemiologicky zjištěné souvislosti nízkých hladin, resp. nízkého slunečního osvitu.(3) Tomuto mimořádně zajímavému steroidnímu hormonu (nesprávně a spíše ze zvyku zařazovanému mezi vitamíny) je věnován následující text. Cílem článku je shrnout dosavadní znalosti o fyziologické roli vitamínu D (v klasických i neklasických systémech a tkáních), upozornit na nové souvislosti a na současný přístup k hodnocení stavu zásob vitamínu D v organismu.
Z historie
Od prvního pozorování o souvislosti geografické polohy (severní část Evropy) a kostních deformit a retardace růstu (křivice) uběhlo více než 400 let. Později (před 200 lety) byla stejná souvislost popsána pro severní oblasti Spojených států amerických. Přitom se nejednalo o žádnou výjimku – v určitém období a v určitých lokalitách bylo postiženo více než 90 % dětí (Skotsko, okolí Bostonu). Ve 20. letech 19. století byl zdůrazněn rozdíl mezi venkovem a městy (Varšava oproti okolnímu zemědělskému venkovu): zatímco na venkově byla nemoc poměrně ojedinělá (i přes častěji se vyskytující malnutrici), ve městech, zejména průmyslových, byla rachitida častá.
V roce 1919 byla úspěšně zmírněna křivice u dětí vystavených cílenému ozařování ultrafialovými paprsky. O dva roky později se dětem, které se opalovaly pod kontrolou na střeše jedné nemocnice vNew Yorku, dramaticky zlepšil kostní metabolismus. Tím byl potvrzen nám dnes všeobecně známý závěr, že faktorem zodpovědným za rachitidu je nedostatek slunečního záření. Přehled některých milníků objevů souvisejících s rolí vitamínu D v organismu je uveden v Tab. 1.
Rozpoznání struktury vitamínu D v roce 1931 a jeho levná chemická syntéza umožnily jinou a z dnešního pohledu snadněji pochopitelnou cestu – fortifikaci vybraných potravin vitamínem D (mléko, některé mléčné výrobky – jogurty, vybrané druhy chleba, cereálie, džusy, dokonce i pivo). V USA je tato praxe stále běžná, v Evropě je dnes výrazně méně častá (ústup nastal vdůsledku zkušeností s předávkováním vitamínu D ve Velké Británii vpolov ině minulého století). U nás se v 60. letech rutinně podával dětem rybí tuk, s cílem prevence rachitidy. Později se od této praxe ustoupilo. S výjimkou osteologické praxe je až dodnes v medicínských oborech v povědomí obava z hyperkalcémie a suplementace vitamínu D je nahlížena s rezervou (Tab. 2).
Až v 60. letech byla identifikována přeměna základního vitamínu D (cholekalciferolu a ergokalciferolu) v aktivní vitamín D. V roce 1963 syntetizovali Norman a DeLuca značený vitamín D3. V roce 1969 Hausler a další našli v nukleární frakci střevní sliznice látku, identifikovanou posléze jako aktivní vitamín D. Ve stejné době byl popsán receptor pro vitamín D. Patří do rodiny steroidních jaderných receptorů, je uniformní pro celý organismus. Ablace VDR genu u myší („knock-out“) se podařila v roce 1997, a tím se rozšířily možnosti studia biologické podstaty účinku vitamínu D.(1, 2, 4)
Hormon, nebo vitamín?
Struktura molekuly vitamínu D, cesty jeho přívodu do organismu (jen částečná závislost na přívodu potravou; hlavní zdroj naopak nezávislý na potravě) a další biologické vlastnosti přiřazují vitamín D k hormonům (steroidům), přesto však je v běžném životě řazen mezi vitamíny. Ve skutečnosti se jedná o hormon mimořádné důležitosti, s působením na systémové (endokrinní), ale i lokální (parakrinní) úrovni.(2)
Zdroje vitamínu D
Nativní vitamín D je pro organismus nejen nutný, ale současně i poměrně snadno dostupný, a to ze dvou zdrojů (potrava a sluneční osvit).(1, 2) Jejich kvantitativní podíl je zcela rozdílný: sluneční osvit představuje 90–95 % zdroje, potrava 5–10 %. V kůži vzniká cholekalciferol (vitamín D3), v potravě přijatý je ergokalciferol (vitamín D2). Z hlediska další metabolizace a cílového efektu mezi nimi není rozdíl.
Jen velmi málo potravin obsahuje vitamín D v naturální formě. Příkladem jsou některé ryby (losos, makrela); jejich 1 porce (100 g) obsahuje přibližně 400–500 IU vitamínu D3. V USA zůstává zdrojem fortifikace vybraných potravin (mléko, pomerančový džus, některé jogurty), v Evropě některé ztužené pokrmové tuky. Cíleně vytvářeným zdrojem je léková forma (samotný vitamín D či součást kombinovaných přípravků). Obsah vitamínu v perorálním přívodu se většinou udává v IU; 1 IU = 25 ng, tj. 0,25 mýg.
V trávicím ústrojí je vitamín D vstřebáván spolu s dalšími lipofilními látkami. Je inkorporován do chylomiker a absorbován lymfatickým systémem. Hlavním přirozeným zdrojem vitamínu D je ultrafialové záření (vlnová délka 290315 nm). Záření penetruje do epidermis a dermis, kde je absorbováno 7-dehyinterna drocholesterolem v buněčných membránách keratinocytů a kožních fibroblastů, a jeho molekulární struktura se mění. Vzniklý pre-vitamín D3 se rychle přemění na vitamín D3. Ten se rychle uvolní z plazmatické membrány do cirkulace, kde se naváže na protein vázající vitamín D (vitamín D binding protein) a kvantitativně výrazně méně i na další proteiny (albumin) a postupuje další metabolizaci (viz dále).
Určení, jaká dávka vitamínu D je sluneční, resp. světelnou expozicí indukována, je jen orientační (mírné zčervenání kůže celého těla znamená indukci 10 000–25 000 IU vitamínu D).
Kožní produkci vitamínu D ovlivňuje celá řada faktorů. Tmavá pigmentace brání tvorbě vitamínu D, stejně tak jako krytí pokožky oblečením a ochrannými krémy. Ochranný faktor s indexem 8 v opalovacím krému znamená pokles syntézy o 95 %, ochranný faktor 15 dokonce o 99 %.(1) Přirozeným faktorem bránícím vzniku vitamínu D při osvitu v kůži je melanin, kožní pigment. Pobyt v místnosti pochopitelně znamená, že vitamín D v pokožce nevzniká.
Ultrafialové „umělé“ světlo, resp. ozáření je zdrojem vitamínu D. Nadměrný osvit přirozeným slunečním zářením či „umělým“ zdrojem ultrafialového záření je pro organismus nežádoucí až nebezpečný, avšak nikoliv z hlediska vitamínu D: intoxikace vitamínem D tímto mechanismem (na rozdíl od farmakologických aplikací) nikdy nevznikne, neboť případné nadměrné množství je ihned destruováno. Tato dvojí a přitom navzájem zcela odlišná cesta vstupu vitamínu D do organismu měla fylogeneticky pravděpodobně poskytnout jistotu, že deficit vitamínu D nemůže nastat – sluneční svit je všude dostupný.
V průběhu civilizačního procesu však jistota, že se člověk běžně vystaví slunečnímu záření, vymizela. Jak již bylo uvedeno výše, běžná strava neposkytuje plnou kompenzaci. Poměrně dlouho však trvalo, než se tento důležitý vztah mezi slunečním osvitem a zdravím člověka ozřejmil. Tím byl otevřen časový prostor, kdy náhrada esenciální složky neexistovala, neboť nebyla známa. Nyní máme podrobných znalostí mnohem více, stejně jako řešíme mnohem více dříve neřešitelných nemocí, a to s téměř nepřeberným arzenálem možností. Zbývá definovat, který postup a v jakém sledu a intenzitě určit. Dnes je intenzívně diskutováno, kolik vitamínu D a v jaké formě potřebuje organismus dodat. Zdá se, že optimální přívod vitamínu D je vyšší než dříve doporučovaných 400 IU denně.
Základní fyziologické souvislosti
Vitamín D je v krvi transportován vázaný z 99 % na bílkoviny. Jen volná část je biologicky aktivní. Hlavní cirkulující formou je kalcidiol (25-hydroxycholekalciferol), který vzniká z prekurzorů (z cholekalciferolu i z ergokalciferolu) hydroxylací v poloze 25 v játrech. Kapacita vazebných proteinů je velmi vysoká a saturace prakticky nenastane. Kalcidiol se váže na vazebné proteiny výrazně pevněji než kalcitriol. Vlastní aktivní vitamín D neboli kalcitriol (1,25-dihydroxycholekalciferol) vzniká z kalcidiolu (25-dihydroxycholekalciferolu) další hydroxylací, a to v poloze 1-alfa.
Místem tvorby jsou buňky proximálních tubulů ledvin. Za fyziologických okolností je enzym 1-alfa-hydroxyláza regulován zejména koncentrací kalcia, fosforu, parathormonu a prekurzoru aktivního vitamínu D (tj. koncentrací kalcidiolu). Pokud je funkční kapacita ledvin nezměněna, koncentrace kalcitriolu není informací o tom, zda je vitamín D v organismu přítomen v dostatku, ale spíše informuje o aktuální potřebě organismu tento hormon z prekurzoru vytvářet. Naopak, koncentrace kalcidiolu v krvi je validním odrazem stavu zásob vitamínu D v organismu a stanovení kalcidiolu se k tomuto účelu využívá.(1) Renální aktivitu 1-alfa-hydroxylázy, a tím i hladiny kalcidiolu, zvyšuje hypokalcémie, hypofosfatémie a vzestup parathormonu.
Naopak zvýšení koncentrace kalcia v krvi, stejně jako koncentrace fosforu, aktivitu tohoto enzymu snižuje; při poklesu PTH syntéza kalcitriolu též klesá. Při pokročilém chronickém onemocnění ledvin (pokles clearance kreatininu přibližně pod 1,0 ml/s) se produkce kalcitriolu v ledvinách snižuje, výrazný pokles nastává při clearance kreatininu nižší než 0,33 ml/s (viz dále; vitamín D a ledviny). Většina účinku vitamínu D je zprostředkována vazbou na jaderný receptor (VDR; vitamín D receptor) a je tedy genomické povahy. Malá část je zprostředkována jinou cestou (negenomické účinky), poznatků o těchto mechanismech máme však poměrně málo.
Genomické účinky vitamínu D v organismu lze charakterizovat jako obecně antiproliferativní a prodiferenciační.(1) Vitamín D je jedním z nejvýraznějších inhibitorů buněčné proliferace (např. hyperplazie příštítných tělísek při selhání ledvin, kdy deficit aktivního kalcitriolu je jedním z hlavních patogenetických faktorů). Současně je velmi aktivním induktorem terminální buněčné diferenciace neboli podporuje buněčné vyzrávání. Tato role je velmi důležitá například pro imunitní systém (viz dále).
Receptor pro vitamín D (VDR)
Jaderný receptor pro vitamín D patří mezi steroidové receptory. Je ve všech tkáních identický.(4) Gen pro tento receptor je lokalizován na chromosomu 12, receptorový protein má hmotnost 50–70 kDa. Kalcitriol (1,25-dihydroxycholekalciferol neboli aktivní vitamín D) má k receptoru velmi vysokou afinitu. Kalcidiol má aktivitu výrazně menší (viz dále).
Receptor pro vitamín D je lokalizován ve více než 30 typech buněk; uvádí se dokonce až 60 typů buněk. Kromě „klasických“ cílových orgánů, kde je hlavní fyziologickou rolí složité zajištění kalciové homeostázy (s vyváženým přívodem kalcia do organismu a jeho zabudováním do kosti), je receptor pro vitamín D přítomen například v buňkách myokardu, pankreatu, aktivovaných Ba T-lymfocytech, monocytech, buňkách gonád a mnohých dalších.(1, 5)
Receptor pro vitamín účinkuje jako transkripční faktor aktivovaný ligandem. Biologická posloupnost je složitá a jejími hlavními kroky jsou vazba ligandu na receptor, následná heterodimerizace s RXR (retinol X receptor) se vznikem komplexu vitamín D-VDR-RXR.(1, 5) Vazba tohoto komplexu na určitou část řetězce NA (označovanou jako VDRE; vitamín D responsive element) je nositelem informace v genomu, jejíž transkripce je vitamínem D regulována. Pro výsledný efekt jsou důležité další intracelulární a intranukleární proteiny a strukturální uspořádání celého procesu vazby na VDRE. Výsledkem je ovlivnění transkripce genu neboli konkrétní odpověď je závislá na typu buňky. Ovlivnění může být inhibiční (tvorba PTH) či stimulační.
Jsou popsány a studovány polymorfismy pro vitamín D, avšak dosud pouze s dílčími nálezy (například pozorování, že pacienti s genotypem BB mají výraznější redukci PTH v odpovědi na vitamín D než pacienti s genotypem bb). Celkově lze shrnout, že v současné době je klinický význam polymorfismů VRD protichůdný. Spíše se zdá, že polymorfismus se neúčastní změn v proteinové struktuře, ale rozdílu ve stabilitě genového transkriptu, možná i dokonce ve struktuře celého genu.(6)
Kalcidiol, kalcitriol a jejich vzájemný vztah
Dva hlavní metabolity vitamínu D (kalcidiol a kalcitriol) jsou fyziologicky významně propojeny.(1, 2) Kalcidiol představuje prekurzor kalcitriolu. Přeměna kalcidiolu na kalcitriol je odvislá od existence funkčního parenchymu ledvin a současně od optimální konstelace regulačních faktorů a je více závislá na potřebě organismu než na nabídce substrátu.
Naopak syntéza kalcidiolu z prekurzoru (tj. nativního vitamínu D) v játrech je z pohledu regulací poměrně jednoduchá. Játra se účastní vzniku kalcidiolu v závislosti na nabídce nativního vitamínu D. Dostatečná kapacita této hydroxylace pro potřeby organismu je zachována i při pokročilých jaterních lézích. Protože hydroxylace v poloze 25 je v těsné návaznosti na nabídku nativního vitamínu D, považujeme koncentraci kalcidiolu v séru za ukazatele zásob vitamínu D v organismu (Tab. 3).(7) Kalcidiol představuje zásobní formu vitamínu D.
Jeho dlouhý biologický poločas (25–30 dní) poskytuje organismu prostor pro využití podle potřeb. Jakožto zásobní forma vitamínu D je nejen v cirkulaci, ale i uskladněn v tuku a ve svalech, odkud je pomalu uvolňován – zejména během zimy (kdy je osvit sluncem nižší). Vazba kalcidiolu na bílkoviny krve je pevná (přibližně 350krát pevnější než vazba kalcitriolu). Pro srovnání – biologický poločas kalcitriolu je 4–8 hodin.(8) I kalcidiol má určitou afinitu k VDR a může indukovat příslušnou biologickou odpověď. Jeho afinita k VDR je ovšem výrazně nižší (přibližně 1000krát).
Protože sluneční osvit není jen bezpečný a protože koncentrace vitamínu D v krvi má své bezpečnostní hranice, je třeba vědět, jaké množství vitamínu D při prevenci a léčbě deficitu je potřeba dodat. Dřívější období bylo poměrně konzervativní, nejspíše motivované komplikacemi, které se objevily po rutinní fortifikaci potravin. Naopak nyní se v epidemiologických studiích ukazuje, že dlouhodobé asymptomatické podhodnocení potřeby vitamínu D je spojeno s častějším výskytem určitých nemocí. Epidemiologická zjištění jsou podpořena i experimentálními pracemi (detekce receptoru pro vitamín D a jeho biologické funkce v celé řadě orgánů).(5)
Při funkčním parenchymu ledvin je dnes stále častěji v literatuře doporučováno monitorování hladin kalcidiolu a jejich úprava pečlivě titrovanou a monitorovanou suplementací. Optimální dávky jsou předmětem diskusí.(3) Některé cílené efekty, rozpoznané v experimentu, byly dosaženy farmakologickými, resp. řádově vyššími dávkami ve srovnání s fyziologickými, tj. pro klinické účinky by tedy suplementační dávky nestačily a farmakologické dávky jsou rizikové. V těchto situacích se dnes zaměřuje úsilí na využití tzv. analog vitamínu D neboli synteticky připravených látek strukturálně odvozených od vitamínu D, s potlačenou kalcemickou aktivitou (nižší účinek ve střevě při zachovaném účinku v cílovém orgánu).(9) Analoga jsou dnes využívána v dialyzační nefrologii (v léčbě sekundární hyperparatyreózy), jejich využití v dalších patologických stavech je předmětem intenzívního výzkumu.
Za normálních okolností je aktivita 1,25-hydroxylázy striktně regulována koncentrací kalcitriolu a syntéza kalcitriolu není substrát-dependentní, tj. i při nízkých koncentracích kalcidiolu se tvoří kalcitriol v dostatečné, resp. potřebné míře, což ostatně poměr koncentrací v krvi 1 : 1000 umožňuje. Naproti tomu při chronickém pokročilém onemocnění ledvin je renální 1-alfa-hydroxyláza výrazně substrát-dependentní – vyšší koncentrace kalcidiolu znamenají vyšší tvorbu kalcitriolu v reziduálním parenchymu ledvin.(8)
Proto je u pacientů se selháním ledvin důležité zajistit, aby nenastal deficit vitamínu D jako takového. Podle našich zkušeností je deficit nativního vitamínu D u pacientů s chronickým onemocněním ledvin velmi častý.(10) Teoreticky může být nízká hladina kalcidiolu podmíněna nedostatečným slunečním osvitem a/nebo nedostatečným přívodem v potravě, dysfunkcí hepatálního enzymu 25-hydroxylázy či akcelerovaným katabolismem 25-hydroxyvitamínu D. U pacientů se ztrátami bílkovin (proteinurie; nefrotický syndrom) může být přispívajícím faktorem i ztráta vitamínu navázaného na protein, který se z organismu ztrácí.
Vitamín D a ledviny
V kontextu vztahu vitamínu D k ledvinám budou zmíněny dvě samostatné oblasti, z nichž první je detailně prozkoumána (ledviny jako místo, kde je syntetizován kalcitriol pro systémovou potřebu) a druhá se objevila zcela nedávno (možný nefroprotektivní vliv kalcitriolu).
Při klesající funkci ledvin (z jakýchkoliv příčin) se produkce kalcitriolu snižuje: zaniká parenchym ledvin, je méně tubulárních buněk neboli menší kapacita kalcitriol tvořit. Existuje i extrarenální produkce kalcitriolu, která se však fyziologicky uplatňuje v lokálních dějích a nemá vliv na cirkulující hladiny (viz dále).
Pokles hladin kalcitriolu při postižení ledvin je významně modifikován faktory, které regulují aktivitu (reziduální) 1-alfa-hydroxylázy, neboli kalcémií, fosfatémií a koncentrací PTH. Vztah mezi kalcitriolem, resp. stimulací 1-alfa-hydroxylázy a aktivitou příštítných tělísek je dobře znám: při poklesu funkce ledvin parathormon indukuje aktivitu 1-alfa-hydroxylázy, a tím pokles koncentrace kalcitriolu v krvi do určité míry upravuje, byť za cenu hyperparatyreózy).(1, 8)
Z hlediska nedávných zjištění je však třeba upozornit na ještě jinou souvislost mezi funkcí ledvin a tvorbou kalcitriolu. Při snížení funkce ledvin jsou aktivovány cesty zvyšující fosfaturii. Neznámější z nich je výše zmíněný vzestup parathormonu, ale v poslední době je zdůrazňována role FGF-23 (fibroblast growth factor 23), jehož koncentrace při vzestupu fosfatémie či po přívodu fosforu do organismu násobně až exponenciálně stoupají. Tento významný fosfaturický faktor však má ještě další účinek: výrazně inhibuje 1-alfa-hydroxylázu. Zdá se tedy, že pokud nesnížíme přívod fosforu do organismu dietou, uplatní se v udržení fosfatémie i FGF-23. V důsledku FGF-23 bude produkce kalcitriolu v reziduálním parenchymu ledvin nižší, než bychom pro daný stupeň funkce ledvin očekávali.(11, 1)
Sami jsme sledovali hladiny FGF-23 u pacientů s terminálním selháním ledvin souběžně s hladinami kalcidiolu, kalcitriolu a fosforu. Hladiny FGF jsme v souladu s literárními daty našli řádově zvýšené. Zjistili jsme, že vyšší FGF-23 byl spojen s nízkými hladinami kalcitriolu, avšak nikoliv kalcidiolu. Poměr kalcitriol/kalcidiol, který je fyziologicky 1 : 1000, byl u pacientů výrazně snížen (neboli produkce kalcitriolu byla nižší, než by odpovídalo nabídce prekurzoru) a významně inverzně koreloval s hladinou FGF-23. Tyto výsledky naznačují, že inhibiční vliv FGF-23 na syntézu kalcitriolu se projeví i při terminální funkci ledvin.
Vitamín D se v ledvinách nejen přeměňuje na aktivní formu, ale sám zde i na několika úrovních působí. Byla demonstrována jeho inhibiční aktivita na systém renin-angiotenzin-aldosteron (viz dále).(12) V pilotních klinických studiích snižoval analog vitamínu D proteinurii. V experimentu na zvířeti byl zjištěn protektivní vliv na počet a strukturu podocytů.(13)
Vitamín D a kalciový a kostní metabolismus
Role vitamínu D v homeostáze vápníku je dobře známa (vstřebávání vápníku v trávicím ústrojí; role v metabolismu kostních buněk). Vazbou na VDR v buňkách sliznice tenkého střeva a jeho aktivací se zvýší exprese proteinů, které zodpovídají za aktivní transport kalcia ze střeva. V osteoblastech je po vazbě na VDR exprimován RANKL, který reaguje s RANK na prekurzorech osteoklastů, a tím podmiňuje jejich další vyzrávání v osteoklasty.(1, 2)
Dalším, z hlediska kostního metabolismu významným okruhem je vztah mezi kalcitriolem a příštítnými tělísky. Tento vztah je dvojí – přímý a nepřímý. Kalcitriol nepřímo inhibuje příštítná tělíska zvýšením kalcémie (vstřebávání kalcia ve střevě); od 80. let je však prokázán i účinek přímý, zprostředkovaný receptorem pro vitamín D v buňkách příštítných tělísek. Po vazbě kalcitriolu na VDR v příštítných tělískách se snižuje transkripce genu pro parathormon neboli se snižuje syntéza PTH.
Komplexní porucha všech těchto tří výše uvedených homeostatických mechanismů je podstatou renální osteopatie; jednotlivé faktory se v různé intenzitě podílejí i na jiných uvedených metabolických osteopatiích. Je třeba též doplnit, že vzestup PTH při deficitu vitamínu D není podmíněn výhradně deficitem kalcitriolu, ale i deficitem jeho prekurzoru, kalcidiolu. Deficit kalcidiolu je u pacientů s chronickým onemocněním ledvin relativně častý, avšak souběžně to znamená, že pokud kalcidiol chybí, hyperparatyreóza může sekundárně vzniknout i bez selhání ledvin. Spustová a spolupracovníci zjistili významně snížené koncentrace kalcidiolu u pacientů s onemocněním ledvin již od stadia 2 (glomerulární filtrace 0,5–1,0 ml/s).(14)
Lokální produkce kalcitriolu
Pro systémovou potřebu je kalcitriol tvořen v ledvinách. Některé tkáně však nejsou na dodávce této aktivní formy vitamínu D závislé: jsou vybaveny 1-alfa-hydroxylázou, která na lokální úrovni vytváří z prekurzoru (kalcidiolu) zcela shodnou aktivní molekulu kalcitriolu (1,25 dihydroxycholekalciferolu), jakou pro systémovou potřebu vytváří tatáž 1-alfa-hydroxyláza lokalizovaná v ledvinách.(1, 15) Je popsáno více než 30 tkání či buněk, kde je přítomen VDR. Současně mnoho z nich je vybaveno i hydroxylázou, která substrát pro VDR lokálně vytváří. Lokální produkce kalcitriolu tak zajišťuje funkci daného buněčného systému, aniž by byla provázena systémovým, tj. hlavně kalcemickým efektem. Patologická stimulace buněk disponujících 1-alfa-hydroxylázu však ojediněle hyperkalcémii může vyvolat – příkladem je sarkoidóza či tuberkulóza (stimulace makrofágů).
Lokální produkcí kalcitriolu se některé tkáně stávají přinejmenším částečně nezávislé na funkci ledvin, avšak zůstávají závislé na přívodu vitamínu D v nativní podobě do organismu. Uvádí se, že pro lokální produkci kalcitriolu je potřeba, aby koncentrace kalcidiolu v krvi byla vyšší než 30 mg/l (podle našich zkušeností s více než 300 vyšetřeními u pacientů s různým stupněm onemocnění ledvin této hodnoty dosahuje méně než 10 % vyšetřovaných).
Nekalcemické účinky vitamínu D
Účinky vitamínu D jsou pleiotropní a jsou experimentálně prokázány u řady orgánů a tkání.(2, 16) Vitamín D se tak stává zajímavý pro řadu oborů medicíny (Tab. 4). Již byl zmíněn nefroprotektivní vliv. K dalším patří mimo jiné souvislost s prevencí určitých karcinomů. Za prokázané lze považovat zjištění, že buňky karcinomu prostaty jsou vybaveny receptorem VDR, který zde působí svým obecným, tj. antiproliferativním mechanismem. K dalším patří vztah vitamínu D k vybraným autoimunitním pochodům (a obecně imunomodulační efekt vitamínu D).(16) Uvádí se též souvislost s indukcí diabetu. V experimentu na zvířeti se deficit vitamínu manifestoval výraznějším a časnějším nástupem diabetu.(2) Klinické pozorování uvádí, že děti, které dostávaly 1000 IU vitamínu D od věku 1 roku, měly snížené riziko rozvoje diabetes mellitus 1. typu o 80 %. V pankreatických buňkách byla detekována lokální produkce kalcitriolu.
Některé z dalších nekalcemických účinků vitamínu D jsou uvedeny níže. Je však potřeba vědět, že experimentální podmínky jsou odlišné od biologických situací. Často je mezi experimentální a klinickou situací zcela rozdílná koncentrace vitamínu D. Pak klinické aplikaci získaných poznatků brání riziko plynoucí ze současného hyperkalcemizujícího efektu (toto riziko je významně sníženo u analog vitamínu D, viz dále).(17)
Vitamín D a riziko karcinomů
Možná souvislost mezi vitamínem D (resp. jeho dostatkem v organismu) a prevencí karcinomů se opírá o početné a rozsáhlé epidemiologické studie. Ty ukázaly, že u osob, které žijí v severnějších oblastech, je častější výskyt karcinomu prostaty, tračníku a prsu ve srovnání s obyvateli jižních oblastí. Například finská studie s více než 19 tisíci muži středního věku, která trvala 18 let, zjistila, že koncentrace kalcidiolu nižší než 16 ng/ml (16 mýg/l) byly spojeny s vyšším rizikem a s agresivnějším průběhem karcinomu prostaty. Jiná studie uvádí dvojnásobné riziko karcinomu tlustého střeva u osob s koncentrací kalcidiolu nižší než 20 ng/ml (20 mýg/l).(1)
Metaanalýza celkem 5 studií sledujících vztah hladin kalcidiolu a kolorektálního karcinomu ukázala poloviční riziko při koncentracích vyšších než 33 ng/ml ve srovnání s koncentracemi nižšími než 12 ng/ml a uzavírá, že přívod 1000–2000 IU denně významně snižuje riziko této nemoci.(18) Roli vitamínu D podporují též in vitro a in vivo studie, které dokumentují význam vitamínu D v kontrole proliferace, diferenciace a apoptózy mnoha buněčných typů včetně karcinomů.(2) Molekulární znalosti o protirakovinném působení vitamínu D jsou však dosud velmi neúplné.
Uvádí se možnost inhibice buněčného dělení up-regulací cyklin-dependentních kináz p21 a p27 a mnoha dalších potenciálních faktorů diferenciace, stejně tak i zásah do apoptózy (prostřednictvím MAP kináz, TNFaj.). Koncentrace, ve kterých byly tyto a jiné podobné účinky vitamínu D pozorovány, jsou obvykle suprafyziologické. Epidemiologické studie na jedné straně a studie na molekulárních úrovních na straně druhé dosud nebyly navzájem spojeny tak, aby znamenaly jasné klinické využití vitamínu D v terapii karcinomu.(19)
Kardiovaskulární systém a vitamín D
Vztah vitamínu D a kardiovaskulárního systému je podle současných znalostí kontroverzní. V současnosti je mimořádně intenzívně diskutován ve vztahu ke kardiovaskulárním komplikacím při selhání ledvin. Zde je aktivní vitamín D velmi častou součástí farmakoterapie a není pochyb, že při jeho užívání mohou nastat kalcifikace (cév, jiných orgánů). Nově se však ukazuje, že toto riziko může být až sekundární, zprostředkované indukcí hyperkalcémie a/nebo hyperfosfatémie, tj. nemusí být vlastností samotného metabolitu vitamínu D. Naopak, deficit vitamínu D může být jedním z tzv. „neklasických“ kardiovaskulárních rizikových faktorů.(20)
K dokumentovaným kardioprotektivním účinkům patří zejména potlačení aktivity reninu.(12) Kalcitriol inhibuje renin-angiotenzinový systém, tím snižuje krevní tlak, snižuje též hypertrofii a proliferaci buněk myokardu. Stejně jako u jiných orgánů, i v myokardu a cévách se může příznivě projevit jeho protizánětlivé působení (snížení prozánětlivých a zvýšení protizánětlivých cytokinů; dysbalance cytokinů je klíčovým patogenetickým pochodem v genezi aterosklerózy). Další kardioprotektivní vliv v nefrologii je nepřímý, podmíněn úpravou koncentrací parathormonu.
Epidemiologické souvislosti ukazují na možnou souvislost nízkých hladin vitamínu D a srdeční nedostatečnosti i u lidí bez postižení ledvin.(7) Kalcitriol se účastní regulace kontraktility myokardu, a to pravděpodobně rychlým negenomovým mechanismem (rychlé ovlivnění kalciových kanálů), a pokud chybí, může být kontraktilita myokardu nižší. Pacienti s chronickým onemocněním srdce jsou méně fyzicky aktivní, méně se pohybují venku. Takto se hypoteticky vysvětluje, proč by jejich hladiny vitamínu D mohly být nižší. Bylo ale též popsáno, že jejich hladiny vitamínu D byly nižší již v předchozích letech, před vznikem srdečního onemocnění. Těmto pacientům by podle některých autorů měla být jedenkrát ročně vyšetřena hladina kalcidiolu a upravena suplementací tak, aby neklesla pod 50 nmol/l (tj. 20 ng/ml).(7, 21, 22)
Imunitní systém a vitamín D
Role imunitního systému a vitamínu D je přehledně zpracována v aktuální publikaci Sochorové a Bartůňkové(23), není tedy rozváděna samostatně. Jen pro úplnost zmiňujeme, že VDR je přítomen v makrofázích, dendritických buňkách, NK buňkách, Ta B-lymfocytech. Obecně lze některé účinky vitamínu D považovat za imunosupresivní, jiné za stimulační. Obecně tedy vitamín D působí imunomodulačně. K jednotlivým efektům patří mimo jiné zvýšení fagocytární aktivity makrofágů, suprese tvorby prozánětlivých cytokinů (IL-6), zvýšení produkce antimikrobiálních peptidů a mnohé další, včetně regulačního zásahu do subpopulací a funkcí lymfocytů.
Epidemiologické souvislosti s častějším výskytem infekcí u pacientů s deficitem vitamínu D jsou četné a ukazují mj. na riziko tuberkulózy, ale i chřipky.(24) Jak bylo uvedeno, je enzym 1-alfa-hydroxyláza přítomen v makrofázích. Ačkoliv je identický s 1-alfa-hydroxylázou v ledvinách, je regulován jinými stimuly, zejména imunitními signály (například IGF-gama ). Hyperkalcémie, pozorovaná u některých pacientů s patologickou aktivací makrofágů, není častá. Je příznačné, že hyperkalcémie zde není supresivním faktorem pro tuto aktivitu, převládá stimul vlastního imunitního systému.(16) Imunostimulační potenciál vitamínu D je důležitý z hlediska ochrany proti infekcím. Imunosupresivní potenciál se naopak může uplatnit ve snížení rizika určitých autoimunitních onemocnění (sclerosis multiplex, diabetes mellitus 1. typu), opět alespoň podle epidemiologických souvislostí.(16)
Klinický význam stanovení hladin vitamínu D v krvi
Stanovit vitamín D v biologickém materiálu je metodicky i finančně náročné, a proto vyšetření není rutinní. V posledních letech je opakovaně v písemnictví upozorňováno na skutečnost, že deficit vitamínu D se stává epidemií ve Spojených státech i v Evropě.(1) Onemocnění ledvin se jeví samostatným rizikem pro nízké hladiny kalcidiolu, příčina není jasná. Zvažovány jsou například nižší osvit kůže (méně aktivní způsob života, resp. omezený pohyb venku), nižší přívod v potravě, nelze vyloučit ani poruchu syntézy po slunečním osvitu v kůži; ztráty proteinu vázajícího vitamín D při nefrotickém syndromu. Podle některých autorů má kalcidiol i samostatnou biologickou roli (nejen jako prekurzor kalcitriolu). Poměr koncentrací v krvi je 1 : 1000, ale poměr afinity k receptoru je 1 : 2400. Teoreticky je tedy málo pravděpodobné, že kalcidiol má sám o sobě biologickou roli. Přesto to však někteří autoři dokládají (význam například pro svalový metabolismus).(8)
Častý deficit vitamínu D ukazuje celá řada klinických prací. Studie z roku 1998 publikovaná v NEJM uvádí incidenci deficitu vitamínu D (tj. koncentrace nižší než 15 ng/ml) u osob ve věku nad 65 let ve 42 %, a to i v případě, že užívaly doporučenou denní substituci. Hladiny kalcidiolu byly nižší u pacientů s nižší expozicí slunění, antikonvulzívní léčbou, nefrotickým syndromem, hypertenzí, diabetes mellitus, dále existuje spojení s vysokou koncentrací PTH, nízkým albuminem a nízkým ionizovaným kalciem.(25) Naše nálezy, které byly částečně publikovány(10), ukázaly velmi častý výskyt nízkých hladin kalcidiolu u pacientů s pokročilým onemocněním ledvin.
V souboru 48 osob průměrného věku 62 let s chronickým renálním onemocnění stadia 3–4 (průměrná clearance endogenního kreatininu 0,42 ml/s) byla průměrná koncentrace kalcidiolu 13,8 mýg/l (SD 7,4). Současně byla zvýšená koncentrace PTH v séru nad horní referenční mez (tj. nad 6,8 pmol/l) u 23 z nich a u 5 osob byla dokonce více než 20 pg/ml – neboli více než trojnásobek horní hranice referenčního rozmezí. Zajímavá byla korelace s proteinurií (vyšší proteinurie znamenala nižší hladiny kalcidiolu). Pacienti ve věku nad 70 let měli vesměs hladiny kalcidiolu nižší než 10. Referenční rozmezí laboratoře (UKBLD 1. LF UK a VFN Praha) je 8,9–46,7 mýg/l. Hodnoty nižší než referenční mez byly zjištěny u 14 osob (tj. u 25 %), avšak jen 8 osob mělo hodnoty vyšší než 20 mýg/l (nejvyšší naměřená hodnota byla 31,2 mýg/l).
Předchozí pohled na vitamín D tedy zaznamenává dvojí posun: vitamín D je nepostradatelný nejen pro kostní metabolismus, ale pro organismus jako celek a běžný přívod vitamínu D nezajišťuje optimální hladinu. Deficit vitamínu D je natolik častý (aniž by byl jakkoliv symptomatický), že tato situace by se měla změnit. Mezi deficitem vitamínu D a toxickým předávkováním je široké pásmo, které je znázorněno v pětistupňové klasifikaci posuzování koncentrací kalcidiolu(3) (Tab. 3).
Denní potřeba vitamínu D k zajištění adekvátních hladin odpovídajících této tabulce není zcela přesně určena, je odhadována na přibližně 1000–3000 IU denně. Denní (kontinuální) malé dávky jsou upřednostňovány před bolusovými intermitentními.(14) Pro pacienty s intestinální dysfunkcí zůstává nejvhodnějším doporučením sluneční osvit. Dříve tak obávaná intoxikace se dostaví typicky při déletrvajícím podávání 10 000 IU denně.
Analoga vitamínu D
Analoga vitamínu D jsou syntetické látky, které mají oproti nativnímu vitamínu změněnou strukturu. Cílem této modifikace je oddělení kalcemizujících a nekalcemizujících efektů, neboli potlačení aktivity v trávicím ústrojí a naopak akcentace účinku v jiném cílovém orgánu.(9, 26) Příkladem systémově využívaného a i u nás dostupného analoga je parikalcitol (Obr. 1), k analogům používaným v léčbě hyperparatyreózy dále patří maxakalcitol, doxerkalciferol a další; lokálně je využíván kalcipotriol (léčba psoriázy).
Rozdíl v účinku mezi nativním vitamínem D a analogy nespočívá ve vazbě na receptor a jeho podstata není přesně známa. Analoga s vysokou aktivitou k vazebnému cirkulujícímu proteinu či jiné transportující molekule (albumin, lipoproteiny) cirkulují v krvi podstatně déle než analoga s nižší vazebnou afinitou, rozdílná je i rychlost metabolizace a degradace.
Analoga se mohou vázat na odlišnou část VDRE, tím se může měnit poločas aktivace receptoru i jiné aspekty biologické odpovědi. Analoga mohou vést i k odlišným změnám prostorové struktury a vlastností komplexu hormon-receptor. Dalším možným mechanismem je změna kofaktorů a stabilita komplexu RXR/VDR/ DNA/koaktivátor. Některá analoga mají vyšší potenciál pro nukleární receptor, jiná pro receptor na membráně.(9) V observační studii bylo dokumentováno, že dialyzovaní pacienti, léčení parenterálním vitamínem D indikovaným pro sekundární hyperparatyreózu, mají lepší přežívání ve srovnání s pacienty bez léčby vitamínem D.(26) Toto pozorování vyvolalo velký zájem a diskusi právě o možném pleiotropním významu aktivace receptoru vitamínu D pro celkové zdraví.
Na druhou stranu známý účinek analoga na určitý cílový orgán ještě neznamená, že efekt nastane i v jiných orgánech a je to třeba ověřit. Efekt parikalcitolu je prokazatelný u sekundární hyperparatyreózy a zdá se, že je shodný s kalcitriolem i v oblasti imunologie.(22) Analoga vitamínu D by tedy mohla přinést určitý terapeutický příslib do budoucna, spočívající v oddělení jejich kalcemického účinku při zachovaném cíleném účinku stimulace VDR v jiném systému.(19, 9) Lze shrnout, že vitamín D má v organismu mnohočetnou úlohu, která přesahuje tradiční cílové tkáně (trávicí ústrojí, kostní metabolismus) a že deficit vitamínu D se týká nejen pacientů se selháním ledvin (chybění renální 1-alfa-hydroxylázy).
Tato role bývá opomíjená. Epidemiologické studie ukázaly souvislost mnoha onemocnění (včetně výskytu některých karcinomů) s nízkými hladinami nativního vitamínu D a je pravděpodobné, že prevence a léčba deficitu vitamínu D je důležitější než obava z hypervitaminózy. Jedním z oborů, kde jsou metabolity a analoga vitamínu D v popředí zájmu, je nefrologie. Původně úzké využití pro úpravu poruchy kostního metabolismu při selhání ledvin se postupně ukázalo mnohem komplexnější a na vitamín D lze nahlížet i jako na vitamín, resp. hormon společného zájmu mnoha oborů.
Prof. MUDr. Sylvie Dusilová Sulková, DrSc.e-mail: sulkovas@volny.czUniverzita Karlova v Praze, LF UK a FN Hradec Králové, Klinika gerontologická a metabolická, Nefrologické oddělení Univerzita Karlova v Praze, LF UK a FN Hradec Králové, Katedra interních oborů, Subkatedra nefrologie
*
Literatura
1. HOLICK, M. Vitamin D for health and in chronic kidney disease. Semin Dial, 2005, 18, p. 266–275.
2. DUSSO, AS., BROWN, AJ., SLATOPOLSKY, E. Vitamin D. Am J Physiol Renal Physiol, 2005, 289, p. F8F28.
3. MORRIS, HA. Vitamin D: A hormone for all seasons – how much is enough? Understanding the new pressures. Clin Biochem Rev, 2004, 25, p. 21–32.
4. DUSSO, A., BROWN, AJ. Mechanism of vitamin D action and its regulation. Am J Kidney Dis, 1998, 32, Suppl. 2, p. 13–23.
5. NORMAN, AW. Vitamin D receptor (VDR): new assignments for an already busy receptor. Endocrinology, Doi 10.1210/en. 2006–0946.
6. VALDIVIELSO, JM., FERNANDEZ, E. Vitamin D receptor polymorphisms and diseases. Clin Chim Acta, 2006, 371, p. 1–12.
7. ZITTERMAN, A., SCHLEITHOFF, SS. Vitamin D insufficiency in congestive heart failure: why and what to do about it? Heart Fail Rev, 2006, 11, p. 25–33.
8. TASKAPAN, H., WEI, M., OREOPOULOS, D. 25(OH) vitamin D3 in patients with chronic kidney disease and those on dialysis: rediscovering its importance. Int J Urol Nephrol, 2006, 38, p. 323–329.
9. BROWN, AJ. Therapeutic uses of vitamin D analogues. Am J Kidney Dis, 2001, 38, p. S3-S19.
10. SULKOVÁ, S., FOŘTOVÁ, M., UHROVÁ, J., et al. Význam stanovení metabolitů vitamínu D u pacientů se sníženou funkcí ledvin. Vnitř Lék, 2004, 50, s. 510518.
11. IMEL, EA., ECONS, MJ. Fibroblast growth factor 23: roles in health and disease. J Am Soc Nephrol, 2005, 16, p. 2565–2575.
12. LI, Y., KONG, J., WEI, M., et al. 1,25 dihydroxy vitamin D3 is a negative endocrine regulator of the renin-angiotensin system. J Clin Invest, 2002, 110, p. 229–238.
13. KUHLMAN, A., HAAS, C., GROSS, ML., et al. 1,25-dihydroxy vitamin D3 decreases podocyte loss and podocyte hypertrophy in the subtotally nephrectomized rat. Am J Physiol Renal Physiol, 2004, 285, p. F526-F533.
14. OKŠA, A., SPUSTOVÁ, V., KRIVOŠÍKOVÁ, Z., et al. Deficit vitamínu D u pacientov s chronickými chorobami obličiek vštadiu 2–4 K/DOQI. Aktuality v nefrologii, 2006, 12, s. 45–51.
15. MERKE, J., RITZ, E., BOLAND, R. Are recent findings on 1,25-dihydroxycholecalciferol metabolism relevant for the pathogenesis of uremia? Nephron, 1986, 42, p. 277–284.
16. VAN ETTEN, E., MATHIEU, C. Immunoregulation by 1,25-dihydroxy vitamin D3: Basic concepts. J Steroid Biochem Mol Biol, 2005, 97, p. 93–101.
17. BOUILLON, R., VERSTUYF, A., MATHIEU, CH., et al. Vitamin D resistance. Clin Endocrin Metabolism, 2006, 20, p. 627–645.
18. GORHAM, ED., GARLAND, CF., GARLAND, FC., et al. Optimal vitamin D status for colorectal cancer prevention: a quantitative meta analysis. Am J Prev Med, 2007, 32, p. 210–216.
19. GARLAND, CF., GORDHAM, ED., LIPKIN, M., et al. The role of vitamin D in cancer prevention. Am J Public Health, 2006, 96, p. 252–261.
20. LEVIN, A., CHUN, LI., Y. Vitamin D and its analogues: do they protect against cardiovascular disease in patients with kidney disease? Kidney Int, 2005, 68, p. 1973–1981.
21. NORMAN, PE., POWEL, JT. Vitamin D: shedding light on the development of disease in peripheral arteries. Arterioscler Thromb Vasc Biol, 2005, 25, p. 3946.
22. WOLISI, GO., MOE, SM. The role of vitamin D in vascular calcification in chronic kidney disease. Semin Dial, 2005, 18, p. 307–314.
23. SOCHOROVÁ, K., BARTŮŇKOVÁ, J. Vitamín D a imunitní systém – teorie a vlastní zkušenosti. Interní Med, 2007, 1, s. 28–30.
24. CANNEL, JJ., VIETH, R., UMHAU, JC., et al. Epidemic influenza and vitamin D. Review. Epidemiol Infect, 2006, doi:10:1017/S0950268806007175.
25. THOMAS, MK., LLOYD-JONES, DM., THADHANI, RI., et al. Hypovitaminosis D in medical inpatients. New Engl J Med, 1998, 338, p. 777–783.
26. TENG, M., WOLF, M., OFSTHUN, MN., et al. Activated injectable vitamin D and hemodialysis survival: a historical cohort study. J Am Soc Nephrol, 2005, 16, p. 1115–1125.
Výzkumný záměr MSM 0021620819 „Náhrada a podpora funkce některých životně důležitých orgánů“.
**