D-vítamín og útfjólublátt ljós - merkilegt ferli
Það hvernig mörg hryggdýr nýta sólarljós við framleiðslu á D3-vítamíni í húðinni og hvernig þessu ferli er einnig stjórnað af ljósinu sjálfu er enn mikið rannsóknarefni. Flestar rannsóknirnar tengjast líffræði mannsins, en vísindamenn eins og Holick, Ferguson og Gehrmann í Bandaríkjunum eru að safna vísbendingum um að ferlið sé mjög svipað í húð skriðdýra.
Einfölduð hreyfimynd (Mynd 1, hér að neðan) sýnir D-vítamín ferli.
Ferlið hefst þegar kólesteról, próvítamín D, (fullu nafni 7-dehýdrókólesteról, eða 7DHC) er framleitt af frumum í húðinni. Þegar það verður fyrir UVB á bylgjulengdum á milli 290 - 315 nm, breytist þetta próvítamín D, sem haldið er innan frumuhimnunnar, mjög hratt í forvítamín D3. Hámarksframleiðslan er við 297nm.
Forvítamín D3 er síðan myndbrigði (umbreytt með endur-uppröðun atóma í sameindinni) hægt, í heitri húð, á nokkrum klukkustundum, í D3 vítamín. Hita þarf til að viðbrögðin gangi áfram á eðlilegum hraða. Skriðdýr fá þennan hita frá sólinni þegar þau baska.
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 hefur einnig á undanförnum árum reynst vera mikilvægur þáttur í eðlilegri starfsemi annarra líffæra. Það er tekið upp af frumum um allan líkamann og umbreytt innanfrumu í kalsetríól. Þessi staðbundna verkun hefur jákvæð áhrif á ónæmiskerfið, hjarta- og æðakerfið og til að koma í veg fyrir að frumur í mörgum líffærum verði krabbameinsvaldar með því að stjórna frumuskiptingu.
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.
D3-vítamín helst ekki í miklum styrk í blóðrásinni. Hjá mönnum er það sem er ekki hýdroxýlerað í kalsedíól í lifur tekið upp í líkamsfitu, þar sem það er greinilega geymt 23 en okkur er ekki kunnugt um neinar rannsóknir sem ganga úr skugga um hvort slík geymsla eigi sér stað í skriðdýrum, eða ef það gerist, hversu lengi svona verslun gæti endað.
Reglugerð um D3-vítamínframleiðslu.
D3 vítamín er efni sem er eitrað í miklu magni. Upp úr 1920 var D-vítamín bætt við mjólk til manneldis til að uppræta beinkröm; þetta var hins vegar bannað í Evrópu á fimmta áratugnum vegna þess að börn þjáðust af ofskömmtun.22
Hjá skriðdýrum leiðir of mikið af D-vítamíni í fæðuna til ofvítamínósu-D, sem veldur nýrnaskemmdum, kölkun í mjúkvefjum, þar með talið helstu æðum, og ótímabærum dauða.
Hins vegar er ekki vitað að ofvítamínósa-D komi fram hjá skriðdýrum (eða öðrum tegundum) sem fá D-vítamín úr sólarljósi, óháð því hversu lengi þau sofna.23 Þetta er vegna þess að það eru innbyggðir öryggiskerfi sem koma í veg fyrir offramleiðslu vítamíns. D í húðinni. Athyglisvert er að þessir reiða sig einnig á útfjólubláu ljósi, eins og sjá má á teiknimyndinni, mynd 2 (fyrir neðan).
Eins og við sáum áðan, þegar skriðdýr dvelur í fullu sólarljósi, myndast forvítamín D3 mjög hratt og safnast fyrir í húðinni. Umbreyting þess í D3-vítamín er mun hægara ferli sem er hitaháð. Maður gæti búist við að mikið magn af preD3 myndi safnast upp, en það gerist ekki. Þetta er vegna þess að preD3 er einnig viðkvæmt fyrir útfjólubláu ljósi allt að 325nm; hlutfalli breytist nokkuð hratt í tvær líffræðilega óvirkar vörur, lumisterol3 og tachysterol3. Þetta safnast líka fyrir í húðinni.
Flestar rannsóknirnar hafa verið gerðar á húð manna, en talið er að sama ferli eigi sér stað hjá skriðdýrum; lumisterol3 hefur verið einangrað úr geckóhúðsýnum sem verða fyrir sólarljósi.
Það er líka önnur varnarlína gegn offramleiðslu á D3. Eins og við sáum áðan berst D3-vítamín, þegar það er framleitt, með blóðrásinni til lifrarinnar. Hins vegar ætti umfram D3-vítamín að safnast upp í húðinni - ef td meira er framleitt en bindipróteinið getur fjarlægt - útfjólubláa ljósið brýtur þetta líka niður í þrjú ný efni: tvö súprasteról og 5,6 trans-D-vítamín. Þessi síðarnefnda vara hefur einhverja líffræðilega virkni; hinir eru taldir vera óvirkir.
Hvað verður um allar þessar óvirku aukavörur-? Rannsóknir standa yfir; Hins vegar getum við velt því fyrir okkur að lumisterol3 og tachysterol3, sérstaklega, gætu verið notuð sem uppspretta preD3. Þetta er vegna þess að framleiðsla þeirra frá preD3 er afturkræf viðbrögð.
Undir útfjólubláu ljósi myndast jafnvægi með mismunandi styrk af þessum þremur, að hluta til eftir nákvæmum bylgjulengdum ljóssins. Efnin þrjú hafa aðeins mismunandi verkunarróf. Lumisterol3 má breyta aftur í preD3 með ljósi með bylgjulengd allt að 315nm; tachysterol3 svarar allt að 335nm, sem er á UVA-sviðinu.
Þetta virðist kannski ekki vera marktækur munur fyrr en maður íhugar áhrif lofthjúpsins á sólargeislun. Neðri bylgjulengdirnar frásogast auðveldara af andrúmsloftinu. Þegar sólin er lágt á himni, snemma morguns, síðdegis og stóran hluta vetrar á norðlægum breiddargráðum, gætu bylgjulengdir undir 300 nm aldrei náð yfirborði jarðar. Á þessum tímum hættir for-D3 nýmyndun úr próvítamín D næstum alveg,44,21 en það er að minnsta kosti fræðilega mögulegt að útfjólubláa ljósið á aðeins hærri bylgjulengdum gæti stuðlað að umbreytingu á tachysterol3, sem er tilviljun hvað hvarfgjarnast efnanna þriggja, í fyrirD3. Ef þetta gerist gæti það verið uppspretta preD3 þegar það er ekki nægilega lág-bylgjulengd UVB til að búa til nægjanlegt úr provítamín D.
Hegðunarreglur um UVB útsetningu.
Sum skriðdýr gætu skynjað hvort þau þurfi D-vítamín eða ekki og breytt þeim tíma sem þau eyða í UVB ljósi í samræmi við það. Í einni rannsókn eyddu panther kameljónum (Furcifer pardalis) sem fengu mataræði sem var lítið af D3 vítamíni meiri tíma í að hvíla sig undir útfjólubláu ljósi en þeir sem voru á háu D3 mataræði. Auk þess laðast þeir meira að lömpum sem gefa frá sér UVB en að jafn skærum lömpum sem gáfu frá sér UVA. Hvort þeir geta raunverulega séð UVB er ekki vitað, en þeir virðast geta greint það með einhverjum hætti.