Витами́ны (от «жизнь» + амин) — группа органических соединений разнообразной химической природы, объединённая по признаку их абсолютной необходимости для гетеротрофного организма в качестве составной части пищи (в общем случае — из окружающей среды). Автотрофные организмы также нуждаются в витаминах, получая их либо путём синтеза, либо из окружающей среды. Так, витамины входят в состав питательных сред для выращивания организмов фитопланктона. Большинство витаминов являются коферментами или их предшественниками.
Витамины содержатся в пище в очень небольших количествах и поэтому относятся к микронутриентам наряду с микроэлементами. К витаминам не относят не только микроэлементы, но и незаменимые аминокислоты и незаменимые жиры.
Из-за отсутствия точного определения к витаминам в разное время причисляли разное количество веществ. На середину 2018 года известно 13 витаминов.
Общие сведения
Функции в организме Витамины выполняют каталитическую функцию в составе активных центров разнообразных ферментов, а также могут участвовать в гуморальной регуляции в качестве экзогенных прогормонов и гормонов. Несмотря на исключительную важность витаминов в обмене веществ, они не являются ни источником энергии для организма (не обладают калорийностью), ни структурными компонентами тканей. У каждого организма есть особые потребности в витаминах: молекула может быть витамином для одного вида, но не являться витамином для другого вида. Например, витамин C необходим приматам, но не большинству других млекопитающих.
Концентрация витаминов в тканях и суточная потребность в них невелики, но при недостаточном поступлении витаминов в организме наступают характерные и опасные патологические изменения (заболевания), например цинга и пеллагра.
С нарушением поступления витаминов в организм связаны 3 принципиальных патологических состояния: отсутствие витамина — авитаминоз, недостаток витамина — гиповитаминоз, избыток витамина — гипервитаминоз.
Синтез в организме Большинство витаминов не синтезируются в организме человека и полностью должны поступать с пищей. Меньшинство составляют синтезируемые в организме: , который образуется в коже человека под действием ультрафиолетового света; , который может синтезироваться из предшественников, поступающих в организм с пищей; и одна из форм витамина B — ниацин, предшественником которого является аминокислота триптофан. Кроме того, витамины K и B обычно синтезируются в достаточных количествах симбиотической бактериальной микрофлорой толстой кишки человека.
Классификация В биологической науке нет строгого определения витаминов, есть только необходимые признаки для причисления вещества к витаминам. Вещество, соответствующее следующим четырём признакам, может быть признано витамином: Органическое вещество; Жизненно необходимое вещество, без которого развивается клиническая картина заболевания; Организм не производит вещество в нужном количестве или не производит вообще; Вещество требуется в минимальных количествах (для человека — менее 0,1 г в сутки, например, самая большая суточная рекомендованная доза у витамина C, и она равна 90 мг).
На 2012 год научным сообществом признано витаминами для человека. Ещё несколько веществ находились на рассмотрении, но к 2018 году в списке витаминов их также 13. Однако в школьных учебниках указано существенно большее число витаминов — до 80, например, в учебнике 2014 года написано про 20 витаминов.
Исходя из растворимости, витамины делят на жирорастворимые — A, D, E, K, и водорастворимые — C и витамины группы B. Водорастворимые витамины легко растворяются в воде и, как правило, легко выводятся из организма, в такой степени, что выделение мочи является сильным предиктором потребления витаминов. Поскольку они не так легко хранятся, важно более постоянное потребление. Жирорастворимые витамины всасываются через кишечный тракт с помощью липидов (жиров). Витамины A и D могут накапливаться в организме, что может привести к опасному гипервитаминозу. Дефицит жирорастворимых витаминов из-за нарушения всасывания имеет особое значение при муковисцидозе.
Потребление
Источники По большей части витамины поступают с пищей, но некоторые из них усваиваются другими способами: например, микроорганизмы в кишечной флоре вырабатывают витамин K и биотин; а одна из форм витамина D синтезируется в клетках кожи, когда они подвергаются воздействию ультрафиолетового света определённой длины волны, присутствующего в солнечном свете. Люди могут производить некоторые витамины из предшественников, которые они потребляют: например, витамин A синтезируется из бета-каротина, а ниацин синтезируется из аминокислоты триптофана. Витамин C может синтезироваться некоторыми видами, но не другими. Витамин B12 — единственный витамин или питательное вещество, недоступное из растительных источников. Инициатива по обогащению пищевых продуктов перечисляет страны, которые имеют обязательные программы обогащения витаминами фолиевой кислотой, ниацином, витамином A и витаминами B1, B2 и B12.
Недостаточное потребление
Запасы различных витаминов в организме сильно различаются; витамины A, D и B12 хранятся в значительных количествах, в основном в печениThe Merck Manual: Nutritional Disorders: Vitamin Introduction Please select specific vitamins from the list at the top of the page., и в рационе взрослого человека может быть дефицит витаминов A и D в течение многих месяцев, а B12 в некоторых случаях в течение многих лет, прежде чем разовьётся состояние дефицита. Однако Витамин B3 (ниацин и ниацинамид) не хранится в значительных количествах, поэтому запасов может хватить всего на пару недель. Для витамина C время появления первых симптомов цинги в экспериментальных исследованиях с полным лишением витамина C у людей варьировалась в широких пределах — от месяца до более чем шести месяцев, в зависимости от предыдущей истории питания, которая определяла начальные запасы витамина C.
Дефицит витаминов классифицируется как первичный или вторичный. Первичный дефицит возникает, когда организм не получает достаточного количества витамина с пищей. Вторичный дефицит может быть вызван основным заболеванием, которое препятствует или ограничивает усвоение или использование витамина, из-за «фактора образа жизни», такого как курение, чрезмерное употребление алкоголя или приём лекарств, которые препятствуют усвоению или использованию витамина. У людей, придерживающихся разнообразной диеты, вряд ли разовьётся серьёзный первичный дефицит витаминов, но они могут потреблять меньше рекомендованного количества; национальное исследование продуктов питания и пищевых добавок, проведённое в США в 2003—2006 годах, показало, что более 90 % людей, которые не употребляли витаминные добавки, имели недостаточный уровень некоторых основных витаминов, в частности витаминов D и E.
Хорошо изученный дефицит витаминов у человека связан с тиамином (бери-бери), ниацином (пеллагра), витамином C (цинга), фолиевой кислотой (дефекты нервной трубки) и витамином D (рахит). В большей части развитого мира эти дефициты встречаются редко из-за достаточного количества пищи и добавления витаминов в обычные продукты. В дополнение к этим классическим заболеваниям, связанным с дефицитом витаминов, некоторые данные также указывают на связь между дефицитом витаминов и рядом различных расстройств.
Избыточное потребление У некоторых витаминов зафиксирована острая или хроническая токсичность при больших дозах, которая называется гипертоксичностью. Европейский союз и правительства ряда стран установили Допустимые верхние уровни потребления (ULS) для тех витаминов, токсичность которых подтверждена документальноDietary Reference Intakes (DRIs) Food and Nutrition Board, Institute of Medicine, National AcademiesDietary Reference Intakes for Japanese (2010) National Institute of Health and Nutrition, Japan . Вероятность потребления слишком большого количества любого витамина из пищи невелика, но чрезмерное потребление (отравление витаминами) из пищевых добавок имеет место. В 2016 году 63 931 человек сообщили в Американскую ассоциацию токсикологических центров о передозировке всех витаминных, мультивитаминных и минеральных препаратов, причём 72 % из этих случаев были у детей в возрасте до пяти лет. В США анализ национального исследования рациона питания и пищевых добавок показал, что около 7 % взрослых потребителей пищевых добавок превысили норму фолиевой кислоты, а 5 % людей старше 50 лет превысили норму витамина A.
История
Важность некоторых видов еды для предотвращения определённых болезней была известна ещё в древности. Так, древние египтяне знали, что печень помогает от куриной слепоты (ныне известно, что куриная слепота может вызываться недостатком витаминаA). В 1330 году в Пекине Ху Сыхуэй опубликовал трёхтомный труд «Важные принципы пищи и напитков», систематизировавший знания о терапевтической роли питания и утверждавший необходимость разнообразить рацион для поддержания здоровья.
В 1747 году шотландский врач Джеймс Линд, пребывая в длительном плавании, провёл своего рода эксперимент на больных матросах. Вводя в их рацион различные продукты, он открыл свойство фруктов предотвращать цингу. В 1753 году Линд опубликовал «Трактат о цинге», где предложил использовать фрукты для профилактики цинги. Однако эти взгляды получили признание не сразу. Тем не менее, Джеймс Кук на практике доказал роль растительной пищи в предотвращении цинги, введя в корабельный рацион капусту, солодовое сусло и подобие цитрусового сиропа. В итоге он не потерял от цинги ни одного матроса — неслыханное достижение для того времени. В 1795 году лимоны и другие цитрусовые стали стандартной добавкой к рациону британских моряков. Это послужило причиной появления обидной клички для матросов — лимонник. Известны так называемые лимонные бунты: матросы выбрасывали за борт бочки с лимонным соком.
Истоки учения о витаминах заложены в исследованиях российского учёного Николая Ивановича Лунина. Он скармливал подопытным мышам по отдельности все известные элементы, из которых состоит молоко: сахар, белки, жиры, углеводы. Мыши погибли. В сентябре 1880 года при защите своей докторской диссертации Лунин утверждал, что для сохранения жизни животного, помимо белков, жиров, углеводов и воды, необходимы ещё и другие, дополнительные вещества. Придавая им большое значение, Лунин писал: «Обнаружить эти вещества и изучить их значение в питании было бы исследованием, представляющим большой интерес». Вывод Лунина был принят в штыки научным сообществом, так как другие учёные не смогли воспроизвести его результаты. Одна из причин была в том, что Лунин в своих опытах использовал тростниковый сахар, в то время как другие исследователи использовали молочный — плохо очищенный и содержащий некоторое количество витаминаB.
В 1895 году В. В. Пашутин пришёл к выводу, что цинга является одной из форм голодания и развивается от недостатка в пище какого-то органического вещества, создаваемого растениями, но не синтезируемого организмом человека. Автор отметил, что это вещество не является источником энергии, но необходимо организму и что при его отсутствии нарушаются ферментативные процессы, что приводит к развитию цинги. Тем самым В. В. Пашутин предсказал некоторые основные свойства витаминаC.