Клиническая значимость определения суммарного витамина D в плазме человека

Отдел исследований и разработок ООО «Интерлаб»

Введение
Витамин D — это жирорастворимый витамин, отличающийся от других витаминов тем, что его основным источником для организма человека является преобразование его прекурсора (7-дегидрохолестерола (превитамина D)) в коже под воздействием ультрафиолетового излучения. Дополнительным источником витамина D являются продукты питания такие как высокожирные сорта рыбы, яичный желток, печень, молочные продукты, орехи и другие, а также различные пищевые добавки.
К группе витамина D относится шесть стеринов (витамины D₁, D₂, D₃, D₄, D₅ и D₆), при этом ключевую роль в организме человека играют два из них: витамин D₂ — эргокальциферол и витамин D₃ — холекальциферол. Это близкие по химической структуре нерастворимые в воде, но хорошо растворимые в жирах соединения, имеющие схожие этапы метаболизма. Эргокальциферол (D₂) образуется в клетках растений из эргостерола и может поступать в организм человека только с пищей или с пищевыми добавками. Холекальциферол (D₃), в основном синтезируется у человека в коже под действием ультрафиолетовых лучей диапазона «B» (UVB, 280—315 нм) и также может поступать с продуктами животного происхождения.
Сами по себе витамины D₂ и D₃ биологически неактивны, реализация их биологических эффектов возможна лишь после их метаболических преобразований в печени до 25-гидрокси-холекальциферола (25(OH)D₃) / 25-гидрокси-эргокальциферола (25(OH)D₂)[1] и в почках с участием фермента CYP27B1 (1α-гидроксилазы) до 1,25-дигидроксивитамина D₂ и D₃ соответственно. Несмотря на то, что 1,25-дигидроксивитамин является конечным и самым активным метаболитом витамина D, а по специфике своего действия приравнивается к гормону (D-гормон), суммарное содержание именно метаболитов 25(OH)D считается наиболее точным индикатором уровня витамина D в организме человека, отражая как интенсивность его образования в коже (эндогенное накопление), так и поступление с пищей (экзогенное накопление) [1]. Связан ещё такой выбор с тем, что 25(OH)D характеризуется более длительным периодом полувыведения (около 3 недель), по сравнению с 1,25(OH)₂D в циркулирующей крови, что также не менее важно в клинической практике [3].
Табл. 1. Формы и метаболиты витамина D в организме человека [29]

Биологические функции витамина D.
Витамин D способствует абсорбции кальция в тонком кишечнике и поддерживает необходимые уровни кальция и фосфатов в крови для обеспечения минерализации костной ткани и предотвращения гипокальциемической тетании. Также витамин D необходим для роста костей и процесса костного ремоделирования, т. е. работы остеобластов и остеокластов. Достаточный уровень витамина D предотвращает развитие рахита у детей и остеомаляции у взрослых. Вместе с кальцием витамин D также применяется для профилактики и в составе комплексного лечения остеопороза [4 — 6].
Согласно мнению ряда исследователей, функции витамина D не ограничены только контролем кальций-фосфорного обмена, он также влияет и на другие физиологические процессы в организме, включающие модуляцию клеточного роста, нервно-мышечную проводимость, иммунитет и воспаление [7,5]. Дефицит витамина D может влиять также и на иммунную систему, поскольку этот витамин играет роль иммуномодулятора [14], укрепляя врожденный иммунитет посредством усиления экспрессии и секреции противомикробных пептидов [15–16], что повышает защитные функции слизистой оболочки. Кроме того, в ходе недавнего метаанализа был зарегистрирован защитный эффект добавок витамина D применительно к респираторным инфекциям [17–20].
Согласно недавно проведённым исследованиям, применение витамина D было определено как потенциальная стратегия для профилактики или лечения коронавирусной инфекции (COVID-19), вызываемой коронавирусом тяжелого острого респираторного синдрома (SARS-CoV-2) [31, 32]. SARS-CoV-2 часто вызывает тяжелые осложнения со стороны нижних дыхательных путей, от которых уже скончалось более 900 тыс. человек по всему миру, и эта цифра продолжает расти. На данный момент одной из проблем, мешающих остановить пандемию, является отсутствие доказательных данных, демонстрирующих эффективность фармакологических мер для профилактики и лечения COVID-19.
Согласно данным [31], опубликованным в медицинском журнале открытого доступа JAMANetwork Open [33], группой учёных из Чикагского университета штата Иллинойс David O. Meltzer (MD, PhD[2]); Thomas J. Best, (PhD[3]); Hui Zhang, (PhD3) и др. было проведено когортное исследование 489 пациентов, у которых уровень витамина D был измерен за год до тестирования на COVID-19. Согласно проведённому анализу полученных результатов было показано, что для пациентов с вероятным дефицитом витамина D относительный риск положительного результата теста на COVID-19 в 1,77 раза выше, чем для пациентов с вероятным достаточным уровнем витамина D. При этом для официального подтверждения выдвинутой гипотезы необходимы дополнительные рандомизированные клинические испытания.
Витамин D оказывает существенное влияние на множество процессов в организме. Так, он является одним из основных веществ, регулирующих иммунитет человека. При этом, в отличие от лекарственных препаратов, неизбирательно воздействующих на иммунитет, витамин D: сдерживает аутоиммунные реакции и повышает устойчивость организма к внешним и внутренним патологическим воздействиям. Витамин D обладает антипролиферативным действием, то есть тормозит развитие онкологических процессов в организме. Доказано, что для проявления данного защитного эффекта витамина D уровень его транспортной формы (25-гидроксикальциферола) в крови должен быть выше референсных норм, указанных в бланках большинства лабораторий [28].
Многочисленные исследования подтверждают колоссальное влияние витамина D на репродуктивную систему мужчин и женщин. Именно поэтому, своевременная коррекция дефицита витамина D приобретает огромное значение при решении репродуктивных проблем.
Уровень витамина D в организме.
Дефицит витамина D — явление достаточно распространённое, затрагивающее, по некоторым оценкам [12, 21, 22], до миллиарда жителей Земли. В США, по данным крупного популяционного исследования, проведённого в 2001—2006 годах, распространённость «риска дефицита» витамина D у взрослых и детей старше 1 года составила 8%. К ней можно прибавить 24% людей со статусом «риск недостаточного потребления» [13]. В совокупности это почти треть населения США. В ряде других стран, с достаточным уровнем солнечного облучения, таких как Индия, Пакистан, Иран, Китай, значительная доля населения (по некоторым данным, до 60—80%) имеют симптомы дефицита витамина D [27]. Россия расположена в зоне низкой инсоляции, поэтому практически все её жители входят в группу риска [11].
Вместе с тем приводимые цифры распространённости дефицита витамина D могут значимо отличаться в зависимости от того, какой уровень 25-гидроксихолекальциферола в крови берётся за пограничный (16, 20 или 30 нг/мл или какой-либо другой) [9,7,10]. Институт медицины США в 2010 году ввёл новую классификацию адекватности статуса витамина D в зависимости от уровня 25-гидроксихолекальциферола в сыворотке крови [9] (табл. 2).
Табл. 2. Классификация адекватности статуса витамина D (25(OH)D) в крови.

 
Эксперты Международного эндокринологического общества придерживаются мнения, что дефицит витамина D определяется как уровень 25(OH)D в сыворотке крови менее 20 нг/мл (50 нмоль/л) [7]. Согласно рекомендациям ≪The Vitamin D Society≫, канадского общества экспертов по изучению витамина D, оптимальным уровнем 25(OH)D в сыворотке крови можно считать 40 – 60 нг/мл (100 – 150 нмоль/л). Только достижение такой концентрации 25(OH)D позволит снизить риск возраст-ассоциированных заболеваний, таких как остеопороз, сахарный диабет 2-го типа, различные виды онкологических заболеваний, и увеличить продолжительность жизни [8].
Избыток витамина D является редким явлением, в основном связанным со случайным или намеренным употреблением чрезмерно больших количеств витамина D, который приводит к гиперкальциемии – повышенному содержанию кальция в крови. Длительная или хроническая гиперкальциемия, в свою очередь, чревата кальцификацией (обызвествлением) тканей, причем это касается таких жизненно важных органов, как почки, сердце, кровеносные сосуды, легкие.
Кроме того, есть данные, что повышенная в течение длительного времени концентрация витамина D существенно повышает онкологические риски, а у детей сказывается на умственном и физическом развитии.
 
Методы исследования витамина D.
В настоящий момент используют два типа аналитических методов для контроля уровня витамина D в сыворотке или плазме крови человека — это иммуноферментный анализ и метод, основанный на хроматографическом разделении с последующим неиммунологическим обнаружением [23].
Наиболее распространённым методом является применение тандемной масс-спектрометрии с жидкостной хроматографией (ВЭЖХ-МС/МС) [17,19]. Высокая селективность и чувствительность метода позволяет использовать его в рутинных клинических лабораториях. При этом отмечается ежегодный прирост применения данной методологии в лабораторном секторе [26]. С другой стороны, себестоимость анализа, а также простота использования инструмента являются не менее важными вопросами в рутинных анализах. Более простые системы, такие как газовый моноквадрупольный масс-детектор, позволяют значительно снизить затраты на выполнение одного анализа, при этом селективность и чувствительность системы полностью соответствует требуемым нормативам для контроля статуса 25-гидроксивитамина D в организме человека. Использование данной методологии в литературе встречается относительно редко, можно выделить единичные публикации конца 80-го года [24], а также современный обзор тайваньских специалистов под руководством Ming-Yeh Yang и Ching-Yuan Huang [25].
Специалисты отдела «Исследований и разработок» компании ООО «Интерлаб» совместно со специалистами Института Аналитической Токсикологии разработали быстрый, чувствительный и надёжный метод определения концентраций 25(OH)D₃ и 25(OH)D₂ в плазме крови человека для клинической диагностики его статуса с помощью моноквадрупольной хромато-масс-спектрометрической системы Маэстро-αМС (ГХ/МС).
 
Литература

1. Мальцев С.В., Мансурова Г.Ш., Метаболизм витамина D и пути реализации его основных функций. Практическая медицина 09 (14) Педиатрия (http://mfvt.ru/metabolizm-vitamina-d-i-puti-realizacii-ego-osnovnyx-funkcij/)
2. Pepe J, Romagnoli E, Nofroni I, Pacitti M.T., De Geronimo S, Letizia C, et al. Vitamin D status as the major factor determining the circulating levels of parathyroid hormone: a study in normal subjects. Osteoporos Int 2005; 16:805e12.
3. Jones K.S., Assar S, Harnpanich D, Bouillon R, Lambrechts D, Prentice A, et al. 25(OH)D2 half-life is shorter than 25(OH)D3 half-life and is influenced by DBP concentration and genotype. J Clin Endocrinol Metab 2014; 99:3373e81.
4. Institute of Medicine, Food and Nutrition Board. Dietary Reference Intakes for Calcium and Vitamin D. Washington, DC: National Academy Press, 2010
5. Калинченко С.Ю., Пигарова Е.А., Гусакова Д.А., Плещева А.В. Витамин D и мочекаменная болезнь. Consilium Medicum. 2012. Т. 14. № 12. С. 97-102.
6. Cranney C, Horsely T, O’Donnell S, Weiler H, Ooi D, Atkinson S, et al. Effectiveness and safety of vitamin D. Evidence Report/Technology Assessment No. 158 prepared by the University of Ottawa Evidence-based Practice Center under Contract No. 290-02.0021. AHRQ Publication No. 07-E013. Rockville, MD: Agency for Healthcare Research and Quality, 2007
7. Holick M.F, Binkley N.C, Bischoff-Ferrari H.A, et al. Endocrine Society. Evaluation, treatment, and prevention of vitamin D deficiency: An Endocrine Society clinical practice guideline. J Clin Endocrinol Metab. 2011;96(7):1911-1930.
8. The Vitamin D Society. URL. http://www.vitamindsociety.org/benefits.php
9. Dawson-Hughes B, Mithal A, Bonjour J.P, et al.: IOF position statement: vitamin D recommendations for older adults. Osteoporos Int 2010; 21(7): 1151-4
10. Gómez de Tejada Romero M.J, Sosa Henríquez M, Del Pino Montes J, Jódar Gimeno E, Quesada Gómez J.M, Cancelo Hidalgo M.J, Díaz Curiel, Mesa Ramos M, Muñoz Torres M, Carpintero Benítez P, Navarro Ceballos C, Valdés y Llorca C, Giner Ruíz V, Blázquez Cabrera J.A, García Vadillo J.A, Martínez Rodríguez M.E, Peña Arrebola A, Palacios Gil-Antuñano S. Position document on the requirements and optimum levels of vitamin D. Rev Osteoporos Metab Miner 2011 3;1:53-64.
11. Ziaee A, Javadi A, Javadi M, Zohal M, Afaghi A.Nutritional Status Assessment of Minodar Residence in Qazvin City, Iran: Vitamin D Deficiency in Sunshine Country, a Public Health Issue // Global Journal of Health Science. — 2013. — Vol. 5, iss. 1. — P. 174—179. — ISSN 1916-9736. — doi:10.5539/gjhs.v5n1p174.
12. Vitamin D and Health | The Nutrition Source | Harvard School of Public Health
13. Looker A. C., Johnson C. L., Lacher D. A., Pfeiffer C. M., Schleicher R. L., Sempos C. T.Vitamin D status: United States, 2001–2006. // NCHS Data Brief. — 2011. — March (№ 59). — С. 1—8. — PMID 21592422.
14. Greiller C.L, Martineau A.R. Modulation of the immune response to respiratory viruses by vitamin D. Nutrients. 2015;7(6):4240-70.
15. Wang T.T, Dabbas B, Laperriere D, Bitton AJ, Soualhine H, Tavera-Mendoza LE, et al. Direct and indirect induction by 1,25-dihydroxyvitamin D3 of the NOD2/CARD15-defensin beta2 innate immune pathway defective in Crohn disease. Journal of Biological Chemistry. 2010;285(4):2227-31.
16. Gombart A.F, Borregaard N, Koeffler H.P. Human cathelicidin antimicrobial peptide (CAMP) gene is a direct target of the vitamin D receptor and is strongly up-regulated in myeloid cells by 1, 25-dihydroxyvitamin D3. The FASEB Journal. 2005; 19(9):1067-1077.
17. Yakoob M.Y, Salam R.A, Khan F.R, Bhutta Z.A. Vitamin D supplementation for preventing infections in children under five years of age. Cochrane Database Systematic Reviews. 2016;11:CD008824.
18. Bergman P, Lindh ÅU, Björkhem-Bergman L, Lindh JD. Vitamin D and respiratory tract infections: a systematic review and meta-analysis of randomized controlled trials. PLoS one. 2013;8(6): e65835.
19. Charan J, Goyal J.P, Saxena D, Yadav P. Vitamin D for prevention of respiratory tract infections: a systematic review and meta-analysis. Journal of Pharmacology and Pharmacotherapeutics. 2012;3(4):300-303.
20. Martineau A.R, Jolliffe D.A, Hooper R.L, Greenberg L, Aloia J.F, Bergman P, et al. Vitamin D supplementation to prevent acute respiratory tract infections: systematic review and meta-analysis of individual participant data. BMJ. 2017;356: i6583.
21. Palacios C, Gonzalez L. Is vitamin D deficiency a major global public health problem? Journal of Steroid Biochemistry & Molecular Biology. 2014;144(2014):138-145.
22. Wahl D.A, Cooper C, Ebeling P.R, Eggersdorfer M, Hilger J, Hoffmann K, Josse R et al. A global representation of vitamin D status in healthy populations. Archives of Osteoporosis. 2012;7(1):155–172.
23. Snellman G, Melhus H, Gedeborg R, Byberg L, Berglund L, Wernroth L, et al. Determining vitamin D status: a comparison between commercially available assays. PLoS One 2010;5: e11555.
24. Ruth D. Coldwell, Caroline E. Porteous, David J.H. Trafford, Hugh L.J. Makin. Gas chromatography—mass spectrometry and the measurement of vitamin D metabolites in human serum or plasma. Steroids Volume 49, Issues 1–3, January–March 1987, Pages 155-196
25. Ming-Yeh Yang, Ching-Yuan Huang, Tina H.T. Chiu, Kai-Chih Chang, Ming-Nan Lin, Liang-Yü Che, Anren Hu. Using gas chromatography and mass spectrometry to determine 25-hydroxyvitamin D levels for clinical assessment of vitamin D deficiency. journal of food and drug analysis 27 (2019) 494 – 501.
26. Yeung B, Vouros P, Reddy GS. Characterization of vitamin D3 metabolites using continuous-flow fast atom bombardment tandem mass spectrometry and high-performance liquid chromatography. J Chromatogr 1993; 645:115e23.
27. Harinarayan C.V, Joshi S.R.Vitamin D status in India — Its implications and Remedial Measures // Journal of the Association of Physicians of India. — 2009. — Vol. 57, iss. January. — P. 40—48. — PMID 19753759.
28. А. А. Гусова. Загадочный витамин D. https://proandro.ru/obrazovanie/biblioteka/
29. С.Ю. Калинченко, М.И. Жиленко, Д.А. Гусакова, И.А. Тюзиков, Г.Ж. Мсхалая, К.С. Саблин, А.В. Дымова. Витамин D и репродуктивное здоровье женщин. Проблемы репродукции, 4, 2016
30. Guidance Document on the Estimation of LOD and LOQ for Measurements in the Field of Contaminants in Feed and Food, 2016
31. David O. Meltzer, Thomas J. Best, Hui Zhang, et al. Association of Vitamin D Status and other Clinical Characteristics With COVID-19 Test Results
32. Grant WB, Lahore H, McDonnell SL, et al. Evidence that vitamin D supplementation could reduce risk of influenza and COVID-19 infections and deaths. Nutrients. 2020; 12(4):988. doi:3390/nu12040988
33. https://jamanetwork.com/journals/jamanetworkopen

[1] Далее сокращённо суммарное содержание 25(OH)D₃ и 25(OH)D₂ обозначается как 25(OH)D.
[2] Факультет медицины, Чикагский университет, Чикаго, Иллинойс
[3] Центр здравоохранения и социальных наук, Чикагский университет, Чикаго, Иллинойс