Микронутриенты и их взаимодействие

Shrimpton D.H.

В данном обзоре рассматриваются витамины, минералы и микроэлементы, которые, как правило, входят в пищевые добавки. Основное внимание уделяется их способности взаимодействовать между собой при совместном приеме.

Рассматриваются четыре типа взаимодействия [1]:

• Химическое - которое может происходить на стадии производства пищевых добавок до того, как они попадают к потребителю.
• Биохимическое - для которого характерны конкуренция микроэлементов за общий сайт связывания при усвоении и/или транспорте, облегчение антиоксидантных циклов или какая-либо еще последовательность биохимических процессов, способствующая повышению их эффективности.
• Физиологическое - которое может усиливать или снижать эффективность использования нутриентов.
• Клиническое - при котором есть признаки улучшения состояния здоровья или в скрытой форме существует дефицит питательных веществ.

Такие взаимодействия в большинстве случаев имеют значение для рациона тех лиц, у которых потребление витаминов, минералов и микроэлементов находится на уровне или ниже уровня RDA (рекомендованная суточная доза микронутриентов, принятая в Великобритании), и при этом предпочтительная эффективность пищевых добавок также находится на уровне RDA.

В настоящее время в Великобритании большинство пищевых добавок, находящихся в продаже в виде комплекса витаминов, минералов и микроэлементов, находится на уровне RDA [2]. Тем не менее существуют такие группы лиц, у которых ежедневный прием витаминов и микроэлементов не достигает уровня RDA [3]. В частности, это касается тех, кто соблюдает диету для похудения или достиг 65-летнего возраста [4].

Химические взаимодействия

Данные о приводимых ниже взаимодействиях получены в результате биологических исследований, но соответствующие условия могут, вероятно, возникать и на стадии производства таблеток и капсул, последующего распространения и хранения в течение указанного срока годности.

Медь в присутствии неорганического сульфата в больших концентрациях (до 4,000 ppm) образует нерастворимый тиомолибдат и тем самым может сокращать уровень усвоения молибдена при приеме [5]. Фосфор может образовывать нерастворимый магний-кальций-фосфатный комплекс и, соответственно, понижать эффективность всасывания магния [6].

Цинк может образовывать нерастворимые соединения с фолиевой кислотой, в частности, при низком pH [7]. Если такие соединения образуются в желудке, то они растворятся в двенадцатиперстной кишке при более высоком pH, но если подобная реакция произошла до употребления, то эти соединения не усваиваются и разрушаются.

Витамин B2 (рибофлавин) образует соединение с цинком, увеличивая тем самым его эффективность [8].

Фолиевая кислота (B9) образует другое соединение с оксидом цинка, которое не растворяется даже при наличии более высокого pH в двенадцатиперстной кишке, уменьшая уровень усвоения B9 [9].

Витамин C (аскорбиновая кислота) способен разлагать селенит до атомарного селена, который в отсутствие других нутриентов является биологически инертным [10]. Одновременное употребление аскорбиновой кислоты с витамином B12 в качестве лекарственного препарата приводит к разрушению последнего [11].

В мультивитаминно-минеральном комплексе, по-видимому, не происходит никаких химических реакций в отсутствие железа, тогда как в его присутствии, согласно исследованию, витамин В12 может терять до 30% своей активности [12].

Биохимическое взаимодействие

Витамины группы B являются важными кофакторами во многих метаболических реакциях и, соответственно, опосредованно влияют друг на друга. Напри­мер, витамины B3 и B6 являются функциональными компонентами ферментов, участвующих в высвобождении энергии из пищи, и в данном случае взаимодействуют между собой опосредованно, не повышая и не подавляя эффективность друг друга.

Биохимическое взаимодействие делится на три группы:

• конкуренция за общий сайт связывания,
• поддержка протекания биохимических процессов,
• поддержка протекания антиоксидантных циклов.

Конкуренция за общий сайт связывания

Сложное взаимодействие возникает между близкими друг к другу по химическим свойствам элементами, которые, как предполагается, могут иметь общие механизмы усвоения и конкурировать за лиганды, являющиеся связующим звеном при всасывании и транспорте в кровь [13]. Эта группа элементов включает хром, кобальт, медь, железо, марганец и цинк, а также токсичные металлы кадмий и свинец. Предполагается, что недостаток одного или нескольких элементов из этой группы может привести к антагонистической конкуренции при усвоении, вызывая дефицит одного или более важных микроэлементов, которое, в свою очередь, приводит к предрасположенности к токсическим эффектам при приеме кадмия и свинца.

Кальций оказывает ингибирующее воздействие на поглощение железа при их совместном употреблении [14]. Кроме того, кальций подавляет усвоение цинка [15]. Хром взаимодействует с железом при связывании с трансферрином и, соответственно, может нарушать метаболизм железа и его накопление [16].

Медь и цинк взаимно антагонистичны, переизбыток одного из них в пище приводит к подавлению усвоения другого; но содержание элементов, необходимое для проявления данного воздействия, должно быть значительно выше того, которое присутствует в обычном рационе [17].

Как установлено, железо и цинк вмешиваются в процесс усвоения друг друга, хотя механизм их антагонистичности пока не выяснен [18]. Употребление железа совместно с аскорбиновой кислотой (витамином C) и в достаточно большом количестве подавляет усвоение меди [19].

Марганец понижает эффективность усвоения железа на 40%, хотя его эффект может варьироваться в зависимости от наличия других нутриентов и формы железа [20]. Например, можно предположить, что не будет наблюдаться сходного влияния на гемовое железо мясных продуктов.

Рибофлавин (витамин B2) необходим для усвоения железа; дефицит рибофлавина в рационе питания затрудняет этот процесс [21].

Биотин и пантотеновая кислота имеют общую систему транспорта, но никакого значения этого факта для питания не установлено [22].

Витамин C вступает в прямое взаимодействие с железом, повышая эффективность его усвоения при совместном приеме [23].

Витамин A может косвенно способствовать усвоению железа, предотвращая его ингибирование фитатом [23]. При высоком содержании он может влиять на процесс усвоения витамина К, что, как было показано, сопровождается также кровоизлияниями у подопытных крыс [24].

Витамин D регулирует поглощение кальция, что, возможно, является результатом влияния витамина на транспорт кальция из просвета кишечника [25].

Результаты исследований на животных показали, что витамины A и D могут уменьшать токсичность друг друга, предположительно за счет взаимного антагонистического взаимодействия [26].

Витамин Е при одновременном употреблении с витамином А в больших количествах (500 мг E и 60 мг A) может повышать усвоение А и понижать его токсичность [27,28].

Определение RDA

При изложении рекомендаций по применению нутриентов термин RDA (рекомендованная суточная доза) употребляется для "RDA маркировки" в соответствии с действующим законодательством Европейского Союза. Этот термин удобен для потребителя в качестве единого термина вместо различных рекомендованных доз нутриентов (RNI), установленных для мужчин, женщин и различных возрастных групп.

Поддержка протекания биохимических процессов

Витамин B12 является необходимым компонентом ферментной системы, участвующей в преобразовании фолатов в их метаболически активные формы. При дефиците витамина B12 подавляется существенный этап последовательности биохимических процессов [29].

Витамин К является важным фактором в последовательности реакций, которые позволяют ионам кальция образовывать комплекс с протромбином, способным, в свою очередь, связываться с фосфолипидами и образовывать тромбин [30]. При этом образование тромбина является пусковым механизмом в процессе свертывания крови.

Поддержка протекания антиоксидантных циклов

Предполагается, что витамин C вовлечен в гипотетическую циклическую регенерацию витамина E, при котором витамин C действует в качестве восстановителя [31]. Хотя концепция сохранения уровня витамина E за счет регенерации его активности довольно привлекательна, нет достаточных данных для подтверждения значимости этой гипотезы для питания.

Физиологические взаимодействия

В рамках данного исследования физиологические взаимодействия ограничены теми из них, которые снижают или усиливают эффективность использования (утилизации).

Взаимодействия, усиливающие эффективность использования

По результатам проведенного исследования, витамин В1 (тиамин) повышает эффективность использования пантотеновой кислоты в метаболизме [32].

Витамин B2 (рибовлафин), в рамках того же исследования, также увеличивал эффективность использования пантотеновой кислоты, но в меньшей степени, чем витамин B1 [32].

Использование железа увеличивается при добавлении рибофлавина в рибофлавин-дефицитную диету, но не выявлено доказательств положительного влияния рибофлавина на усвоение железа при его употреблении в количестве, превышающем RDA [21].

В исследованиях на цыплятах было выявлено повышение эффективности использования пантотеновой кислоты за счет действия витамина B12 [33]. В опытах с крысами было установлено, что пантотеновая кислота улучшает эффективность утилизации витамина С (аскорбиновой кислоты) [34]. Витамин A влияет непосредственно на транспорт железа и образование эритроцитов. Вероятно, при дефиците витамина А мобилизация железа из депо крови также затруднена [23].

Витамин C влияет на накопление железа и его транспорт, вероятно, за счет участия в регуляции синтеза ферритина и, следовательно, увеличения эффективности использования железа [35,36]. Витамин D регулирует метаболизм кальция и фосфата и повышает эффективность их утилизации. Витамин D активен во многих тканях, в первую очередь в кишечнике, костях и почках, где реабсорбция кальция дает весомый вклад в общую экономию кальция в организме [37].

Витамин K участвует в использовании кальция на ранних стадиях формирования костной ткани [38]. Процесс формирования и восстановления костной ткани является комплексным, вовлекая не только витамины D и K, но и остеокальцин, и, вероятно, другие белковые регуляторы. Кроме того, магний принимает самое непосредственное участие в образовании паратгормонов. Следовательно, необходимо рассматривать витамины D, K и минералы, участвующие в формировании костной ткани, в едином комплексе, признавая при этом возможность образования других соединений, способных оказывать влияние на данную систему.

Взаимодействия, понижающие эффективность использования

Было сделано сообщение, что фолиевая кислота понижает уровень витамина B12 и цинка в сыворотке крови, но другие исследования этого не подтверждают [39,40]. В настоящее время не имеется достаточно данных для доказательства взаимодействия между фолатом и витамином B12 или цинком, которое могло бы приводить к снижению эффективности их использования.

Витамин C ошибочно связывают с пониженным усвоением меди из тонкой кишки [41]. Наиболее правдоподобное объяснение уменьшения активности меди в данном случае заключается в том, что аскорбиновая кислота способствует диссоциации меди из церулоплазмина и, соответственно, понижает ее оксидазную активность [42].

Витамин E не имеет количественно выраженного воздействия на скорость свертывания крови и, соответственно, поддающегося количественному определению взаимодействия с витамином К, если его содержание в продуктах питания находится на уровне RDA. Напротив, ежедневное добавление витамина E в виде пищевых добавок в объеме более 250 мг оказывает влияние на скорость свертывания крови [43]. Предполагается, что такое явление может быть вызвано воздействием витамина E на реакцию карбоксилирования, необходимую для активации факторов свертывания крови, зависимых от витамина K [44].

Результаты исследования на цыплятах показали, что медь понижает активность пантотеновой кислоты [45]. Также установлено взаимодействие меди с молибденом (предположительно в сердечно-сосудистой системе), но у человека оно не выявлено [46].

Селен участвует в метаболизме йода, и хотя высокое содержание селена не увеличивает его активность, дефицит способствует понижению его активности [47].

Клиническое взаимодействие

Ниже представлены взаимодействия, которые имеют видимые клинические последствия и поэтому напрямую связаны с питанием человека.

Фолиевая кислота в сочетании с витаминами B12 и B6 участвует в метаболических реакциях превращения гомоцистеина в цистеин и метионин. При совместном приеме этих витаминов в нужной концентрации гомоцистеин преобразуется в цистеин и метионин; при этом его концентрация в крови остается низкой [48].

С низкой концентрацией гомоцистеина связано понижение риска коронарной недостаточности [49]. Несмотря на изученность метаболических процессов, причины, по которым гомоцистеин может служить признаком коронарной недостаточности, неизвестны.

Фолиевая кислота может скрывать симптомы B12 дефицитной анемии при ежедневном употреблении в количестве 5 мг [50]. Этого не происходит, если суточная доза равна 1 мг или менее. Данное явление пока еще не включено в перечень взаимодействий, поскольку ежедневное употребление пищевых добавок в количестве, превышающем 1 мг/сут., без медицинского контроля, не рекомендуется ни в Северной Америке, ни в Европе.

Заключение

Количественные данные отсутствуют, так как во многих случаях они недостаточны для того, чтобы делать соответствующие заключения (где возможно, такие данные представлены в тексте).

В большинстве приведенных случаев концентрация и ежедневный прием микронутриентов находились на физиологическом уровне, т.е. на уровне или около уровня RDA. Случаи, когда это было не так, специально отмечены в тексте.

Зафиксированные взаимодействия имеют значение для производства пищевых добавок с точки зрения их содержания в рационе питания в Великобритании, где более чем в 90% мультивитаминов и минералов, находившихся в продаже в период 1998-99 гг., содержание компонентов соответствовало или находилось около уровня RDA.

Маловероятно, чтобы потребитель мультивитаминно-минеральных комплексов мог быть подвергнут риску в результате неспособности производителя понять механизм известных взаимодействий между нутриентами, но заявленная польза применения не может быть полностью реализована в том случае, если возможность взаимодействия микронутриентов игнорируется.

Литература
1. Shrimpton DH, RDAs - what do they really mean? The Pharmaceutical Journal 2002; 268:365-366.
2. Expert Group on vitamins and minerals. Safe upper levels for vitamins and minerals Food Standards Agency 2003: London UK.
3. Gregory J, Foster K, Tyler H, Wiseman M. The dietary and nutritional survey of British adults. HMSO 1990: London HK.
4. Finch S, Doyle W, Lowe C, Bates CJ, Prentice A, Smithers G, Clarke PC. Nutritional diet and nutrition survey.The Staionary Office 1998: London UK.
5. Mason J. Thiomolybdates: mediators of molybdenum toxicity and enzyme inhibitors. Toxicology 1986; 42: 99-109.
6. Brink EJ, Beynen AC. Nutrition and magnesium absorption: A review. Progress in Food and Nutrition Science 1992: 16: 125-162.
7. Ghishan FK, Said HM, Wilson PC. Intestinal transport of zinc and folic acid: a mutual inhibition effect. American Journal of Clinical Nutrition 1986; 43:258-262.
8. Agte VV, Pokniknar KM, Chiplonkar SA. Efect of riboflavin supplementation on zinc and iron absorption and growth performance in mice. Biological Trace Element Research 1998; 65: 109-115
9. Wolfe SA, Gibson RS, Gadowsky SL, O’Connor DL. Zinc status of a group of pregnant adolescents at 36 weeks gestation living in southern Ontario. Journal of the American College of Nutrition 1994; 13: 154-164
10. Agency for Toxic Substance and Disease Registry (ATSDR). Toxicological profile for selenium (update). US Department of Health and Human Services 1996: Washington DC, USA
11. AHFS Drug Information. American Hospital Formulary Service - Drug Information 94 (editor McEvoy GK). American Society of Hospital Pharmacists Inc 1994: Bethesda MD, USA
12. Herbert V, Drivas G, Foscaldi R, Manusselis C, Colman N, Kanazawa S, Das K, Gelernt M, Herzlich B, Jennings J. Multivitamin/mineral food supplements containing vitamin B12 may also contain analogues of vitamin B12. New England Journal of Medicine 1982: 255-256
13. Lynch SR. Interaction of iron with other nutrients. Nutrition Reviews 1997; 55: 102-110.
14. Hallberg L, Brune M, Evlandsson M. Calcium and iron absorption: mechanism of action and nutritional importance. European Journal of Clinical Nutrition 1991; 46: 317-327.
15. Wood RJ, Zheng JJ. High dietary calcium intakes reduce zinc absorption and balance in humans. American Journal of Clinical Nutrition 1997; 65: 1803-1809.
16. Ani M, Moshtaghie AA. The effect of chromium on parameters related to iron metabolism. Biological Trace Element Research 1992; 32: 57-64.
17. Lonnerdahl B. Bioavailability of copper. American Journal of Clinical Nutrtion 9196; 63:821S-829S.
18. Whittaker P. Iron and zinc interaction in humans. American Journal of Clinical Nutrition 1998; 68: 442S-446S.
19. Johnson MA, Murphy CL. Adverse effects of high dietary iron and ascorbic acid on copper status in copper-deficient and copper-adequate rats. American Journal of Clinical Nutrition 19898; 47: 96-101.
20. Rosander-Hulten L. Competitive absorption by manganese and zinc in humans. American Journal of Clinical Nutrition 1991: 152-156.
21. Powers HJ, Weaver LT, Austin S, Wright AJ, Fairweather-Tait SJ. Riboflavin deficiency in the rat: effects on iron utilisation and loss. British Journal of Nutrition 1991; 65: 487-496.
22. Said HM. Cellular uptake of biotin: mechanisms and regulation. Journal of Nutrition 1990; 129: 490S-493S.
23. Bloem MW. Interdependence of vitamin A and iron: an important association for programmes of anaemia control. Proceedings of the Nutrition Society 1995; 54: 501-508.
24. Matseiner JT. Mechanism of retinoic acid and squalene on vitamin K deficiency in the rat. Journal of Nutrition 1967; 91: 303-306.
25. Sakota O, Hosking D. Update on calcium and vitamin D metabolism. Current Orthopaedics 1999; 13: 53-63.
26. Hathcock JN, Hatton DG, Jemkins MY, McDonald JT, Sudaresan PR, Wilkening VL. Evaluation of vitamin A toxicity. American Journal of Clinical Nutrition 1990; 52: 183-202.
27. Kusin JA, Reddy V, Sivakumar B. Vitamin E supplements and the absorption of a massive dose of vitamin A. American Journal of Clinical Nutrition 1974; 27: 774-776.
28. Bauernfeind JC. The use of vitamin A: A Report of the International Vitamin A Consultative Group (IVACG) 1980.
29. Weir DG, Scott JM. Vitamin B1. in: Cobalamin in Modern Nutrition in Health and Disease (9th Edition); Editors Shils ME, Olson JA, Shike M, Ross AC, 1999; Williams and Wilkins: USA.
30. Gallop PM. Carboxylated calcium-binding proteins and vitamin K. New England Journal of |Medicine 1980; 302: 1460-1466.
31. Combs GF. Vitamin E in: The Vitamins. Fundamental aspects in nutrition and health 1992. Academic press Inc: London, UK.
32 Koyanagi T, Hareyama S, Kikuchi R. Effect of administration of thiamine, riboflavin, ascorbic acid and vitamin A to students on their pantothenic acid contents in serum and urine. Tohoku Journal of Experimental Medicine 1969; 98: 357-362.
33. Yacowitz H, Norris LC, Heuser GF. Evidence for an interrelationship between vitamin B12 and pantothenic acid. The Journal of Biological Chemistry 1951; 192:141-146.
34. Pudelkewicz C, Roderuk C. Pantothenic acid deficiency in the young guinea pig. Journal of Nutrition 1960; 70: 348-352.
35. Wapnick AA, Bethwell TH, Settel HC. The relationship between serum iron levels and ascorbic acid stores in siderotic Bantu. British Journal of Haematology 1970; 19:271-276.
36. Toth I, Bridges KR. Ascorbic acid modulates ferritin translation by an aconitase/IRP switch. Blood 1995; 86:127a.
37. DeLuca HF, Zierold C. Mechanisms and functions of vitamin D. Nutrition Reviews 1998; 56: S4-S10.
38. Shearer MJ. Vitamin K. The Lancet 1995; 345: 229-234.
39. Bok J, Faber JG, de Vries JA. The effect of pterylglutamic acid administration on the serum B12 concentration in pernicious anemia in relapse. Journal of laboratory and Clinical Medicine 1958; 51:667-671.
40. Norris JW, Pratt RF. A controlled study of folic acid in epilepsy. Neurology 1971; 21: 659-664.
41. Van den Berg GJ, Beynan AC. Influence of ascorbic acid supplementation on copper metabolism in rats. British Journal of Nutrition 1992; 68: 701-715.
42. Jacob RA, Skala JR, Omaye ST, Turnlund JR. Effect of varying ascorbic acid intakes on copper absorption and ceruloplasmin levels of young men. Journal of Nutrition 1987; 117:2109-2115.
43. Corrigan JJ, Marcus FI. Coagulopathy associated with vitamin E ingestion. Journal of the American Medical Association 1974; 230: 1300-1301.
44. Battger WJ, Olson R. Effect of ?-tocopherol and ?-tocopherolquinone on vitamin K dependent carboxylation in the rat. Federal Proceedings 1982; 41:344
45. Latymer EA, Coates ME. The effects of high dietary supplements of copper sulphate on pantothenic acid metabolism in the chick. British Journal of Nutrition 1980; 45: 431-439
46. Gray LF, Daniel LJ. Effects of the copper status of the rat on the copper-molybdenum-sulphate interaction. Journal of Nutrition 1964; 84: 31-37.
47. Nordic Project Group. Risk evaluation of essential trace elements - essential versus toxic levels of intake. Report of a Nordic Project Group. Nord 1995; 18.
48. Calvert H. An overview of folate metabolism: features relevant to the action and toxicities of antifolate anticancer agents. Seminars in Oncology 1999; 26: 3-10.
49. Koehler KM, Pareo-Tubbeh SL, Romero LJ. Folate nutrition and older adults:challenges and opportunities. Journal of the American Dietetic Association 1997; 97: 167-173.
50. Weir DG, Scott JM. Brain function in the elderly: role of vitamin B12 and folate. British Medical Buletin 1999; 55: 669-682.