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La vitamina D es un grupo de secoesteroides liposolubles responsables de aumentar la absorción intestinal de calcio, magnesio y fosfato, y de muchos otros efectos biológicos. En los seres humanos, los compuestos más importantes en este grupo son la vitamina D3 (colecalciferol) y la vitamina D2 (ergocalciferol).
La principal fuente natural de vitamina D es la síntesis de colecalciferol en las capas más profundas de la epidermis de la piel, a través de una reacción fotoquímica de la luz UVB, proveniente de la exposición al sol (específicamente radiación UVB) o lámparas UVB. El colecalciferol y el ergocalciferol se pueden ingerir a través de la dieta y los suplementos. Solo unos pocos alimentos, como la carne de pescado graso, contienen naturalmente cantidades significativas de vitamina D.
En los Estados Unidos y otros países, la leche de vaca y los sustitutos de la leche de origen vegetal se fortifican con vitamina D, al igual que muchos cereales para el desayuno. Los hongos expuestos a la luz ultravioleta contribuyen con cantidades útiles de vitamina D2. Las recomendaciones dietéticas generalmente asumen que toda la vitamina D de una persona se toma por vía oral, ya que la exposición al sol en la población es variable y las recomendaciones sobre la cantidad de exposición solar que es segura son inciertas debido al riesgo de cáncer de piel.
Historia de la vitamina D
Aunque enfermedades como el raquitismo, el escorbuto, el beriberi y otras fueron conocidas durante siglos, su causa permaneció elusiva hasta el siglo XX. Basándose en el dogma presentado por influyentes químicos alemanes en el siglo XIX liderados por von Liebig, una dieta adecuada consistía en un 12% de proteínas, un 5% de minerales, un 10-30% de grasas y el resto como carbohidratos.
Deficiencias en la dieta
La creencia de que esto definía una dieta adecuada perduró hasta principios del siglo XX. Mientras tanto, varios descubrimientos sugirieron que esto no era cierto. En primer lugar, fueron los experimentos realizados por Lunin, Magendie, Hopkins y Funk.
Estos investigadores alimentaron a animales con las proporciones recomendadas de estos componentes dietéticos purificados y descubrieron que los animales no sobrevivían. Claramente, algo faltaba en estos materiales purificados necesarios para la supervivencia. Además, otros hallazgos respaldaron la existencia de micronutrientes esenciales en la dieta.
Uno de los descubrimientos más tempranos fue el de Eijkman, quien estudió la alta incidencia de beriberi entre los prisioneros en las Indias Orientales Neerlandesas. Estos prisioneros se alimentaban principalmente con arroz trillado. Eijkman descubrió que proporcionar las cáscaras de arroz resolvía el problema del beriberi. Desafortunadamente, Eijkman concluyó que el arroz trillado poseía una toxina que era neutralizada por una sustancia en las cáscaras. Un colega de Eijkman, Grïjns, volvió a abordar la cuestión y demostró correctamente que las cáscaras contenían un nutriente importante y necesario que prevenía el beriberi, pero la idea de una vitamina aún no había nacido.
Otro descubrimiento de una sustancia que prevenía el escorbuto entre los marineros fue hecho por Hoist y Frohlich. Descubrieron que el escorbuto experimentado por los marineros podía prevenirse o curarse con cítricos o una sustancia presente en ellos. Sin embargo, aún no se había concebido la idea de micronutrientes esenciales de tipo orgánico.
La idea de las vitaminas fue sugerida por Funk, quien imaginó que una ‘amina vital’ presente en los alimentos era necesaria para la salud y la supervivencia. Sin que Funk lo supiera y sin evidencia, este término describiría más tarde los factores alimentarios accesorios que se descubrirían.
Factores alimentarios
El profesor Steven Moulton Babcock en la Universidad de Wisconsin había estado en oposición a la visión de los químicos alemanes de que una dieta adecuada podía describirse por proporciones correctas de proteínas, carbohidratos, grasas y sales. Finalmente, el Departamento de Ciencia Láctea en la Universidad de Wisconsin permitió al profesor Babcock y a su recién contratado jefe de Química Agrícola, EB Hart, llevar a cabo un experimento en el rebaño lechero de Wisconsin.
Alimentaron a cuatro grupos de vacas lecheras con las proporciones dietéticas exactas sugeridas por los químicos alemanes, excepto que toda la ración provenía de un solo grano, a saber, maíz, avena, trigo o una mezcla de estos.
El resultado fue bastante dramático. Las vacas alimentadas con la dieta de maíz lo hicieron muy bien, se reprodujeron y pudieron producir grandes cantidades de leche, mientras que las que estaban en la dieta de trigo lo hicieron mal y, de hecho, no sobrevivieron. La dieta de avena resultó en un hallazgo intermedio entre trigo y maíz. El grupo de Wisconsin concluyó correctamente que había factores alimentarios accesorios aún por descubrir que eran responsables de la salud y el bienestar de esos animales alimentados con la dieta de maíz.
Esto llevó al profesor Hart, presidente de Química Agrícola en la Universidad de Wisconsin, a comenzar una serie de experimentos para probar esta hipótesis. Se permitió que el profesor Elmer McCollum utilizara un pequeño modelo animal, la rata blanca, para estudiar la importancia de varios componentes dietéticos.
En un movimiento controvertido para un colegio de agricultura, Hart y Babcock permitieron y, de hecho, apoyaron el uso de la rata como animal experimental a pesar de la oposición de que las ratas son consideradas enemigas de la granja y no deberían permitirse en un Colegio de Ciencias Agrícolas y de la Vida. Con la rata blanca, McCollum y Davis demostraron de manera concluyente que la grasa de mantequilla y el aceite de hígado de bacalao contenían un factor que se requería para prevenir la xeroftalmia, una enfermedad ocular, y para apoyar el crecimiento.
Este hallazgo atrajo a Osborne y Mendel en Yale a realizar experimentos similares y, de manera independiente, McCollum et al. en Wisconsin y Osbourne y Mendel en Yale descubrieron un factor soluble en agua que era responsable de prevenir una enfermedad neurológica similar al beriberi. McCollum, en consulta con el profesor Harry Steenbock, quien también estuvo involucrado en el experimento de un solo grano temprano, decidió que usarían la idea de Funk para llamar a estas sustancias ‘vitaminas’.
La vitamina A era el factor liposoluble y la vitamina B era el factor hidrosoluble. Poco después, se proporcionaron pruebas de que otro factor soluble en agua prevenía la enfermedad del escorbuto y se llamaba vitamina C. Se estableció así el escenario para el descubrimiento de la siguiente vitamina, la vitamina D.
Descubrimiento de la vitamina D
Sir Edward Mellanby en Gran Bretaña estaba muy preocupado por la incidencia extremadamente alta de raquitismo en el Reino Unido, especialmente en Escocia. De hecho, la enfermedad llegó a conocerse como ‘la enfermedad inglesa’.
Mellanby se interesó en el trabajo de McCollum y decidió que el raquitismo podría ser una enfermedad por deficiencia dietética. Utilizó de manera muy ingeniosa la dieta consumida por la población escocesa (que tenía la mayor incidencia de raquitismo), principalmente avena, y alimentó a perros que mantuvo inadvertidamente en el interior y lejos del sol. Desarrollaron raquitismo, idéntico a la enfermedad humana. Mellanby pudo curar la enfermedad proporcionando aceite de hígado de bacalao y, por lo tanto, asumió que era posible que la vitamina A fuera responsable de la prevención del raquitismo.
McCollum, que desde entonces había dejado Wisconsin y se mudó a la Universidad Johns Hopkins, había estado siguiendo este hallazgo y decidió probar la hipótesis de si la vitamina A era responsable de la curación del raquitismo. Hizo pasar oxígeno a través de aceite de hígado de bacalao que destruyó la vitamina A y encontró que esta preparación ya no era capaz de prevenir la xeroftalmia y la deficiencia de vitamina A, pero aún conservaba la capacidad de curar el raquitismo. McCollum et al. concluyeron correctamente que el factor que cura el raquitismo es una nueva vitamina, a la que llamaron vitamina D.
Vitamina D y luz UV
Mientras tanto, Huldshinsky, un médico en Viena, y Chick. en Inglaterra descubrieron que los niños que sufrían de raquitismo podían ser curados al exponerlos a la luz solar de verano o a luz UV producida artificialmente. Hess y Unger también observaron que la luz solar podía curar el raquitismo.
Esta dicotomía atrajo al Profesor Harry Steenbock de la Universidad de Wisconsin, quien había sido asignado al trabajo experimental con animales pequeños. Steenbock en 1916 había estado trabajando con cabras cuando descubrió que, cuando las mantenían al aire libre bajo el sol del verano, estaban en equilibrio positivo de calcio, pero cuando las mantenían en interiores en invierno en ausencia de luz solar, entraban en equilibrio negativo de calcio.
Steenbock había hecho mentalmente una conexión entre la luz solar y la retención de calcio. Con este antecedente, Steenbock comenzó a irradiar ratas, su comida y el aire en sus jaulas con luz UV. Descubrió que la irradiación no solo de la rata sino también de su comida podía prevenir o curar el raquitismo. Encontró que esta actividad estaba asociada con la fracción lipídica no saponificable y concluyó correctamente que un lípido inactivo en la dieta y la piel podría convertirse mediante la luz UV en una sustancia antirraquítica activa.
El Profesor Steenbock patentó el proceso y, con esta patente, logró atraer a la industria para que utilizara este descubrimiento y eliminara el raquitismo como un problema médico importante. Hess y Weinstock descubrieron de manera independiente y algo más tarde que la irradiación podía prevenir el raquitismo.
Aislamiento e identificación de la vitamina D
Aunque la idea de la vitamina D se hizo muy clara y se encontró en una fracción no saponificable, la identificación real de la estructura de la vitamina no tuvo lugar hasta 1932, cuando Askew lograron aislar la vitamina D2 de una mezcla de irradiación de ergosterol. La vitamina D1 resultó ser un un aducto entre la vitamina D2 y la lumisterol, descubierto por Windaus y Linsert. Por lo tanto, la vitamina D2 resultó ser la primera vitamina D en ser aislada e identificada.
En 1935, Windaus. aisló el 7-dehidrocolesterol y la vitamina D3 fue identificada en 1937 por Windaus y Bock. La vitamina D3 es la forma natural de la vitamina D que se forma en la piel como resultado de la irradiación UV del 7-dehidrocolesterol. Esto planteó la pregunta de si la vitamina D es una verdadera vitamina o si se produce normalmente en la piel y no se encuentra en alimentos naturales.
Aunque se sospechaba que la vitamina D3 se produce en la piel mediante la irradiación del 7-dehidrocolesterol, esto no se demostró hasta 1978, cuando Esvelt. realmente aisló e identificó la vitamina D3 mediante espectrometría de masas. Antes de esto, Holick proporcionó evidencia de que la pre-vitamina D3 se forma en la piel con la irradiación UV. La química real del proceso de irradiación fue definida por el trabajo de Velluz y también por las contribuciones de Havinga.
Química de la vitamina D
Las vitaminas D son derivados de esteroles que provienen del metabolismo de los animales (colecalciferol o vitamina D3) o de las plantas (ergocalciferol o vitamina D2).
La vitamina D es la precursora del calcitriol, una hormona que desempeña un papel esencial en la absorción de calcio por el organismo.
El ciclo B de los esteroles se abre, y se forma un conjunto de tres enlaces etilénicos conjugados en los carbonos 5, 6, 7, 8, 10 y 19. Esta estructura es propicia para el desplazamiento de electrones.
La vitamina D1 inicialmente designaba a una sustancia que resultó ser una mezcla de vitamina D2 y lumisterol. Hoy en día, este nombre ya no se utiliza. Además de las dos formas D2 y D3, también se definen:
- Vitamina D4 o 22-dihidroergocalciferol;
- Vitamina D5 o sitocalciferol;
- Vitamina D6, un derivado etilado de la vitamina D4;
- Vitamina D7, un derivado 24R-metilo de la vitamina D3.
Biosíntesis
En la piel, los rayos ultravioleta B (UV-B) permiten la formación de vitamina D3 a partir del 7-deshidrocolesterol, un derivado del colesterol normalmente presente en el organismo. Gracias a la acción de los rayos ultravioleta de la luz (UV-B), se rompe uno de los ciclos del 7-deshidrocolesterol.
La molécula se isomeriza espontáneamente en colecalciferol, aún inactivo. Luego, es metabolizado por el hígado en 25-hidroxivitamina D, forma que se puede medir comúnmente en la sangre. Esta última se transforma en el riñón en 1-25-dihidroxivitamina D, la forma activa de la vitamina.
Esta fuente es muy variable según la latitud, la exposición al sol (estación, niebla, país, vestimenta), el grosor y la pigmentación de la piel
Una exposición de 15 a 30 minutos dos veces por semana al sol garantiza, en la mayoría de las personas, una buena reserva de vitamina D. Una exposición de 12 minutos al día al sol a una latitud de 38° (California o España) en el 50 % de la superficie cutánea equivaldría a un aporte de 3,000 unidades internacionales (UI) por día.
Este efecto beneficioso debe ser considerado en relación con los peligros de una exposición excesiva de la piel a los rayos solares. En teoría, no hay riesgo de sobredosis de vitamina D durante la exposición al sol, ya que esta también contribuye a la destrucción de la vitamina.
Para más información 100 YEARS OF VITAMIN D: Historical aspects of vitamin D
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