Витамины, органические вещества, необходимые в небольших количествах в пищевом рационе как человека, так и большинства позвоночных. Синтез витаминов, как правило, осуществляется растениями, а не животными. Ежедневная потребность человека в витаминах составляет лишь несколько миллиграммов или микрограммов. В отличие от неорганических веществ витамины разрушаются при сильном нагревании. Многие витамины нестабильны и «теряются» во время приготовления пищи или при обработке пищевых продуктов.
В начале 20 в. считалось, что ценность пищи определяется главным образом ее калорийностью. Этот взгляд пришлось пересмотреть, когда были описаны первые эксперименты, показывающие, что, если из рациона животных исключить ряд продуктов, у них развиваются болезни, обусловленные пищевой недостаточностью; при этом потребление даже небольших количеств определенных пищевых продуктов или их экстрактов позволяло предотвращать или излечивать подобные заболевания. Оказалось, что благотворное действие таких добавок зависит от присутствия ранее неизвестных веществ, которые встречаются в печени, молоке, зелени и других продуктах, обладающих «защитным» эффектом. Последующие эксперименты привели к открытию как самих этих веществ – витаминов, так и их роли в жизнедеятельности организма.
Название «витамины», предложенное в 1911 американским биохимиком польского происхождения К.Функом, вскоре стало общеупотребительным. В ходе экспериментальных исследований витамины были выделены в чистом виде из пищевых продуктов и была определена их химическая структура, что позволило синтезировать и получать их в промышленных масштабах. Искусственно полученные витамины ничем не отличаются от тех, что содержатся в пище. Они используются в качестве лекарств для профилактики болезней пищевой недостаточности и в качестве добавок для повышения питательной ценности пищевых продуктов и кормов сельскохозяйственных животных. Иногда люди принимают слишком много витаминов, полагая, что таким образом улучшают свое здоровье. Для подобного мнения нет никаких оснований, а избыточный прием витаминов A и D может иметь вредные последствия.
Витамины подразделяют на два класса: жирорастворимые и водорастворимые. Жирорастворимые витамины растворяются в бензине, эфире и жирах. В отличие от них водорастворимые витамины не растворяются в жирах, но растворимы в воде и спирте. Витамины A, D, E и K – жирорастворимые; все остальные – водорастворимые.
Все витамины, кроме витамина D, могут быть получены при хорошо сбалансированном питании из обычных пищевых продуктов. В некоторых случаях, например при беременности, потребность в витаминах возрастает, и тогда рекомендуется принимать витамины дополнительно, используя препараты, например, в виде капсул.
Некоторые витамины организм получает не только с пищей, но и за счет «внутрикишечного синтеза», осуществляемого бактериями, которыми всегда изобилует кишечник. Так образуется ряд витаминов группы B и витамин K, однако в количественном отношении их синтез и доступность для использования могут варьировать. У жвачных животных, например, доля витаминов группы B, получаемых за счет бактериального синтеза, весьма заметна. С другой стороны, выяснилось, что кишечные бактерии могут, по-видимому, конкурировать с организмом хозяина за питательные вещества. Так, животные, которых выращивали в стерильных условиях или кормили пищей с добавками антибиотиков, росли быстрее, чем обычно. У человека внутрикишечно синтезируется значительное количество одного из витаминов группы В, а именно биотина, который затем поступает в кровь.
Болезни, обусловленные витаминной недостаточностью
Зеленые растения – это живые организмы, способные под действием света производить из простых химических соединений все необходимые им вещества: белки, жиры, углеводы, пигменты и множество других сложных органических соединений. В отличие от растений животные неспособны производить для себя пищевые вещества. Более того, они не могут сами синтезировать и некоторые сложные молекулы – витамины, которые необходимы для поддержания нормального обмена веществ. В тех случаях, когда животные не получают с пищей витамины, у них развиваются болезни, обусловленные витаминной недостаточностью («авитаминозом»). Большинство диких животных питается достаточно разнообразно, и такие болезни у них не возникают. Человек же часто не склонен к сбалансированному питанию и, имея возможность выбора, предпочитает рафинированную и легкую пищу, часто обедненную витаминами. Для наименее обеспеченных групп населения обычно характерен однообразный (и скудный) пищевой рацион. В результате возникают болезни витаминной недостаточности. Их причины были установлены лишь в 20 в., после чего профилактика этих заболеваний перестала вызывать трудности.
Ксерофтальмия. По свидетельствам современников, на протяжении 19 и в начале 20 в. ксерофтальмия («сухой глаз») часто наблюдалась у страдающих от недоедания и особенно у голодающих детей. При этом заболевании прекращаются выработка и выделение секрета слезных желез, что вызывает сухость глаз и помутнение роговицы. Заболевание способствует инфекциям, которые могут привести к хроническим нарушениям зрения и даже к слепоте. В 1904 японский врач М.Мори предложил лечить это заболевание рыбьим жиром и печенью цыпленка. Однако его рекомендации не были по достоинству оценены. Во время Первой мировой войны ксерофтальмия широко распространилась среди детей Дании, что было вызвано недостаточностью витамина А. Дело в том, что датчане экспортировали сливочное масло, так что дети в этой стране питались только маргарином и обезжиренным молоком, которые не содержали витамина А. После того как К.Блок показал, что болезнь поддается лечению рыбьим жиром и сливочным маслом, датское правительство сразу же ограничило экспорт масла. Эта мера незамедлительно привела к спаду заболеваемости ксерофтальмией. Вся эта цепь событий вызвала огромный интерес у диетологов. Масло повсеместно стали признавать продуктом «защитного» действия. Многие лаборатории занялись выделением вещества, названного «жирорастворимым веществом A», которое и определяло благотворное действие масла и рыбьего жира.
В конце концов, было обнаружено, что один из лучших источников витамина A – жир, выделенный из печени акулы галеус. Один грамм этого жира содержит столько же витамина A, сколько 6 кг масла. Однако собственно витамин A составляет лишь 5% общего веса жира. Вскоре витамин был выделен высоковакуумной перегонкой, а затем химически синтезирован. Тем временем выяснилось, что растительный пигмент бета-каротин тоже предупреждает развитие недостаточности витамина A. Парадокс заключался в том, что каротин – пигмент темно-красного цвета, а высокоэффективные концентраты витамина A из рыбьего жира имеют бледно-желтую окраску. Ученые обнаружили, что в стенке тонкого кишечника животных каротин превращается в витамин A, при этом молекула каротина расщепляется на две одинаковые половины и утрачивает окраску. Каждая из двух половин соответствует молекуле витамина A. Сегодня в маргарин, исходно не содержащий витамин A, его специально добавляют.
Рахит. До 1920 рахитом страдали главным образом дети северных стран. При этом заболевании нарушается процесс минерализации (кальцификации) костной ткани; внешними признаками рахита служат саблевидные голени, вывернутые внутрь колени, деформированные ребра и череп, нездоровые зубы. Особая подверженность рахиту детей заставила обратить внимание на ту роль, которую кальций и фосфор играют в детском возрасте, когда происходит рост костей, состоящих в значительной мере из фосфата кальция. В начале 20 в. было показано, что рахит можно лечить солнечным светом, причем эффективной оказалась лишь ультрафиолетовая часть спектра. Механизм такого воздействия предстояло раскрыть, поскольку очевидно, что сам по себе солнечный свет не может поставлять организму кальций и фосфор. Со временем выяснилось, что лечебное действие оказывают также печень трески (поначалу народное средство) и рыбий жир. Значительному прогрессу в изучении рахита способствовали лабораторные эксперименты с крысами. В 1924 было установлено, что некоторые продукты приобретают способность излечивать рахит при обработке их ультрафиолетовым светом. Эти факты помогли чуть позже обнаружить, что под действием ультрафиолетового света в коже образуется биологически активное вещество, витамин D3, который является основным регулятором обмена кальция и фосфора в костях.
Бери-бери. Эта болезнь была так широко распространена в восточных странах до начала 20 в., что считалась одной из главных в мире. У заболевших происходит поражение нервной системы, что приводит к слабости, потере аппетита, повышенной возбудимости и параличу с весьма высокой вероятностью смертельного исхода. Бери-бери часто страдали японские моряки. Только в 1884 японский диетолог Т.Такаки заметил, что заболевания можно избежать, если пищевой рацион моряков сделать более разнообразным и включить в него овощи. В 1890-х годах голландский врач Х.Эйкман обнаружил, что болезнь возникает при употреблении в качестве основной пищи полированного риса и что сходное заболевание, полиневрит, можно вызвать у кур, если кормить их только полированным рисом. Полированный рис получают путем удаления наружных оболочек рисовых зерен. Оказалось, что идущие в отбросы оболочки обладают лечебным действием. После длительных усилий ученым удалось выделить в небольших количествах из дрожжей и рисовых оболочек кристаллическое вещество, которое содержало серу. Это вещество, витамин В1, или тиамин, предупреждало и излечивало бери-бери, а отсутствие его в полированном рисе служило причиной заболевания. Тиамин был исследован химическими методами, и в 1937 его синтезировали. В настоящее время синтетический тиамин добавляют к полированному рису и белой муке.