Vitamina D e luce ultravioletta - un processo notevole
Il modo in cui molti vertebrati utilizzano la luce solare nella produzione di vitamina D3 nella pelle, e come questo processo sia regolato anche dalla luce stessa, è ancora oggetto di molte ricerche. La maggior parte degli studi riguarda la biologia umana, ma ricercatori come Holick, Ferguson e Gehrmann negli Stati Uniti stanno raccogliendo prove che il processo è molto simile nella pelle di rettile.
Un diagramma animato semplificato (Figura 1, sotto) illustra il percorso della vitamina D.
Il percorso inizia quando un colesterolo, provitamina D, (nome completo 7-deidrocolesterolo, o 7DHC) è prodotto dalle cellule della pelle. Se esposta agli UVB a lunghezze d'onda comprese tra 290 e 315 nm, questa provitamina D, trattenuta all'interno della membrana cellulare, viene convertita molto rapidamente in previtamina D3. La produzione di picco è a 297nm.
La previtamina D3 viene quindi isomerizzata (trasformata da una riorganizzazione degli atomi nella molecola) lentamente, nella pelle calda, per diverse ore, in vitamina D3. Il calore è necessario affinché la reazione proceda a una velocità normale. I rettili ottengono questo calore dal sole, mentre si crogiolano.
La vitamina D3 viene rilasciata dalle membrane cellulari della pelle e viene assorbita da una "proteina legante la vitamina D" nel plasma. Viene quindi trasportato nel flusso sanguigno dalla pelle al fegato, dove viene idrossilato a calcediolo, 25-idrossi-vitamina D3. Questa è la sostanza che viene testata nei campioni di sangue prelevati per valutare lo stato di vitamina D del rettile.
Il calcediolo viene quindi fatto circolare nel flusso sanguigno in tutto il corpo. Nei reni, alcuni vengono convertiti nell'ormone attivo calcetriolo. Questo svolge un ruolo importante nel metabolismo del calcio, governando i livelli di calcio nel sangue controllando l'assorbimento del calcio dall'intestino e anche dalle ossa, nel caso in cui i livelli dietetici siano inadeguati per le esigenze del corpo.
Calcediol è stato anche, negli ultimi anni, trovato per svolgere un ruolo vitale nel normale funzionamento di altri organi. Viene assorbito dalle cellule in tutto il corpo e convertito intracellulare in calcetriolo. Questa azione locale ha effetti benefici sul sistema immunitario, sul sistema cardiovascolare e sulla prevenzione delle cellule in molti organi di diventare cancerose controllando la divisione cellulare.
Ci sono anche nuove prove che le cellule della pelle alla luce solare possono effettivamente completare l'intero percorso dalla provitamina D al calcetriolo intracellulare, il che può aumentare la resistenza della pelle al cancro.
Il calcediolo, nell'uomo, ha un'emivita di circa due settimane nel sangue. In alcuni rettili, questo calcediolo circolante può agire come principale riserva di vitamina D del corpo.
La vitamina D3 non rimane in alte concentrazioni nel sangue. Nell'uomo, ciò che non è idrossilato a calcediolo nel fegato viene assorbito nel grasso corporeo, dove apparentemente viene immagazzinato 23, ma non siamo a conoscenza di studi che accertano se tale conservazione avvenga nei rettili o, se lo fa, per quanto tempo potrebbe durare tale deposito.
La regolazione della produzione di vitamina D3.
La vitamina D3 è una sostanza tossica in grandi quantità. Dal 1920, la vitamina D è stata aggiunta al latte per il consumo umano per sradicare il rachitismo; tuttavia, questo è stato vietato in Europa nel 1950 perché i bambini soffrivano di sovradosaggio.22
Nei rettili, troppa vitamina D aggiunta alla dieta porta all'ipervitaminosi-D, che causa danni ai reni, calcificazione dei tessuti molli, compresi i principali vasi sanguigni e morte prematura.
Tuttavia, l'ipervitaminosi-D non è nota per verificarsi nei rettili crogiolanti (o in qualsiasi altra specie) che ottengono la loro vitamina D dalla luce solare, indipendentemente da quanto tempo si crogiolano.23 Questo perché ci sono meccanismi di sicurezza integrati che impediscono la sovrapproduzione di vitamina D nella pelle. È interessante notare che anche questi si basano sulla luce ultravioletta, come si può vedere nel diagramma animato, Figura 2 (sotto).
Come abbiamo visto in precedenza, quando un rettile si crogiola in piena luce solare, la previtamina D3 viene prodotta molto rapidamente e si accumula nella pelle. La sua conversione in vitamina D3 è un processo molto più lento e dipendente dal calore. Ci si potrebbe aspettare che si accumulino enormi quantità di preD3, ma questo non accade. Questo perché preD3 è anche sensibile alla luce ultravioletta fino a 325nm; una percentuale viene convertita abbastanza rapidamente in due prodotti biologicamente inattivi, lumisterolo3 e tachisterolo3. Anche questi si accumulano nella pelle.
La maggior parte degli studi sono stati condotti sulla pelle umana, ma si ritiene che lo stesso processo si verifichi nei rettili; lumisterol3 è stato isolato da campioni di pelle di geco esposti alla luce solare.
C'è anche una seconda linea di difesa contro la sovrapproduzione di D3. Come abbiamo visto in precedenza, la vitamina D3, una volta prodotta, viene portata via nel flusso sanguigno al fegato. Tuttavia, se l'eccesso di vitamina D3 si accumula nella pelle - se, ad esempio, viene prodotto più di quanto la proteina legante possa rimuovere - la luce ultravioletta scompone anche questo in tre nuove sostanze: due soprasteroli e 5,6 trans-vitamina D. Quest'ultimo prodotto ha una certa attività biologica; gli altri sono ritenuti inerti.
Cosa succede a tutti questi sottoprodotti inerti? La ricerca è in corso; tuttavia, possiamo ipotizzare che il lumisterolo3 e il tachisterolo3, in particolare, potrebbero essere utilizzati come fonte di preD3. Questo perché la loro produzione da preD3 è una reazione reversibile.
Sotto la luce ultravioletta, si forma un equilibrio con concentrazioni variabili dei tre, a seconda in parte delle esatte lunghezze d'onda della luce. Le tre sostanze hanno spettri d'azione leggermente diversi. Lumisterol3 può essere riconvertito in preD3 dalla luce di lunghezze d'onda fino a 315nm; tachysterol3 risponde fino a 335nm, che è nella gamma UVA.
Questa potrebbe non sembrare una differenza significativa fino a quando non si considera l'effetto dell'atmosfera sulla radiazione solare. Le lunghezze d'onda più basse vengono assorbite più facilmente dall'atmosfera. Quando il sole è basso nel cielo, al mattino presto, nel tardo pomeriggio e per gran parte dell'inverno alle latitudini settentrionali, le lunghezze d'onda inferiori a 300 nm potrebbero non raggiungere mai la superficie della terra. In questi momenti la sintesi di preD3 dalla provitamina D cessa quasi completamente,44,21 ma è almeno teoricamente possibile che la luce ultravioletta delle lunghezze d'onda leggermente più alte possa favorire la conversione del tachisterolo3, che è incidentalmente la più reattiva delle tre sostanze, in preD3. Se ciò si verifica, potrebbe fornire una fonte di preD3 quando non c'è abbastanza UVB a bassa lunghezza d'onda per creare sufficiente dalla provitamina D.
Regolazione comportamentale dell'esposizione ai raggi UVB.
Alcuni rettili possono essere in grado di percepire se hanno bisogno o meno di vitamina D e alterare di conseguenza il tempo che trascorrono a crogiolarsi sotto la luce UVB. In uno studio, i camaleonti pantera (Furcifer pardalis) alimentati con una dieta a basso contenuto di vitamina D3 hanno trascorso più tempo a crogiolarsi sotto la luce ultravioletta rispetto a quelli con una dieta ad alto contenuto di D3. Inoltre, erano più attratti dalle lampade che emettevano UVB che dalle lampade altrettanto luminose che emettevano UVA. Non è noto se possano effettivamente vedere l'UVB, ma sembrano essere in grado di rilevarlo in qualche modo.