Nízké hladiny vitaminu D v populaci exponované významnému znečištění životního prostředí

Souhrn

Sledování hladin vitaminu D a postupnému využívání možností suplementace je v posledních letech věnována zvýšená pozornost. Řada studií nalezla nízkou hladinu naměřených hodnot s gradací vzestupu v letních a poklesu v zimních měsících roku v závislosti na stupni expozice slunečnímu záření, vlivu genetických faktorů, úrovni sociálně ekonomické, kvalitě výživy a v poslední době vlivu znečištění životního prostředí.

V tomto sledování konstatujeme významný pokles hodnot vitaminu D v populaci exponované extrémnímu vlivu znečištění životního prostředí v lokalitě střední Evropy v regionu s extrémní zátěží danou výskytem mikropartikulí chemického průmyslu, povrchovou těžbou hnědého uhlí a ve stejné lokalitě jeho zpracováním v tepelných elektrárnách. V populaci 540 pacientů oddělení klinické imunologie a alergologie jsme ve sledování vstupních vzorků získaných v letech 2016–2021 nalezli pouze u 4 jedinců (0,74 %) hodnoty vitaminu D > 30 ng/ml. Rozložení nalezených hodnot nevykazuje závislost na expozici slunečnímu záření a je v průběhu celého roku ve stejné úrovni.

Diskutujeme působení vlivu kontaminant životního prostředí, ovlivnění populace faktory sociálně ekonomickými a kvalitou životního stylu. Řešení stavu vidíme v cílené suplementaci populace, především skupin dětí a seniorů.

Klíčová slova:

vitamín D – kontaminanty životního prostředí

ÚVOD

Sledování hodnot vitaminu D v populaci je v poslední době předmětem zvýšeného zájmu. Obecně je konstatována vysoká prevalence deficitu či nedostatku tohoto vitaminu v celosvětovém profilu populace (1–11). Zvýšený zájem o sledování roste především vlivem nových poznatků o významu a vztahu vitaminu D nejen k abnormalitám metabolismu kostí, ale i k regulaci vápníku a fosforu a jejich homeostáze (4, 5, 12, 13) s dopadem v podobě nedostatečné mineralizace kostí s manifestací rachitid u dětí a osteomalacie u dospělých (5, 7, 14). Poslední dvě dekády vedly ke zvýšení poznatků o pleiotropním a vícesměrném působení vitaminu D na zdravotní stav člověka (5, 7, 15). Řada významných studií prokázala, že deficit vitaminu D vede k vysokému riziku indukce řady civilizačních onemocnění. Naopak odpovídající saturace vitaminu D vede k redukci rizika vzniku řady nádorových onemocnění, metabolických postižení, kardiovaskulárních a autoimunitních chorob, infekčních onemocnění, diabetu 1. a 2. typu i neuropsychiatrických onemocnění (1, 5, 11, 15, 16). Deficit vitaminu D je významným etiologickým faktorem v patogenezi řady chronických onemocnění s významným zvýšením rizika mortality (15, 17).

Výzkumy vedly k závěru, že vitamin D je prohormon indukovaný UVB spektrem paprsků o vlnové délce 290–315 nm v kůži přítomným 7-dehydrocholesterolem po hydrogenaci v játrech enzymy (CYP2D11, CYP2D25, CYP2R1 a CYP27A1). Hodnoty sérového 25-hydroxyvitaminu D₃ (25(OH)D₃) odrážejí stav nutriční zásoby vitaminu D. Dalším krokem k získání aktivního vitaminu D je 1α-hydroxylace (CYP27D1). Tento enzym je přítomen v největší míře v proximálním tubulu ledvin, ale je produkován i v kůži, buňkách imunitního systému, kostních buňkách a placentě. Aktivita 1α-hydroxylázy je regulována vápníkem a fosfáty. Vliv výživy v saturaci hladin vitaminu D je minimální, nepřesahuje 8 % celkového stavu.

Vitamin D a jeho metabolity jsou v cirkulaci ve vazbě s multifunkčním vitamin D vázajícím proteinem (DBP), který má kromě přenosu vitaminu D funkci modulátoru zánětlivé imunitní odpovědi a reguluje vývoj kostí. Význam vitaminu D v regulaci jak vrozené, tak i adaptivní imunitní odpovědi byl prokázán přítomností exprese VDR na téměř všech buňkách imunitního systému (18–20). VDR střevní sliznice má význam v ochraně slizničních povrchů, jejich integritě a regulaci vrozené imunitní odpovědi (18, 19, 21). Imunomodulační vliv aktivního vitaminu D na T lymfocyty přímou cestou vede k tolerogennímu stavu indukcí T_H2 a regulačních lymfocytů redukcí T_H1, T_H17 a T_H9 lymfocytů. NK buňky s expresí VDR vazbou D₃ mají protikladný účinek vedoucí k minimalizaci poškození patogeny. Proces deaktivace makrofágu je vázán na protein ORO1 (21).

Epidemiologické studie svědčí o tom, že deficit vitaminu D vede ke snížení funkcí imunitního systému s následným rizikem infekcí a autoimunitních onemocnění. Aktivní zapojení vitaminu D v imunitní odpovědi při vakcinaci proti chřipce (20) ukazuje na další možnosti uplatnění normalizace deficitních hladin vitaminu D v ochraně před chřipkovou infekcí i dalšími virovými onemocněními. Rozsah posledních nálezů jak v experimentálních, tak v klinických studiích potvrzuje nezbytnost dalších sledování vztahu vitaminu D a imunitní odpovědi. I v kontextu nedávné koronavirové pandemie je třeba litovat, že není náležitou měrou věnována pozornost pandemii nedostatku vitaminu D v souvislosti s indukcí řady infekčních i neinfekčních onemocnění.

Syntéza vitaminu D je ovlivněna zeměpisnou polohou, ve které žijeme, nadmořskou výškou a dobou slunečního svitu dané oblasti. Významný je vliv pigmentace pokožky exponovaného jedince (fototyp), jeho věk, pohlaví a genetické vybavení. Obr. 1 znázorňuje významné rozdíly doby slunečního svitu při porovnání námi sledované oblasti (Ústí nad Labem – U) s hlavním městem (Praha – P) a hlavním městem Itálie (Říma – R), tedy modelovým regionem v jižní části Evropy. Je patrný jednoznačný rozdíl kvantity nabízené expozice slunečnímu záření. Ta je ovšem v lokalitách R a P redukována vlivem kontaminant dopravy a dalších složek životního prostředí. Postupně rostoucí trendy urbanizace moderního světa vedou k fenoménu výstavby v dimenzích imitujících prostředí Londýna nebo Varšavy 19. století. V podmínkách regionu U je kontinuálně řadu let zaznamenávána minimální doba slunečního svitu s extrémní expozicí vlivům životního prostředí spojeným s vysokou zátěží vyplývající ze zdejšího extenzivního průmyslu, povrchových dolů, a především elektráren spalujících nekvalitní hnědé uhlí s rozptylem mikro- a nanopartikulí. Expozice organickým kontaminantům je v porovnání se sousedícími regiony Německa několikanásobně vyšší.

Sledování populace Evropy ukazuje na vysokou zátěž na základě deficitu i nedostatku vitaminu D v jednotlivých zemích. Nálezy se při vzájemném porovnání významně neliší a jsou částečně ovlivněny nejen kvalitou životního prostředí a konkrétní lokalitou, ale i životním stylem populace a sociálně-ekonomickými vlivy (obr. 2). Již dříve provedené studie v Česku sledující hodnoty vitaminu D v populaci vykazují porovnatelné nálezy (7–9, 11, 22). Specifické podmínky Ústeckého kraje s výskytem extrémní expozice kontaminantům životního prostředí (Europian black spot) a nízkou sociálně-ekonomickou úrovní zdejší populace nás vedly ke sledování hodnot vitaminu D právě v tomto regionu.

SOUBOR A METODIKA

Do souboru jsme zařadili celkem 540 pacientů oddělení klinické imunologie a alergologie Zdravotního ústavu v Ústí nad Labem, kteří podstoupili vstupní vyšetření v letech 2016–2021. Tvořilo jej 325 žen a 215 mužů ve věkovém rozmezí od 12 do 84 let. Ze studie byli eliminováni jedinci, u kterých byla jednoznačně prokázána suplementace vitaminu D. Vstupní diagnózy zahrnovaly opakované infekce respiračního traktu, chronická plicní onemocnění, asthma bronchiale, alergická onemocnění, především se specifickou IgE odpovědí na inhalační alergeny outdooru i indooru, a imunodeficitní stavy, především syndrom IgG4 a deficity IgA.

Stanovení hodnot vitaminu D bylo provedeno metodou ELISA s použitím soupravy výrobce DRG Instruments GmbH a standardů, respektive postupu doporučeného výrobcem.

VÝSLEDKY

Obr. 3 ukazuje prevalenci naměřených hodnot vitaminu D ve sledované populaci. Kumulativní deficitní hodnoty do 10 ng jsme nalezli u 3,52 % vyšetřených jedinců, nedostatečné hodnoty do 20 ng/ml sérového 25(OH)D u 45 % sledovaných, suboptimální hodnoty pak u 99,26 % vyšetřených. Pouze u 4 jedinců (0,74 %) jsme zjistili hodnoty > 30 ng/ml séra.

Z obr. 4 je patrné, že nebyl zjištěn významný rozdíl u mužů a žen ve věkových skupinách, a to ani v rozložení podle pohlaví. Za velice překvapivý považujeme nález rozložení hodnot vitaminu D v průběhu roku (obr. 5), kde jsme nenalezli typické rozložení hodnot podle sezónního období. Pouze nález hodnot zjištěných u mužů a žen je statisticky významně odlišný (p = 0,025).

DISKUSE

Sluneční záření může ovlivnit zdraví člověka jak negativně – poškozením (a zvýšením rizika vzniku nádorových onemocnění), tak pozitivně, především indukcí produkce vitaminu D (25(OH)D₃). Krátkodobé poškození může vést k úžehu, imunosupresi, dlouhodobé působení pak ke stárnutí pokožky, kataraktě a poškození DNA s mutacemi, které mohou vést k indukci nádorového bujení. Hodnoty 25(OH)D₃ člověka jsou ovlivněny jednak dietárními zdroji, v rozmezí 5–10 % celkové saturace a dále především expozicí slunečnímu záření, specificky jeho UVB složce paprsků délky 290–315 nm, stimulujícímu syntézu cholekalciferolu v kůži ukládaného do tukových buněk a po následné hydroxylaci v játrech do 25(OH)D₃ s další hydroxylací do biologicky aktivní formy 1,25-dihydroxyvitaminu D (6, 9, 11, 15, 22–24).

Tato syntéza je ovlivněna řadou vlivů, které by měly determinovat hodnoty produkce. Patří k nim zenitový úhel pobytu exponovaného jedince, jeho nadmořská výše, roční období expozice, délka expozice, fototyp pokožky, vlivy věku, pohlaví, způsobu odívání, vlivy sociální a ekonomické a z našeho pohledu především vlivy znečištění životního prostředí. Ekologické studie ukazují, že růst urbanizace gradující prakticky v celém světě vede k růstu rizika výskytu nížené produkce 25(OH)D₃ vlivem neodpovídající zástavby megaměst s dopadem na významnou eliminaci expozice slunečnímu záření. Jde tedy o stav, který imituje podmínky varšavského ghetta z doby objevení vitaminu D a situaci center měst devatenáctého století (5). Expozice záření je kvůli urbanizaci s vysokou koncentrací populace ve městech významně ovlivněna v celém věkovém profilu (5, 23, 25).

Z grafu na obr. 1 je patrný významný rozdíl mezi naměřenými hodnotami slunečního svitu v námi sledované oblasti regionu severních Čech (U), hlavním městem Prahou (P) a pro srovnání i Římem (R), který představuje pro indukci 25(OH)D₃ optimální model jižní Evropy – Středomoří. Celoroční expozice populace v R dosahuje 2468 hodin, v P činí pouze 1585 hodin (65 %), a v U dokonce 1137 hodin (46 %). Těmto nálezům by měla odpovídat výše hodnot naměřeného 25(OH)D₃. Zatímco hodnoty naměřené v P 22–25 ng/ml se od námi naměřených hodnot v U významně liší (8), jsou hodnoty v italské populaci na stejné úrovni jako v U (7, 8). Stejné nálezy vykazují i další země Středozemí Evropy (Řecko, Španělsko). V přehledu evropských zemí (obr. 2) je patrný významný rozdíl průměrných hodnot 25(OH)D₃ v zemích severní Evropy, kde je věnovaná značná pozornost suplementaci, ale současně je zde významně odlišný příjem vitaminu v dietě populace (rybí produkty, vejce) (26). Nálezy, které se vymykají profilu dat (Slovensko), by měly být verifikovány.

Vliv slunečního záření na produkci vitaminu D je nepopiratelný (15). Je otázkou diskuse, jakou intenzitu vykazuje dávka slunečního záření v různých geografických lokalitách. Porovnání doby slunečního svitu v průběhu roku v lokalitě UL, P a R by mělo jednoznačně svědčit o tom, že hladiny vitaminu D budou v italské populaci podstatě vyšší než v populaci střední Evropy (obr. 2). Nálezy hodnot u vitaminu D italské populace ve srovnání s populací střední Evropy ovšem svědčí o tom, že jeho produkce je ovlivněna řadou dalších faktorů.

Obecně lze konstatovat, že znečištění životního prostředí mikro- a nanopartikulemi redukuje produkci vitaminu D. Znečištění životního prostředí se ukazuje být hlavním faktorem určujícím množství slunečního záření UVB spektra a znamená významnou roli v rozvoji deficitu vitaminu D (12, 27). Ve studii z hraničních oblastí Německa a Česka byl prokázán významný rozdíl v expozici ultrajemným částicím (UFP) a prachovým částicím (PM) ve sledovaných lokalitách v neprospěch lokality U (28). Považujeme za nezbytné provést další definici kvality životního prostředí daných oblastí sledováním míry expozice UVB (22).

Stejný a výrazný efekt na růst deficitu vitaminu D má jak aktivní, tak i pasivní kouření (29). Ve shodě s nálezy zvýšeného rizika onemocnění populace s deficitem vitaminu D konstatujeme nezbytnost nutričního zásahu minimálně u dětské populace (30). Suplementace vitaminu D v populaci se zvýšenou kontaminací životního prostředí zvyšuje protektivní vliv v kontrastu s obezogenním vlivem prostředí (3). Znečištění životního prostředí totiž může přispívat k indukci obezity v kombinaci s mírou kontaminace a úrovní diety exponované populace (3). To samozřejmě indukuje míru deficitu vitaminu D v obézní populaci (31). Předpokládá se řada mechanismů vysvětlujících vztah nedostatku vitaminu D a obezity. Kromě nutričních faktorů a nízké aktivity, respektive fyzické zátěže je vyslovena i domněnka, že pouhý nedostatek vitaminu D může vést k zábraně hubnutí a k obezitě (31). Tento předpoklad podporuje v našem souboru část jedinců s vyšším fototypem a nízkou úrovní stravovacího režimu s neadekvátním příjmem alkoholu, což může vést k supresi sekrece PTH, a tím k poklesu konverze vitaminu D (24). Gradace růstu obezity starší populace může být dalším důvodem snížených hodnot vitaminu D, i když lze kalkulovat s možným ovlivněním růstu obezity vlivem poklesu hladin leptinu v populaci seniorů (20).

V našem souboru jsme u výrazných deficitů vitaminu D a obezity u pacientů s diabetem 2. typu konstatovali nízké hladiny leptinu a perzistentní růst hmotnosti. Důsledkem toho může být i redukce protilátkové odpovědi k virovým antigenům. Je známo, že deficit vitaminu D je spojen s růstem rizika vážných komplikací v průběhu onemocnění COVID-19, pneumonií a dalších komplikací. Lze předpokládat, že suplementace vitaminu D je volbou pro snížení dopadu pandemie (32). Naše zkušenosti ukazují, že u pacientů po reparaci hladin vitaminu D s nálezem jeho hodnot > 40 ng/ml jsme neevidovali onemocnění COVID-19.

Otázce vztahu léčiv a ovlivnění hladin vitaminu D je v poslední době věnována značná pozornost (4, 5, 14). Látky s přímou interakcí s vitaminem D (rifampicin, cimetidin, thiazidy, kortikosteroidy) se podílejí na redukci jeho hladiny stejnou měrou jako látky redukující absorpci vitaminu D (laxativa, orlistat). Vzestup spotřeby léků v posledních letech vyžaduje dle našeho názoru pozornost a sledování daleko širšího spektra preparátů v tomto kontextu.

6leté sledování vlivu suplementace vitaminu D s pravidelnými odběry (2–3 ročně) vymezilo populaci, která při adekvátních dávkách vitaminu D není schopná vytvořit odpovídající, námi vyžadovanou hladinu minimálně 30–40 ng/ml. S vyloučením všech výše uvedených aspektů je nezbytné pomýšlet na vlivy genetické dispozice. Sledování tohoto problému považujeme za opodstatněné. Je třeba zdůraznit individuální zranitelnost na základě nedostatku vitaminu D s rizikem vyšší frekvence výskytu autoimunitních a nádorových onemocnění, postižení kostního aparátu a dalších chorob (7, 33). Dle našich zkušeností je stanovení adekvátní dávky vitaminu D u těchto pacientů velmi obtížné.

Dalším faktorem přispívajícím k výskytu nízkých hladin vitaminu D je nutriční zázemí populace s absolutním nedostatkem odpovídající kvality výživy. Trvalý pokles spotřeby ryb < 5 kg na osobu a rok může přispět k deficitu. Tento stav graduje v nižších sociálních vrstvách. Soudíme spolu s řadou autorů, že by bylo nezbytné provést komplexní sledování životního stylu, nutričního zázemí a řešení deficitu vitaminu D z hlediska indukce řady onemocnění, délky a kvality života (16, 17, 34). Nezbytnost suplementace seniorské populace se ukazuje být vhodným přístupem pro zajištění kvality a ochrany zdraví (24, 26, 35). Prevence deficitu vitaminu D by měla být prioritou zdravotnictví a její metodika se stala projektem Evropské komise (36).

Je nepopiratelné, že deficit vitaminu D se projevuje poškozením imunitních funkcí (18, 19). Důkazem je vyšší frekvence roztroušené sklerózy, diabetu mellitu, autoimunitních onemocnění, vaskulitid, astmatu, zánětlivých onemocnění GI či některých nádorových onemocnění v populaci žijící v lokalitách vzdálenějších od rovníku. Je popisován rozličný výsledek kvality vakcinace proti TBC, chřipce a dalším onemocněním vzhledem k zeměpisné šíři bydliště dané populace (18, 20). Vitamin D se ukazuje být významným imunomodulátorem, který se obecně podílí na úpravě zánětlivé odpovědi a mechanismech specifické i nespecifické imunitní odpovědi, s ovlivněním jak humorálních, tak buněčných funkcí (10, 18–21, 25).

Význam kvality saturace vitaminem D pro indukci protilátkové odpovědi při vakcinaci trivalentní vakcínou (20) vede k úvahám o možném vztahu odolnosti jedinců s deficitem vitaminu D k indukci i průběhu onemocnění COVID-19 (32). Naše zkušenosti ukazují na možný příznivý účinek suplementace vitaminu D z hlediska redukce rizika nákazy i průběhu tohoto onemocnění.

ZÁVĚR

Vitamin D není všelékem, ale nelze opomenout, že může být významným, levným a bezpečným léčebným prostředkem u řady onemocnění a dokáže příznivě ovlivnit kvalitu zdraví jedince s prodloužením délky jeho dožití (1, 17, 36).

Čestné prohlášení

Autoři práce prohlašují, že v souvislosti s tématem, vznikem a publikací tohoto článku nejsou ve střetu zájmů a vznik ani publikace článku nebyly podpořeny žádnou farmaceutickou firmou.

Adresa pro korespondenci:

MUDr. Josef Richter, CSc.

Centrum imunologie a mikrobiologie

Na Kabátě 229, 400 11  Ústí nad Labem

Tel.: 477 751 870