La vitamina D de mis huesos

Figura 1.- Autora: belindah en flickr

Si hay un nutriente del que no deberíamos tener deficiencia en España es la vitamina D. Si las plantas extraen del sol la energía necesaria para sintetizar hidratos de carbono, nosotros producimos vitamina D. La radiación ultravioleta del sol, tan dañina cuando se toma en exceso, es fundamental para sintetizar una de las vitaminas más importantes para nuestros huesos... y para otros tejidos (otras funciones de la vitamina D en el enlace). 

La vitamina D es una hormona esteroidea que agrupa dos compuestos: ergocalciferol (vitamina D2) y colecalciferol (vitamina D3). Se considera que las dos son similares en cuanto a sus funciones biológicas, aunque algunos expertos están en desacuerdo y no recomiendan la utilización de la vitamina D2 en los suplementos. La vitamina D2 se sintetiza en plantas, mientras que la vitamina D3 es de origen animal. La vitamina D podemos obtenerla por síntesis endógena o a través de la alimentación, pero en ambos casos debe convertirse en las formas biológicamente activas a través de varias reacciones de hidroxilación.



Figura 2.- Las dos formas químicas de la vitamina D: D2 o ergocalciferol y D3 o colecalciferol

El precursor de la vitamina D que se obtiene por síntesis endógena es el 7-dehidrocolesterol presente en la piel, que sufre una primera reacción química gracias a los rayos UVB del sol. En este primer paso este precursor sufre una modificación que tiene como resultado la formación de pre-vitamina D3. Este compuesto es inestable y en 48 horas sufre una reorganización molecular provocado por la temperatura que tiene como resultado la producción de vitamina D3 o colecalciferol. Alternativamente puede producir luminosterol y taquisterol, que son biológicamente inactivos, lo que evita la formación de un exceso de vitamina D y sirve así de control de la síntesis de la hormona. Otro mecanismo de regulación es la pigmentación de la piel, que aumenta con la exposición solar y bloquea la penetración de los rayos UV, regulando así la conversión de 7-dehidrocolesterol a vitamina D3. Ésta sin embargo no es biológicamente activa, por lo que aún sufre dos importantes reacciones. La primera de ellas es en el hígado y da lugar al 25-hidroxicolecalciferol (25-hidroxivitamina D3). A continuación, sufre una nueva hidroxilación en el riñón, lo que produce calcitriol (1,25-hidroxivitamina D3), que es la forma biológicamente activa.



Figura 3.- Síntesis de vitamina D3 y su derivado activo calcitriol en humanos

La síntesis de calcitriol también se puede producir en otros tejidos además de los riñones. La próstata, el colon, la piel, la placenta y los osteoblastos (células de los huesos) expresan la enzima responsable de la síntesis de calcitriol y por lo tanto, tienen la capacidad para su síntesis. Esta producción local de calcitriol puede ser importante para extender sus funciones biológicas más allá de las clásicas en la regulación de los niveles de calcio (ver más abajo).

En cuanto a la síntesis de vitamina D2, ésta tiene lugar en hongos a partir de ergosterol, por la acción de las radiaciones UVB del sol. No se tiene constancia de que se produzca síntesis de D2 en humanos.

Figura 4.- Síntesis de vitamina D2 a partir de ergosterol en hongos 

Se han descrito en la sangre unos 15 metabolitos derivados de la vitamina D cuya función se desconoce. Algunos de ellos derivan del calcitriol por hidroxilación y en estos casos se piensa que el único objetivo es su inactivación, con el fin de evitar efectos tóxicos de un exceso de vitamina D. Esta hipótesis se basa en los efectos tóxicos observados en ratones que no tienen la enzima principal implicada en la formación de algunos de estos compuestos. 

La vitamina D también puede obtenerse a partir de la dieta, en forma de D2 o D3. Una vez absorbidas, éstas deben sufrir las mismas hidroxilaciones que las descritas anteriormente para convertirse en las formas activas de la vitamina.  La vitamina D en los alimentos va asociado a los lípidos, debido a su carácter lipofílico y se encuentra mayoritariamente en pescados grasos. Sin embargo, la vitamina D está poco presente en los alimentos, por lo que la síntesis endógena por la acción del sol es fundamental para mantener unos niveles adecuados de esta vitamina. La ingesta recomendada por la Federación Española de Sociedades de Nutrición, Alimentación y Dietética (FESNAD) para la población española es de 5 mg/día para edades de 4 a 59 años, mientras que valores ligeramente superiores para otros sectores de la población (ver referencia).



Figura 5.- Alimentos ricos en vitamina D. Base de datos española de
composición de alimentos www.bedca.net

La deficiencia de vitamina D es una característica mundial preocupante. Se estima que entre el 20 y el 100 % de las personas mayores en Estados Unidos, Canadá y Europa tienen deficiencia en vitamina D. Valores similares de riesgo se estiman para el resto de la población. En España también es frecuente esta deficiencia a pesar de la abundancia de luz solar. La principal causa de la deficiencia de vitamina D es precisamente una exposición insuficiente a los rayos solares. La protección solar o el tono oscuro de la piel disminuyen la síntesis de vitamina D, ya que impiden la penetración de los rayos UVB. Sin embargo, no es necesaria una exposición prolongada al sol para una síntesis adecuada de esta vitamina. El Dr. Ángel Gil, presidente de la Sociedad Española de Nutrición recomienda, de forma general, 15 - 30 min de exposición solar al día para obtener las cantidades necesarias de vitamina D. Hay que recordar que exposiciones al sol prolongadas sin protección constituyen un factor de riesgo principal para el desarrollo de melanomas (cáncer de piel), por lo que se recomienda precaución en este sentido.

La consecuencia de la deficiencia de vitamina D en niños es la aparición de raquitismo, que se caracteriza por una desmineralización del hueso en desarrollo en lactantes y niños pequeños antes de alcanzarse la madurez esquelética. La falta de rigidez provocada por la desmineralización produce cambios esqueléticos visibles, como el clásico "arqueamiento" de las piernas.

Figura 6.- Radiografía de un niño con raquitismo.
Autor: Michael L. Richardson en Wikimedia.

En adultos, la deficiencia de vitamina D se manifiesta en forma de osteomalacia, en la que se pierde el contenido mineral de huesos que ya habían madurado. Ésta no suele afectar al aspecto global del esqueleto, pero sí aumenta el riesgo de sufrir fracturas.

Figura 7.- Densidad ósea de un hueso con osteomalacia comparado con uno normal.
Imagen original de Ferato.com

La principal función de la vitamina D es la regulación de los niveles plasmáticos de calcio y el desarrollo y mantenimiento del esqueleto. Su papel en los huesos puede ser directo o indirecto a través de la regulación del propio calcio. De hecho, pacientes con deficiencia en la forma activa de la vitamina D, 1,25(OH)2-vitamina D, absorben hasta un 80% menos de calcio de la dieta que personas sanas. En cuanto a su papel directo sobre el esqueleto, los datos que se tienen apuntan a que está mediado por los osteoblastos (células óseas generadoras de hueso), además de participar en la mineralización ósea. 

La vitamina D modula la concentración sanguínea de calcio a través de dos acciones: aumento de la absorción intestinal y de la reabsorción renal (por lo tanto, se pierde menos en la orina). 

La absorción de calcio en el intestino tiene lugar a través de dos mecanismos mayoritariamente: la ruta paracelular, a lo largo de todo el intestino, y la transcelular, principalmente en el duodeno y el yeyuno. 

Absorción paracelular.- Consiste en el paso del calcio entre las células del intestino, depende de la concentración de calcio a uno y otro lado de estas células, por lo que se considera absorción pasiva. Además, es un sistema no saturable, por lo que está pasando calcio mientras esa diferencia de concentración se mantenga. 

Absorción transcelular.- En este mecanismo el calcio primero tiene que entrar dentro de las células intestinales (por la membrana apical) para salir por el lado opuesto (membrana basolateral) y acceder ya al riego sanguíneo. Aquí participan varios tipos de moléculas que transportan el calcio dentro y fuera de la célula y una que lo transporta de un extremo a otro dentro de la propia célula. Es un proceso que requiere energía y por esta razón junto con la participación de moléculas de transporte, se considera que es de absorción activa. Además, es un sistema de absorción saturable, es decir, la cantidad de calcio que se puede absorber por este mecanismo viene limitado por el número de moléculas de transporte implicadas. Este mecanismo se ve potenciado por una disminución en la ingesta de calcio y por la vitamina D (1,25(OH)2 D). En ambos casos, el mecanismo de regulación pasa por aumentar la expresión del canal TRPV6, que es el que transporta el calcio desde la luz del intestino al interior de los enterocitos. De hecho, se piensa que una ingesta baja de calcio aumenta los niveles de vitamina D y ésta es la que hace el efecto sobre el gen del canal. 

Figura 8.- La vitamina D potencia la absorción intestinal de calcio a través de varios mecanismos.

La vitamina D también podría aumentar la absorción de calcio a través de otros mecanismos. Uno de los postulados es el sistema paracelular, hipótesis que aunque está por confirmar, cada vez gana más evidencias. Otro mecanismo es por aumento de la expresión de calbindina-D 9k, proteína del interior celular de la que se tienen evidencias que es el transportador de calcio de una membrana a la otra. De esta forma el calcio dentro de la célula está ‘secuestrado’ y no puede activar respuestas celulares indeseables actuando como mensajero intracelular (pinchar aquí para conocer esta función del calcio). La vitamina D también es capaz de aumentar la salida de calcio de la célula hacia el riego sanguíneo al aumentar la expresión de uno de los dos transportadores encargados de este proceso: PMCA (calcio ATPasa de membrana plasmática), mientras que el otro, el NCX (intercambiador sodio-calcio) es insensible a esta hormona.

Se ha propuesto un tercer mecanismo para la absorción de calcio: a través de un mecanismo mediado por vesículas intracelulares. También la vitamina D es capaz de regular este transporte. 

La vitamina D también regula la concentración de calcio sanguíneo aumentando la reabsorción renal de calcio para evitar así que se pierda en la orina. Los mecanismos que emplea son similares a los que intervienen en la modulación de la absorción intestinal del mineral. También es el mediador de algunas de las acciones de la Hormona Paratiroidea, PTH, sobre la concentración de calcio en la sangre y en el fluido extracelular, que puedes ver en el artículo "El Calcio y los Huesos".

Esta hormona también interviene en otros procesos biológicos, como la regulación de la función de la piel como barrera física, la división celular y la función muscular, que puedes consultar en el artículo “Vitamina D: no sólo por mis hueso”.

Referencias

- "El sistema hormonal de la vitamina D: lo que sabemos y lo que nos queda por saber". AS Dusso. Nefrología Suplemento Extraordinario 2011;2(5):37-43 (enlace).
- Vademecum: http://www.vademecum.es
- Base de datos española de composición de alimentos: www.bedca.net
- "Evaluation, Treatment, and Prevention of Vitamin D Deficiency: an Endocrine Society Clinical Practice Guideline". MF Holick, NC Binkley, HA Bischoff-Ferrari, CM Gordon, DA Hanley, RP Heaney, MH Murad, CM Weaver. 2011. J Clin Endocrinol Metab 96: 1911–1930.
- "The Nonskeletal Effects of Vitamin D: An Endocrine Society Scientific Statement". CJ Rosen, JS Adams, DD Bikle, DM Black, MB Demay, JE Manson, MH Murad, CS Kovacs. 2012. Endocr Rev. June; 33(3): 456–492.
- "Gastric acid, calcium absorption, and their impact on bone health". 2013. S Kopic, JP Geibel. Physiol Rev. 93: 189-268.
- Entrevista al Dr. Ángel Gil en la revista Eroski Consumer (enlace).
- "Williams Textbook of Endocrinology". Kronenberg. Saunders Elsevier. 2008.
- "Medical physiology”. Boron, Boulpaep. Elsevier Saunders. 2012.
- “Anatomía y Fisiología”. Thibodeau y Patton. Elsevier Mosby. 2007.


Imágenes

- Figura 1.- Autora: Belindah en flickr (enlace)

- Figura 3.- Taquisterol y lumisterol de Chemspider.com
            Calcidiol: JaGa en Wikipedia (enlace)
- Figura 4.- Imagen del hongo: Strobilomyces en Wikimedia Commons (enlace)
            Ergosterol y ergocalciferol de Chemspider.com

- Figura 6.- Autor: Michael L. Richardson en Wikimedia Commons (enlace)

- Figura 7.- Original tomado de Ferato.com (enlace)

- Figura 8.- ADN: Tomado de David y Eden Gillespie. http://home.utah.edu/~dlg7/

     El resto: autora Ana B. Ropero basado en la figura 3 de Kopic de 2013 (mirar referencias)