Thiamine (vitamine B1): definitie, synthese, absorptie, transport en distributie

Thiamine (vitamine B1) is een in water oplosbare vitamine en behoort tot de groep B-vitamines. Op basis van de waarneming van de Nederlandse arts Christiaan Eijkman aan het einde van de 19e eeuw dat beriberi-achtige symptomen optraden bij kippen nadat ze gepelde en gepolijste rijst hadden gekregen, maar niet nadat ze ongepelde en ongepolijste rijst of rijstzemelen hadden gekregen, is thiamine ook wel bekend als de 'antiberiberi-vitamine'. Na isolatie van de beschermende stof beriberi uit rijstschillen en de naamgeving van de vitamine als aneurine in 1926 door Jansen en Donath, werd de structurele opheldering en synthese van vitamine B1 door het koppelen van beide ringstructuren in 1936 uitgevoerd door Williams en Windaus, en de B vitamine heette thiamine. Het thiaminemolecuul bestaat uit een pyrimidine- en thiazoolring verbonden door een methyleengroep. Thiamine zelf vindt geen therapeutische toepassing, maar alleen hun hydrofiele (in water oplosbare) zouten, zoals thiaminechloride hydrochloride, thiamine mononitraat en thiamine disulfide, of hun lipofiele (in vet oplosbare) derivaten (allithiamines), zoals benfotiamine (S -benzoylthiamine-o-monofosfaat; BTMP), bentiamine (dibenzoylthiamine) en fursultiamine (thiaminetetrahydrofurfuryl disulfide). Droge vitamine B1 is stabiel bij 100 ° C. Waterige vitamine B1-oplossingen zijn het meest stabiel bij pH <5.5, maar niet in neutrale of alkalische omgevingen. Thiamine is zowel thermolabiel (warmtegevoelig) als gevoelig voor licht en oxidatie, en vertoont een hoge structurele of constitutionele specificiteit. Kleine veranderingen in de moleculaire structuur worden in verband gebracht met een vermindering van de werkzaamheid van vitamines, inefficiëntie of, in bepaalde gevallen, een antagonistisch (tegengesteld) werkingsmechanisme. Thiamine-antagonisten, zoals oxythiamine, pyrithiamine en amprolium, kunnen thiaminase I en II (thiaminesplitsende en -inactiverende enzymen) remmen (remmen) en de binding van biologisch actief thiaminepyrofosfaat (TPP; synoniemen: Thiaminedifosfaat (TDP)) remmen, cocarboxylase) aan zijn apoenzym en remmen competitief de decarboxylering (splitsing van een koolstofdioxide (CO2) -molecuul) van respectievelijk 2-oxozuren. Infuusoplossingen die sulfiet (SO2) bevatten, leiden tot volledige afbraak van vitamine B1.

Absorptie

Thiamine wordt zowel in plantaardig als dierlijk voedsel aangetroffen, maar alleen in lage concentraties. Terwijl thiamine in vrije, niet-gefosforyleerde vorm aanwezig is in planten, komt 80-85% van de vitamine B in dierlijke weefsels voor als biologisch actief TPP en TDP, en 15-20% als thiaminemonofosfaat (TMP) en thiaminetrifosfaat (TTP) . Gefosforyleerde vitamine B1 die met voedsel wordt ingenomen, wordt gedefosforyleerd door niet-specifieke fosfatasen van de darmwand (enzymatische verwijdering van fosfaat groepen) en dus omgezet in een opneembare toestand. Absorptie van vrije thiamine is het hoogst in het jejunum (lege darm), gevolgd door de twaalfvingerige darm (twaalfvingerige darm) en ileum (ileum). Slechts kleine hoeveelheden worden opgenomen in de maag en dikke darm (dikke darm). Intestinaal absorptie (opname via het darm) van thiamine is onderworpen aan een dosis-afhankelijk dubbel mechanisme. Fysiologische hoeveelheden van de vitamine B onder a concentratie van 2 µmol / l worden geabsorbeerd door een energieafhankelijke natrium-gemedieerd draagmechanisme. Het transport van vitamine B1 naar darmslijmvlies (mucosale) cellen is dus actief en verzadigbaar. Structurele analogen, zoals pyrithiamine, kunnen actieve vitamine B1 remmen absorptie door thiamine uit zijn transport te verdringen eiwitten gelegen in het apicale (naar de binnenkant van de darm gericht) celmembraan. De invloed van alcohol or ethanol, aan de andere kant, bestaat uit een remming van natrium-kalium adenosine trifosfatase (Na + / K + -ATPase; enzym dat het transport van Na + -ionen uit de cel en K + -ionen naar de cel katalyseert door ATP-splitsing) in het basolaterale celmembraan (afgekeerd van het inwendige van de darm), resulterend in de neerwaartse regulatie van het thiaminespecifieke transport eiwitten​ Boven een concentratie van 2 µmol / l vindt opname van vitamine B1 plaats door passieve diffusie, wat geen van beide is natrium-afhankelijk noch kan worden geremd door thiamine-antagonisten of ethanolAls de toegepaste (geadministreerde) dosis neemt toe, het percentage geabsorbeerde thiamine neemt af. Dit komt enerzijds door de neerwaartse regulatie van het transmembraantransport eiwitten voor thiamine in de darm slijmvlies cellen (mucosale cellen) van een vitamine B1 dosis > 2 µmol / l en, aan de andere kant, de ondoelmatigheid van de passieve absorptieweg in vergelijking met het actieve carrier-gemedieerde transportmechanisme. Volgens studies met oraal toegediende radioactief gelabelde thiamine is de absorptiesnelheid bij een inname van 1 mg ~ 50%, van 5 mg ~ 33%, van 20 mg ~ 25% en van 50 mg ~ 5.3%. In totaal kan slechts maximaal 8-15 mg vitamine B1 per dag worden opgenomen. Vergelijking van biopsieën (weefselmonsters) van de darm slijmvlies van patiënten met en zonder thiaminedeficiëntie vertoonden significant hogere intestinale vitamine B1-absorptie bij proefpersonen met een slechte thiaminestatus. De verhoogde opname van vitamine B1 in de deficiënte toestand is het gevolg van opregulatie (opregulatie) van de apicale thiaminetransporteurs in de darm. slijmvlies cellen (mucosale cellen). Geabsorbeerd thiamine wordt gedeeltelijk gefosforyleerd in intestinale mucosale cellen (mucosale cellen) door cytosolische pyrofosfokinase met splitsing van adenosine trifosfaat (ATP) aan coenzymatisch actieve TPP (enzymatische hechting van fosfaat groepen). Naast het door natrium gemedieerde dragermechanisme wordt aangenomen dat intracellulair pyrofosfokinase ook de snelheidsbeperkende stap is in het actieve transport van thiamine naar en door de slijmvliescel. Vrij en gefosforyleerd thiamine komt de lever via het portaal ader, vanwaar het via de bloedbaan naar doelorganen en weefsels wordt getransporteerd, afhankelijk van hun behoeften.

Transport en distributie in het lichaam

Vitamine B1 transport in zijn geheel bloed komt voornamelijk voor in bloedcellen - 75% in erytrocyten (rode bloedcellen) en 15% in leukocyten (wit bloed cellen). Slechts 10% van vitamine B1 in de bloed wordt plasmatisch getransporteerd, primair gebonden aan albumine​ De inname van hoge doses vitamine B1 leidt tot overschrijding van het bindingscapaciteit, waardoor overtollig thiamine wordt uitgescheiden. De totale bloedspiegels variëren tussen 5-12 µg / dl. Bij de doelorganen en weefsels wordt thiamine opgenomen in de doelcellen en mitochondria ("Energiecentrales" van de cellen) via een thiaminetransporteur met hoge affiniteit (binding sterkte​ Vanwege het fysiologische belang van vitamine B1 in koolhydraten en energiemetabolisme, hartspier (3-8 µg / g), nier (2-6 µg / g), lever (2-8 µg / g), hersenen (1-4 µg / g) en met name skeletspieren hebben hoge thiamineconcentraties. Bij thiaminedeficiëntie, als gevolg van opregulatie (opregulatie) van transmembraantransporteiwitten, wordt de opname van vitamine B1 in doelwitcellen verhoogd. Vrij thiamine kan worden gefosforyleerd tot het biologisch actieve TPP in alle organen en weefsels door intracellulaire pyrofosfokinase met ATP-consumptie en accumulatie van twee fosfaat residuen. Alcohol or ethanol voorkomt de activering van vrij thiamine voor het co-enzym TPP door competitieve remming van pyrofosfokinase. De overdracht van een verdere fosfaatgroep naar TPP door middel van een kinase met splitsing van ATP leidt tot TTP, dat onder invloed van fosfatasen weer kan worden omgezet in TPP, TMP of vrij, niet-gefosforyleerd thiamine. Hoewel vitamine B1 wordt aangetroffen in bloedplasma, moedermelk, en cerebrospinale vloeistof (die de hersenen en spinal cord) voornamelijk in vrije vorm of als TMP, bloedcellen (leukocyten; erytrocyten) en weefsels bevatten voornamelijk TPP. Voor de intracellulaire coenzymatisch actieve TPP, de celmembraan is ondoordringbaar (ondoordringbaar). TPP kan de cel pas verlaten na hydrolyse (splitsing door reactie met water) via TMP om thiamine vrij te maken. Intracellulaire fosforylering (enzymatische aanhechting van fosfaatgroepen) en verlaging van de membraanpermeabiliteit (membraanpermeabiliteit) voor gefosforyleerd thiamine dient uiteindelijk als een beschermend mechanisme om verlies van vitamine B1 door fysiologische doses (1-2 mg / d) te voorkomen. De totale lichaamsvoorraad van vitamine B1 bij gezonde personen is 25-30 mg, waarvan ongeveer 40% in de spieren wordt aangetroffen. Een thiamine-winkel in engere zin bestaat niet. Vitamine B1 is vanwege zijn functie als co-enzym altijd geassocieerd (gekoppeld) met het overeenkomstige enzym en wordt alleen vastgehouden (vastgehouden door de nier) in de mate die momenteel vereist is. De biologische halfwaardetijd van thiamine is relatief kort en bedraagt ​​naar verluidt 9.5-18.5 dagen bij mensen. De beperkte opslagcapaciteit en de hoge omloopsnelheid van de vitamine B maken een dagelijkse inname van voldoende hoeveelheden thiamine noodzakelijk om aan de behoeften te voldoen, vooral in gevallen van verhoogde vitamine B1-consumptie als gevolg van een verhoogde stofwisseling, zoals tijdens sporten, zware lichamelijke arbeid, binnen zwangerschap en borstvoeding, chronisch alcohol misbruik, en koorts.

afscheiding

De uitscheiding van vitamine B1 is dosisafhankelijk. In het fysiologische bereik (normaal voor metabolisme) wordt ongeveer 25% van thiamine via de nieren uitgescheiden. nier​ Bij hoge toegediende doses vindt de uitscheiding van vitamine B1 na weefselverzadiging vrijwel volledig plaats via de nieren, met een gelijktijdige toename van het aandeel thiamine dat via de nier wordt uitgescheiden. gal en van niet-geabsorbeerde thiamine in de ontlasting. Dit nieroverloopeffect is een uiting vanDepressie van niet-renale klaringsprocessen (excretieprocessen) en verzadiging van tubulaire reabsorptie (reabsorptie in de niertubuli). Ongeveer 50% van thiamine wordt in vrije vorm geëlimineerd of veresterd met een sulfaatgroep. De overige 50% zijn nog niet geïdentificeerde metabolieten, evenals thiaminecarbonzuur, methylthiazoolazijnzuur en pyramine. Hoe hoger de inname van vitamine B1, hoe lager het metabolisme en hoe groter de uitscheiding van vrij, onveranderd thiamine.

allithiamine

Allithiamines, zoals benfotiamine, bentiamine en fursultiamine, zijn lipofiele (in vet oplosbare) thiaminederivaten die, volgens de ontdekking door Fujiwara's Japanse onderzoeksgroep begin jaren vijftig, onder fysiologische omstandigheden spontaan worden gevormd door de combinatie van thiamine met allicine, het actieve ingrediënt in knoflook en uien. In de allithiaminederivaten is de thiazoolring, die essentieel is voor de werking van vitamines, open en de zwavel atoom is gesubstitueerd met een lipofiele groep. Pas na sluiting van de thiazoolring door verbindingen die SH-groepen bevatten, zoals cysteïne en glutathion, in de darmslijmvliescellen (mucosale cellen) en na fosforylering (enzymatische toevoeging van fosfaatgroepen) aan het biologisch actieve thiamine pyrofosfaat in de doelwitcellen kunnen de allithiaminen hun vitamine-effect uitoefenen in het organisme. Vanwege hun apolaire structuur zijn allithiamines onderhevig aan andere absorptieomstandigheden dan water-oplosbare thiaminederivaten, die met behulp van een dragermechanisme energie- en natriumafhankelijk worden opgenomen volgens de verzadigingskinetiek. De opname van allithiamines in de slijmvliescellen (mucosale cellen) van de darm vindt plaats na voorafgaande defosforylering (verwijdering van fosfaatgroepen) door niet-specifieke fosfatasen aan het darmslijmvlies (darmslijmvlies) dosis-proportioneel door passieve diffusie, waarbij de allithiamines de intestinale absorptie passeren barrière sneller en gemakkelijker in vergelijking met de water-oplosbare thiaminederivaten vanwege hun betere membraanpermeabiliteit (membraanpermeabiliteit). De biobeschikbaarheid van lipofiel benfotiamine is ongeveer 5 tot 10 keer hoger dan die van respectievelijk thiaminedisulfide en thiaminemononitraat. Bovendien bereiken allithiamines hogere niveaus van thiamine en TPP in volbloed, doelorganen en weefsels na orale toediening. administratie bij relatief lage doses en worden langer in het lichaam vastgehouden (vastgehouden). Hilbig en Rahmann (1998), die het weefsel hebben bestudeerd distributie en het lot van radioactief gelabeld benfotiamine en thiaminehydrochloride in bloed en verschillende organen, gemeten significant hogere radioactiviteit in alle organen na benfotiamine administratie, met name in lever en nier. Een 5- tot 25-voudig hoger concentratie van benfotiamine werd gevonden in hersenen en spieren. In alle andere organen was het gehalte aan benfotiamine 10-40% hoger dan dat van thiaminehydrochloride.