维生素K和儿童机体健康的相关性探析,营养学论文.docx
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1、维生素K和儿童机体健康的相关性探析,营养学论文摘 要: 维生素K根据萘醌环3 端所连接的化学构造类型可分两类:一类是天然存在的脂溶性维生素,包括维生素K1和维生素K2;另一类是人工合成的水溶性维生素,即维生素K3和维生素K4,多用于动物饲料中。维生素K1主要在回肠吸收,其吸收有赖于胆汁酸盐和体内脂肪状况,并通过淋巴系统传递到肝脏中,可催化凝血因子的羧化经过,发挥凝血作用。尤其对于维持婴儿正常的凝血功能,维生素K1具有重要意义。近年来的研究发现维生素K2介入人体骨骼代谢。维生素K2作为谷氨酸羧化酶的辅酶,转运骨钙素等骨钙蛋白 -羧基谷氨酸上的谷氨酸残基。只要发生羧化反响后,羧化骨钙素才能表现出与
2、羟磷灰石高度的亲和性,进而促进钙盐沉积。儿童阶段的骨量若不能在预定年龄到达其峰值,不但影响本身的生长发育,还会使得成年以后出现骨质疏松,骨折的风险大大提高。因而,儿童阶段补充维生素K2具有重要价值。另外,国内外研究显示维生素K也与血管钙化、肿瘤、神经系统疾病、呼吸系统疾病等的发生有关,其关联机制有待进一步研究。总之,当前的动物实验以及人群干涉研究都提示维生素K对于机体健康具有重大意义。维生素K,尤其是儿童阶段的维生素K状态仍将是将来研究的热门问题之一。 本文关键词语: 维生素K; 儿童; 凝血; 骨代谢; 研究进展; Abstract: Vitamin K can be divided int
3、o two groups according to the type of chemical structure to which the 3 end of the naphthoquinone ring is attached:one group refers to natural fat-soluble vitamins,including vitamin K1 and vitamin K2;the other group refers to synthetic water-soluble vitamins,including vitamin K3 and vitamin K4.Vitam
4、in K1 is mainly absorbed in the ileum,and its absorption depends on the bile salts and body fat status,and is transmitted to the liver through the lymphatic system,which can catalyze the carboxylation process of blood coagulation factors and play a role of blood coagulation.Especially in maintaining
5、 normal coagulation function in infants,vitamin K1 is of great significance.In recent years,some scholars have found that vitamin K2 is involved in human bone metabolism.As a coenzyme of glutamate carboxylase,vitamin K2 transports glutamate residues on bone calcitonin gamma-carboxyl glutamate.Only a
6、fter the carboxylation reaction occurs,the carboxylated osteocalcin can exhibit a high affinity with hydroxyapatite,thereby promoting calcium salt deposition.If the bone mass in child stage fails to reach its peak at the predetermined age,it will not only affect its own growth and development,but al
7、so greatly increase the risk of osteoporosis and fracture after adulthood.Therefore,vitamin K supplementation in child stage is of great value.In addition,most studies have shown that vitamin K is also associated with the occurrence of vascular calcification,tumors,neurological diseases,respiratory
8、diseases,etc.,and the association mechanism needs studying further.In summary,current animal experiments and population intervention studies have suggested that vitamin K is of great significance to the health of the body.Vitamin K,especially the vitamin K status in childhood,will remain one of the
9、hot issues of future research. Keyword: vitamin K; children; coagulation; bone metabolism; research progress; 丹麦生物化学家Henrik Dam于1929年偶尔发现了一种活性物质。经过分析,这些物质会影响凝血酶原的合成和作用,又因血液凝固的德语单词为Koagulation,所以取其首字母命名该物质为维生素K(Vitamin K,VK)。近年来大量证据表示清楚,除了凝血功能,维生素K在维持人体骨代谢、心血管健康等方面发挥着重要作用1,2,3,4,5,同时维生素K缺乏还与炎症、哮喘和肿瘤发
10、生有关6,7,8。有研究表示清楚,新生儿极易缺乏维生素K9,10,11。但当前对维生素K与人群健康的研究多针对于成年人,对儿童群体研究较少,因而本文就维生素K与机体健康的关系,尤其是与儿童健康关系的研究作深切进入阐述。 1、维生素K基本情况 1.1、维生素K构造 维生素K家族含有一个共同的化学构造:2-甲基-1,4-萘醌环。维生素K根据萘醌环3 端所连接的化学构造类型可分为两类:一类是天然存在的脂溶性维生素,包括维生素K1,即叶绿醌(Phylloquinone)和维生素K2,即甲基萘醌(Menaquinone)。维生素K1侧链为叶绿基;维生素K2侧链为不饱和的异戊二烯基团。根据异戊二烯基团的数
11、目,维生素K2又被分为几种亚型,缩写为MK-n,n代表基团的数目,华而不实MK-4和MK-7研究较多1,6,12。另一类是人工合成的水溶性维生素,包括维生素K3,即甲萘醌(Menadione)和维生素K4,即乙酰甲萘氢醌。维生素K3没有侧链基团,活性较强,在鸟类、哺乳动物中可被烷化为维生素K4,常应用于动物饲料中13,14。 1.2、维生素K食物来源及代谢 维生素K1是维生素K在大多数食物中的主要存在形式,在一些绿叶蔬菜如甘蓝、菠菜、生菜、莴苣、西兰花和花椰菜等植物中广泛存在。一些植物油如大豆油、菜籽油、棉籽油等也是膳食维生素K1的主要来源,其生物利用度高于在绿叶蔬菜中的维生素K115。膳食中
12、维生素K2的量很少,只提供人体所需维生素K2的一小部分。维生素K2中的MK-7主要由细菌合成,存在于纳豆、豆腐、奶酪、酸菜等发酵食品中;MK-4相对独特,通常不由细菌合成,可在黄油、肉蛋类、肝脏等动物制品中分离得到12,16,17。 维生素K1主要在回肠吸收,其吸收有赖于胆汁酸盐和体内脂肪状况,并通过淋巴系统传递到肝脏中,可催化凝血因子的羧化经过5,12,18。维生素K2主要运输到肝外组织,在骨骼和动脉血管发挥作用19。与维生素K1和MK-4相比,MK-7具有更高层次的生物利用度和更长的半衰期20。有研究以为MK-4是由膳食摄取的维生素K1或MK-7烷化产生,因而尽管食物来源的生物利用度很低,
13、但MK-4是体内维生素K的主要存在形式,主要储存在大脑、生殖器官、胰腺等腺体中14,21,22。 2、维生素K与出血 2.1、凝血功能 维生素K最经典的作用就是维持机体的正常凝血功能,主要由维生素K1发挥作用。体内凝血因子主要包括凝血酶原()、前转化素()、克雷斯马斯因子()、斯图亚特因子()、蛋白质C、蛋白质S以及蛋白质Z等。前四种凝血因子、代表经典的维生素K1依靠性血浆凝固因子并介入纤维蛋白凝块的构成。相反,蛋白质C,S和Z是促凝血系统的抑制剂23,24。而维生素K1作为谷氨酸羧化酶的辅酶,在肝细胞微粒体中介入凝血酶原及其它凝血因子前体蛋白上特定谷氨酸残基的羧化经过,使其成为 -羧基谷氨酸
14、盐,进而使这些因子具有与Ca2+结合的能力,并连接磷脂和蛋白,进而具有凝血活性24,25,26。 尤其对于维持婴儿正常的凝血功能,维生素K1具有重要意义。几乎所有新生儿出生时血浆中维生素K的浓度都会出现生理性低下。凝血因子、和前体蛋白若不能被羧化,只能作为非活性蛋白存在,这可能引起维生素K1依靠性凝血因子异常,进而导致凝血功能障碍,增加严重出血甚至颅内出血的发生风险27,28。 2.2、儿童维生素K缺乏性出血 维生素K缺乏性出血(Vitamin K deficiency bleeding,VKDB)是指因维生素K摄入和吸收缺乏或肝功能障碍,导致无法用维生素K合成凝血酶原而引起的出血,是新生儿和
15、婴儿的常见病29,30。根据出血的时间,可将VKDB分为早发性(出生后24h内出血)、典型性(出生后27d出血)以及晚发性(出生7d以后发生的出血)。VKDB是婴儿自发性颅内出血的最重要原因之一,其特点是发病急、进展快、易被忽视。晚发性VKDB颅内出血多表现为呕吐和抽搐,出血部位多在硬膜下和脑本质,容易误诊。其发病率为60%80%,病死率高达20%25%,致残率为41.9%53.3%,预后不良9,31。 有研究显示,婴儿VKDB主要原因是体内缺乏维生素K1导致凝血机制出现障碍9,32。维生素K1缺乏的原因可能为9,10,11:摄入缺乏 维生素K经过胎盘的通透性较差,母乳中维生素K的含量低(大约
16、为115 g/L);肠道吸收减少 婴儿期肝功能不成熟,腹泻或伴有肝胆疾病等都会影响维生素K的吸收;肠道菌群合成缺乏 新生儿肠道菌群尚未充分建立而进一步导致维生素K合成减少;抗生素的使用 抗生素可抑制肠道细菌,并与维生素K发生竞争性抑制作用。 基于此,对患儿进行维生素K补充是临床研究的问题之一33。6个月后的婴儿母乳喂养辅之以合理的辅食添加有利于肠道正常菌群的建立,有利于肠道中维生素K吸收。同时,维生素K缺乏与维生素D缺乏往往同时存在。当小儿血钙低于1.87mmol/L时,很可能发生惊厥,而一旦发生惊厥,婴儿晚发性颅内VKDB将会加重,两者密切相关34。当儿童伴有颅内出血等并发症时,应进行止血和
17、营养支持等治疗,进入恢复期后,有必要改善脑细胞营养,加强功能锻炼33。另外,加强孕妇和新生儿预防性用药、定期检查维生素K的相关生化指标是降低VKDB发病率的关键。为了防止早发型VKDB,加拿大儿科协会建议对正在使用影响维生素K代谢药物的孕妇补充维生素K35,如服用抗癫痫药物的孕妇应在怀孕最后3个月每日口服维生素K1 5mg,可预防婴儿出生后的出血性疾病36。除此之外,当前提倡3个月以内婴儿坚持预防性用药,可常规肌注或缓慢经脐静注维生素K1 0.5mg,如新生儿已出现出血异常感觉和状态,则需缓慢静注维生素K1 12mg37。通过以上预防措施,可减少本病发生,提高人口素质。 3、维生素K与骨代谢
18、3.1、调节骨代谢 近年来有学者研究发现维生素K除了具有凝血作用,也介入人体骨骼代谢。骨中有三种Gla蛋白,即骨钙素(Osteocalcin,OC,又称维生素K依靠性骨 -羧基谷氨酸蛋白,BGP)、基质Gla蛋白(MGP)和蛋白S。华而不实维生素K对BGP的影响最常见38。BGP是由成骨细胞合成并分泌,是由49个氨基酸组成的特殊骨蛋白,属非胶原蛋白39。由于 -羧基谷氨酸对羟磷灰石分子中的Ca2+有高度亲合力,故大部分BGP存在于骨组织中,小部分(约20%)被释放到血液循环中,因而能够把循环中的BGP含量尤其是未羧化的BGP含量作为骨构成的一个诊断指标,并且能够用来预测骨折的发生风险40。BG
19、P下降或循环中的BGP含量上升,提示儿童骨矿化功能障碍23,41。 只要当BGP的3个谷氨酸残基转变为 -羧基谷氨酸时,骨钙蛋白才会被激活以促进骨矿化,而维生素K2是这些维生素K依靠性蛋白激活经过中所必需的。作为这些蛋白质翻译后羧基化所需的 -谷氨酰羧化酶的辅因子,维生素K2转运 -羧基谷氨酸上的谷氨酸残基16,42。只要发生羧化反响后,羧化骨钙素才能表现出与羟磷灰石高度的亲和性,进而促进钙盐沉积39,43,44。除了羧化作用,维生素K2可能作为骨细胞转录调节因子,通过激活类固醇和人类固醇异生物受体,增加一些骨构成标志物(如碱性磷酸酶和胰岛素样生长因子)的表示出水平,影响成骨细胞的表示出45,
20、46。另外,维生素K2还可通过抑制骨吸收激活因子(如环氧化酶2、前列腺素2和骨吸收因子)来抑制破骨细胞活性并诱导破骨细胞凋亡,即维生素K具有加强骨构成和抑制骨吸收的双重作用1,45,47,48。体外和动物研究表示清楚,MK-4可能介入炎症、氧化应激和细胞凋亡的调节,反之会减少骨吸收12。总之,维生素K对维持骨骼健康、预防骨质疏松是至关重要的。 另有研究显示,BGP的合成可能遭到维生素D和维生素K2的共同调节。维生素D直接在基因转录水平上起作用39,华而不实主要是1,25(OH)2D3发挥作用,而研究显示,BGP的合成与细胞中1,25(OH)2D3的水平有关。Fusaro等38在人类成骨细胞实验
21、中观察到1,25(OH)2D3存在时维生素K2可促进矿化,因而以为1,25(OH)2D3促进BGP产生主要是通过维生素K2对BGP的羧化作用,促进骨钙沉积。Gigante等49的研究显示,补充MK-7、维生素D3及其联合使用两者都能够调节介入矿化和血管生成的基因表示出,并且MK-7加强维生素D3对成骨细胞前体间质干细胞的作用。该研究揭示了维生素D3与MK-7在间质干细胞诱导骨转移中的有效作用,应进一步研究其作用机制。 3.2、维生素K与儿童骨代谢 3.2.1、儿童骨代谢 儿童骨骼是一个新陈代谢非常旺盛的器官,通过合成和吸收两个经过对骨进行不断的塑造和重建。有研究通过测定BGP未羧化率来评价不同
22、年龄组小儿成骨细胞维生素K2的营养状况,发现不同年龄段儿童BGP未羧化率不同,3个月1岁儿童BGP未羧化率最高,13岁儿童次之,之后依次为39岁、914岁、03个月50。这意味着不同年龄段小儿成骨细胞的维生素K营养状况不同,3个月1岁儿童成骨细胞的维生素K2相对较缺乏,而这正是佝偻病的高发年龄段。O Connor等51的研究表示清楚,很多青少年维生素K2水平低于推荐的水平。另有研究也显示维生素K2能够提高佝偻病患儿BGP的羧化率,进而使羧化完全的BGP发挥作用,促进骨骼矿化,可能对佝偻病有一定的治疗作用39。 另外,骨质硫松一直被以为是老年性疾病,随着对该病预防研究的深切进入,人们开场注意到骨
23、质疏松早在儿童及青少年时期已经开场。儿童骨质疏松症的发病通常缓慢且难以发觉,一旦没有能及时接受治疗,骨量不能在预定年龄到达其峰值,这不但影响儿童本身的生长发育,同时,成年以后出现骨质疏松的风险也会提高,应当引起医疗工作者及家长的充分重视40。 3.2.2、维生素K与儿童骨代谢关联研究 动物模型实验证明维生素K2可直接介入骨骼代谢。Ebrahiminezhad等52研究发现当维生素K2浓度为105mol/L时,正常大鼠干髓端组织中碱性磷酸酶的活力和Ca2+的含量能够显着提高,并且硫酸锌对骨Ca2+的刺激作用在这个剂量下明显提高。Sogabe等53以维生素K1和维生素K2长期喂养(3个月)的大鼠为
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