Christiaan Eijkman a objavenie vitamínu B1 (tiamínu): história, mechanizmus a klinický význam

História tiamínu sa začala v období zvýšeného záujmu vedcov o ochorenie beri-beri, ktoré sa dávalo do súvislosti najmä s diétou obsahujúcou prevažne lúpanú bielu ryžu. Etiológia tohto syndrómu bola neznáma až do konca 19. storočia. V roku 1880 Christiaan Eijkman preukázal, že pri kurčatách kŕmených bielou (lúpanou) ryžou sa vyvinula polyneuropatia, kým pri kurčatách kŕmených nelúpanou ryžou sa príznaky neobjavili alebo ustúpili.

Historický kontext a expedícia na Jávu

V októbri roku 1886 sa traja holandskí lekári vydali na cestu loďou za medicínským výskumom na opačnú stranu zemegule. Preplavili sa Suezským kanálom, ktorý dokončili a otvorili len o niekoľko rokov predtým a o pár týždňov neskôr dorazili do Holandskej Východnej Indie (dnes Indonézia). Život na Jáve bol úplne iný ako v Európe. K výdobytkom západného sveta sa človek dostal len zriedkavo a tropické teplo bolo všadeprítomné. Typický Holanďan si taktiež musel rýchlo zvyknúť na chuť ryže, ktorá bola v tejto oblasti Ázie základnou potravinou.

Beri-beri bola dôvodom návštevy trojice lekárov na Jáve. Bola to devastujúca choroba, čo naznačovalo aj jej pomenovanie. V Jávčine slovo beri znamená „slabý“ a zdvojenie slova zdôrazňovalo jeho význam. Choroba sa prejavovala značnou svalovou slabosťou, stratou váhy, stratou citlivosti a neskôr paralýzou končatín. Únava, ktorou postihnutí trpeli, sa časom prehupla do zmätenosti, depresie a podráždenosti. V niektorých prípadoch dochádzalo k hromadeniu tekutiny v nohách a k preťaženiu obehového systému, čo viedlo k zväčšeniu srdca a jeho zlyhaniu. Beri-beri bola smrteľnou chorobou a v tom čase na ňu umieralo viac ako 80 % postihnutých.

Eijkmanove pozorovania na kurčatách a začiatok prevratu

Prešli ďalšie tri roky, ale Eijkmanovi sa ani použitím nových Kochových techník nepodarilo izolovať baktériu zodpovednú za beri-beri. Popri svojich denných aktivitách, administratívnych povinnostiach, vyučovaní a liečení pacientov sa mu však jedného dňa náhodou podarilo pozorovať niečo nezvyčajné. Všimol si, že sliepky na dvore vojenskej nemocnice trpeli podobnými príznakmi ako pacienti s beri-beri. Tieto sliepky neisto kráčali a mali problémy pri sadaní. Neskôr ich videl ležať na boku, čo je pre tieto vtáky mimoriadne netypické! Mali tiež ťažkosti s dýchaním.

Ked sliepky premiestnili, ich zdravie sa náhle zlepšilo bez akejkoľvek liečby! Eijkman vystopoval rozdiel v strave: predtým sliepky dostávali ostatky lúpanej ryže zo stolov dôstojníkov vo vojenskej nemocnici, na novom mieste im však podávali „pololeštenú“ červenú ryžu beras merah s ponechaným obalom (perikarpom). Keď si Eijkman uvedomil túto súvislosť, mal v rukách dôležitú indíciu.

Prečítajte si tiež: Krvný test na vitamíny a minerály

Onedlho sa Eijkmanovi darilo vyvolávať u sliepok ochorenie takmer ako na povel jednoduchou úpravou stravy. Keď ich kŕmil leštenou bielou ryžou, u zdravých sliepok sa čoskoro začali prejavovať príznaky podobné ľudským príznakom beri-beri. Keď chorým zvieratám podával červenú ryžu, vyzdraveli. Vyzdraveli aj vtedy, keď obaly ryžových semien - „šupky z ryže“ - pridal ku krmivu pozostávajúcemu len z lúpanej ryže. Na základe toho vyvodil záver, že v šupkách musí byť akýsi neutralizačný faktor alebo protijed na baktériu.

Kontrolované štúdie na väzniciach a potvrdenie hypotézy

Aby mohol Eijkman svoj záver potvrdiť u ľudí, potreboval porovnanie jedincov konzumujúcich rôzne typy ryže. Presvedčil vedenie väznice Tolong, kde 5,8 % väzňov trpelo chorobou beri-beri, aby bielu leštenú ryžu nahradili pololeštenou. U všetkých pacientov s beri-beri došlo k uzdraveniu. Eijkman tak dokázal liečivý potenciál pridania obalov ryže (otrúb) do stravy.

Požiadal teda A. G. Vordermana, supervízora Ústavu civilného zdravia na Jáve, aby mu pomohol s rozsiahlym prieskumom incidencie beri-beri. V každej väznici na Jáve jedli väzni buď leštenú alebo pololeštenú ryžu podľa miestnych zvykov. Od mája do septembra 1896 Vorderman viedol rozsiahly prieskum beri-beri v stovke väzníc na Jáve a malom priľahlom ostrove, kde v tom čase žilo 280 000 väzňov.

Od „antidotálneho faktora“ k vitamínu

Ponaučenia z Eijkmanovho výskumu viedli k záveru, že v šupkách ryže existuje látka zabezpečujúca prevenciu a liečbu beri-beri. Neskôr, v roku 1897, ďalší výskum dospel k myšlienke existencie „živín“ nevyhnutných pre zdravie, ktoré sa začali nazývať vital substances, neskôr skrátene „vitamíny“. V roku 1910 japonský vedec Umetaro Suzuki poprvé izoloval sloučeninu, ktorú popísal ako kyselinu aberovú. V roku 1911 polský biochemik Kazimierz Funk izoloval antineuritickú látku z rýžových otrub, ktorú nazval „vitamin“, kvôli tomu, že obsahuje aminoskupinu.

Nizozemský chemik Barend C. P. Jansen a jeho spolupracovník Willem F. Runnels Williams tiež zavedli názov „thiamin“. Názov je zložený z „thio“ neboli „obsahujúci síru“ a „amin“. Tiamín (vitamín B1) bol nakoniec izolovaný zo zdrojov ako kvasnice a neskôr syntetizovaný. Eijkman za svoje objavy na Jáve napokon získal polovicu Nobelovej ceny za fyziológiu alebo medicínu v roku 1929.

Prečítajte si tiež: Komplex pre zdravé kosti, imunitu a srdce

Biologické vlastnosti tiamínu a jeho metabolizmus

Tiamín (vitamín B1) je prvým opísaným vitamínom zo skupiny B vitamínov. Je vo vode rozpustný vitamín, ktorý sa vstrebáva v tenkom čreve, transportuje sa do buniek a následne sa v cytozole metabolizuje a transportuje do mitochondrií. V organizme sa nachádza vo voľnej forme ako tiamín alebo ako tiamínmono-, di- alebo trifosfát. Najdôležitejšia forma je tiamíndifosfát (synonymum tiamínpyrofosfát, TDP alebo TPP).

Absorpcia tiamínu u ľudí prebieha primárne v tenkom čreve. Hlavným transportérom je tiamínový transportér-2 (ThTR-2), kódovaný génom SLC19A3; transportér-1 (ThTR-1), kódovaný génom SLC19A2, je pre vstrebávanie v čreve menej dôležitý. Po vstupe do enterocytu sa tiamín transportuje cez bazolaterálnu membránu do portálnej cirkulácie, opäť prostredníctvom uvedených transportérov. Expresia ThTR-2 sa môže aktuálne zvýšiť ako reakcia na nízku extracelulárnu koncentráciu tiamínu, čím sa umožňuje jeho zvýšená absorpcia počas deficitu v organizme.

Po vstupe do cytozolu bunky sa tiamín rýchlo fosforyluje tiamínpyrofosfokinázou 1 (TPK1) za vzniku tiamíndifosfátu - hlavnej aktívnej formy tiamínu. TDP slúži ako kofaktor transketolázy v pentózofosfátovom cykle a je nevyhnutný pre ďalšie kľúčové enzýmové reakcie v energetickom metabolizme, najmä pri decarboxylácii α-ketokyselín v mitochondriách.

Klinické prejavy deficitu tiamínu

Deficit tiamínu v organizme môže byť spôsobený stravou chudobnou na tento vitamín alebo poruchou jeho vstrebávania, ktorá môže byť získaná alebo geneticky podmienená. Prezentuje sa najčastejšie súborom neurologických a kardiologických príznakov. Jednou z foriem deficitu tiamínu je ochorenie beri-beri. Vzniká pri stredne závažnej a izolovanej deficiencii tohto vitamínu, často sa spája so stravou obsahujúcou najmä lúpanú ryžu. Môže sa vyskytovať vo dvoch formách - vlhkej a suchej.

  • Suchá forma: prevažne neurologické príznaky - polyneuropatia, svalová atrofia, parestézie, paralýza.
  • Vlhká forma: prevažne kardiovaskulárny obraz - edémy, tachykardia, palpitácie, zväčšenie srdca až kardiálne zlyhanie.

Pri dlhodobom nedostatku vitamínu B1 spojenom aj s inými výživovými deficitmi (malabsorpcia, resekcie gastrointestinálneho traktu, chronický alkoholizmus, užívanie návykových látok) sa môžu manifestovať symptómy Wernickeho-Korsakoffovho syndrómu (WKS). WE (Wernickeho encefalopatia) predstavuje skoré štádium, prejavuje sa polyneuropatiou, ataxiou, oftalmoplégiou a poruchami chôdze. WE je reverzibilná, ak sa lieči včas a adekvátnou dávkou a formou tiamínu. Ak nie je diagnostikovaná alebo liečená dostatočne, môže prejsť do chronického stavu s prejavmi Korsakoffovej psychózy.

Prečítajte si tiež: Najdôležitejší vitamín: Odpoveď

Špecifické genetické poruchy transportu a metabolizmu tiamínu

Raritné geneticky podmienené ochorenia súvisiace s transportom tiamínu alebo jeho premenou na aktívny metabolit sa manifestujú najčastejšie v detstve alebo v skorom dospelom veku. Medzi nimi sú:

  • Rogersov syndróm (TRMA) - autozómovo recesívne ochorenie spôsobené variantmi v géne SLC19A2 (ThTR-1): makrocytová anémia, neautoimúnny diabetes, poruchy sluchu, poruchy zraku.
  • Tiamín-biotín responzívna encefalopatia - spôsobená deficienciou ThTR-2 (SLC19A3): epizodická encefalopatia, dystónia, ataxia, kŕče; diagnostika môže zahŕňať nízku koncentráciu tiamínu v likvore a MR nález.
  • Amishova mikrocefália - variant v géne SLC25A19, transportér prenášajúci TDP do mitochondrie: kongenitálna mikrocefália, difúzne poškodenie CNS, elevácia laktátu.
  • Deficit kinase TPK1 - porucha fosforylácie tiamínu na TDP spôsobujúca široké spektrum od ataxie po fenotyp Leighovho syndrómu; laboratórne nízke TDP a α-ketoglutárová acidúria.

Diagnostika, laboratórne nálezy a liečba

Diagnostiku porúch metabolizmu tiamínu zo získanej alebo geneticky podmienenej príčiny je potrebná najmä dôsledná nutričná anamnéza, pri neurologickej symptomatológii má nezastupiteľnú úlohu typický nález na MR CNS. V mnohých ochoreniach spôsobených deficitom tiamínu býva prítomná elevácia laktátu v plazme a v likvore, pri jednom type poruchy transportu tiamínu môže k správnej diagnóze nasmerovať makrocytová anémia a rozvoj diabetu mellitus.

K liečbe deficitu tiamínu sa používa suplementácia parenterálnou a následne enterálnou formou. V klinickej praxi je pri akútnych neurologických príznakoch u rizikových pacientov vhodné uprednostniť okamžité parenterálne podanie tiamínu pred čakaním na laboratórne potvrdenie deficitu; dávkovanie je potrebné individualizovať podľa veku, klinického stavu a lokálnych odporúčaní. Kráľovská lekárska komora v Anglicku uverejnila usmernenia na liečbu Wernickeho encefalopatie, v ktorých odporúča parenterálne podávanie tiamínu v dávke 500-750 mg trikrát denne minimálne počas 5 dní a pokračovať v liečbe, kým nedôjde ku klinickému zlepšeniu.

Perorálny tiamín sa u osôb nadmerne užívajúcich alkohol často vstrebáva nedostatočne, preto sa v ambulantných podmienkach podávajú vyššie perorálne dávky alebo lepšie vstrebateľné analógy tiamínu, napríklad benfotiamín. Benfotiamín (S‑benzoiltiamín O‑monofosfát) je účinný analóg tiamínu s vyššou absorpciou; v niektorých prácach sa uvádza aj lepšia penetrácia do CNS.

Prevencia a praktické dôsledky objavu

Tiamín významne ovplyvňuje energetický metabolizmus, tvorbu neurotransmiterov a nukleových kyselín. Jeho biologický polčas je krátky - približne 12 hodín. K vyčerpaniu zásob v organizme po jeho obmedzenom príjme dochádza medzi 11. a 18. dňom; v praxi sa preto deficit prejaví pri dlhšom jednostrannom stravovaní približne za 2-3 týždne. Odporúčaný denný príjem vitamínu B1 sa líši podľa pohlavia a veku a v niektorých obdobiach života je potrebné jeho príjem zvýšiť.

U rizikových skupín (chronickí alkoholici, pacienti na dlhodobej parenterálnej výžive, osoby s malabsorpciou, po resekciách tráviaceho traktu, tehotné ženy) je dôležitá prevencia a včasné dopĺňanie tiamínu, pretože stanovenie tiamínu v krvi nie je vo väčšine laboratórií rutinné vyšetrenie. Eijkmanov objav prakticky viedol k zmenám v stravovacích odporúčaniach a neskôr aj k obohacovaniu potravín vitamínom B1 v populácii, čo znížilo výskyt beri-beri v rizikových oblastiach.

MUDr. Mikuláš Štefan,  Je jaro: Důležité vitamíny a doplňky

Tabuľka: Kľúčové momenty v dejinách objavu tiamínu

Rok / Osoba Udalosť
1880-1890 / Eijkman Pozorovanie polyneuritídy u kurčiat kŕmených leštenou ryžou; zistenie ochranného účinku ryžových otrúb
1884 / Kanehiro Takaki Zistenie súvisu beri-beri a jednostrannej diéty u námorníkov; návrh doplnenej stravy
1897-1911 / Suzuki, Funk Izolácie antineuritických látok z rýžových otrúb; zavedenie pojmu „vitamín“
1910-1938 / Jansen, Williams a syntéza Zavedenie názvu thiamin; izolácia zo zdrojov, následná syntéza; plány na obohacovanie múky a pečiva
1929 Eijkman získava polovicu Nobelovej ceny za fyziológiu alebo medicínu

Christiaan Eijkman svojím pozorovaním a systematickými pokusmi prebudil paradigmu: namiesto hľadania infekčného agens začali vedci vnímať, že za niektoré choroby môže chýbajúca zložka potravy. Tento posun v myslení otvoril cestu pre objav vitamínov a moderné nutričné vedy.

tags: #holandsky #lekar #ktory #nasiel #vitamin #b1