Введение
Химическое соединение (витамин В7)
Биотин (также известный как витамин В7 или витамин H) — один из витаминов группы B. Он участвует в широком спектре метаболических процессов у людей и других организмов, главным образом связанных с усвоением жиров, углеводов и аминокислот. Название «биотин», заимствованное из немецкого Biotin, происходит от древнегреческого слова (bíotos; «жизнь») и суффикса «-ин» (суффикс, используемый в химии для обозначения «образующий»). Биотин выглядит как белое кристаллическое вещество в виде иголок.
Химическое описание
Биотин классифицируется как гетероциклическое соединение, содержащее серосодержащее тетрагидротиофеновое кольцо, конденсированное с уреидо-группой. К этому кольцу присоединена боковая цепь, представляющая собой C5-карбоновую кислоту. Уреидо-кольцо, содержащее группу −N−CO−N−, служит переносчиком углекислого газа в реакциях карбоксилирования. Биотин является коферментом для пяти карбоксилаз, участвующих в катаболизме аминокислот и жирных кислот, синтезе жирных кислот и глюконеогенезе.
Диетические рекомендации
Национальная академия медицины США обновила нормы потребления диетических веществ для многих витаминов в 1998 году. В то время было недостаточно данных для установления расчетной средней потребности или рекомендуемой суточной нормы, которые существуют для большинства витаминов. В таких случаях академия устанавливает адекватный уровень потребления (АУП), исходя из того, что в будущем, когда физиологические эффекты биотина будут лучше изучены, АУП будут заменены более точными данными. АУП биотина для мужчин и женщин составляют: 5 мкг/день для младенцев от 0 до 6 месяцев, 6 мкг/день – от 7 до 12 месяцев, 8 мкг/день – от 1 до 3 лет, 12 мкг/день – от 4 до 8 лет, 20 мкг/день – от 9 до 13 лет, 25 мкг/день – от 14 до 18 лет и 30 мкг/день – для лиц старше 19 лет. АУП биотина для беременных и кормящих женщин составляют, соответственно: 30 мкг/день для беременных в возрасте от 14 до 50 лет и 35 мкг/день для кормящих женщин в возрасте от 14 до 50 лет. Австралия и Новая Зеландия установили АУП, аналогичные американским. Европейское агентство по безопасности продуктов питания (EFSA) также определяет АУП, устанавливая значения в 40 мкг/день для взрослых, 40 мкг/день для беременных и 45 мкг/день для кормящих. Для детей в возрасте от 1 до 17 лет АУП увеличивается с возрастом от 20 до 35 мкг/день.
Безопасность
Национальная академия медицины США устанавливает верхние допустимые уровни потребления витаминов и минералов, когда имеются достаточные доказательства существования истинного предела. Однако для биотина верхний допустимый уровень не установлен, так как неблагоприятные последствия высоких доз биотина не выявлены.
Правила маркировки
Для целей маркировки продуктов питания и диетических добавок в США количество в порции выражается в процентах от рекомендуемой суточной нормы потребления. Для целей маркировки биотина 100% рекомендуемой суточной нормы потребления составляло 300 мкг в день, но с 27 мая 2016 года это значение было пересмотрено до 30 мкг в день для приведения в соответствие с адекватным уровнем потребления. Соблюдение обновленных правил маркировки стало обязательным с 1 января 2020 года для производителей с годовым объемом продаж продуктов питания в 10 миллионов долларов США и более, а с 1 января 2021 года – для производителей с меньшим объемом продаж. Таблица старых и новых рекомендуемых суточных норм потребления для взрослых приведена в статье "Рекомендуемая суточная норма потребления".
Физиология
Биотин – водорастворимый витамин группы B. Употребление больших количеств биотина в виде диетической добавки приводит к его всасыванию и последующему выведению с мочой в неизменном виде. Употребление биотина с обычной пищей приводит к выведению с мочой биотина и метаболитов биотина. После всасывания, натрийзависимый мульти-витаминный транспортер (SMVT) обеспечивает захват биотина печенью.
Метаболизм и выведение
Катаболизм биотина происходит двумя путями. В одном из них боковая цепь валериановой кислоты отщепляется, образуя биснорбиотин. В другом пути сера окисляется, в результате чего образуется сульфоксид биотина. Содержание биотина в моче пропорционально составляет примерно половину, плюс биснорбиотин, сульфоксид биотина и небольшое количество других метаболитов. Всасывание биотина в кишечнике также, по-видимому, чувствительно к действию противоэпилептических препаратов карбамазепина и примидона. Беременность и лактация могут быть связаны с повышенной потребностью в биотине. Во время беременности это может быть связано с возможным ускорением катаболизма биотина, в то время как в период лактации причины повышенной потребности в биотине еще не установлены. Недавние исследования показали, что умеренный дефицит биотина может наблюдаться при беременности у человека, что подтверждается повышенной экскрецией 3-гидроксиизовалериановой кислоты с мочой, снижением экскреции биотина и биснорбиотина с мочой и снижением концентрации биотина в плазме. Бактерии также синтезируют биотин, и считается, что бактерии, обитающие в толстом кишечнике, могут синтезировать биотин, который затем всасывается и используется организмом-хозяином. Последний этап катализируется биотин-синтазой, радикальным SAM-ферментом. Сера доставляется необычным [2Fe-2S] ферредоксином. В зависимости от вида бактерий биотин может синтезироваться различными путями. Неонатальный скрининг на дефицит биотинидазы начался в Соединенных Штатах в 1984 году, и сейчас многие страны также проводят тестирование на это генетическое заболевание при рождении. Лечение заключается в пожизненном приеме биотина в качестве диетической добавки.
Диагноз
Низкий уровень биотина в сыворотке и моче не является чувствительным показателем недостаточного поступления биотина. Данные о заболеваемости получены из обязательного государственного скрининга новорожденных. При выраженном дефиците лечение заключается в пероральном приеме от 5 до 20 мг в день. Сообщается, что судороги проходят в течение нескольких часов или дней, а другие симптомы – в течение нескольких недель. Также может существовать генетический дефект, влияющий на натрий-зависимый мультивитаминный транспортный белок. Поскольку авадин, получаемый из яиц, прочно связывается с биотином с константой диссоциации Kd ≈ 10−15 M, биотинилированные соединения, представляющие интерес, могут быть выделены из образца, используя это высокостабильное взаимодействие. Сначала химически модифицированные биотинные реагенты связываются с целевыми соединениями в растворе посредством процесса, называемого биотинилированием. Выбор химической модификации, используемой для связывания биотинного реагента с конкретным белком, определяет специфичность этого связывания. В процессе также можно использовать стрептавидин, полученный из бактерий и связанный с бусинами, но из-за его более высокой константы диссоциации, чем у авидина, для элюирования биотинилированного белка из бусин требуются очень жесткие условия, которые часто приводят к денатурации белка. В США биотин, продаваемый в качестве безрецептурной диетической добавки, доступен в дозах от 1 до 10 мг на порцию, с заявлениями о поддержке здоровья волос и ногтей, а также в дозе 300 мг в день в качестве потенциально эффективного средства для лечения рассеянного склероза. Медицинским работникам рекомендуется инструктировать пациентов прекратить прием добавок биотина за 48 часов или даже до нескольких недель до проведения теста, в зависимости от конкретного теста, дозы и частоты приема биотина. К 1927 году ученые Маргарете Боас и Хелен Парсонс провели эксперименты, демонстрирующие симптомы, связанные с "повреждением яичным белком". Они обнаружили, что крысы, получавшие большое количество яичного белка в качестве единственного источника белка, проявляли неврологическую дисфункцию, выпадение волос, дерматит и, в конечном итоге, смерть. В 1936 году Фриц Кёгль и Бенно Тённис задокументировали выделение фактора роста дрожжей в статье журнала под названием "Darstellung von krystallisiertem biotin aus eigelb" (Выделение кристаллизованного биотина из яичного желтка). Название "биотин" происходит от греческого слова bios ("жизнь") и суффикса "in" (общий химический суффикс, используемый в органической химии). Дальнейшая химическая характеристика витамина H показала, что он растворим в воде и содержится в больших количествах в печени. После экспериментов с дрожжами и Rhizobium trifolii Уэст и Уилсон выделили соединение, которое они назвали коэнзимом R. К 1940 году было установлено, что все три соединения идентичны и получили общее название: биотин. Дьёрдь продолжил свои исследования биотина и в 1941 году опубликовал статью, демонстрирующую, что повреждение яичным белком вызвано связыванием биотина с авидином. В отличие от многих витаминов, недостаточно данных для установления рекомендуемой суточной нормы потребления, поэтому диетические рекомендации определяют "адекватный уровень потребления" на основе наилучших имеющихся научных данных, с пониманием того, что в будущем он будет заменен более точной информацией.
Рассеянный склероз
Высокие дозы биотина (300 мг/день = в 10 000 раз превышает адекватный уровень потребления) использовались в клинических исследованиях для лечения рассеянного склероза, демиелинизирующего аутоиммунного заболевания. Результаты клинических исследований противоречивы: обзор 2019 года пришел к выводу о необходимости дальнейшего изучения связи между симптомами рассеянного склероза и биотином, а также выявил некоторые данные об увеличении активности заболевания и повышенном риске рецидивов.
Волосы, ногти, кожа
В Соединенных Штатах биотин продвигается как диетическая добавка для укрепления волос и ногтей, хотя научные данные, подтверждающие такие результаты у людей, крайне ограничены. Обзор применения биотина для лечения выпадения волос выявил отдельные случаи, когда у младенцев и маленьких детей с генетическим дефектом, вызывающим дефицит биотина, наблюдался улучшенный рост волос после приема добавок, однако в обзоре отмечалось, что "не было проведено рандомизированных контролируемых исследований, чтобы доказать эффективность приема биотина у здоровых людей". Биотин также добавляют в косметические средства для волос и кожи, сопровождая их аналогичными заявлениями. Закон о диетических добавках и образовании 1994 года предусматривает, что Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США (FDA) должно разрешать размещать на этикетках продукции заявления о связи "Структура-Функция" (S:F), утверждающие, что ингредиент(ы) необходимы для поддержания здоровья. Например: "Биотин способствует поддержанию здоровья кожи, волос и ногтей". Если на этикетке размещено заявление S:F, на ней также должна быть указана следующая оговорка: "Данное заявление не было оценено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США. Данный продукт не предназначен для диагностики, лечения, излечения или профилактики каких-либо заболеваний".
Животные
У крупного рогатого скота биотин необходим для здоровья копыт. Хромота, вызванная проблемами с копытами, распространена, при этом распространенность в стадах оценивается от 10 до 35%. Последствия хромоты включают снижение потребления корма, уменьшение надоев молока и увеличение затрат на ветеринарное лечение. Результаты, полученные через 4–6 месяцев после добавления биотина в ежедневный рацион в дозе 20 мг/день, снижают риск развития хромоты. Обзор контролируемых исследований показал, что добавление в дозе 20 мг/день увеличивает выход молока на 4,8%. В ходе обсуждения предполагалось, что это может быть как косвенным следствием улучшения здоровья копыт, так и прямым воздействием на молочную продуктивность. У лошадей распространенными проблемами являются хронический ламинит, трещины копыт или сухие, ломкие копыта, не способные удерживать подковы. Биотин – популярная пищевая добавка. Рекомендуется, чтобы лошади получали от 15 до 25 мг/день. Исследования показывают, что биотин улучшает рост нового рогового слоя копыта, а не состояние существующего, поэтому для полной замены копытной стенки требуются месяцы приема биотина.