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Estructura química de las vitaminas y minerales

Las vitaminas y los minerales son nutrientes necesarios en cantidades muy pequeñas para algunas funciones metabólicas de gran importancia para la salud. Varias enfermedades causadas por deficiencias de vitaminas, como el escorbuto, se han reconocido desde la antigüedad, pero las estructuras químicas de muchas de las vitaminas solamente se descubrieron en el siglo XX a través de estudios sistemáticos de nutrición. En 1913 se reconoció la importancia de la vitamina A para la visión, y en 1932, se determinó que la vitamina C es necesaria para prevenir el escorbuto. Los párrafos siguientes describen algunos de los aspectos más importantes de las vitaminas y los minerales.

Píldoras de vitaminas


MINERALES

El término "minerales" se aplica a los elementos químicos presentes en las cenizas de tejidos calcinados. Los minerales necesarios para la dieta pueden estar presentes en sales inorgánicas, o pueden ser constituyentes de compuestos orgánicos. Por ejemplo, el magnesio se encuentra en la clorofila, que es el pigmento verde de las plantas. Hay seis minerales que se requieren en cantidades de gramos: sodio (Na), potasio (K), calcio (Ca), magnesio (Mg), fósforo (P) y cloro (Cl). Las necesidades diarias varían de 0.3 a 2.0 gramos por día. Nueve minerales, los oligoelementos, se requieren en pequeñas cantidades: cromo (Cr), cobre (Cu), yodo (I), hierro (Fe), flúor (F), manganeso (Mn), molibdeno (Mo), selenio (Se) y zinc (Zn). También se requiere el cobalto (Co), pero el requisito se expresa generalmente en términos del cobalto que contiene la vitamina B12. Todos los oligoelementos son tóxicos en niveles altos.

El Aporte Dietético Recomendado (ADR) es la cantidad de nutriente que se requiere para la salud óptima dependiendo del sexo, y la etapa de la vida.

Calcio
El calcio (Ca) es el mineral más abundante en el cuerpo humano. Más del 99% del calcio en el cuerpo es parte estructural de los huesos y los dientes. El calcio también se encuentra en los fluidos del cuerpo donde funciona para regular las contracciones de los vasos sanguíneos y los músculos. El requisito de calcio es mayor desde la pubertad a la madurez, cuando el cuerpo crece rápidamente. La leche y los productos lácteos son buenas fuentes de calcio.

Edad ADR de Calcio (mg/día)
0-6 meses 210
7-12 meses 270
1-3 años 500
4-8 años 800
9-18 años 1300
19-50 años 1000
51+ años 1200

Flúor
La mayoría de flúor del cuerpo (F) está en los huesos y los dientes. La principal fuente de flúor es el agua potable. El flúor endurece el esmalte dental y previene la caries dental. Cuando el agua tiene mucho flúor, el exceso se acumula en los dientes y los huesos causando fluorosis. Los dientes permanentes que se desarrollan cuando la ingesta de flúor es muy alta, toman un aspecto moteado característico de la fluorosis dental con manchas blancas en la superficie del esmalte que después adquieren un color pardo.

Yodo o Iodo
El función biologica del yodo (I) se lleva a cabo principalmente por medio de dos hormonas tiroideas, la tiroxina y triyodotironina. En los adultos, la glándula tiroides absorbe aproximadamente el 80% del yodo en los alimentos.

Tiroxina
Tiroxina

La mayor parte del yodo ambiental se encuentra en el agua del mar. Las personas que viven lejos del mar tienen riesgo de deficiencia. La sal enriquecida con yodo (típicamente 70 μg/g) ayuda a asegurar una ingesta adecuada (150 microgramos/día). La deficiencia de yodo es común en muchas partes del mundo, pero es rara en las zonas donde se utiliza la sal yodada. La deficiencia de yodo se desarrolla cuando la ingesta de yodo es inferior a 20 μg/día. En la deficiencia leve o moderada, la glándula tiroides sufre hipertrofia al tratar de concentrar el yodo, resultando en el bocio, que es un agrandamiento de la glándula tiroides y aparece como una inflamación de la parte frontal del cuello. El consumo excesivo de alimentos con alto contenido de yodo, como el alga marina kombu, aumenta la concentración de hormonas tiroideas y puede causar la tirotoxicosis.

Hierro
El hierro (Fe) es un mineral que se encuentra en la hemoglobina, la mioglobina, y muchas proteínas y enzimas. El hierro contenido en el hemo, que ocurre principalmente en productos de origen animal, se absorbe mucho mejor que el hierro en otras formas que constituye más del 85% de una dieta típica. Sin embargo, la absorción del hierro que no proviene del hemo aumenta cuando se consume con proteínas de origen animal y vitamina C. El Aporte Dietético Recomendado (ADR) de hierro es de 8 miligramos diarios para los hombres y las mujeres posmenopáusicas, y 18 miligramos diarios para las mujeres premenopáusicas. La deficiencia de hierro, que causa la anemia, es la deficiencia nutricional más común en el mundo. La carne es la mejor fuente de hierro en la dieta. La deficiencia de hierro puede ser consecuencia de la ingesta insuficiente de hierro, dietas vegetarianas inadecuadas, o la malabsorción. El sangrado crónico puede causar deficiencia de hierro. Cantidades excesivas de hierro se pueden acumular en el cuerpo cuando una persona recibe repetidas transfusiones de sangre o toma muchos suplementos de hierro. El exceso de hierro es tóxico y puede causar vómitos, diarrea, y dañar los intestinos y otros órganos.

Hemo
Hemo, componente de la hemoglobina

Magnesio
El magnesio (Mg) tiene varias funciones metabólicas importantes en la producción y el transporte de energía. El magnesio también es importante para la contracción y relajación de los músculos. El magnesio participa en la síntesis de proteínas, y ayuda en el funcionamiento de algunas enzimas. La mayor parte del magnesio proviene de las nueces, cereales, y vegetales de color verde que son ricos en clorofila.

Edad ADR de Magnesio (mg/día)
0-6 meses 30
7-12 meses 75
1-3 años 80
4-8 años 130
9-13 años 240
14-18 años niños: 410, niñas: 360
19-30 años hombres: 400, mujeres: 310
31+ años hombres: 420, mujeres: 320
Clorofila A
Clorofila A

Manganeso
El manganeso (Mn) es un componente de varios sistemas enzimáticos, incluyendo las glucosiltransferasas y la fosfoenolpiruvato carboxicinasa específicas de manganeso, y es esencial para el desarrollo de los huesos normales. Los cereales y las nueces son fuentes dieteticas de manganeso. La ingesta adecuada de manganeso es de 2 a 5 mg/día.

Molibdeno
El molibdeno (Mo) es un componente de coenzimas necesarias para la actividad de la xantina oxidasa, sulfito oxidasa y aldehído oxidasa. La enzima sulfito oxidasa cataliza la transformación de sulfito a sulfato que se necesita para el metabolismo de los aminoácidos que contienen azufre, como la cisteína. Legumbres como las lentejas, los frijoles y chícharos (guisantes) son buenas fuentes de molibdeno. El aporte dietético recomendado (ADR) para los hombres y mujeres es de 45 microgramos por día. El nivel de consumo máximo tolerable es de 2 mg/día.

Potasio
El potasio (K) mantiene el volumen de fluidos adentro y afuera de las células, y actúa para mitigar la elevación de la presión arterial cuando la ingesta de sodio es demasiada. El consumo adecuado de potasio es de 4.5 gramos por día para niños de 9 a 13 años de edad, y 4.7 gramos por día para personas mayores. El potasio se encuentra generalmente en frutas y verduras, guisantes secos, productos lácteos, carnes y nueces. Demasiada ingestión de potasio por medio de suplementos o sustitutos de la sal pueden producir hiperkalemia o la muerte repentina, si el exceso es consumido por personas con insuficiencia renal crónica (enfermedad renal) o la diabetes.

Selenio
El selenio (Se) se encuentra en la enzima glutatión peroxidasa, que metaboliza los hidroperóxidos formados de los ácidos grasos poliinsaturados. El selenio también se encuentra en las desyodasas, enzimas que participan en la transformación de las hormonas tiroideas. En general, el selenio actúa como antioxidante en conjunto con la vitamina E. La deficiencia de selenio causa la enfermedad de Keshan que es una forma de miocardiopatía congestiva. El Aporte Dietético Recomendado (ADR) de selenio es de 70 microgramos por día. El nivel superior tolerable de selenio es de 400 mcg diarios para adultos basado en la prevención de la fragilidad del cabello y de las uñas, y los primeros signos de toxicidad crónica de selenio. Los efectos tóxicos se han producido cuando las concentraciones de selenio en la sangre llegan a un nivel correspondiente al consumo de 850 mcg/día. El selenio se encuentra en las carnes, aves, pescados y nueces.

Sodio
El sodio (Na) se consume habitualmente en forma de sal de mesa (cloruro de sodio, NaCl). La ingesta adecuada es de 1.5 gramos por día, con un límite máximo de 2.3 gramos por día. Estos límites son generalmente suficientes para satisfacer las necesidades que resultan por pérdida de sudor de las personas mayores de 8 años que participan en un nivel normal de actividad física. Las personas activas en los climas húmedos que sudan mucho pueden necesitar más que la ingesta adecuada. El límite máximo se aplica a los individuos sanos, sin hipertensión, pero puede ser demasiado para las personas con hipertensión.

Zinc
El zinc o cinc (Zn) se encuentra principalmente en los huesos, dientes, pelo, piel, hígado, músculos, leucocitos, y los testículos. El zinc es un componente de cientos de enzimas, incluyendo NADH deshidrogenasa, ADN polimerasas y factores de transcripción del ADN. El Aporte Dietético Recomendado (ADR) de zinc es de 11 mg/día para los hombres y 8 mg/dia para las mujeres. Buenas fuentes dietéticas de zinc incluyen moluscos, como las ostras, y cereales integrales.



VITAMINAS

En los países desarrollados, la deficiencia de vitaminas es principalmente el resultado de la pobreza, del alcoholismo, del uso de drogas, o de dietas de moda inadecuadas. La toxicidad de vitaminas (hipervitaminosis) por lo general resulta al tomar megadosis de vitamina A, D, B6, o niacina. Algunas vitaminas son solubles en grasa (vitaminas A, D, E y K) y otras son solubles en agua (vitaminas B y vitamina C). Las vitaminas B incluyen la biotina, ácido fólico, niacina, ácido pantoténico, riboflavina, tiamina, piridoxina y la vitamina B12. Los veganos, personas con dietas estrictamente vegetarianas, pueden desarrollar deficiencia de vitamina B12, a menos que consuman levaduras dieteticas o alimentos fermentados de tipo asiático como el miso y tempeh. Las dietas estrictamente vegetarianas tienden a ser bajas en calcio, hierro y zinc.

Biotina (Vitamina B7)
La biotina (vitamina B7) actúa como una coenzima en las reacciones de carboxilación que son esenciales para el metabolismo de las grasas y los carbohidratos. La ingesta adecuada para los adultos es de 30 microgramos díarios. Fuentes dieteticas de biotina incluyen yemas de huevo, hígado, verduras y cereales integrales.

Biotina
Biotina

Ácido fólico (Vitamina B9)
El folato, también llamado vitamina B9, es necesario para la maduración de los glóbulos rojos y la síntesis de purinas y pirimidinas que se requieren para el desarrollo del sistema nervioso fetal. El consumo adecuado de ácido fólico antes de la concepción y durante el primer trimestre del embarazo ayuda a prevenir ciertos defectos del cerebro de la médula espinal como la espina bífida. El folato se absorbe en el duodeno y el yeyuno proximal. La dosis recomendada de folato es de 400 microgramos diarios y el límite superior es de 1000 microgramos. El folato no es tóxico. La deficiencia produce anemia megaloblástica indistinguible a la que ocurre por la deficiencia de vitamina B12. La deficiencia de folato en la vejez aumenta significativamente el riesgo de desarrollar demencia. El ácido fólico se encuentra en los guisantes secos, habas secas, levadura y verduras de hojas verdes como la espinaca, escarola y lechuga.

Ácido fólico
Ácido fólico

Niacina (vitamina B3)
La niacina (vitamina B3 o ácido nicotínico) es una subestructura química del dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD) y el fosfato de dinucleótido de nicotinamida y adenina (NADP), que son coenzimas en reacciones importantes de oxidación-reducción en el metabolismo celular. La deficiencia de niacina dietética causas pelagra, una enfermedad caracterizada por dermatitis, trastornos gastrointestinales, e inestabilidad mental. La deficiencia ocurre cuando la ingesta de niacina y el aminoácido triptófano son extremadamente insuficientes. La deficiencia es mas común en zonas donde el maíz constituye una gran parte de la dieta. El pescado y los hongos son buenas fuentes de niacina.

Niacina
Niacina

Ácido pantoténico (Vitamina B5)
El ácido pantoténico (vitamina B5) está ampliamente distribuido en los alimentos y se encuentra en grandes cantidades en los cereales integrales, legumbres, huevos, carne, hongos, levaduras, y el hígado. El ácido pantoténico es necesario para formar la coenzima-A (CoA), y es fundamental en el metabolismo y la síntesis de carbohidratos, proteínas y grasas. Los adultos necesitan alrededor de 5 miligramos diarios.

Ácido pantoténico (Vitamina B5)
Ácido pantoténico (Vitamina B5)

Riboflavina (Vitamina B2)
La riboflavina (vitamina B2) participa en el metabolismo de los carbohidratos como una coenzima esencial en muchas reacciones de oxidación-reducción. La riboflavina no es tóxica. La deficiencia de riboflavina generalmente ocurre con otras deficiencias de vitaminas B. Los síntomas incluyen dolor de garganta, lesiones en los labios y en la mucosa de la boca, glositis, conjuntivitis, dermatitis seborreica, y anemia normocítica normocrómica. La riboflavina se encuentra en los hongos, las levaduras y carnes.

Riboflavina
Riboflavina (Vitamina B2)

Tiamina (Vitamina B1)
La tiamina (vitamina B1) se encuentra en una gran variedad de alimentos. La tiamina participa en el metabolismo de los carbohidratos, grasas, aminoácidos, glucosa y el alcohol. La tiamina no es tóxica. La deficiencia de tiamina (que causa el beriberi) es más común en personas del tercer mundo que subsisten del arroz refinado o alimentos altos en hidratos de carbono. Los brotes de soja, la levadura dietetica, y los cereales fortificados son buenas fuentes de tiamina.

Tiamina
Tiamina (Vitamina B1)

Vitamina A
La vitamina A (retinol) es necesaria para la formación de la rodopsina, un pigmento de los fotorreceptores de la retina. La vitamina A ayuda a mantener los tejidos epiteliales. Normalmente, el hígado almacena el 90% de la vitamina A que ocurre en el cuerpo. Para usar la vitamina A, el organismo la pone en circulación unida a una proteína. Varios carotenoides, como el β-caroteno, que ocurren en legumbres verdes o amarillas y en las frutas de colores brillantes, se convierten en vitamina A. El Aporte Dietético Recomendado (ADR) es de 900 microgramos para los hombres, 700 micrograms para las mujeres. Los carotenoides se absorben mejor cuando las verduras se cocinan con grasas o aceites. La deficiencia de vitamina A afecta la inmunidad, y causa erupciones de la piel, sequedad de los ojos, y ceguera nocturna.

Retinol
Retinol (Vitamina A)

Vitamina B12
Las cobalaminas son compuestos con actividad biológica de vitamina B12. Estos compuestos participan en el metabolismo de los ácidos nucleicos, la transferencia de metilo, la síntesis y reparación de mielina, y la formación de los glóbulos rojos. La vitamina B12 se libera en el ambiente ácido del estómago y hace un complejo con una proteína de la saliva llamada proteína R. Enzimas pancreáticas rompen el complejo en el intestino delgado, y el factor intrínseco secretado por las células parietales de la mucosa gástrica ayuda la absorción de vitamina B12 que ocurre en el íleon terminal. El Aporte Dietético Recomendado (ADR) es de 2.4 microgramos, la cantidad en 85 gramos de carne. La vitamina B12 se encuentra en almejas, ostras, pavo, pollo, carne de res y cerdo. La deficiencia de vitamina B12 casi siempre es el resultado de absorción inadecuada, pero también puede ocurrir en los veganos que exclusivamente comen alimentos vegetarianos y no toman suplementos vitamínicos. La deficiencia produce anemia megaloblástica, daña la médula espinal y el cerebro, y causa neuropatía periférica caracterizada por entumecimiento en las manos o los pies.

Cianocobalamina
Cianocobalamina (Vitamina B12)

Vitamina B6
La vitamina B6 incluye un grupo de compuestos relacionados: piridoxina, piridoxal y piridoxamina. En el cuerpo, estos compuestos se convierten en fosfato de piridoxal, que actúa como una coenzima en muchas reacciones importantes en la sangre, el sistema nervioso central, y el metabolismo de la piel. La vitamina B6 es importante en la biosíntesis del grupo hemo y ácidos nucleicos, así como en el metabolismo de los lípidos, carbohidratos y aminoácidos. La vitamina B6 se encuentra en muchas verduras y carnes. Algunos cereales para el desayuno están fortificados con vitamina B6. Fuentes naturales de vitamina B6 incluyen la levadura de cerveza, las coles chinas (pak-choi), y los pimientos rojos y verdes.

Piridoxina
Piridoxina (Vitamina B6)

Vitamina C
La vitamina C (ácido ascórbico) participa en la formación de colágeno, carnitina, hormonas, y aminoácidos. La vitamina C es esencial para la cicatrización de heridas y la recuperación de quemaduras. La vitamina C es un antioxidante que apoya la función inmune y facilita la absorción de hierro. En los países desarrollados, la deficiencia puede ocurrir por desnutrición, pero la deficiencia severa (que causa escorbuto) es poco frecuente. Los síntomas de deficiencia incluyen fatiga, depresión y defectos de tejido conectivos como la gingivitis, erupciones de la piel, hemorragias internas, o heridas que no cicatrizan. El Aporte Dietético Recomendado (ADR) es de 75 miligramos para las mujeres, y 90 miligramos para los hombres. El nivel máximo tolerable de vitamina C es aproximadamente de 2 gramos (2000 mg) por día. Cantidades mayores puede causar malestares estomacales y diarrea. La vitamina C se encuentra en las frutas y verduras frescas. Las frutas cítricas como las naranjas y los limones son una buena fuente de vitamina C.

Vitamina C
Ácido ascórbico (Vitamina C)

Vitamina D
La vitamina D tiene dos formas principales: D2 (ergocalciferol) y D3 (colecalciferol). La vitamina D3 se sintetiza al exponer la piel a la luz ultravioleta del sol y también se encuentra en la dieta, principalmente en el aceite de hígado de pescado y las yemas de huevo. En algunos países desarrollados, la leche y otros alimentos están fortificados con vitamina D. La leche materna es baja en vitamina D, y solamente contiene el 10% de la cantidad en la leche de vaca fortificada. El requisito de vitamina D aumenta con la edad. La vitamina D es una prohormona con varios metabolitos activos que actúan como hormonas. La vitamina D3 se metaboliza en el hígado formando la forma circulante 25-hidroxivitamina D3, que luego se convierte por los riñones en la forma que tiene más actividad metabólica, 1,25-dihidroxivitamina D3 (1,25-dihidroxicolecalciferol o calcitriol). La exposición inadecuada al sol puede causar deficiencia de vitamina D. La deficiencia afecta la mineralización ósea, causando raquitismo en los niños, osteomalacia en los adultos y puede contribuir a la osteoporosis.

metabolismo de la Vitamina D
Metabolismo de la Vitamina D
Colecalciferol - Vitamina D3 
Colecalciferol
(Vitamina D3)

El Instituto de Medicina recomienda un consumo de 200 Unidades Internacionales (UI) diarias desde el nacimiento hasta los 50 años, 400 UI de los 51 a los 70 años y 600 UI para los mayores de 70 años. Esta recomendación fué establecidas determinando el nivel de vitamina D suficiente para evitar la desmineralización ósea o el raquitismo. El nivel máximo tolerable de vitamina D es de 10,000 UI por día.

Ensayos aleatorios usando la ingesta recomendada de 400 UI de vitamina D diarios no han mostrado una reducción apreciable en el riesgo de fracturas, pero ensayos con 700 a 800 UI de vitamina D por día han mostrado reducir la incidencia de fracturas[8]. Los adultos deben consumir al menos 1000 UI por día de vitamina D para mantener los niveles de vitamina en el suero sanguineo que son eficaces para el fortalecimiento de los huesos.

Vitamina E
La vitamina E es un grupo de compuestos (los tocoferoles y tocotrienoles) que tienen actividades biológicas similares. La forma más activa es α-tocoferol, pero las formas β-, γ-, y δ- también tienen actividad biológica importante. Estos compuestos actúan como antioxidantes, que impiden la peroxidación lipídica de los ácidos grasos poliinsaturados en las membranas celulares. Los niveles de tocoferol en la plasma varían de acuerdo con los niveles de lípidos totales en la plasma. Normalmente, el nivel de α-tocoferol en la plasma es de 5 a 20 mcg/ml. La deficiencia de vitamina E es común en los países no desarrollados. La deficiencia de vitamina E causa degeneración de los axones de las neuronas (células nerviosas) y produce sintomas neurológicos y fragilidad de los glóbulos rojos que generalmente se diagnostica como anemia hemolítica. No se recomienda tomar suplementos de vitamina E porque los estudios han encontrado que la suplementación aumenta el riesgo de insuficiencia cardíaca y mortalidad general. La vitamina E se encuentra en las espinacas y muchos vegetales de hojas verdes. Buenas fuentes de vitamina E son las semillas de plantas aceitosas como el maní y las pepitas de girasol.

alfa-tocoferol
Alfa-tocoferol (Vitamina E)

Vitamina K
La vitamina K1 (filoquinona) es la forma dietética de la vitamina K. La grasa en la dieta aumenta su absorción. Las fórmulas infantiles contienen suplementos de vitamina K. La vitamina K2 se refiere a un grupo de compuestos (menaquinonas) sintetizada por bacterias en los intestinos, aunque la cantidad sintetizada no es suficiente para proveer el requisito mínimo de vitamina K. El Aporte Dietético Recomendado (ADR) es de 120 microgramos diarios para los hombres, y 90 para las mujeres. La vitamina K controla la formación de los factores de coagulación II (protrombina), VII, IX y X en el hígado. La deficiencia de vitamina K es rara en los adultos en buena salud porque la vitamina se encuentra ampliamente distribuida en las legumbres verdes como la espinaca.

Vitamina K1
Vitamina K1 (filoquinona)


Referencias bibliográficas
  1. The Merck Manual - Nutritional Disorders.
  2. Beedham C. Molybdenum hydroxylases as drug-metabolizing enzymes. Drug Metab Rev. 1985;16(1-2):119-156.
  3. Dietary Supplement Fact Sheet: Calcium Office of Dietary Supplements, NIH Clinical Center, National Institutes of Health
  4. Dietary Reference Intakes for Vitamin A, Vitamin K, Arsenic, Boron, Chromium, Copper, Iodine, Iron, Manganese, Molybdenum, Nickel, Silicon, Vanadium, and Zinc
  5. Dietary Reference Intakes for Vitamin C, Vitamin E, Selenium, and Carotenoids
  6. Dietary Reference Intakes for Thiamin, Riboflavin, Niacin, Vitamin B6, Folate, Vitamin B12, Pantothenic Acid, Biotin, and Choline
  7. Dietary Reference Intakes for Calcium, Phosphorus, Magnesium, Vitamin D, and Fluoride
  8. Reinhold Vieth, et al, The urgent need to recommend an intake of vitamin D that is effective, American Journal of Clinical Nutrition, Vol. 85, No. 3, 649-650, March 2007


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