Ce sunt oligoelementele? Ce rol au în sănătate și boală?

Elementele există în natură sub forme diferite și sunt foarte importante pentru îndeplinirea diverselor funcții ale organismului. Oligoelementele sunt esențiale pentru funcțiile celulare la nivel biologic, chimic și molecular. Au roluri critice în procesele chimice care se desfășoară la nivel celular (mediază reacții biochimice vitale, acționând drept cofactori pentru multe enzime). Acționează și ca centre atomice care stabilizează structurile moleculare ale enzimelor și proteinelor. Unele dintre aceste elemente sunt numite elemente în urme / oligoelemente și controlează procese biologice importante prin legarea de molecule din regiunea de receptor a membranei celulare sau prin modificarea structurii membranei pentru a împiedica intrarea anumitor molecule în celulă.

Aceste elemente, numite „în urme” din cauza cantității foarte mici, sunt importante pentru stabilizarea structurilor celulare; deficitul lor poate activa căi celulare alternative și poate provoca boli.

Avem cunoștințe despre rolul elementelor în corpul uman de mai puțin de 100 de ani. Se estimează că % 98 din masa corpului uman este alcătuită din nouă elemente nemetalice.

Patru electroliți „principali / cuantificabili”, precum sodiul, magneziul, potasiul și calciul, reprezintă aproximativ % 1.89 din corpul uman, iar restul de % 0.02 sau 8.6 grame este constituit din oligoelemente. Aceste fracțiuni mici au un efect mare asupra tuturor funcțiilor organismului.

Majoritatea elementelor mediază reacții vitale, acționând drept cofactori sau catalizatori (acceleratori ai reacțiilor chimice) pentru multe enzime. Enzimele și proteinele funcționează și ca centre de echilibrare ale structurilor din organism. Acumularea metalelor sau deficitul acestor elemente poate activa o cale alternativă care poate produce boli.

Interacțiunile anormale dintre oligoelemente pot provoca și multe tulburări de nutriție.

Oligoelement înseamnă și „element toxic pentru organismul viu când nivelul său crește”. Elemente precum fierul, zincul și seleniul sunt componente fundamentale ale enzimelor.

Fierul are rol în legarea, transportul și eliberarea oxigenului. Unele oligoelemente controlează procese biologice importante în formarea proteinelor implicate în procesele vieții.

Elementele din corpul uman sunt examinate în următoarele clase:

• Patru elemente organice fundamentale: H (hidrogen), C (carbon), N (azot), O (oxigen) 
• Elemente cuantificabile: Na (sodiu), Mg (magneziu), K (potasiu), Ca (calciu), P (fosfor), S (sulf), Cl (clor)
• Oligoelemente esențiale: Mn (mangan), Fe (fier), Co (cobalt), Ni (nichel), Cu (cupru), Zn (zinc), Mo (molibden), Se (seleniu), I (iod) 
• Elemente prezente la oameni, a căror funcție biochimică nu este încă clar definită: Li (litiu), V (vanadiu), Cr (crom), B (bor), F (fluor), Si (siliciu), As (arsenic)

Clasificarea biologică a oligoelementelor

Diverși autori au propus clasificări ale elementelor considerate necesare dezvoltării și creșterii normale.

Clasificarea propusă de Frieden (1981), care împarte elementele în microelemente, oligoelemente și ultraoligoelemente după cantitatea prezentă în țesuturi, este:

• Oligoelemente esențiale: bor, cobalt, cupru, iod, fier, mangan, molibden și zinc.
• Oligoelemente posibil esențiale: crom, fluor, nichel, seleniu și vanadiu.
• Oligoelemente de susținere fizică: brom, litiu, siliciu, staniu și titan.

Clasificarea pe categorii a oligoelementelor

S-a observat că organismul unui adult conține cel puțin 29 de tipuri diferite de elemente, inclusiv metale și nemetale. Aceste 29 de elemente pot fi împărțite în linii mari în cinci grupe principale:

• Grupa I: Aceste elemente sunt componente fundamentale ale macromoleculelor precum carbohidrații, proteinele și lipidele. Elementele grupei sunt carbonul, hidrogenul, oxigenul și azotul.
• Grupa II: Sunt minerale importante nutrițional, numite și elemente principale sau macroelemente. Necesarul lor zilnic pentru un adult depășește 100 mg. Deficitul acestor elemente poate fi adesea fatal dacă nu se intervine corespunzător. Grupa cuprinde sodiu, potasiu, clorură, calciu, fosfor, magneziu și sulf.
• Grupa III: Sunt oligoelemente esențiale. Un element este numit oligoelement când necesarul zilnic este sub 100 mg, iar deficitul poate provoca boală și poate fi fatal. Grupa cuprinde cupru, fier, zinc, crom, cobalt, iod, molibden și seleniu. Dintre acestea, iodul este nemetal, iar celelalte sunt metale.
• Grupa IV: Sunt oligoelemente suplimentare / altele. Rolurile lor nu sunt clare și pot fi importante. Grupa cuprinde cadmiu, nichel, silice, staniu, vanadiu și aluminiu.
• Grupa V: Această grupă de metale nu este necesară, iar prezența lor poate produce toxicitate. Nu au o funcție cunoscută în corpul uman. Grupa cuprinde aur, mercur, cianură și plumb.

Oligoelementele din sistemul enzimatic uman

Cupru (Cu)

Are un rol important în metabolism, deoarece asigură funcționarea corespunzătoare a multor enzime critice. Toxicitatea cuprului la plante este foarte rară față de deficit. Cuprul se găsește în principal în ficat, fructe de mare cu cochilie, fructe uscate, lapte și produse lactate, semințe de floarea-soarelui, stridii, semințe de susan, tahini și roșii uscate la soare. Conținutul mediu de metal al plantelor este de obicei între 4 și 20 mg raportat la greutatea uscată. Un adult cu greutatea medie de 70 kg conține aproximativ 100 mg cupru. Necesarul zilnic este de circa 2-5 mg; % 50 este absorbit din sistemul gastrointestinal (stomac și intestine). Restul este eliminat prin bilă și rinichi.

Cuprul este distribuit în sângele uman în principal între eritrocite și plasmă. % 60 din cupru se găsește în eritrocite sub formă de metaloenzimă cupru-zinc superoxid dismutază. Restul de % 40 se leagă slab de alte proteine și aminoacizi.

Cuprul are o funcție biochimică selectată în sinteza hemoglobinei (Hb), metabolismul țesutului conjunctiv și dezvoltarea osoasă. Sinteza triptofanului, un aminoacid , se realizează în prezența cuprului. În plus, sub formă de ceruloplasmină, cuprul ajută transportul fierului în celule.

Deficitul de cupru: Deficitul prelungit de cupru, mai ales în fazele de creștere activă, provoacă anemie, întârzierea creșterii, keratinizare și pigmentare defectuoasă a părului, hipotermie, retard mintal, modificări ale sistemului osos și modificări degenerative ale elastinei aortice.

Excesul de cupru: Cantitățile excesive de cupru din alimentație sau alte surse pot provoca greață, vărsături, diaree, transpirație excesivă și disfuncție renală.

Nivelul cuprului sanguin crește în infarctul miocardic (atacul de cord), leucemie, tumori solide, infecții, ciroză hepatică, tireotoxicoză și hemocromatoză. La niveluri reduse apar sindromul nefrotic, Kwashiorkor, boala Wilson, diaree severă și vărsături. Aportul ridicat de cupru pe termen lung crește proporțiile de cupru din ser și țesuturi, provocând stres oxidativ și afectând unele funcții imunitare. În puține cancere, mai ales în tumori care se răspândesc foarte rapid sau sunt de tip metastatic , sunt observate niveluri reduse de cupru.

Fier (Fe)

Fierul se găsește în cantități mari pretutindeni în scoarța terestră. Poate fi obținut din surse vegetale și animale. Mediul acid crește solubilitatea fierului sub formă de ioni; de aceea absorbția este mai mare cu alimente acide precum sucul de lămâie sau portocale. Corpul uman conține în total 3-5 grame de fier. %75 se află în sânge, iar restul în măduva osoasă, ficat și mușchi. Fierul există în 2 forme: „hem” și „non-hem”. Fierul hem se găsește în hemoglobină, mioglobină și citocrom, iar enzimele asociate fierului includ citocromii A, B, C, F 450, citocrom C reductază, catalaze, peroxidaze, xantin oxidaze, triptofan pirolază, succinat dehidrogenază, glucoză 6 fosfat dehidrogen, sucrogen dehidrogenază și colin dehidrogenază. Necesarul zilnic de 1-2 mg fier poate fi asigurat prin alimente cu 20 mg fier. Folații și oxalații reduc absorbția fierului din sistemul gastrointestinal. La nevoie, fierul este absorbit din alimente, iar forma sa de transport este cunoscută ca feritină. Metabolismul fierului este unic deoarece fierul asigură menținerea homeostaziei (echilibrul metabolic celular). Absorbția crește când rezervele de fier ale organismului se epuizează.

Deficitul de fier: Deficitul unui metal atât de important poate provoca tulburări grave. Cea mai importantă este anemia feriprivă. Oboseala, atrofia epitelială, iritabilitatea, neatenția, oboseala și uitarea sunt caracteristici ale anemiei feriprive. Deficitul de fier poate duce la insuficiență cardiacă.

Anemia este a doua cauză importantă de mortalitate maternă în India și în țările în curs de dezvoltare. %20 dintre aceste decese au fost asociate direct deficitului de anemie și se consideră că %50 din totalul deceselor materne sunt legate de acesta.

Excesul de fier: Ce se întâmplă când fierul se acumulează excesiv în organism? Când fierul crește foarte mult apar greață, vărsături și diaree, împreună cu leziuni hepatice. Sunt prezente insuficiență hepatică, diabet, atrofie testiculară, artrită, cardiomiopatie, neuropatie periferică și hiperpigmentare.

Există foarte puține boli genetice legate de fier. Una dintre ele este o genă anormală situată pe brațul scurt al cromozomului 6 și legată de locusul antigenului leucocitar uman - A.

Cancerul și fierul au fost cercetate în puține studii: La pacienții cu cancer al capului și gâtului , s-a observat reducerea concentrațiilor de fier sanguin odată cu progresia tumorii și s-a sugerat utilizarea lor pentru urmărirea pacienților. Există și studii care sugerează rolul fierului în apariția cancerului esofagian.

Fibroza submucoasă orală , o leziune premalignă a gurii (necanceroasă, dar cu potențial de transformare canceroasă), prezintă o scădere semnificativă a nivelurilor hemoglobinei și fierului.

Zinc (Zn)

Zincul este un metal cu structură amfoteră, prezent pretutindeni. Astfel, este ionizat în forme acide sau alcaline. Un adult obișnuit are în organism în total 2-3 gr zinc. %99 este intracelular, iar restul în plasma sanguină. Necesarul mediu zilnic este de 15-20 mg. Aproximativ 2-5 mg / zi sunt eliminate prin pancreas și intestin. Alte căi de eliminare sunt celulele tubulare proximale ale rinichiului și glandele sudoripare.

Nivelurile zincului plasmatic scad în sarcină, pierdere de lichide, infarct, infecții și cancere. Funcția zincului în celule și țesuturi depinde de metaloproteinaze, iar aceste enzime sunt asociate funcționării sistemelor reproducător, neurologic, imunitar, dermatologic și gastrointestinal. Este necesar funcționării multor sisteme. Acestea includ spermatogeneza normală, integritatea genomică a spermei, organogeneza normală, funcționarea corectă a neurotransmițătorilor, dezvoltarea corectă a timusului, epitelizarea adecvată în vindecarea rănilor, gustul și secreția enzimelor pancreatice și gastrice.

Enzimele cele mai necesare pentru zinc sunt fosfații alcalini, alcool dehidrogenaza, anhidraza carbonică, glutamat și lactază dehidrogenază și ARN polimerazele.

Deficitul de zinc: Semnele deficitului includ acidoza, blocarea biosintezei proteinelor, reacția de transmutație și distrugerea celulară blocată de radicalii superoxid, iar metabolismul energetic este pus în pericol. Zincul are un rol important în proliferarea, diferențierea și activitatea metabolică a celulei. Aceste modificări sunt realizate în prezența multor proteine care leagă zincul.

Tulburarea genetică a metabolismului zincului este acrodermatita enteropatică, un defect autozomal recesiv cu absorbție intestinală insuficientă a zincului. Zincul susține și creșterea și dezvoltarea normale în sarcină, copilărie și adolescență. Are un rol important în proliferarea, diferențierea și funcția metabolică a celulelor mamiferelor.

Diverse semnale extracelulare, de exemplu stresul redox, citokinele și factorii de creștere, stimulează eliberarea zincului din metalotioneină. Zincul se leagă apoi de factori de transcripție sensibili la metale și îi activează. Mutațiile care activează H-Ras sunt oncogene în majoritatea celulelor și duc la transformare malignă, iar această cale de semnalizare Ras este inhibată de zinc.

Crom (Kr)

Cuvântul crom provine din greacă, unde înseamnă „culoare”. Denumirea completă a cromului este acetilacetonat de crom.

Un adult obișnuit conține în total 0.006 grame crom. Necesarul zilnic este de aproximativ 0.005 mg. Cromul este necesar biosintezei factorului de toleranță la glucoză. Deficitul său afectează toleranța la glucoză, iar toxicitatea (excesul) provoacă insuficiență renală, dermatită și cancer pulmonar .

Produsele din cereale integrale, leguminoasele, condimentele și carnea procesată sunt surse bogate în crom. Produsele lactate și majoritatea fructelor și legumelor conțin cantități mici. Carnea, carnea de pui și peștele conțin aproximativ 2.2 μg (micrograme) și sunt printre cele mai sărace surse. Unele condimente, precum piperul negru, conțin cantități mari de crom.

Cromul este eliminat în principal în urină, iar în cantități mici în păr, transpirație și bilă. După absorbție, principala cale de eliminare este prin fecale.

Cromul, mai ales când este inhalat în cantități mari și timp îndelungat în mediul profesional, este carcinogen. Cancerul pulmonar (la fumători și nefumători), unele cancere gastrointestinale și ale sistemului nervos central au apărut în urma expunerii la crom cu valența 6. Datele cele mai recente arată că tumorile cutanate la șoareci rezultă din expunerea cronică prin apă potabilă la crom cu valența 6, împreună cu lumina ultravioletă solară.

Documentarea deficitului de crom este dificilă deoarece se găsește la niveluri foarte mici în sânge. Nivelurile tisulare sunt de 10 ori mai mari.

Rolul suplimentării cu crom a fost cercetat în subgrupuri speciale de pacienți cu diabet. Expunerea prelungită la crom provoacă ulcere cutanate cronice, iar la lucrătorii expuși substanțelor cu crom a fost raportată dermatită iritativă acută. Cromul este considerat unul dintre factorii de risc pentru carcinomul scuamos oral (cancer al capului și gâtului). Multe substanțe chimice, inclusiv fumul de sudură, praful metalic și gazele iritante, conțin crom. Sudarea oțelului inoxidabil este asociată unui risc crescut de cancer laringian și faringian din cauza expunerii la crom hexavalent.

Cobalt (Co)

Necesarul zilnic de cobalt al unui adult obișnuit este de 0.0001 mg. Un adult obișnuit are aproximativ 1.1 g cobalt. Cobaltul este o componentă a vitaminei B12 . Împiedică preluarea iodului de către tiroidă. Controlează transferul unor enzime precum homocistein metiltransferaza și are rol în metabolismul metioninei.

Deficitul de cobalt: duce la cardiomiopatie, insuficiență cardiacă congestivă, revărsat pericardic, policitemie și mărirea tiroidei.

Cea mai mare parte a producției de cobalt implică forma metalică folosită la formarea superaliajelor de cobalt. Termenul „metal dur” desemnează compuși cu carbură de tungsten (% 80-95) combinată cu matrice alcătuite din cobalt (% 5-20) și nichel (% 0-5).

Pentru populația generală, alimentația este principala sursă de cobalt. Carnea, ficatul, rinichii, stridiile și laptele sunt unele surse. Peștii oceanici și legumele marine conțin cobalt, însă legumele terestre conțin foarte puțin.

Compușii cobaltului sunt absorbiți oral (prin gură), prin inhalare și prin piele. Gradul absorbției gastrointestinale depinde de doză; dozele foarte mici, de câteva µg / kg, sunt absorbite aproape complet, iar cele mai mari mai puțin. Nivelul corporal normal al cobaltului este de 80-300 mcg. Este depozitat în eritrocite (globule roșii) și plasmă, precum și în ficat, rinichi, splină și pancreas. Cobaltul are efecte atât benefice, cât și nocive asupra sănătății umane. Este util deoarece face parte din vitamina B12, necesară menținerii sănătății. Deficitul de cobalt poate provoca oboseală, tulburări digestive și probleme neuromusculare, deoarece reduce disponibilitatea B12. Cobaltul este eliminat atât prin urină, cât și prin fecale. Indiferent de calea de expunere (inhalare, injecție sau ingestie), cea mai mare parte este eliminată rapid.

Mangan (Mn)

Conținutul de mangan al alimentelor variază mult. Cele mai mari valori au fost găsite în alune, cereale și grâne. Cele mai mici au fost în carne, păsări de curte și fructe de mare. Cafeaua instant și ceaiurile au concentrații relativ mari. Organismul unui adult obișnuit conține 15 mg mangan. Necesarul zilnic este de aproximativ 2-5 mg.

Manganul acționează ca activator al enzimelor. Țesuturile bogate în mitocondrii și pigmenții (de exemplu retina, pielea închisă la culoare) tind să aibă concentrații mari de mangan. Oasele, ficatul, pancreasul și rinichii au de obicei concentrații mai mari decât alte țesuturi. Cel mai mare depozit tisular al manganului este osul.

Deficitul de mangan: provoacă tulburări de sângerare prin prelungirea timpului de protrombină, în timp ce

Excesul de mangan: acumularea sa pe o perioadă lungă provoacă anorexie, apatie, cefalee, crampe ale picioarelor, tulburări de vorbire, encefalită și sindroame asemănătoare bolii Parkinson. Poate apărea și psihoză.

Seleniu (Se)

Legătura dintre seleniu și cancerele orale (ale gurii) nu este încă pe deplin înțeleasă, dar există unele dovezi ale unei relații dintre seleniu și sindromul Keshan.

Nivelul seleniului sanguin este scăzut în boli observate în anumite situații patologice, precum cancerul de colon, gastric și pancreatic și ciroza. Aportul crescut de seleniu poate provoca sindrom Keshan. Clinic, boala Keshan se manifestă prin șoc cardiogen acut și cronic, inimă mărită, insuficiență cardiacă congestivă și aritmie cardiacă.

- Legătura dintre seleniu și cancer (detaliat)

Fluor (F)

Fluorul este cel mai ușor element din grupa VII a tabelului periodic, cu numărul atomic 9. Are un rol important în țesuturile dure, precum oasele și dinții. Ajută la producerea unor oase mai dense, iar fluorura a fost propusă ca agent terapeutic pentru osteoporoză. Se consideră că fluorura stimulează activitatea osteoblastică (de formare a osului) împreună cu calciul. Deficitul de fluor este o afecțiune care poate duce la mai multe carii dentare și posibil la osteoporoză. Nivelurile mari provoacă fluoroză (boală osoasă) și pătarea dinților. Cantitatea de fluorură considerată letală prin ingestie este de 35-70 mg F / kg greutate corporală.

Semnele toxicității acute prin aport excesiv apar rapid: dureri abdominale difuze, diaree, vărsături, salivație excesivă și sete. Toxicitatea cronică provine din ingerarea îndelungată a unor cantități mai mici de fluor din apa potabilă. Peste 8 ppm fluor zilnic în apa potabilă, timp de mulți ani, poate provoca fluoroză osoasă și dentară. Cazurile severe apar de obicei numai în climate calde, unde apa conține niveluri foarte mari de fluorură. Din cauza toxicității cronice, densitatea osoasă crește lent. Articulațiile se rigidizează și poate apărea durere.

Iod (I)

Iodul este un micronutrient vital, necesar în toate etapele vieții. Viața fetală (în uter) și copilăria mică sunt perioadele cele mai critice ale necesarului. Iodul este o componentă esențială a hormonilor tiroidieni tiroxină (T4 tetraiodotironină) și (T3 triiodotironină). Are un rol important și în funcționarea glandelor paratiroide.

Iodul susține și creșterea și dezvoltarea generală a organismului. Datorită rolului metabolic, simptomele deficitului de iod pot fi foarte variate.

Deficitul sever de iod duce de obicei la gușă, o disfuncție tiroidiană.

Simptomele deficitului de iod includ oboseală excesivă, încetinirea proceselor fizice și mintale, creștere în greutate, umflarea feței, constipație și letargie.

Încărcarea excesivă cu iod este nocivă, dar și mai puțin frecventă. Iodul legat organic este eliminat prin urină. De exemplu, la aportul de 1-5 mg iod din alge la persoane sănătoase, tot iodul este eliminat prin urină în 48 de ore. Numai dozele foarte mari de iod organic din alge pot afecta negativ funcția tiroidei. Excesul de iod poate provoca tireotoxicoză, tiroidită cronică, tiroidită Hashimoto și hipertiroidism și poate chiar crește riscul de cancer tiroidian.

- Ce este deficitul de iod? Simptomele, tratamentul și legătura cu cancerul mamar

Tehnici de identificare a oligoelementelor

Recent, conținutul de oligoelemente al nutrienților și țesuturilor a atras interesul cercetătorilor. Astfel de determinări necesitau metode sensibile și precise, dincolo de metodele standard de laborator. Majoritatea oligoelementelor sunt estimate prin metode de analiză colorimetrică și spectrografică. 

• Spectrometrie de absorbție atomică
• Metode de spectroscopie de emisie 
• Analiză prin activare cu neutroni
• Metode electrochimice
• Spectrometrie de masă cu diluție izotopică
• Spectroscopie atomică de fluorescență cu raze X

În concluzie, înțelegerea interacțiunii oligoelementelor și metalelor facilitează înțelegerea cauzelor unor boli și oferă posibilitatea unui diagnostic rapid. Va permite și crearea unor metode eficiente de tratament. Totuși, după cum se vede, „excesul” aproape tuturor acestor elemente provoacă și el probleme grave. De aceea, nu recomandăm suplimente de vitamine și minerale decât dacă necesitatea lor este demonstrată medical.

*

- Suplimentele de vitamine și minerale – ce trebuie să știe medicii și utilizatorii