استقلاب المعادن والعناصر النزرة

المعادن والعناصر النزرة هي المغذيات الدقيقة غير العضوية الأساسية لاستقلاب الإنسان، وتتراوح من المعادن الكبيرة مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والفوسفور إلى العناصر النزرة مثل الحديد والزنك والنحاس والسيلينيوم واليود. تعمل هذه العناصر كعوامل مساعدة للإنزيمات، ومكونات هيكلية، وكهارل، ومكونات للهرمونات والبروتينات الناقلة للأكسجين، ويحافظ الجسم على تركيزاتها من خلال امتصاص وتخزين وإعادة تدوير منظمة بإحكام.

Definition

استقلاب المعادن والعناصر النزرة هو دراسة امتصاص وتوزيع وتخزين والأدوار الفسيولوجية للمغذيات الدقيقة غير العضوية الأساسية، والتي تعمل كعوامل مساعدة للإنزيمات، وعناصر هيكلية، وكهارل، ومكونات للبروتينات المعدنية والهرمونات.

Scope

يغطي هذا الموضوع الوظائف الكيميائية الحيوية للمعادن والعناصر النزرة الأساسية، وكيفية تنظيم محتواها في الجسم، والأدوار الاستقلابية للعناصر الرئيسية بما في ذلك الحديد والزنك والنحاس والسيلينيوم واليود والكالسيوم والمغنيسيوم. يتعامل هذا الموضوع مع استقلاب المعادن كموضوع كيميائي حيوي ويستبعد الإدارة السريرية لاضطرابات المعادن.

Core questions

• ما هي الأدوار الكيميائية الحيوية التي يؤديها الحديد والزنك والنحاس والسيلينيوم واليود؟
• كيف يتم تنظيم توازن المعادن في الجسم كله عندما لا يمكن إخراج معظم العناصر النزرة بسهولة؟
• كيف تختلف المعادن الكبيرة مثل الكالسيوم والمغنيسيوم وظيفيًا عن العناصر النزرة؟

Key concepts

• المعادن الكبيرة مقابل العناصر النزرة
• الإنزيمات المعدنية والعوامل المساعدة المعدنية
• الحديد ونقل الأكسجين / التحفيز الأكسدة والاختزال
• تنظيم الحديد بواسطة الهيبسيدين-فيروبورتين
• الزنك في التحفيز وتنظيم الجينات
• السيلينيوم والبروتينات السيلينية
• اليود وتخليق هرمون الغدة الدرقية
• المغنيسيوم كإنزيم وعامل مساعد لـ ATP

Mechanisms

تعمل العناصر النزرة إلى حد كبير عن طريق الارتباط بالبروتينات في المواقع التحفيزية أو الهيكلية. يُدمج الحديد في مجموعات الهيم والحديد والكبريت التي تمكن نقل الأكسجين ونقل الإلكترونات، ولأن الجسم ليس لديه مسار منظم لإخراج الحديد، يتم التحكم في التوازن عند الامتصاص بواسطة محور الهيبسيدين-فيروبورتين (Hentze, 2010). يؤدي الزنك أدوارًا تحفيزية وهيكلية، بما في ذلك الزنكات الإصبعية (zinc-finger motifs) لعوامل النسخ؛ والنحاس هو عامل مساعد في الأوكسيداز وفي تعبئة الحديد؛ ويُدمج السيلينيوم كسيلينوسيستين في البروتينات السيلينية مثل بيروكسيداز الجلوتاثيون؛ ويُبنى اليود في هرمونات الغدة الدرقية. من بين المعادن الكبيرة، يعمل الكالسيوم كمعدن هيكلي وإشارة داخل خلوية، ويثبت المغنيسيوم ATP وتتطلبه العديد من الإنزيمات (Volpe, 2013).

Clinical relevance

تشرح الكيمياء الحيوية للمعادن لماذا يسبب نقص الحديد فقر الدم، ويسبب نقص اليود تضخم الغدة الدرقية وضعف النمو، ويضعف نقص الزنك النمو والمناعة، ولماذا يكمن سوء التعامل مع النحاس أو الحديد وراء متلازمات الحمل الزائد والنقص الموروثة (Hentze, 2010). هذا المدخل هو للمرجعية والتعليم ولا يقدم إرشادات للجرعات أو العلاج.

Epidemiology

تعد أوجه نقص الحديد واليود والزنك من أكثر مشاكل المغذيات الدقيقة انتشارًا على مستوى العالم، مع تأثيرات كبيرة على فقر الدم ونمو الأطفال والمناعة؛ ويتم تناول التوزيع السكاني لهذه النواقص في موضوع النقص والسمية.

Evidence & guidelines

تُحدد المدخولات المرجعية والحدود العليا المسموح بها للمعادن والعناصر النزرة ضمن إطار المدخولات الغذائية المرجعية (IOM, 2001)، وتوجد الحسابات الكيميائية الحيوية المتكاملة في الكتب المدرسية القياسية (Ross et al., 2014).

History

تأسست ضرورة المعادن تدريجيًا: تم التعرف على دور الحديد في الدم في القرن التاسع عشر، وقاد ارتباط اليود بتضخم الغدة الدرقية ووظيفة الغدة الدرقية إلى التمليح المبكر للملح في الصحة العامة، وأظهرت دراسات النقص في القرن العشرين أن العناصر النزرة مثل الزنك والسيلينيوم وغيرها ضرورية، وبلغت ذروتها في الفهم الحديث للبروتينات المعدنية والتوازن المنظم للعناصر النزرة.

Debates

كيف ينبغي تقييم حالة الحديد في الجسم وإدارة توازنه على مستوى السكان؟

نظرًا لأن الحديد يتم تنظيمه عند الامتصاص وقد يكون ضارًا عند زيادته، فإن أفضل المؤشرات الحيوية لحالة الحديد والتوازن بين منع النقص وتجنب الحمل الزائد لا تزال أسئلة نشطة في علم التغذية.

Seminal works

• hentze-2010-mtm
• volpe-2013
• iom-minerals-2001

Frequently asked questions

ما الفرق بين المعدن الكبير والعنصر النزر؟

تُطلب المعادن الكبيرة مثل الكالسيوم والمغنيسيوم والفوسفور بكميات أكبر وغالبًا ما تؤدي أدوارًا هيكلية وكهارل، بينما تُحتاج العناصر النزرة مثل الحديد والزنك والنحاس والسيلينيوم بكميات أقل بكثير وتعمل بشكل رئيسي كعوامل مساعدة داخل البروتينات المعدنية.

لماذا يتم تنظيم توازن الحديد عند الامتصاص بدلاً من الإخراج؟

يفتقر الجسم إلى مسار منظم لإخراج الحديد، لذا يتم التحكم في محتوى الحديد في الجسم كله بشكل أساسي عن طريق تعديل الامتصاص المعوي وإطلاق الحديد من المخازن عبر نظام الهيبسيدين-فيروبورتين.