Esenciální stopové prvky M.Dastych Obsah prvků v zemské kůře (geochemický průměr) % % O 47 Na 2,8 Si 28 K 2,6 Al 8 Mg 2,1 Fe 5 Ti 0,4 Ca 4 H 0,1 Obsah prvků v lidském těle % % O 62,80 Na 0,26 C 19,40 K 0,23 H 9,30 Cl 0,18 N 5,10 Mg 0,04 Ca 1,40 Fe 0,009 P 0,63 Zn 0,00003 S 0,60 Cu 0,000001 Stopové množství < 0,01 % tělesné hmotnosti < 50 ppm obsah v tkáních (< 50mg/kg) mikrogramy. . . . . . . . . . .µg/l mikromoly . . . . . . . . . . . µmol/l Esencialita Ø prvek musí být obsažen ve vodě a zemské kůře Ø vyskytuje se ve všech tkáních organismu Ø vlastní homeostatický mechanismus Ø deficit působí zřetelné chorobné příznaky Ø Ø příznaky vymizí po suplementaci nově nutná znalost biochemické funkce v organismu ØVliv na aktivitu metaloenzymů prostřednictvím kofaktorů ØTransport elektronů v rámci oxidoredukčních reakcí ØStabilizace trojrozměrných forem biomolekul ØRegulace biologických procesů v buňkách a na buněčných membránách Funkce esenciálních stopových prvků v organismu Zn Cu Se ALP Alkohol-dehydrogenáza DNA-polymeráza Retinol-dehydrogenáza SOD Cytochrom-c-oxidáza SOD MAO Lysyl-oxidáza Ceruloplasmin GSHPx 5´deiodáza metaloenzymy půda rostliny hosp. zvířata člověk potravní řetězec krmné směsi globalizace potravinové doplňky fortifikovaná hnojiva Zn Cu Se I Fe RDA – Recommended Dietary Allowances (USA 1941) DRI - Daily Recommended Intake EAR -Estimated Average Requirement RDA - Recommended Daily Allowance AI - Adequtae Intake PRI - Population Reference Intake Příčiny deficitu stopových prvků Snížený příjem nedostatečný obsah v potravě porucha trávení nebo vstřebávání (malnutrice; maldigesce; malabsorpce) Zvýšené ztráty onemocnění GIT – průjmy píštěle chronické krevní ztráty Zvýšená potřeba těhotenství stresové stavy Laboratorní průkaz deficitu stopových prvků sérum; plazma moč leukocyty biopsie tkání Snížená aktivita enzymů Zn . . . SOD Cu . . . cytochrom-c-oxidáza, ceruloplasmin Se . . . GSHPx Klinický průkaz deficitu stopových prvků terapeutický pokus • Fe , I • Zn, Cu, Se • Mn, Cr, Mo, F, (Co) Ohrožení populace deficitem esenciálních stopových prvků 40 % . . . . . .2,8 mld Fe I Zn Se Anémie z deficitu železa byla popsána v egyptských papyrech 1.500 let př.n.l. jako chloróza Soli železa byly používány k léčení ve středověku Mechanismus účinku železa v hematogeneze byl objasněn ve 20. století Fe Deficit železa je nejčastěji se vyskytující nutriční deficit a nejčastější příčina anemie 500-600 mil. osob trpí sideropenickou anémie Sideropenická anémie je nejčastěji se vyskytující onemocnění krve v dětském věku Fe Fe krvetvorba….syntéza hemu Fe krvetvorba….syntéza hemu Fe3+ Fe2+ (HCl, vitC, kys.citron.,kys.mléčná) Fe krvetvorba….syntéza hemu Cu Fe3+ Fe2+ (HCl, vitC, kys.citron.,kys.mléčná) ceruloplasmin Fe2+ Fe3+ Fe krvetvorba….syntéza hemu Cu anémie Fe3+ Fe2+ (HCl, vitC, kys.citron.,kys.mléčná) ceruloplasmin Fe2+ Fe3+ Fe krvetvorba….syntéza hemu Cu anémie Fe3+ Fe2+ (HCl, vitC, kys.citron.,kys.mléčná) ceruloplasmin Fe2+ Fe3+ Fe krvetvorba….syntéza hemu Cu anémie Fe3+ Fe2+ (HCl, vitC, kys.citron.,kys.mléčná) ceruloplasmin Fe2+ Fe3+ Zn I Štítná žláza Tyrosin . . . . . . . . . . . . . . . . Tyroxin (T4) I I I I Tyroxin (T4) . . . . . . . . . Trijódtyronin (T3) 5´deiodináza Se Selen je na rozdíl od zinku a mědi značně kontroverzní prvek. Do veterinární a humánní medicínské praxe vstoupil ve 30.letech minulého století svým zařazením mezi nejvíce toxické prvky. Překvapivé bylo zjištění jeho esenciality a závažných projevů deficitu. V oblastech s nízkým příjmem selenu je uvažován příznivý vliv jeho substituce na snížení výskytu nádorů přičemž seleno-sulfid je považován za kancerogen, má antioxidační, ale i prooxidační vlastnosti. Je zřejmé, že struktura atomu propůjčuje selenu v jeho sloučeninách rozmanité a mnohdy protikladné fyzikálně chemické a biologické vlastnosti. Selen je proto stále předmětem intenzivního základního i aplikovaného výzkumu v technických i biologických oborech. u n tyreoperoxidáza IDD Iodine-deficiency disorder IDD je celosvětově nejčastější příčina mentální retardace a poškození mozku Téměř 1/3 lidské populace žije v oblastech s deficitem Jódu a je ohrožena vznikem různých forem IDD I I endemie . . . . . struma goiters+Congo poruchy intelektu . . . . kretenismus cretin+Boliviaa I vrozený defekt . . . . hypotyreóza poruchy CNS SKH – screening kongenitální hypotyreózy GCMS_SKH_AAK_Labsklo_centrifugy 029 I Program suplementace Jódu • všeobecně dostupný • jednoduchý • bezpečný • levný Jodizace kuchyňské soli Prevence deficitu Jódu v populaci I Celkový denní příjem NaCl 5-10g (dietetická doporučení 5-6g) potravinářské produkty 80% stolní sůl 20% Faktory ovlivňující příjem Jódu • restrikce příjmu NaCl • použití jodizované soli v potravinářství (legislativa) Zn DNA;RNA-polymeráza Thimidin-kináza Retinol-dehydrogenáza SOD Thymulin růst, diferenciace, morfogeneze, regenerace, hojení ran apod. regener. zrak. purpuru - šeroslepost kyslíkové radikály - oxidační stres atrofie thymu, snížení buněčné i humorální imunity Metaloenzymy/metaloproteiny Zn Deficit zinku u člověka (Prasad, Irán 1961) • trpasličí vzrůst • hypogonadismus • anemie • akrodermatitida • častá úmrtí do 25let věku na „infekce“ Zn Acrodermatitis enteropatica Barnese a Moynahan 1970 Uznání esenciality Zinku pro člověka Zn_člověk_deficit 006 Otto Braun-Falco; Dermatológia a venerológia;vyd.Osveta;2001 ISBN 80-8063-080-1 sejmout0004 Otto Braun-Falco; Dermatológia a venerológia;vyd.Osveta;2001 ISBN 80-8063-080-1 JW scrotum JW perianal Zn_prase_deficit 005 Cu Cytochrom-c-oxidáza SOD MAO Tyrozináza Lysyl-oxidáza Ceruloplasmin Metalothionein Metaloenzymy / metaloproteiny poruchy buněčné energetiky projevy oxidačního stresu nespecifické poruchy CNS poruchy pigmentace kůže porucha síťování kolagenu hypochr. anemie nereagující na podání Fe poruchy resorpce mědi ve střevě ► anemie – (mikrocytární hypochromní) ► ► leukopenie ► ► kostní změny Cu Klinické příznaky deficitu obsah mědi v játrech SOD, cytochrom c oxidáza S-Cu, S-ceruloplasmin Cu laboratorní příznaky deficitu Wilsonova choroba Menkes disease Stavy deficitu malabsorpční stavy interakce (Zn) parenterální výživa kritické stavy Cu Klinické jednotky Wilsonova choroba klinické příznaky jaterní aktivita jaterních enzymů chron.hepatitida, ci jater akutní jaterní selhání neurologické třes sakadovaná řeč poruchy polykání psychiatrické poruchy chování poruchy paměti zhoršení prospěchu Wilsonova choroba klinické příznaky Kayser-Fleischerův prstenec v rohovce Wilsonova choroba laboratorní diagnostika obsah Cu v játrech S-ceruloplasmin S-Cu dU-Cu (N) (N) Cu Důležité objevy v etiopatogeneze W.choroby 1902 depozita Cu v rohovce Kayser 1903 depozita Cu v rohovce Fleischer 1912 degenerativní onemocnění mozku při jaterní cirhóze S.A.V.Wilson 1913 exces akumulace Cu v játrech 1948 zvýšené vylučování Cu močí 1948 etiologická role Cu 1952 snížená koncentrace ceruloplasminu v plasmě 1955 snížená exkrece Cu do žluči 1960 (1921) autosomálně recesivní forma přenosu 1985 lokalizace genu W.ch. na 13. Chromozomu Cu_deficit_slunce 002 Vysoká toxicita Se (30. léta 20.století) Veterinární medicína • Alkali disease (hovězí dobytek) • Blind staggers (ovce) Ochranný vliv Se (antioxidant. . . . GSHPx) Schwarz 1957 Se Se Metaloenzymy / metaloproteiny Glutathionperoxidázy 5´deiodáza Selenoprotein - P Antioxidační kapacita Přeměna T4 na T3 Zdroj Se pro spermatogenezu, metabolismus a funkci svalů, imunitu organismu.... Klinické příznaky deficitu ► kardiomyopatie ► ► svalová slabost ► ► porucha imunity ► ► deform. osteoartritida Se laboratorní příznaky deficitu S-Selen dU-Selen GSHPx v erytrocytech Se Klinické jednotky Keshan disease Kashin-Beck disease Stavy deficitu karence v potravě malabsorpce parenterální výživa kritické stavy Se P9040432 OBR2 OBR3 milkvetch Mn Cr Co F