Stopové prvky ve výživě bakalářské studium, obor nutriční terapeut 2.ročník LF MU Miroslav Tomíška Interní hematologická a onkologická klinika LF MU a FN Brno Definice esenciálních stopových prvků neboli mikroelementů (patří mezi mikronutrienty) Celkový obsah prvku v organismu < 0,01 % tedy méně než 7g / 70kg (podle jiné definice < 0,005 %) Klasická Cotziasova kritéria Prvek je přítomen ve tkáních všech jedinců Konstantní tkáňová koncentrace Nepodávání ► reprodukovatelná porucha funkce Přidání prvku zabraňuje těmto poruchám Denní příjem ve stravě < 50 mg 2 Esenciální stopové prvky Stopový prvek esenciální Chemická značka Relativní atomová hmotnost (zaokrouhleně) Zinek Zn 65 selen Se 79 Měď Cu 64 Železo Fe 56 Jód I 127 Chróm Cr 52 Kobalt Co 59 Fluor F 19 Mangan Mn 55 Molybden Mo 96 Potenciálně toxické neesenciální stopové prvky Stopový prvek neesenciální Chemická značka Relativní atomová hmotnost (zaokrouhleně) Hliník Al 27 Křemík Si 28 Cadmium Cd 112 Olovo Pb 207 Arzén As 75 Rtuť Hg 201 Stříbro Ag 108 Nikl Ni 59 Cín Sn 119 Minerální látky řazené mezi makroelementy Stopový prvek neesenciální Chemická značka Relativní atomová hmotnost (zaokrouhleně) Sodík Na 23 Draslík K 39 Chlór Cl 35 Vápník Ca 40 Fosfor P 30 Hořčík Mg 24 Síra S 32 Společné rysy stopových prvků (SP) s nimiž je třeba počítat v klinické praxi §Geografické faktory ► obsah SP v prostředí –nedostatek jódu v podhorských oblastech –nedostatek selenu ve střední Evropě –přítomnost stopových prvků ve vodě §Deficit má metabolické důsledky –porucha funkce (např. snížená antioxidační obrana) –ale klinické příznaky až při těžkém deficitu §Nedostatek v organismu se obtížně prokazuje –hladina v krvi neodráží celkový obsah v organismu §Stopové prvky mohou být toxické –při suplementaci mohou být předávkovány – 6 Působení stopových prvků v metabolismu §SP mohou být vázány na bílkovinu enzymu –SP je přitom nutný pro maximální aktivitu enzymu §Metalothioneiny fyziologicky váží Zn, Cu, Se –nízkomolekulární buněčné proteiny bohaté na cystein –účastní se detoxikace těžkých kovů –podílejí se na antioxidační obraně buňky §SP jako rozpustný iontový kofaktor –urychluje enzymatickou reakci §SP jako součást nebílkovinných molekul 7 Úloha stopových prvků při antioxidační obraně jako součást enzymů odbourávajících ROS 8 GlutPeroxidase-1GP1.png SOD – Zn/Cu GPx – Se Superoxid-dismutáza Glutathion-peroxidáza Superoxid O2- Peroxid vodíku H2O2 2 H2O + O2 Stopové prvky při stresové odpovědi u kriticky nemocných 9 Oxidační stres pokles hladin v krvi Plazmatické hladiny stopových prvků při stresu klesají Fe Zn Se Akutní renální ztráty při stresu Příjem stopových prvků ve výživě Extrarenální ztráty popáleniny aj. Přesun Fe,Zn,Se do tkání + - Vylučování stopových prvků z organismu klinické situace, při nichž vzniká riziko nedostatku §Vylučování především ledvinami —selen —jód —chróm §Vylučování především játry –měď –mangan –zinek (90% vyloučeno játry, 10% ledvinami) – § 10 Etapovitý rozvoj deficitu stopových prvků Optimální obsah stopového prvku ve tkáních Počínající deplece kompenzační mechanismy, nijak se neprojevuje Biochemická porucha testováním lze prokázat sníženou aktivitu enzymu (např. GPx) Porucha funkce např. snížená antioxidační obrana, nárůst oxidačního stresu Klinicky zjevná choroba např. Keshanova choroba při nedostatku selenu Smrt Obecné riziko deficitu stopových prvků klinické situace, při nichž vzniká riziko nedostatku §Průjmy, malabsorpce SP —zrychlená pasáž střevem, porucha vstřebávání §Ztráty z organismu navenek –u popálenin velké ztráty sekrecí z popálené plochy –secernující píštěle, drenáž výpotků –hemodialýza: ztráty do dialyzátu (filtrátu) §Metabolický stres, polytrauma –redistribuce do tkání, ztráty ledvinami §Interakce při vstřebávání –resorpci snižuje zvýšené množství vlákniny –fytáty a oxaláty z převážně rostlinné stravy – § 12 Zinek ve výživě Zinek je nutný pro mnoho metabolických dějů je kofaktorem přibližně 250 enzymů §Podporuje syntézu (anabolismus) bílkovin –stabilizuje prostorovou strukturu proteinů §Účastní se syntézy nukleových kyselin –nutný pro růst a proliferaci buněk §Nezbytný pro funkci imunitního systému §Nutný pro hojení ran §Účast na antioxidační obraně §Účastní se vnímání chuti k jídlu §Je potřebný pro sekreci inzulinu §Je potřebný pro adaptaci oka na tmu § § 14 Obsah zinku ve stravě a jeho vstřebávání denní potřeba Zn ve stravě 7-10 mg nCelkový obsah Zn v lidském těle 1,8 g ‒z toho 85% ve svalech a kostech nPotraviny živočišného původu ► vyšší obsah ‒maso 2-6mg, vejce 2,5mg, tvrdý sýr 3mg / 100g nRostlinné zdroje ►nižší obsah/vstřebatelnost ‒celozrnné obiloviny, luštěniny, ořechy, semena nVstřebávání Zn 20-40 % ‒potencováno přítomností bílkovin ‒inhibováno větším množstvím vlákniny, fytátů, oxalátů ‒ 15 Metabolismus a vylučování zinku z organismu patologické ztráty zinku §Zn vstupuje do buněk aktivním transportem –Zinc Importer Proteins, ZIP –aktivně je také transportován z buněk §Zinek se vylučuje především játry do žlučových cest a střeva §Patologické abnormální ztráty Zn –déletrvající průjmy, secernující střevní píštěle –malabsorpce živin, vysoký příjem vlákniny –katabolismus, stres –léčba diuretiky 16 Klinické projevy deficitu zinku jsou málo specifické §Nechutenství §Ekzém v obličeji, v kožních záhybech §Alopecie §Psychické změny, podrážděnost, deprese §Průjem §Snížení imunity §Špatné hojení ran §Šeroslepost §Glukózová intolerance 17 Diagnóza deficitu zinku při nepřítomnosti příznaků je založena na kombinaci faktorů nNízký příjem Zn ve stravě nebo umělé výživě ‒déletrvající, včetně poruchy vstřebávání nPřítomnost faktorů predisponujících k deficitu ‒zejména patologické ztráty Zn z organismu nNízká hladina zinku v krvi (norma 9-18 mmol/l) ‒pro deficit svědčí velmi nízká hladina < 8 mmol/l ‒při stresu může jít o redistribuci Zn z krve do tkání nDefinitivní průkaz ‒obsah Zn v leukocytech nebo funkční testy ‒terapeutický test (úprava po suplementaci) 18 Zinek 65 základní údaje k suplementaci (1 mmol = 65 mg) nNormální hladina v krvi 9-18 mmol/l –odpovídá 585-1170 mg/l = 0,6-1,2 mg/l nObsah Zn v přípravcích enterální výživy –ONS 2x200 ml 6-8 mg/den –sondová EV 1000 ml 15-18 mg/den nZinek tablety 15 mg nebo 25 mg nSelzink Plus 1 tableta obsahuje –Zn 7,2mg, Se 50mg –vit.C 180mg, vit.E 31,5mg, b-karoten 4,8mg 19 Doporučené dávky zinku při enterálním podávání pro déletrvající suplementaci Parametr Množství Zn mg/den Doporučená dávka enterálně 7-10 Podle některých doporučení až 15 Horní tolerovatelný limit 25 Bez pozorovaných vedlejších účinků 50 Suplementace Zn v úplné parenterální výživě obvykle je doporučena od počátku §Parenterální potřeba Zn 3-6 mg/den –při GI ztrátách navíc Zn 12-18 mg/1000 ml ztrát –popáleniny navíc až 36 mg i.v./den –hyperkatabolismus navíc 3-4 mg i.v. §Některé 2-komorové i 3-komorové vaky dnes již obsahují Zn 3-5 mg/vak §Kontaminace Zn v infuzích –může být až 8 mg/den nDlouhodobé i.v. podávání 15 mg/den bylo dobře tolerováno –toxicita Zn při i.v. podávání je nízká 21 selen ve výživě Význam selenu v organismu, vylučování Se §Antioxidační efekt selenoproteinů –Se je součástí glutathion-peroxidázy (GPx 1-4) –nepřímo moduluje zánětlivý proces §selen podporuje imunitní funkce –především buněčnou imunitu (T-lymfocyty) §Účastní syntézy thyreoidálních hormonů –enzym deiodináza obsahuje selen §selen snižuje toxicitu rtuti a jiných kovů §Vylučování selen z organismu –střevem 35-55%, ledvinami 14-20% 23 Forma selenu ve stravě a její vstřebávání denní potřeba Se ve stravě 60-70 mg nAnorganická forma selenu ‒vstřebává se 60 % přijatého množství ‒seleničitan (anglicky selenite) SeO3 2- ‒selenan (anglicky selenate) SeO4 2- nOrganická forma selenu (vazba na AMK) ‒vstřebává se 90 % přijatého množství ‒selenocystein (živočišné zdroje) ‒selenomethionin (rostlinné zdroje) nselen se vstřebává aktivním transportem ‒průměrné vstřebané množství 80% 24 Obsah selenu ve stravě a v organismu denní potřeba Se ve stravě 60-70 mg nVýskyt selenu v prostředí ‒nízký: Evropa (střední), Čína, Nový Zéland ‒vysoký: USA nDietní zdroje selenu (obsah na 100g před úpravou) ‒ryby (25-35mg), mořské produkty ‒maso (5-15mg), vejce-hlavně žloutek (11-14mg/ks), ‒luštěniny (2-8mg), sýry (4mg) nObvyklý příjem Se ve stravě ‒v Německu 40-45 mg/den (maso 28%, vejce 16%) ‒v ČR 36 mg/den nCelkový obsah selenu v organismu 20 mg ‒nejvyšší koncentrace: játra, ledviny, svaly, štítná žláza 25 Projevy deficitu selenu §Keshanova choroba –kardiomyopatie, srdeční dilatace a selhávání §Myopatie kosterního svalstva §Degenerativní postižení kloubů §Porucha imunity (častější infekce) §Snížená funkce štítné žlázy –nedostatečná přeměna T4 ►T3 –selen je součástí enzymů dejodáz §Subklinický dlouhodobý nedostatek Se –zvýšená incidence nádorů? –zvýšená mortalita na zhoubné nádory? 26 Monitorování selenu, Se79 1 mmol Se = 79 mg Se §Hladina Se v séru není jednoduchou metodou –normální rozmezí laboratoře FNB 0,7-1,2 mmol/l –maximální aktivita GPx při hladině 1,1-1,5 mmol/l §Obvyklé hladiny Se v Evropě –v ČR průměrné koncentrace 0,95 mmol/l –ve studii EPIC mělo 80% jedinců Se < 1,25 mmol/l –v USA průměrné hodnoty Se 1,5-1,7 mmol/l §Hladina Se v krvi odráží příjem Se v dietě –známka krátkodobého stavu Se §Další způsoby vyšetření stavu selenu –aktivita enzymu GPx v erytrocytech –selenoprotein P v krevním séru 27 Suplementace selenu v praxi §Dietní zdroje selenu jsou omezené –selen tableta 50 mg nebo 100 mg Se –Selzink tableta 50 mg Se §Ve studiích dávky 200-400 mg/den –přirozená forma: selenem bohaté kvasnice §V praxi doporučeno limitovat celkový příjem selenu ze všech zdrojů –horní tolerovatelný limit 300 mg/den –dávky Se do 200 mg/den jsou bezpečné §Příznaky selenózy se vyskytovaly –až při dávkách > 850 mg/den 28 Toxicita selenu §selen je buněčný toxin –terapeutická šíře je úzká –toxicita je vyšší než u ostatních stopových prvků §Toxické projevy se označují jako selenóza –akutní nebo chronická –až při dávkách nad 800 mg/den §Příznaky selenózy –česnekový zápach z úst –zažívací potíže, nauzea –dystrofie nehtů, ztráta nehtů, ztráta vlasů, kožní léze –abnormality nervového systému 29 Železo ve výživě Železo, Fe56 význam v organismu a charakteristika nSoučást hemoglobinu ‒přenos kyslíku nEsenciání kofaktor různých enzymů ‒tvorba energie nCelkový obsah Fe v organismu 3-5 g ‒70% obsaženo ve vazbě na molekuly hemu nNadbytek Fe může být toxický ‒podporuje vznik reaktivních O2 substancí (ROS) ‒suplementace v době zánětu může být škodlivá 31 Zdroje železa ve stravě a vstřebávání Fe za fyziologických okolností nBohaté zdroje Fe (množství na 100g potraviny) ‒játra (10mg), maso (2-5mg), vaječný žloutek (1,1mg) ‒luštěniny (5-10mg), sója (9-15mg) nVstřebávání Fe ‒hemové Fe 15-35 % ‒nehemové (anorganické) Fe 10 % ‒potencováno přítomností vitamin C a některých aminokyselin ‒vstřebává se v duodenu a proximálním jejunu nZásobní Fe v celém organismu tvoří 0,8-1,2 g ‒ferritin normální rozmezí 30-300 mg/l ‒hladina ferritinu v krvi koresponduje se zásobami Fe 32 Hodnocení stavu Fe v organismu ve vztahu k suplementaci Fe nHladina Fe v krevním séru (5-25 mmol/l) ‒klesá při akutním metabolickém stresu ‒přesun Fe z krve do tkání (hepcidin) ‒pokles Fe je výhodný při infekci (růstový faktor bakterií) nFerritin (bílkovina, která váže až 4500 atomů Fe) ‒bílkovina akutní fáze ‒hodnota < 100 mg/l je při zánětu nízká (fyziologicky by však byla v normě) nSaturace vazebné kapacity krve (transferinu) ‒SaFe ukazuje na transportní Fe ‒norma 25-30 % (0,25-0,35) ‒nedostatek mobilního Fe < 20 % resp. 0,2 ‒ 33 Denní potřeba Fe a jeho suplementace při onemocnění nDenní potřeba 10-20 mg ‒vstřebává se pouze kolem 10 % ‒při deficitu je vstřebávání vyšší ‒při systémovém zánětu je vstřebávání velmi nízké nLaboratorní známky deficitu Fe při zánětu ‒SaFe < 0,2 a současně ferritin < 100 mg/l ‒pokud je současně anémie, jde o anémii z nedostatku Fe (Iron Deficiency Anemia, IDA) nSuplementace léky ‒tablety s prodlouženým uvolňováním, kapky, sirup ‒léčebná dávka při deficitu Fe 100-200 mg/den ‒úprava deficitu Fe trvá 6 měsíců ‒ 34 Jód ve výživě Jód, I127 základní charakteristika nNedostatek jódu je i v dnešní době častý ‒v Evropě je udáváno 44 % obyvatel ‒podstatně nižší výskyt v Americe nFunkce štítné žlázy je vysoce závislá na zevním přívodu jódu ‒nedostatek jódu ► snížená tvorba thyroxinu a T3 ► reakce hypofýzy se zvýšením tvorby TSH ► struma nPoruchy způsobené nedostatkem jódu ‒struma, nodulární struma (riziko karcinomu) ‒hypothyreoidismus ‒kretenismus u kojenců (u nás se již nevyskytuje) 36 Zdroje jódu ve stravě obsah jódu v potravinách je však proměnlivý §Ryby, mořské plody, mořská sůl §Mořské řasy §Mléko kravské, mléčné výrobky §Vejce §Minerální voda Vincentka (jód 6000 mg/l) §Fortifikovaná sůl §Fortifikované potraviny §Nízký obsah v rostlinné stravě –ovoce, zelenina, luštěniny, cereálie 37 Obsah jódu v mořské soli nemusí být vysoký nJódové sloučeniny v mořské vodě/soli ‒méně stabilní jodid (angl. iodide) I ‒stabilnější jodičnan (iodate) IO3 ‒organické sloučeniny jódu ‒obvyklý poměr jodid : jodičnan 5:1 nMořská sůl může mít překvapivě málo jódu ‒v práci portugalských autorů byl medián jen 14 mg/kg ‒polovina vzorků tedy měla < 14 mg/kg nJodizace doporučena při nízkém obsahu jódu ‒dle WHO <15 mg/kg nebo < 15 ppm (parts per million) n 38 Fortifikace soli jódem. Jodizace soli potřeba jódu ve stravě 150 mg/den nJodizovaná sůl není tak široce používána, jak se většinou předpokládá ‒zvláště velkoodběratelé mohou šetřit nV ČR by měla jodizovaná sůl mít obsah jódu ‒garantovaný 27-42 mg/kg ‒obsah jódu se však skladováním snižuje o 30-98% ‒negativní vliv vlhkosti ‒balení: vícevrstvé a polyetylénové sáčky nPři současném omezení příjmu soli na 5 g/den ‒by šlo o příjem jódu 170 mg/den ‒ale při příjmu 10 g soli o 340 mg/den n 39 Zjišťování denního příjmu jódu pomocí dotazníků a tabulkového obsahu jódu §Záznam příjmu stravy –nejméně 10-denní kvůli příjmu potravin, které nejsou konzumovány běžně §Dotazník frekvence příjmu potravin, FFQ –závisí na skupinách sledovaných potravin –často nadhodnocuje příjem jódu §Vegani a vegetariáni mají nízký příjem jódu –pokud nekonzumují mořské řasy/fortifikované potraviny –mohou mít vysoký příjem při pravidelné konzumaci mořských řas (různý obsah jódu) 40 Metabolismus jódu v organismu §Vstřebávání jódu v GIT je kolem 90 % –je podporováno selenem –při suplementaci jódu je doporučena současná suplementace selenu §Přijatý jód je vychytáván štítnou žlázou §Inhibice využití jódu štítnou žlázou –brukvovitá zelenina (zelí, květák, kedluben, brokolice) –významná pouze při příjmu velkého množství §Štítná žláza obsahuje 15-20 mg jódu –zásoba na 3 měsíce (při denní potřebě jódu 150 mg) 41 Vyšetření koncentrace jódu v moči (jodurie) UIC, Urine Iodine Concentration §Více než 90 % jódu je vylučováno ledvinami §Jodurie ukazuje na recentní příjem jódu, ale i na stav jódu v organismu ‒normální jodurie 100-200 mg/l ‒dle WHO 150 mg/l §Deficit jódu ‒mírný 50-100 mg/l ‒střední 20-50 mg/l ‒těžký < 20 mg/l § 42 Denní potřeba jódu ve výživě Skupina obyvatel / parametr Potřeba jódu mg/den Děti do 6 roků 90 Děti 6-12 roků 120 Dospělí a děti > 12 roků dle WHO 150 dle EFSA 180 Gravidita 200-250 Horní tolerovatelný limit 600 Excesívní (nadměrný) příjem > 1000 Potřeba jódu v parenterální výživě §Používání jódové dezinfekce může být dostačující k příjmu jódu –ale ne používání chlorhexidinu §Roztoky PV mohou obsahovat malé množství jódu 15-25 mg/den §Při krátkodobé PV nemusí být suplementace jódu nutná –což může platit i pro některé jiné stopové prvky –ale většinou ne pro zinek a selen § § § 44 Nová směs stopových prvků Nutryelt® Baxter obsahuje 9 stopových prvků (Nutryelt koncentrát pro infuzní roztok) Stopový prvek Jednotky Potřeba i.v. Nutryelt Zn Zinek mg 3-6,5 10 Se Selen mg 60-100 70 Fe Železo mg 1,2 1 Cu Měď mg 300-500 300 Mn Mangan mg 60-100 55 F Fluor mg 950 950 I Jód mg 130 130 Mo Molybden mg 19 20 Cr Chróm mg 10-20 10 Nadměrný příjem jódu vyšší než 500-1000 mg/den §Vysoký příjem jódu způsobuje přechodný pokles tvorby hormonů štítné žlázy –Wolff-Chaikoffův efekt –většinou se po několika dnech stav upraví –pokud však ne ► hypothyreoidismus §Vysoký příjem jódu však může u některých pacientů naopak způsobit hyperthyreoidsmus –riziko autoimunitního onemocnění štítné žlázy §Onemocnění štítné žlázy může vzniknout jak při nízkém, tak i vysokém příjmu jódu –nejnižší hodnotu TSH má příjem jódu 150-250 mg/d § § § 46 Mangan ve výživě Mangan, Mn55 základní charakteristika §Je mangan skutečně stopový prvek? –deficit u lidí nebyl popsán –naopak je značné riziko toxicity §Mangan se vyskytuje ubikvitárně v půdě, ve vzdušném prachu, vodě a potravinách §Mn je součástí průmyslových aplikací –pesticidy, baterie §V organismu tvoří metaloenzymy –glutamin-syntetáza –Mn-dependentní superoxid-dismutáza (MnSOD) 48 Mangan ve stravě a jeho vstřebávání perorální potřeba Mn 2-5 mg/den §Zdroje Mn ve stravě –celozrnné obiloviny, olejnatá semena –luštěniny, káva, čaj, kakao, sladkosti –voda může obsahovat Mn v množství 50-5000 mg/l §Vstřebávání je hluboko pod 10 % –při nízkém obsahu Mn ve stravě se vstřebá větší podíl –nejvíce Mn se vstřebá z vody –vláknina a fytáty snižují vstřebávání §Vysoký podíl vstřebaného Mn se vyskytuje –obecně u dětí (riziko toxicity) –při anémii z nedostatku Fe –při vysokém přívodu zinku (dlouhodobá suplementace) 49 Vylučování manganu a riziko toxicity Mn §Mn je vylučován z 90 % do žlučových cest –riziko akumulace Mn v organismu při cholestáze §Zvýšená expozice manganu –profesionální inhalace prachu s vysokým obsahem Mn §Riziko toxicity Mn v běžné praxi –pití vody s vysokým obsahem Mn (zvláště u dětí) –dlouhodobá suplementace Mn, včetně i.v. podávání –závažná onemocnění jater s cholestázou –anémie z nedostatku Fe §Strava s vysokým obsahem Mn představuje nízké riziko toxicity –protože klesá vstřebaný podíl Mn (neplatí pro vodu) – – 50 Toxicita manganu manganismus §Především neurotoxicita –příznaky podobné Parkinsonově chorobě –ztráta koordinace, rychlé pohyby rukou –zapomnětlivost §Patofyziologie neurotoxicity Mn –hromadění Mn v bazálních gangliích mozku §Diagnostika neurotoxicity Mn –neurobehaviorální testy –neurokognitivní testy –porucha motorických funkcí –MRI mozku (změří depozita Mn v mozku) – 51 Srovnání denní potřeby stopových prvků enterální a parenterální (i.v .) Stopový prvek Jednotky Enterální Intravenózní Zn Zinek mg 7-10 3-6,5 Se selen mg 60-70 60-100 Fe Železo mg 10 1,2 Cu Měď mg 1-1,5 0,3-0,5 Mn Mangan mg 2-5 0,06-0,1 F Fluor mg 3,1-3,8 0,95 I Jód mg 150-180 130 Mo Molybden mg 50-100 19 Cr Chróm mg 30-100 10-20 Konec přednášky