Magnez | Magnesium

1.1. Historia i pochodzenie

Pierwsze zapisy dotyczące związków magnezu zostały udokumentowane po raz pierwszy w historii nauki w roku 1755, jako wyniki wieloletnich badań szkockiego chemika i fizyka Josepha Blacka. Określił on różnice pomiędzy magnezem a węglanami wapnia. Pierwiastek ten został po raz pierwszy wyodrębniony w czystej formie przez brytyjskiego chemika Davy’ego Humphreya w 1808 roku. Produkcję tego minerału na skalę przemysłową rozpoczęto w roku 1857, we Francji. Nazwa tego makroelementu pochodzi najprawdopodobniej od słowa „Magnesia”, czyli nazwy miasta w Azji Mniejszej. Polską nazwę “magnez” zaproponował wybitny chemik Filip Walter.

Magnez (Mg) jest dwuwartościowym pierwiastkiem z grupy berylowców. Charakteryzuje się wysoką aktywnością oraz zdolnością do tworzenia kompleksów metalonukleotydowych w difosfo- i trifosfonukleozydach, dzięki specyficznym cechom budowy – ma mały promień w stosunku do wielkości jądra. Minerał ten znajduje się w układzie kostnym w postaci hydroksyapatytów, jak również w mięśniach szkieletowych oraz układzie nerwowym, pokarmowym i nerkach. Zaledwie 1% magnezu w ludzkim ciele występuje w osoczu i erytrocytach.

Niedobór tego minerału (hipomagnezemia) może dotyczyć wielu układów. Do przyczyn tego zjawiska zalicza się spożywanie produktów wysokoprzetworzonych (które tracą znaczne ilości składników mineralnych w wyniku procesów technologicznych), z dużą zawartością konserwantów, dieta zawierająca pokarmy niskomagnezowe (np. dieta redukująca), nadużywanie alkoholu i kawy. Ponadto niedobór magnezu może być wynikiem schorzeń przewodu pokarmowego (związanych z nadmiernym wydalaniem bądź z nieprawidłowym wchłanianiem), zaburzeń gospodarki hormonalnej, nadmiaru witaminy D3 oraz stosowania leków immunosupresyjnych. Najczęściej odnotowywanymi objawami niewystarczającego poziomu tego minerału w organizmie są:

• zaburzenia rytmu serca (arytmie, migotanie przedsionków)
• zwiększona pobudliwość nerwowo-mięśniowa
• nadciśnienie tętnicze
• niedokrwienie serca
• odczuwanie zmęczenia
• brak energii
• spadek nastroju i depresja
• nadmierna drażliwość
• trudności z koncentracją
• tiki nerwowe (np. drganie powiek, warg)
• skurcze mięśni (głównie łydek)
• drętwienie i mrowienie kończyn dolnych
• wzmożone wypadanie włosów
• kruchość paznokci
• osteoporoza
• cukrzyca
• zespół metaboliczny

1.2. Klasyfikacja

Magnez to pierwiastek zaliczany do makroelementów. Jest dwuwartościowym minerałem, należącym do grupy berylowców zwanych też „metalami ziem rzadkich”, wszechobecnym w skorupie ziemskiej i wodzie. Jest on ważnym elektrolitem, stanowi także kofaktor niezbędny do prawidłowego funkcjonowania ponad 300 enzymów. Uczestniczy w produkcji energii, syntezie białek, regulacji ciśnienia krwi, wytwarzaniu i uwalnianiu neuroprzekaźników.

1.3. Występowanie

Niemal połowa całkowitej ilości magnezu zawartej we wszystkich surowcach i produktach spożywczych pochodzi z warzyw, owoców, ziaren i orzechów, nieco mniej z mleka mięsa i jaj. Ze względu na fakt, iż minerał ten wchodzi w skład chlorofilu, jednym z bogatszych źródeł magnezu są zielone warzywa liściaste i strączkowe. Ponadto znaczne ilości tego pierwiastka można znaleźć w:

• pestkach dyni
• otrębach pszennych i owsianych
• kakao
• zarodkach pszennych
• migdałach
• kaszy gryczanej
• soji
• białej fasoli
• gorzkiej czekoladzie
• orzechach laskowych

Magnez wprowadzany do organizmu wraz z pożywieniem występuje w postaci związanej z innymi składnikami żywności. Uwolniony w zjonizowanej formie trafia do jelit. Przeciętna wchłanialność tego minerału dostarczanego wraz z dietą wynosi od trzydziestu do pięćdziesięciu procent.

Magnez to pierwiastek będący istotnym czynnikiem, który bierze udział w regulacji cyklu komórkowego. Łączy się on w kompleksy z fosfolipidami błon komórkowych, stanowiąc integralny element, który zmniejsza ich stabilność i przepuszczalność. Co więcej, w jądrze komórkowym minerał ten wpływa na utrzymywanie integralności podwójnej helisy kwasu deoksyrybonukleinowego (DNA), transkrypcję kwasu rybonukleinowego (RNA) oraz syntezę transportującego RNA (tRNA). Ponadto magnez niweluje uszkodzenia powstałe w nośniku informacji genetycznej. Wykazuje również zdolność do kontrolowania aktywności blisko trzystu enzymów, odpowiedzialnych za przemiany metaboliczne białek, tłuszczów, kwasów nukleinowych oraz przebieg reakcji oksydoredukcyjnych. Minerał ten tworzy także kompleks z nośnikiem energii chemicznej (Mg2+-ATP) w reakcjach fosforylacji oraz wpływa na syntezę związków wysokoenergetycznych w komórkach: adenozynotrifosforanu (ATP) i adenozynodifosforanu (ADP).

Jony magnezu są wchłaniane głównie w jelicie czczym i krętym, charakteryzujących się kwaśnym środowiskiem. Mechanizm ten odbywa się za pomocą transportu biernego lub poprzez dyfuzję wspomaganą białkiem nośnikowym TRPM6 (z ang. transient receptor potential melastatin), które znajduje się w górnej części komórek nabłonka. Gdy jony magnezu dostaną się do komórek jelita cienkiego, wówczas zaczynają dyfundować do płynu tkankowego, a następnie do krwiobiegu. Istotną rolę w utrzymaniu homeostazy magnezu odgrywa białko TRPM7, które reguluje poziom tego pierwiastka, w zależności od potrzeb komórki.

2.1. Wpływ na układ nerwowy

Głównym mechanizmem neuronalnym jonów magnezu w mózgu jest hamowanie receptorów glutaminergicznych NMDA (N-metylo-d-asparaginianu), znajdujących się na błonie postsynaptycznej komórek nerwowych. NMDA kontrolują napływ jonów wapniowych do neuronu oraz wywołany nimi strumień impulsów nerwowych. Jon magnezu tworzy swego rodzaju blokadę we wnętrzu kanału jonowego receptora NMDA, co uniemożliwia przepływ jonów Ca2+ lub Na+ do wnętrza komórki. Największą wrażliwość na blokadę magnezową wykazują receptory złożone z podjednostek GluN2A bądź GluN2B. Udowodniono, że magnez obniża aktywność NMDA także poprzez inhibicję kinazy białkowej C (PKC). Ponadto makroelement ten odgrywa kluczową rolę w aktywnym transporcie jonów K+ i Ca2+ przez błony komórkowe, co ma bezpośredni wpływ na neurotransmisję.

2.1.1. Wspieranie funkcji poznawczych

Magnez jest niezbędny do prawidłowego przewodzenia impulsów nerwowych. Ma to wpływ na efektywność neuroprzekaźnictwa pomiędzy różnymi rejonami mózgu. Za stymulowanie synaps w ośrodkowym układzie nerwowym odpowiada układ glutaminergiczny, którego receptory NMDA regulują przepływ jonów Ca2+ do neuronu. Magnez wykazuje zdolność do blokowania tych receptorów, dzięki czemu aktywuje i utrwala połączenia międzyneuronalne oraz wywołuje długotrwałe wzmocnienie synaptyczne (LTP, z ang. Long-term potentiation), przez co wspomaga zdolność uczenia się, jak również poprawia pamięć krótko i długotrwałą. Udowodniono, że minerał ten usprawnia także procesy kognitywne, takie jak pamięć przestrzenna. Zjawisku temu towarzyszy reorganizacja połączeń synaptycznych w hipokampie oraz zwiększona ekspresja neurotroficznego czynnika pochodzenia mózgowego (BDNF, ang. brain-derived neurotrophic factor), niezbędnego do prawidłowego przebiegu neurogenezy (powstawania nowych neuronów) oraz zwiększa neuroplastyczność, która w wyniku tworzenia nowych połączeń międzyneuronalnych, pozwala na dostosowanie organizmu do otaczającego środowiska.

2.1.2. Wspomaganie dobrego nastroju

Udowodniono, że magnez odpowiada za wspomaganie dobrego nastroju oraz zapobiega depresji. W jednym z badań zaobserwowano dodatnią korelację pomiędzy niską zawartością tego kationu w erytrocytach, a stopniem zaawansowania poziomu depresji (mierzonym w skali Hamiltona). Istnieje hipoteza, że niedobór tego minerału powoduje, stałą aktywność receptorów NMDA, co może doprowadzić do określonego uszkodzenia nerwów, które błędnie diagnozowano jako depresja oporna na leczenie. Przeciwlękowy i przeciwdepresyjny efekt działania jonów magnezowych przypisuje się ich antagonistycznemu działaniu na receptory NMDA, ale także hamowaniu wpływu glutaminianu na te receptory. Co więcej udowodniono, że pierwiastek ten wykazuje korzystne działanie na oś podwzgórze–przysadka–nadnercza (HPA, ang. hypothalamic-pituitary-adrenal axis), która odgrywa istotną rolę w procesach adaptacyjnych organizmu do warunków stresowych.

Ponadto dowiedziono, że magnez jest kofaktorem enzymu (hydroksylazy tryptofanowej) odpowiedzialnego za przekształcenie tryptofanu w bezpośredni prekursor serotoniny (“hormonu szczęścia”), którym jest 5-hydroksytryptofan (5-HTP). Poziom tego neurotransmitera w ośrodkowym układzie nerwowym ulega znacznemu obniżeniu w przebiegu depresji. Gdy zaś stężenie serotoniny jest wysokie, wówczas można zaobserwować wyraźną poprawę nastroju oraz ogólnego poczucia wewnętrznego komfortu.

2.1.3. Działanie przeciwmigrenowe

W trakcie ataku migrenowego dochodzi do znacznego wydzielania neuroprzekaźnika serotoniny z płytek krwi, przez co ma miejsce skurcz naczyń mózgowych oraz pojawiają się objawy aury. Zostają wówczas pobudzone receptory 5-HT, za pomocą których neurotransmiter ten wpływa na układ bólowy. W czasie napadu migreny obserwuje się także uwalnianie tlenku azotu, substancji P, neurokininy A oraz peptydu zależnego od genu kalcytoniny. Substancje te inicjują szereg reakcji biochemicznych, które powodują obrzęk w obrębie naczyń pajęczynówki (proces nazywany zapaleniem neurogennym) oraz powstawanie impulsów bólowych. Udowodniono, że systematyczne przyjmowanie magnezu, w ilości 600 mg/dobę może, zapobiegać napadom migreny. Przeciwmigrenowe działanie tego minerału jest związane z jego wpływem na receptory NMDA, działaniem antyagregacyjnym (upośledzeniem wytwarzania silnego agonisty funkcji płytek – tromboksanu A2), zmniejszaniem napięcia mięśniowego tętnic mózgu, a także hamowaniem powstawania czynników prozapalnych (w tym prostacyklin i tromboksanu). Niedobór magnezu w organizmie powoduje m.in. agregację płytek krwi, co przyczynia się do ponownego uwalniania serotoniny.

2.1.4. Zespół nadpobudliwości z deficytem uwagi

Zespół nadpobudliwości psychoruchowej z deficytem uwagi (ADHD ang. attention deficit hyperactivity disorder) to choroba rozwijająca się przeważnie przed siódmym rokiem życia dziecka. Osoby cierpiące na to schorzenie są impulsywne, nadpobudliwe oraz mają poważne problemy z koncentracją. Badania naukowe wykazały, że dzieci cierpiące na ADHD, mają istotnie mniejszy poziom żelaza i magnezu w osoczu, w porównaniu do grupy kontrolnej. W innym doświadczeniu dowiedziono, że jednoczesne suplementowanie magnezu oraz witaminy B6 (w dawce odpowiednio 6 i 0,6 mg/kg m.c./ dobę), istotnie obniża nadreaktywność i agresję osób cierpiących na to schorzenie, z jednoczesną stymulacją ich koncentracji. Te właściwości magnezu są wynikiem jego protekcyjnego działania w stosunku do neuronalnych błon komórkowych oraz modulacji uwalniania neuroprzekaźników w mózgu.

2.2. Wpływ na układ krwionośny

2.2.1. Obniżenie ciśnienia tętniczego

Przeprowadzono liczne badania naukowe, z których jednoznacznie wynika, że magnez pełni istotną rolę w rozwoju nadciśnienia tętniczego. Wykazano, że u chorych z niskim poziomem tego minerału częściej występowało zwiększone ryzyko rozwoju nadciśnienia tętniczego. Udowodniono, że minerał ten wywiera wazodylatacyjny wpływ na śródbłonek naczyń. Proces ten skutkuje zmniejszeniem oporu obwodowego, poszerzeniem światła naczyń krwionośnych oraz obniżeniem ciśnienia wskutek wzrostu objętości układu krwionośnego, przy niezmiennej objętości krwi. Kationy magnezowe kontrolują strumień napływu wapnia do komórki. Obydwa te jony konkurują ze sobą o miejsce wiązania z błoną komórkową. Udowodniono, że czterotygodniowa suplementacja 70 mg magnezu dziennie, powoduje spadek wartości ciśnienia skurczowego (SBP, ang. systolic blood pressure) o 3–7 mm Hg, a rozkurczowego (DBP, ang. diastolic blood pressure) o 1–3 mm Hg. Dowiedziono także, że krótkotrwały niedobór tego minerału wzmacnia aktywność enzymów – sfingomielinaz mięśni gładkich naczyń, jak również intensyfikuje ekspresję protoonkogenów (zdolnych do wyzwolenia procesu transformacji nowotworowej), co wywołuje stan zapalny, który jest przyczyną rozwoju miażdżycy oraz nadciśnienia tętniczego. Co więcej przeprowadzono badanie, z którego wynika, że wysoka twardość wody (duże stężenie jonów Mg2+ i Ca2+) ma protekcyjne działanie na śródbłonek naczyniowy oraz mięsień serca. Autorzy tego doświadczenia sugerują wzbogacanie wody pitnej jonami magnezu.

2.2.2. Regulacja rytmu serca

Udowodniono, że magnez, jako antagonista wapnia, działa na układ bodźcoprzewodzący serca, przez co hamuje przewodnictwo oraz pobudliwość tego narządu, a dzięki temu zapobiega jego niedostatecznemu natlenieniu. Minerał ten zapobiega arytmii serca, ponieważ blokuje błonową pompę sodowo-potasową oraz zwalnia aktywność kanałów wapniowych typu L. Kation magnezu może wnikać w ich głąb, zmniejszając intensywność przepływu jonów przez ten kanał, finalnie zwalniając czynność akcji serca. W jednym z badań stwierdzono, że trzytygodniowa suplementacja magnezu i potasu (w dawkach odpowiednio: 6 mmol Mg i 12 mmol K) istotnie zmniejszyła częstość arytmii. Dowiedziono, że kation Mg2+ wykazuje zdolność do przerywania napadów częstoskurczu nawrotnego w węźle przedsionkowo-komorowym oraz wielokształtnego częstoskurczu komorowego. Ponadto, wyniki badań naukowych dowodzą, że profilaktyczne dawkowanie magnezu u chorych obniża ryzyko występowania migotania przedsionków o około 30%.

2.3. Wpływ na układ kostny

Blisko 60% całkowitej zawartości magnezu w organizmie jest zlokalizowane w kośćcu. Gdy poziom tego makroskładnika jest niewystarczający, wówczas w celu utrzymania prawidłowego jego stężenia w surowicy, zostają wykorzystywane zapasy magnezu, zgromadzone uprzednio w tkance kostnej. Udowodniono, że niedobór tego pierwiastka zaburza procesy mineralizacji kości, zwiększając częstość występowania osteoporozy postmenopauzalnej. Poziom magnezu w organizmie ma wpływ na masę określonych części szkieletu. Udowodniono, że roczna suplementacja tego minerału, w ilości 750 mg/dobę w pierwszym półroczu oraz 250 mg/dobę w drugim, zwiększyła wskaźnik gęstości kości badanych.