Selen | Selenium

1.1. Historia i pochodzenie

Selen (Se) to pierwiastek, który został odkryty przez szwedzkiego chemika i lekarza Jönsona Jacoba Berzeliusa w 1817 roku. Uczony wykrył ten niemetal w szlamie komór w przetwórni wytwarzającej kwas siarkowy z pirytów (nadsiarczków żelaza FeS2). Początkowo Berzelius myślał, że pierwiastek ten to tellur, ponieważ charakteryzuje się on podobnymi właściwościami. Jednak szybko zorientował się, że minerał, który odkrył różni się od niego kilkoma unikatowymi parametrami. Długie lata po dokonaniu tego odkrycia (aż do roku 1957), selen uważano za niemetal toksyczny. Twierdzono, że zjadanie przez zwierzęta roślin bogatych w ten pierwiastek powoduje u nich odpadanie kopyt. Dopiero lata pięćdziesiąte ubiegłego wieku zaowocowały w szereg przełomowych badań naukowych, w których stwierdzono, że nadmiar selenu powoduje dystrofię mięśniową u zwierząt hodowlanych, a niedobór tego pierwiastka, wraz z niewystarczającą podażą witaminy E, powoduje u szczurów ostrą martwicę wątroby. Gdy dietę tych gryzoni wzbogacano w drożdże z rodzaju Saccharomyces, które charakteryzują się wysoką zawartością selenu, zaobserwowano zmniejszenie ilości komórek nekrotycznych wątroby u tych zwierząt. Uznano więc, że pierwiastek ten ma pozytywny wpływ na prawidłowe funkcjonowanie organizmu. Rolę tego minerału w ustroju dokładnie poznano w roku 1973. Dowiedziono wówczas, że selen stanowi nierozłączny element centrum aktywnego (CA) enzymu peroksydazy glutationowej, która chroni komórki przed szkodliwym utlenianiem. W latach dziewięćdziesiątych udowodniono, że dejodaza jodotyroniny typu 1 (enzym, który odgrywa kluczową rolę w metabolizmie hormonów tarczycy) zawiera w swym CA należącą do aminokwasów selenocysteinę. Odkrycie istotnych selenoprotein i selenoenzymów zapoczątkowało szereg istotnych badań naukowych nad rolą selenu w organizmie, objawami klinicznymi wynikającymi z nieprawidłowej podaży tego pierwiastka, jak również problemami żywieniowymi związanymi z wysokim zapotrzebowaniem na Se.

W środowisku naturalnym oraz w organizmie selen może występować zarówno w formie nieorganicznej, jako pierwiastek elementarny, seleniany i selenki metali, jak również w postaci bezpośrednich połączeń węgiel-selen (występujących w związkach organicznych np. metylowych, aminokwasach selenowych i selenoproteinach). Forma, w jakiej niemetal ten występuje w pokarmie ma kluczowy wpływ na jego biodostępność (najwyższą charakteryzuje się selenocysteina, absorbowana w jelicie cienkim). Przyswajalność selenu jest niewielka, gdy towarzyszą mu wysokie poziomy metali ciężkich i siarki w żywności. Natomiast obecność witamin A, E i C oraz białek niskocząsteczkowych pozytywnie oddziaływuje na wchłanialność tego pierwiastka. Udowodniono, że organizm ludzki w większym stopniu przyswaja formy organiczne Se niż sole nieorganiczne.

Miejscem występowania selenu w ustroju jest: tarczyca, wątroba, warstwa korowa nerki, trzustka, jak również przysadka mózgowa. Absorpcja tego pierwiastka zachodzi przy udziale erytrocytów we krwi oraz albumin i globulin osocza, skąd jest on transportowany do tkanek poprzez proteiny wykazujące zdolność do wiązania selenu (stosunek stężenia tego pierwiastka w krwinkach czerwonych do jego zawartości w osoczu wynosi 3:1). Wydalanie Se z organizmu następuje głównie wraz z moczem (ponad połowa), a reszta z kałem, potem, śliną oraz podczas oddychania.

Społeczeństwo polskie określa się, jako seleno-niedoborowe. Średnia zawartość Se w osoczu krwi Polaków jest bardzo niska (wynosi średnio 0,050 – 0,055 mg/l) i zależy głównie od wieku i nawyków żywieniowych. Najniższe stężenie tego pierwiastka w ustroju posiadają noworodki, najwyższe osoby dorosłe, a u ludzi w wieku starczym (powyżej 60 roku życia) poziom Se w organizmie stopniowo maleje. Przewlekłe niedobory selenu mogą występować u chorych żywionych pozajelitowo, u osób cierpiących na schorzenia metaboliczne oraz zespół upośledzonego wchłaniania. Do objawów niedoboru Se należą:

• osłabienie odporności
• nowotwory
• martwica wątroby
• dysfunkcje i martwica trzustki
• bezpłodność
• depresja
• uczucie lęku
• agresja
• zaburzenia czynności tarczycy
• kardiomiopatia młodzieńcza (choroba Keshan)
• zwyrodnienia układu kostno-stawowego (choroba Kasin-Beck)

1.2. Klasyfikacja

Selen to niemetal należący do grupy tlenowców. Zaliczany jest do mikroelementów, czyli pierwiastków śladowych, których dziennie organizm ludzki potrzebuje mniej niż 100 mg. Uczestniczy w wielu ważnych procesach życiowych, ponieważ jego atomy znajdują się w centrach aktywnych licznych enzymów. Posiada on także silne właściwości przeciwutleniające. Wspomaga oczyszczanie organizmu z wolnych rodników, chroniąc go tym samym przed rozwojem nowotworów. Stymuluje do działania układ immunologiczny, wzmacniając naturalną odporność na infekcje. Wspomaga dobry nastrój i poprawia samopoczucie. Wspiera funkcjonowanie całego organizmu, a wyniki badań naukowych wskazują, że może również zapobiegać przedwczesnemu starzeniu się.

1.3. Występowanie

Tabela. Zawartość selenu w wybranych produktach spożywczych (mg/100 g produktu)

2.1. Wpływ na układ nerwowy

Udowodniono, że selen to pierwiastek, który ma wpływ na prawidłowe funkcjonowanie mózgu, ponieważ reguluje czynność niektórych neuroprzekaźników. Zbyt niska podaż tego minerału w organizmie przyczynia się do zaburzenia aktywności neurotransmiterów. Z przeprowadzonych badań klinicznych wynika, że stężenie selenu w organizmie w ilości mniejszej niż dolna granica dziennego zapotrzebowania na ten składnik jest dodatnio skorelowana z występowaniem depresji, lęku, uczucia dezorientacji oraz innych zaburzeń afektywnych.

2.1.1. Wpływ na nastrój

Dowiedziono, że suplementacja selenu ma bardzo korzystny wpływ na nastrój, ale również na uczucie wewnętrznego spokoju i poprawę klarowności myśli. Pierwiastek ten oddziałuje bowiem na gospodarkę neuroprzekaźników odpowiedzialnych między innymi za utrzymanie dobrego samopoczucia: dopaminy, serotoniny i GABA. Liczne analizy naukowe wykazały, że obniżenie poziomu selenu w organizmie związane jest ze wzmożonym odczuwaniem smutku i niepokoju oraz z nieprzyjaznym nastawieniem do otoczenia. Dowiedziono, że suplementacja wysokiej dawki Se, wynoszącej 0,23 mg dziennie, istotnie zmniejsza nasilenie zaburzeń nastroju.

2.1.2. Neuroprotekcja

Właściwości neuroprotekcyjne selenu wynikają z jego wysokiej aktywności antyoksydacyjnej. Pierwiastek ten powszechnie występuje w centrach aktywnych enzymów, które katalizują reakcje utleniania protein, a te z kolei wykazują zdolność do wymiatania wolnych rodników (unieczynniania reaktywnych form tlenu), dzięki czemu selen uznawany jest za minerał, który chroni komórki mózgu przed działaniem stresu oksydacyjnego. Se zapobiega przed występowaniem szeregu schorzeń neurodegeneracyjnych oraz uniemożliwia deregulację mechanizmów sygnałowych.

2.1.2.1. Choroba Alzheimera

Choroba Alzheimera (AD., ang. Alzheimer’s disease) to jedna z najczęściej występujących chorób neurodegeneracyjnych. Udowodniono, że selen wspomaga leczenie i zapobiega rozwojowi AD. Takie działanie Se wynika z jego antyutleniającej zdolności do hamowania odkładania się w mózgowiu starczych płytek β-amyloidowych, których powstawanie jest główną przyczyną demencji. Co więcej, dowiedziono, że pierwiastek ten (w postaci selenianu sodu) chroni komórki nerwowe przed negatywnym wpływem produktów reakcji peroksydacji lipidów.

2.1.2.2. Choroba Parkinsona

Z przeprowadzonych badań na zwierzęcym modelu choroby Parkinsona wynika, że selen zapobiega powstawaniu i wspomaga leczenie tego schorzenia. Objawia się ono sztywnością mięśni, trudnościami w koordynacji ciała oraz spowolnieniem ruchów motorycznych. Pojawienie się choroby Parkinsona wynika z utraty komórek nerwowych wytwarzających dopaminę w istocie czarnej śródmózgowia, która z kolei spowodowana jest czynnikami środowiskowymi lub mutacjami genetycznymi. W schorzeniu tym wokół neuronów formują się tzw. ciała Lewy’ego, których elementem budulcowym są fibryle α-synukleiny. Dowiedziono, że selen przyczynia się do hamowania bradykinezji (spowolnienia ruchowego) oraz ograniczania uszkodzenia DNA leukocytów (białych krwinek). Stopień degradacji kwasu deoksyrybonukleinowego u zwierząt, których dietę wzbogacono w Se był mniejszy o 20% w porównaniu do grupy kontrolnej.

2.2. Wpływ na układ immunologiczny

Niedobór selenu związany jest z osłabieniem układu odpornościowego, zarówno odpowiedzi humoralnej, jak i komórkowej. Udowodniono, że pierwiastek ten bierze udział w swoistej reakcji immunologicznej. Z przeprowadzonych badań klinicznych wynika, że suplementowanie Se w postaci selenianu sodu w dawce 0,2 mg dziennie, warunkuje wzrost aktywności limfocytów T, jak również indukcję ich konwersji do form cytotoksycznych oraz aktywację komórek NK (ang. natural killers). Ponadto dowiedziono, że pierwiastek ten intensyfikuje odpowiedź naturalnych zabójców na ich aktywację egzogennym antygenem oraz na niszczenie komórek rakowych. Takie działanie jest możliwe, ponieważ selen wykazuje zdolność do wspierania ekspresji receptorów dla najistotniejszego czynnika wzrostu limfocytów T oraz komórek NK – interleukiny 2. Se umożliwia tym samym wydajną walkę z drobnoustrojami chorobotwórczymi: grzybami, bakteriami i wirusami. Jednocześnie zaobserwowano, że selen pomaga ograniczać nadmierny rozwój stanów zapalnych w organizmie. Jego suplementacja może więc przynieść korzyści szczególnie w przypadkach, gdy ich powstawanie wiąże się np. z bólami stawów. Pierwiastek ten może także wpływać na redukcję odpowiedzi alergicznej.

2.3. Wpływ na proces starzenia

Selen jest minerałem silnie przeciwutleniającym. Występując w centrum aktywnym enzymów katalizujących reakcje utleniania protein (np. glutationu i reduktazy tioredoksyny), które wymiatają wolne rodniki, Se zapobiega zniszczeniom takich struktur, jak mitochondria i DNA. Reaktywne formy tlenu mogą uszkadzać substancje takie jak lipidy (będące składnikiem błon komórkowych), lipoproteiny oraz DNA. Wiąże się to ze zwiększonym ryzykiem rozwoju chorób układu sercowo-naczyniowego, autoimmunologicznych oraz nowotworowych. Selenoenzymy indukują również przemiany szeregu szlaków biochemicznych np. pentozofosforanowego, aminokwasów i lipidów. Wykazują też zdolność do stabilizacji błon lipidowych. Wszystkie te funkcje selenu powodują, że niemetal ten ma korzystny wpływ na wzrost wydolności pracy komórek organizmu, dzięki czemu nie tracą one swojej sprawności wraz z wiekiem. Se określa się mianem pierwiastka młodości, ponieważ jego suplementacja ma korzystny wpływ na wzrost elastyczności tkanek, spowalnia starzenie się komórek oraz łagodzi dolegliwości występujące podczas menopauzy u kobiet.

2.4. Wpływ na układ hormonalny

Ze wszystkich narządów występujących w organizmie, najwyższą koncentracją selenu (0,72 µg/gram tkanki) charakteryzuje się tarczyca, czyli gruczoł wytwarzający takie hormony, jak trójjodotyronina (T3), tyroksyna (T4) i kalcytonina. Z przeprowadzonych badań naukowych wynika, że zbyt niska zawartość tego pierwiastka w organizmie jest dodatnio skorelowana z zachorowalnością na choroby tarczycy, takie jak autoimmunologiczne zapalenie (choroba Hashimoto), niedoczynność gruczołu tarczowego i wole obojętne. Przewlekłe limfocytowe zapalenie gruczołu tarczowego (ang. Hashimoto’s thyroiditis) jest wynikiem polimorfizmu genu SEPS1, który koduje selenoproteinę znajdującą się w siateczce endoplazmatycznej (wewnątrzkomórkowym i międzykomórkowym systemie kanalików). Przez to zjawisko ma miejsce indukcja aktywności genów prozapalnych, które odpowiadają za rozwój choroby Hashimoto. Co więcej, istnieje szereg badań, z których wynika, że zażywanie selenu ma korzystny wpływ na rozwój orbitopatii tarczycowej, czyli objawów ocznych (np. wytrzeszcz), które towarzyszą nieprawidłowemu działaniu tarczycy. Zaobserwowano znaczną poprawę jakości życia, jak również mniejsze nasilenie zmian ocznych u osób, u których wprowadzono suplementację Se w postaci 200 µg selenianu sodu dziennie.

2.5. Wpływ na proces nowotworzenia

Selen wykazuje działanie antykancerogenne. Mechanizm, w jaki pierwiastek ten wpływa na komórki nowotworowe jest złożony, ponieważ Se warunkuje śmierć komórek rakowych poprzez zmiany w konformacji protein oraz inaktywację czynników transkrypcyjnych, co hamuje cykl komórkowy nowotworu. Selen modyfikuje jednocześnie grupy tiolowe białek oraz zmienia strukturę chromatyny (głównego składnika chromosomów). Przekształcenie tych pierwszych jest możliwe, ponieważ selen odpowiada za powstawanie wewnątrzkomórkowych wiązań typu S-Se czy S-Se-S. Z przeprowadzonych badań klinicznych wynika, że minerał ten może wspomagać również leczenie już rozwiniętych nowotworów, z uwagi na jego działanie cytotoksyczne, które ma destrukcyjny wpływ na komórki rakowe. Udowodniono, że suplementacja selenianu (IV) wspomaga leczenie raka m.in. płuc, prostaty i macicy. Ponadto związek ten wzmacnia intensywność działania promieniowania, wykorzystywanego do naświetlania guzów nowotworowych.

Obecnie trwają badania nad wykorzystaniem nanocząstek zawierających selen (SeNP, ang. selenium-containing nanoparticles) w profilaktyce i leczeniu raka. Se w rozmiarze nano (10-9 g) wykazuje prawdopodobnie bardziej efektywne działanie, w porównaniu do tradycyjnych form tego pierwiastka. Co więcej, do SeNP mogą przyłączać się odpowiednie ligandy, które warunkują transportowanie tych nanocząstek do konkretnych tkanek, zasiedlonych przez komórki nowotworowe. Skuteczność SeNP jest uwarunkowana ich rozmiarem. Udowodniono, że im mniejsze SeNP, tym inhibicja rozwoju guza jest intensywniejsza. Zastosowanie nanocząstek o wielkości 35 nm zahamowało namnażanie komórek rakowych ze skutecznością 99%, natomiast podawanie pacjentom SeNP w rozmiarze 91 nm uniemożliwiło proliferację tych tworów w 82%. Dowiedziono, że wykorzystanie skoniugowanych SeNP z kwasem foliowym (kierującym te nanocząsteczki wprost do komórek wymagających zniszczenia) jest skuteczne w walce ze złośliwym oraz opornym na leczenie farmakologiczne nowotworem wątroby. Jest to możliwe, ponieważ witamina B9, wykorzystana w tym przypadku jako koniugat, wykazuje zdolność do aktywacji szlaków sygnałowych w komórkach, które są stymulowane przez reaktywne formy tlenu, a nadmierne wydzielanie RFT aktywuje proces śmierci komórki nowotworowej.

2.6. Działanie detoksykacyjne

Dowiedziono, że selen wykazuje zdolność do ograniczania toksycznego działania ksenobiotyków, włączając metale ciężkie. Se wpływa na ich metabolizm oraz moduluje wtórne efekty toksyczne, wynikające z zatrucia szkodliwymi pierwiastkami. W organizmie ludzkim selen wchodzi w reakcję z rtęcią, kadmem, ołowiem, srebrem i talem, dzięki czemu powstają mało rozpuszczalne sole (selenki), które nie uczestniczą w żadnych przemianach biochemicznych ustroju i zostają naturalnie usunięte z organizmu. Z przeprowadzonych badań klinicznych wynika, że Se wykazuje zdolność do unieruchamiania nadmiaru metali ciężkich w organizmie, które są magazynowane głównie w narządach miąższowych (np. wątroba, nerki, serce). Ponadto selen wykazuje także działanie ochronne, ponieważ tworzy on kompleksy z proteinami pochodzącymi z osocza i tkanek, dzięki czemu powstałe kompleksy wiążą takie metale jak rtęć i kadm (nawet, gdy są związane z metalotioneiną – białkiem detoskykacyjnym).