I minerali sono essenziali per molti processi metabolici e, poiché sono richiesti in quantità relativamente piccole, il consumo quotidiano dovrebbe rientrare in un intervallo ristretto per evitare effetti negativi di carenza o tossicità. Alcuni minerali sono richiesti in dosi relativamente elevate, inclusi calcio e cloruro. Questi minerali sono considerati macrominerali, in base alla dose, e l'assunzione dovrebbe essere generalmente nell'intervallo di milligrammi elevati. I minerali in traccia sono richiesti in dosi molto piccole e l'assunzione dovrebbe essere compresa tra microgrammi e bassi milligrammi. Sebbene questo articolo evidenzierà principalmente il ruolo del rame e del manganese, i minerali in traccia includono anche ferro, iodio, zinco e altri.

Rame

Assorbimento

Il rame (Cu) è un micronutriente essenziale che si trova in una varietà di alimenti tra cui ostriche, cereali integrali, interiora, fagioli e noci. Il rame alimentare viene assorbito nel duodeno ed entra nelle cellule intestinali tramite il trasportatore di rame 1 (CTR1).₁ ,₂ CTR1 è fondamentale nel coordinare l'assorbimento del rame, la distribuzione intracellulare e la secrezione insieme alle ATPasi che trasportano il Cu._1,3 Il rame arriva al fegato attraverso la vena porta legata alle proteine ​​e, dopo l'elaborazione, viene trasportato nel sangue tramite le ATPasi di rame.₂ Il rame deve legarsi a una proteina chaperone, come la ceruloplasmina (CP) o l'albumina, per raggiungere i tessuti periferici.₁

Poiché il rame è altamente reattivo, le concentrazioni cellulari devono essere mantenute in un intervallo specifico e la localizzazione del rame è altamente regolata.₁ Un eccesso di rame intracellulare può causare stress ossidativo che può compromettere la formazione di ammassi ferro-zolfo e danneggiare il DNA.₁ All'interno delle cellule, il movimento del rame è strettamente coordinato da proteine ​​e composti e le mutazioni in queste e in altre proteine ​​che regolano il rame possono portare a gravi condizioni nel corpo.₁

La carenza di rame è rara e principalmente correlata a mutazioni genetiche negli enzimi che metabolizzano il rame. L'assunzione media giornaliera di rame negli Stati Uniti è di circa un milligrammo, che soddisfa la RDA per gli adulti fissata a 900 μg (0,9 mg) al giorno. Gli esseri umani sono in grado di gestire un'assunzione eccessiva attraverso un ridotto assorbimento e una maggiore escrezione nella bile.₄

Rame in gravidanza

Il fabbisogno di rame aumenta durante la gravidanza poiché questo micronutriente è molto importante per lo sviluppo embrionale.₅ Sebbene i meccanismi non siano noti, l'integrazione con rame durante la gravidanza ha comportato una riduzione del 75% dei sintomi di depressione e ansia durante il secondo trimestre e una riduzione del 90% nel terzo trimestre.₅ La carenza nei bambini è rara, ma può verificarsi nei neonati pretermine, nei neonati nutriti con latte vaccino e nei neonati che si stanno riprendendo dalla malnutrizione che hanno subito perdite a causa della diarrea.₅

Funzione del rame

Gli enzimi rame-dipendenti hanno diverse funzioni in tutto il corpo, tra cui la respirazione aerobica e la fosforilazione ossidativa, la formazione di collagene e melanina, la sintesi di neurotrasmettitori e il mantenimento dell'omeostasi redox._1,3 In particolare, il rame svolge un ruolo nella difesa antiossidante come parte della superossido dismutasi rame-zinco (CuZn SOD)._4,5 Il rame funziona anche come fattore di trascrizione e elemento di impalcatura nel nucleo delle cellule._1,4

Interazioni di rame e ferro

Il metabolismo del rame e del ferro sono interconnessi in diversi modi sebbene l'esatta relazione non sia chiara. La prima descrizione dettagliata di un'interazione tra ferro e rame si è verificata a metà del 1800, il che ha indicato un ruolo del rame nell'influenzare positivamente il metabolismo del ferro. ₂ Se il ferro è carente, il rame si accumula nel fegato e se il rame diventa carente, il ferro si accumulerà. ₂ È probabile che rame e ferro si influenzino a vicenda tramite l'assorbimento nell'intestino e il metabolismo nel fegato. ₂

Il rame negli stati malati

Sebbene la carenza di rame rimanga rara, ci sono diverse condizioni patologiche che si verificano a causa della carenza funzionale di rame a causa di mutazioni genetiche negli enzimi che metabolizzano il rame. La malattia di Menkes (MD), una condizione recessiva legata al cromosoma X, può essere letale.₁ I sintomi includono ritardo dello sviluppo, degenerazione cerebrale, capelli insolitamente radi o crespi, basso tono muscolare e convulsioni.₁ La gravità della MD dipende dalla mutazione in APT7A, una proteina di trasporto del rame, e attualmente ci sono oltre 400 mutazioni note in questo gene.₁ Per i casi lievi, l'integrazione di rame può essere utile ma non aiuta nei casi più gravi e non esiste un trattamento per invertire il danno neurologico da MD.₁

Anche la sindrome del corno occipitale (OHS) è una malattia recessiva legata all'X, che colpisce principalmente i maschi.₁ La caratteristica principale dell'OHS è una sporgenza calcificata a forma di cuneo sull'osso occipitale dovuta a un malfunzionamento del tessuto connettivo.₁ L'OHS non si presenta con la degenerazione cerebrale osservata nella MD perché il rame è ancora in grado di attraversare la barriera ematoencefalica.

La malattia di Wilson, un'altra malattia correlata all'enzima rame, è causata da mutazioni in un gene di trasporto del rame, ATP7B . Oltre 700 mutazioni in questi geni sono state associate alla malattia di Wilson che si manifesta come cirrosi epatica e carenze neurologiche.₁ Tuttavia, nella malattia di Wilson il rame si accumula in diversi tessuti e si possono vedere depositi nelle cornee, chiamati anelli di Kayser-Fleischer.₁

Il rame svolge anche un ruolo in altre malattie neurodegenerative tra cui:

1. Malattia di Alzheimer:la formazione di placche amiloidi è coordinata da zinco e rame e l'accumulo di rame compromette la funzione cellulare₁
2. Malattia di Parkinson:la formazione di aggregati è stabilizzata dal rame e la diminuzione della ceruloplasmina compromette la mobilizzazione del rame, con conseguente accumulo di ferro₁
3. Sclerosi laterale amiotrofica:diversi enzimi che metabolizzano il rame sono alterati, determinando livelli elevati di rame nel liquido cerebrospinale e livelli ridotti nel midollo spinale₁
4. Malattia di Huntington:il rame favorisce la formazione di aggregati proteici di Huntingtin mutanti e la disfunzione metabolica risulta dagli enzimi inibitori del rame coinvolti nel metabolismo₁

Rame e cancro

È interessante notare che il rame è stato trovato sia un promotore che un inibitore del cancro. Il rame è coinvolto nella regolazione delle proteine ​​associate all'evasione del sistema immunitario e può attivare percorsi coinvolti nel cancro attraverso la proliferazione, la differenziazione, l'angiogenesi e la progressione del cancro.₁ Le cellule tumorali in proliferazione hanno anche una maggiore domanda di rame, che fornisce una possibile via per rallentare la crescita del cancro limitando il rame.₁ D'altra parte, alti livelli di rame possono inibire la proliferazione cellulare e la crescita del tumore e i trasportatori di rame possono modificare la sensibilità delle cellule tumorali ai farmaci a base di metalli usati per curare il cancro, migliorando la risposta.₁ Può anche aiutare a ridurre gli effetti tossici associati a questo tipo di trattamento e può aumentare la sopravvivenza.₁

Manganese

Assorbimento

Il manganese viene acquisito principalmente da fonti alimentari, con circa l'uno-cinque percento assorbito e disponibile per l'organismo._6,7 Le fonti di manganese includono riso, noci, cereali integrali, verdure a foglia verde e tè.₆ È interessante notare che le femmine tendono ad assorbire più manganese dalla dieta, probabilmente a causa dello stato di ferro poiché questi due minerali influenzano l'assorbimento reciproco._5-7 L'assorbimento dalla dieta è influenzato dalla presenza di altri oligominerali tra cui ferro, fitati da semi o noci e vitamina C.₇ La carenza di manganese è rara, ma i sintomi includono crescita ridotta, difetti scheletrici, problemi riproduttivi e metabolismo alterato dei lipidi e dei carboidrati._5,7

Un eccesso di manganese nel corpo può provocare tossicità, che è spesso dovuta all'esposizione professionale in cui il manganese viene inalato, come nei minatori e nei saldatori._6,8 L'acqua potabile può anche contenere livelli pericolosamente elevati di manganese, che colpisce i bambini e i bambini in via di sviluppo.₅ Se l'assunzione o l'esposizione sono eccessive, il manganese si accumulerà con effetti dannosi sul cervello.₆ L'assunzione eccessiva cronica di manganese può portare al manganese, un disturbo caratterizzato da diversi disturbi psichiatrici e motori, inclusi cambiamenti dell'umore e tremori, che alla fine progrediscono verso sintomi simili al morbo di Parkinson.₆

Poiché le concentrazioni di manganese devono rimanere in un intervallo relativamente ristretto, l'assorbimento è altamente regolato. Quando il manganese nella dieta è alto, il tratto gastrointestinale assorbirà meno e il fegato aumenterà il metabolismo del manganese e ne invierà di più per essere escreto attraverso l'escrezione biliare e pancreatica.₇ A causa di prove insufficienti, attualmente non esiste un'indennità dietetica raccomandata stabilita per il manganese. Tuttavia, il livello di assunzione adeguato è di 2,3 mg/die per gli uomini e 1,8 mg/die per le donne₇

Funzione

Il manganese è necessario per l'attività intracellulare a causa del suo ruolo di attivatore enzimatico per diversi enzimi, inclusi quelli coinvolti nel metabolismo dei lipidi, degli aminoacidi e del glucosio._5,8 In particolare, è richiesto per la superossido dismutasi di manganese (MnSOD), un enzima essenziale per la gestione dell'equilibrio redox e dello stress ossidativo._7,8 Il manganese è necessario anche per lo sviluppo, la digestione, la riproduzione, la produzione di energia, la risposta immunitaria e l'attività neurale e supporta la vitamina K nell'attività di coagulazione del sangue._5,7,8 Il manganese è importante nella riproduzione femminile e nello sviluppo fetale e sia la carenza che l'assunzione eccessiva di manganese sono associati all'infertilità femminile.₅

Manganese nel metabolismo alterato

Il manganese è fondamentale per la salute dei mitocondri e per ridurre lo stress ossidativo mitocondriale perché MnSOD è il principale scavenger di superossido nei mitocondri.₈ La letteratura attuale supporta una relazione a forma di U tra manganese e stress ossidativo in cui sia la carenza che la tossicità provocano un'eccessiva produzione di specie reattive dell'ossigeno che possono interrompere il metabolismo sano.₈ La carenza di manganese può portare a disfunzione mitocondriale, che può interrompere la tolleranza al glucosio e alterare il metabolismo dei lipidi e dei carboidrati. Il sovraccarico di manganese può anche compromettere la normale funzione mitocondriale attraverso l'aumento dello stress ossidativo mitocondriale, l'inibizione della produzione di ATP e l'alterazione della permeabilità della membrana. Lo stress ossidativo può compromettere la funzione delle cellule beta delle isole pancreatiche, contribuendo all'insulino-resistenza e, infine, al diabete di tipo 2 e all'obesità, oltre a contribuire allo sviluppo dell'aterosclerosi e della steatosi epatica non alcolica.₈

Ferro

Il ferro possiede importanti caratteristiche redox come il rame ed è anche coinvolto nelle reazioni redox. Il ferro è necessario per la sintesi delle proteine ​​di trasporto dell'ossigeno emoglobina e mioglobina. Ci sono due forme di ferro che si trovano nella dieta:ferro eme e ferro non eme. Il ferro eme proviene da fonti animali ed è altamente biodisponibile, mentre il ferro non eme si trova nelle fonti vegetali e ha una biodisponibilità molto bassa. Poiché la maggior parte del ferro nel corpo si trova nei globuli rossi, le femmine richiedono più ferro rispetto ai maschi a causa della regolare perdita di sangue durante il ciclo mestruale.₅ L'assunzione insufficiente cronica di ferro può causare anemia da carenza di ferro e la tossicità del ferro si verifica in genere a causa di una malattia ereditaria, l'emocromatosi, che provoca un sovraccarico di ferro.

Iodio

Lo iodio è necessario per il corretto funzionamento della tiroide e regola il metabolismo basale.₅ Viene rapidamente assorbito nel duodeno e circola nella ghiandola tiroidea. Quando l'assunzione di iodio è cronicamente bassa, la via ipotalamo-ipofisi-tiroide si attiva e produce l'ormone stimolante la tiroide, con conseguente ipertrofia della ghiandola tiroidea, che porta infine allo sviluppo del gozzo.₅ La carenza di iodio è un problema raro nelle popolazioni industrializzate dove lo iodio viene aggiunto al sale e presente nel latte.

Zinco

Lo zinco è uno degli oligominerali più abbondanti nel corpo. Si trova in tutti i tessuti del corpo ed è particolarmente concentrato nei muscoli e nelle ossa.₅ Lo zinco è un componente strutturale delle proteine ​​del dito di zinco e catalizza l'attività di diversi enzimi coinvolti nel ripiegamento della struttura proteica e nell'espressione genica.₅ Lo zinco è anche necessario per la crescita e la differenziazione cellulare, la funzione del sistema immunitario e il mantenimento del tessuto connettivo.₅ Lo zinco è un minerale importante per il sistema riproduttivo, con un ruolo nella spermatogenesi e nel mantenimento del rivestimento degli organi riproduttivi.₅

Altri minerali in tracce

Meno si sa sui restanti minerali in traccia tra cui selenio, cromo, cobalto e molibdeno. Il selenio è incorporato nelle selenoproteine ​​che hanno diverse funzioni tra cui nelle reazioni redox, nella produzione di immunoglobuline, nella salute della tiroide e come elemento anticancro nel corpo.₅ Il cromo può svolgere un ruolo nel migliorare la tolleranza al glucosio attraverso la riduzione della resistenza all'insulina negli individui che hanno mostrato un metabolismo alterato del glucosio e dei lipidi, sebbene gli studi abbiano prodotto risultati contrastanti.₉

Il cobalto si trova principalmente nella vitamina B₁₂ (cobalamina) ed è importante per i processi biochimici, inclusa la sintesi di acidi nucleici e amminoacidi e la produzione di eritrociti.₅ Il cobalto può entrare nel corpo attraverso la dieta, la pelle e persino il sistema respiratorio.₅ Infine, il molibdeno, un oligoelemento presente nelle fonti alimentari vegetali, compresi i legumi, è coinvolto nelle reazioni come cofattore per gli enzimi che metabolizzano le sostanze chimiche.₅ La carenza è rara, così come la tossicità perché il sistema urinario espelle l'eccesso di molibdeno se i livelli sono elevati.₅ Il molibdeno può anche svolgere un ruolo nel diabete danneggiando le cellule beta del pancreas e possibilmente disfunzioni sessuali, ma gli studi sull'uomo sono contrastanti.₅

I minerali in traccia sono richiesti in quantità così piccole che può essere facile trascurarli. Tuttavia, sono fondamentali per la salute del corpo e aiutano a mantenere i processi enzimatici e metabolici. Consumare una dieta equilibrata a base vegetale può aiutare a garantire un'adeguata assunzione di diversi oligominerali.