Mineraler är väsentliga för många metaboliska processer, och eftersom de krävs i relativt små mängder, bör daglig konsumtion falla inom ett smalt intervall för att undvika negativa effekter av brist eller toxicitet. Vissa mineraler krävs i relativt stora doser, inklusive kalcium och klorid. Dessa mineraler anses vara makromineraler, baserat på dosen, och intaget bör i allmänhet ligga inom det höga milligramintervallet. Spårmineraler krävs i mycket små doser och intaget bör ligga inom mikrogram till låg milligramintervall. Även om den här artikeln främst kommer att belysa koppars och mangans roll, inkluderar spårmineraler även järn, jod, zink och andra.

Koppar

Absorption

Koppar (Cu) är ett viktigt mikronäringsämne som finns i en mängd olika livsmedel, inklusive ostron, fullkorn, orgelkött, bönor och nötter. Dietkoppar absorberas i tolvfingertarmen och går in i tarmcellerna via Copper Transporter 1 (CTR1).₁ ,₂ CTR1 är avgörande för att koordinera kopparabsorption, intracellulär distribution och sekretion tillsammans med Cu-transporterande ATPaser._1,3 Koppar färdas till levern via portvenen bunden till proteiner och transporteras efter bearbetning in i blodet via koppar-ATPaser.₂ Koppar måste binda till ett chaperonprotein, såsom ceruloplasmin (CP) eller albumin, för att kunna resa till perifera vävnader.₁

Eftersom koppar är mycket reaktivt måste cellkoncentrationer hållas inom ett specifikt område och lokaliseringen av koppar är mycket reglerad.₁ Överdriven intracellulär koppar kan orsaka oxidativ stress som kan försämra bildandet av järn-svavelkluster och skada DNA.₁ Inom celler är kopparrörelsen tätt koordinerad av proteiner och föreningar, och mutationer i dessa och andra kopparreglerande proteiner kan leda till allvarliga tillstånd i kroppen.₁

Kopparbrist är sällsynt och främst relaterad till genetiska mutationer i kopparmetaboliserande enzymer. Det genomsnittliga dagliga intaget av koppar i USA är cirka ett milligram, vilket uppfyller RDA för vuxna satt till 900 μg (0,9 mg) dagligen. Människor kan hantera överdrivet intag via minskad absorption och ökad utsöndring i gallan.₄

Koppar under graviditeten

Kopparbehovet ökar under graviditeten eftersom detta mikronäringsämne är mycket viktigt för embryonal utveckling.₅ Även om mekanismerna inte är kända, resulterade tillskott med koppar under graviditeten i en 75-procentig minskning av depressions- och ångestsymtom under andra trimestern och en 90-procentig minskning under den tredje trimestern.₅ Brist hos spädbarn är sällsynt men kan förekomma hos för tidigt födda spädbarn, spädbarn som matats med komjölk och spädbarn som återhämtar sig från undernäring som lidit förluster av diarré.₅

Koppars funktion

Kopparberoende enzymer har olika funktioner i hela kroppen inklusive aerob andning och oxidativ fosforylering, kollagen- och melaninbildning, neurotransmittorsyntes och underhåll av redoxhomeostas._1,3 Närmare bestämt spelar koppar en roll i antioxidantförsvaret som en del av koppar-zinksuperoxiddismutas (CuZn SOD)._4,5 Koppar fungerar också som en transkriptionsfaktor och ställningselement i cellkärnan._1,4

Kokoppar- och järninteraktioner

Metabolismen av koppar och järn är sammankopplade på flera sätt även om det exakta sambandet inte är klart. Den första detaljerade beskrivningen av en interaktion mellan järn och koppar inträffade i mitten av 1800-talet, vilket pekade på en roll för koppar i att positivt påverka järnmetabolismen. ₂ Om det är järnbrist ansamlas koppar i levern och om det blir brist på koppar kommer järn att ansamlas. ₂ Det är troligt att koppar och järn påverkar varandra via absorption i tarmarna och metabolism i levern. ₂

Koppar i sjukdomstillstånd

Medan kopparbrist förblir sällsynt, finns det flera patologiska tillstånd som uppstår som ett resultat av funktionell kopparbrist på grund av genetiska mutationer i kopparmetaboliserande enzymer. Menkes sjukdom (MD), ett X-kromosomkopplat recessivt tillstånd, kan vara dödligt.₁ Symtomen inkluderar utvecklingsförsening, hjärndegeneration, ovanligt glest eller kinky hår, låg muskeltonus och anfall.₁ Svårighetsgraden av MD beror på mutationen i APT7A, ett koppartransportprotein, och det finns för närvarande över 400 kända mutationer i denna gen.₁ För milda fall kan koppartillskott vara till hjälp men hjälper inte i svåra fall, och det finns ingen behandling för att vända neurologiska skador från MD.₁

Occipital horn syndrome (OHS) är också en X-länkad recessiv sjukdom som främst drabbar män.₁ Det primära kännetecknet för OHS är ett kilformat, förkalkat utsprång vid nackbenet på grund av bindvävsfel.₁ OHS uppträder inte med hjärndegenerationen som ses i MD eftersom koppar fortfarande kan passera blod-hjärnbarriären.

Wilsons sjukdom, en annan kopparenzymrelaterad sjukdom, orsakas av mutationer i en koppartransporterande gen, ATP7B . Över 700 mutationer i dessa gen har associerats med Wilsons sjukdom som visar sig som levercirros och neurologiska brister.₁ Vid Wilsons sjukdom ansamlas dock koppar i flera vävnader och avlagringar kan ses i hornhinnorna, så kallade Kayser-Fleischer-ringar.₁

Koppar spelar också en roll i andra neurodegenerativa sjukdomar inklusive:

1. Alzheimers sjukdom:bildning av amyloida plack koordineras av zink och koppar och ansamling av koppar försämrar cellfunktionen₁
2. Parkinsons sjukdom:bildning av aggregat stabiliseras av koppar och minskat ceruloplasmin försämrar mobiliseringen av koppar, vilket resulterar i ackumulering av järn₁
3. Amyotrofisk lateralskleros:Flera kopparmetaboliserande enzymer förändras, vilket resulterar i förhöjda kopparnivåer i cerebral ryggmärgsvätska och minskade nivåer i ryggmärgen₁
4. Huntingtons sjukdom:koppar främjar bildningen av mutanta Huntingtin-proteinaggregat och metabolisk dysfunktion är ett resultat av kopparhämmande enzymer involverade i metabolismen₁

Koppar och cancer

Intressant nog har koppar visat sig vara både en promotor och hämmare av cancer. Koppar är involverat i regleringen av proteiner som är associerade med att undvika immunsystemet och kan aktivera vägar involverade i cancer via proliferation, differentiering, angiogenes och cancerprogression.₁ Prolifererande cancerceller har också en större efterfrågan på koppar, vilket ger en möjlig väg att bromsa cancertillväxt genom att begränsa koppar.₁ Å andra sidan kan höga nivåer av koppar hämma cellproliferation och tumörtillväxt och koppartransportörer kan förändra cancercellernas känslighet för metallbaserade läkemedel som används för att behandla cancer, vilket förbättrar svaret.₁ Det kan också hjälpa till att minska de toxiska effekterna i samband med denna typ av behandling och kan öka överlevnaden.₁

Mangan

Absorption

Mangan hämtas huvudsakligen från kostkällor, med cirka en till fem procent som absorberas och är tillgänglig för kroppen._6,7 Källor till mangan inkluderar ris, nötter, fullkorn, gröna bladgrönsaker och te.₆ Intressant nog tenderar kvinnor att absorbera mer mangan från kosten, troligen på grund av järnstatus eftersom dessa två mineraler påverkar absorptionen av varandra._5-7 Absorptionen från kosten påverkas av närvaron av andra spårmineraler, inklusive järn, fytater från frön eller nötter och vitamin C.₇ Manganbrist är sällsynt men symtomen inkluderar försämrad tillväxt, skelettdefekter, reproduktionsproblem och förändrad lipid- och kolhydratmetabolism._5,7

För mycket mangan i kroppen kan resultera i toxicitet, vilket ofta beror på yrkesmässig exponering där mangan andas in, till exempel hos gruvarbetare och svetsare._6,8 Dricksvatten kan också innehålla farligt höga halter av mangan, vilket påverkar barn och spädbarn under utveckling.₅ Om intaget eller exponeringen är överdriven kommer mangan att ackumuleras med skadliga effekter i hjärnan.₆ Kroniskt överdrivet manganintag kan leda till manganism, en störning som kännetecknas av flera psykiatriska och motoriska störningar inklusive humörförändringar och skakningar, som så småningom utvecklas till Parkinsons sjukdomsliknande symtom.₆

Eftersom mangankoncentrationerna måste förbli i ett relativt snävt område är absorptionen mycket reglerad. När mangan i kosten är hög kommer GI-kanalen att absorbera mindre, och levern kommer att öka metabolismen av mangan och skicka mer för att utsöndras via gallan och bukspottkörteln.₇ På grund av otillräckliga bevis finns det för närvarande inget fastställt rekommenderat kosttillskott för mangan. Den adekvata intagsnivån är dock 2,3 mg/dag för män och 1,8 mg/dag för kvinnor₇

Funktion

Mangan krävs för intracellulär aktivitet på grund av dess roll som enzymaktivator för flera enzymer inklusive de som är involverade i lipid-, aminosyra- och glukosmetabolism._5,8 Det krävs särskilt för mangansuperoxiddismutas (MnSOD), ett enzym som är nödvändigt för att hantera redoxbalans och oxidativ stress._7,8 Mangan krävs också för utveckling, matsmältning, reproduktion, energiproduktion, immunsvar och neural aktivitet, och stöder vitamin K i blodets koagulering._5,7,8 Mangan är viktigt för kvinnlig reproduktion och fosterutveckling och både brist och överskott av mangan är associerade med kvinnlig infertilitet.₅

Mangan i förändrad metabolism

Mangan är avgörande för mitokondriernas hälsa och för att minska mitokondriell oxidativ stress eftersom MnSOD är den primära superoxidrensaren i mitokondrierna.₈ Aktuell litteratur stöder ett U-format samband mellan mangan och oxidativ stress där både brist och toxicitet resulterar i överproduktion av reaktiva syreämnen som kan störa en sund metabolism.₈ Manganbrist kan leda till mitokondriell dysfunktion, vilket kan störa glukostoleransen och förändra lipid- och kolhydratmetabolismen. Manganöverbelastning kan också försämra normal mitokondriell funktion genom ökad mitokondriell oxidativ stress, hämning av ATP-produktion och förändrad membranpermeabilitet. Oxidativ stress kan försämra bukspottkörtelns betacellsfunktion, bidra till insulinresistens och i slutändan typ 2-diabetes och fetma, samt bidra till utvecklingen av åderförkalkning och icke-alkoholisk fettleversjukdom.₈

Strykjärn

Järn har viktiga redoxegenskaper som koppar och är också involverat i redoxreaktioner. Järn krävs för syntesen av syretransportproteinerna hemoglobin och myoglobin. Det finns två former av järn i kosten:hem och icke-hemjärn. Hemjärn kommer från animaliska källor och är mycket biotillgängligt, medan icke-hemjärn finns i växtkällor och har mycket låg biotillgänglighet. Eftersom det mesta av järnet i kroppen finns i röda blodkroppar, kräver kvinnor mer järn än män på grund av regelbunden förlust av blod under menstruationscykeln.₅ Kroniskt otillräckligt intag av järn kan resultera i järnbristanemi och järntoxicitet uppstår vanligtvis från en ärftlig sjukdom, hemokromatos, som resulterar i järnöverskott.

Jod

Jod krävs för att sköldkörteln ska fungera korrekt och reglerar den basala ämnesomsättningen.₅ Det absorberas snabbt i tolvfingertarmen och cirkulerar till sköldkörteln. När intaget av jod är kroniskt lågt, aktiveras hypotalamus-hypofys-tyreoidea-vägen och producerar sköldkörtelstimulerande hormon, vilket resulterar i hypertrofi av sköldkörteln, vilket så småningom leder till utveckling av struma.₅ Jodbrist är ett sällsynt problem i industrialiserade befolkningar där jod tillsätts salt och finns i mjölk.

Zink

Zink är ett av de mest förekommande spårmineralerna i kroppen. Det finns i alla kroppsvävnader och är särskilt koncentrerat i muskler och skelett.₅ Zink är en strukturell komponent i zinkfingerproteiner och katalyserar aktiviteten hos flera enzymer involverade i proteinstrukturveckning och genuttryck.₅ Zink krävs också för celltillväxt och -differentiering, immunsystemets funktion och bindvävsunderhåll.₅ Zink är ett viktigt mineral för reproduktionssystemet, med en roll i spermatogenes och underhåll av slemhinnan i reproduktionsorganen.₅

Andra spårmineraler

Mindre är känt om de återstående spårmineralerna inklusive selen, krom, kobolt och molybden. Selen är inkorporerat i selenoproteiner som har olika funktioner, inklusive i redoxreaktioner, immunglobulinproduktion, sköldkörtelhälsa och som ett anti-cancerelement i kroppen.₅ Krom kan spela en roll för att förbättra glukostolerans genom att minska insulinresistens hos individer som uppvisat förändrad glukos- och lipidmetabolism, även om studier har gett motstridiga resultat.₉

Kobolt finns främst i vitamin B₁₂ (kobalamin) och är viktig för biokemiska processer inklusive syntes av nukleinsyror och aminosyror och erytrocytproduktion.₅ Kobolt kan komma in i kroppen genom kosten, huden och till och med andningsorganen.₅ Slutligen är molybden, ett spårämne som finns i vegetabiliska kostkällor inklusive baljväxter, involverat i reaktioner som en kofaktor för enzymer som metaboliserar kemikalier.₅ Brist är sällsynt, liksom toxicitet eftersom urinsystemet kommer att utsöndra överskott av molybden om nivåerna är förhöjda.₅ Molybden kan också spela en roll vid diabetes genom att skada bukspottkörtelns betaceller och möjligen sexuell dysfunktion, men studier är motstridiga på människor.₅

Spårmineraler krävs i så små mängder att det kan vara lätt att förbise dem. Men de är avgörande för kroppens hälsa och hjälper till att upprätthålla enzymatiska och metaboliska processer. Att äta en balanserad, växtbaserad kost kan hjälpa till att säkerställa tillräckligt intag av flera spårmineraler.